Регулирование роста коренных зубов и разгадки этого процесса

По сообщению финских ученных, им удалось понять, как происходит рост коренных зубов у млекопитающих. Они выяснили, что на размер зуба и темп его роста влияют два показателя: количество выделенного белка-активатора и белка-ингибитора. Первый выделяется челюстными клетками, а второй самим зубом. А значит, существует тесная взаимосвязь, между размерами каждого последующего зуба. Эксперименты, проводимые на грызунах, это подтвердили.

Еще один перспективный и значимый эксперимент, удалось провести японским ученым. Они заявили о том, что им удалось вырастить зуб в лаборатории. После этого они имплантировали этот зуб мышонку и результат всех удивил. Сформировалась здоровая активность всех тканей, кровеносных сосудов, нервов и зуб совершенно нормально справлялся с нагрузками и функциями. Этот опыт говорит о перспективе в будущем заменить утраченный зуб, на его аналог, полученный в пробирке.

Хотя нужно признать, что одно дело доказать такую возможность в лаборатории, и совсем другое начать применять этот метод в клинике. Проблема состоит в том, что нужно понимать и управлять процессами, которые формируют зуб. И нужно разобраться, как этим управляет сам организм. Первостепенную роль в этих процессах играют гены, сформированные и сосредоточенные в зубе и челюсти млекопитающего. Хотя гены играют важнейшую роль, ученные все же понимают, что не единственную. Остается признать тот факт, что процесс формирования зуба малоизучен.

Успеха удалось достичь в изучении алгоритма, который прослеживается при формировании коренных зубов у грызунов, и (по предположению ученных) у всех млекопитающих. Такое сообщение пришло от ученных из Финляндии, которые проводили исследования в Хельсинском университете биотехнологий и от американских ученных из университета штата Нью-Юрк в Стони-Бруке.

В основном у млекопитающих в обеих челюстях расположено по три коренных зуба. Их развитие всегда происходит начиная с центра и продвигаясь по бокам. После появления первого коренного зуба, прорезание второго обусловливается сигналами, исходящими от мезенхимных клеток челюсти. Первый коренной зуб формирует основу второго. В это же время, моляр первого зуба, биохимическими процессами, затормаживает формирование последующего зуба.

Мы приходим к выводу, что рост зуба зависит от двух противоположных факторов. Одна сила исходит от челюстного мезенхима и предоставляет сигналы провоцирующие формирование зуба, вторая же наоборот, тормозит этот процесс и ее источник – это растущей первый зуб. Размер нового зуба зависит от взаимодействия данных сил. Уже при росте второго моляра формируется зачаток третьего. И снова, то, какого размера окажется последующий зуб и скорость его формирования, зависит от соотношения перечисленных выше сил. Тот факт, что мутации, которые нарушают нормальную работу ингибитора, приводят к появлению новых моляров или новых бугорков на коронках, косвенно подтверждает теорию, что на размер и темп формирования зуба влияет соотношение активатора и ингибитора.

Рассмотрим одного грызуна, под названием – златобрюхая бобровая крыса. Длина особей составляет 20-35 см., вес до 1.5 кг, лапы перепончатые, места обитания: побережье моря, рек, озера, болота. Ее рацион состоит из рыбы, моллюсков, лягушек, утиных яиц, или птенцов. Помимо передних резцов, у них есть первые коренные зубы (достаточно крупного размера) и небольшой второй. А вследствие значительного количества ингибиторного белка, который выделяется первым и вторым зубами, третий моляр не формируется вовсе.

Итак, можно прийти к выводу, что каждый предыдущий зуб формирует размеры о рост последующего. Так же можно заключить, что для нормального и последовательного развития каждого зуба требуются только два основных гена – один активатор, а другой ингибитор. Необходимости в индивидуальном составе генов для каждого отдельного зуба нет. Но стоит учесть, что таких ингибиторов может быть несколько (например, филлистатин или эктодин)

С целью подтверждения это взаимосвязи, ученные пошли на ряд хитрых экспериментов. В чем была их суть? В культуру поместили зачаток ткани, которая у млекопитающих служит основой для развития зуба – эмалевую ткань. Это привело к совершенно нормальному процессу – зачаток первого моляра отпочковался во второй, но в этот момент его отсоединили и позволили формироваться независимо. Сравнив темп формирования моляра, который был отсоединен, с первым и появления зачатка третьего можно было сделать выводы.

И так, если верит теории про активаторы и ингибиторы, то отделенные моляры должны были вырасти гораздо быстрее первых. Так и произошло, эти моляры не только превосходили по скорости первые образцы, но и вырастали больше тех, которые были спарены с моляром. Еще, у отделенных образцов, зачатки появлялись раньше на несколько дней, чем у спаренных моляров. А третий образец, в паре со вторым тоже демонстрировал большие размеры, чем строенные моляры. Вывод очевиден – при ликвидации влияния ингибиторного эффекта первого образца, рост всех последующих увеличился в разы.

Для ученных было важно, как эту не сложную схему соотношения одних зубов другим, можно применить к остальным представителям семейства мышиных. Если предположить что это правило взаимодействия активаторов и ингибиторов работает, то соотношение моляров и из размеров неслучайно. Логично заключить, что в случае если второй зуб больше первого, то это говорит о небольшом количестве ингибитора, а значит, следующий вырастит еще больше. А в обратном случае, если большой первый то второй будет меньше, а третий совсем маленький или не сформируется вовсе, и это укажет на большое количество ингибиторов. И наблюдая за особями в семействе мышиных, эта схема отлично заметна, как например бобровая крыса которую мы рассматривали выше. У нее как раз тот случай, что первые зубы большие, вторые значительно меньше, а третье не сформированы вовсе.

Мы знаем, что у приматов, второй моляр, располагается на трете молярного пространства. Эта закономерность до этого момента была необъяснима. Формула, помогающая понять размеры второго моляра выглядит так: М2 / (М1 + М2 + М3) = (а/и) / [1 + а/и + (2а/и – 1)] = 1/3. Где a – активатор, и – ингибитор. Эта модель может относиться не только к приматам, но к млекопитающим.

Тем не менее, сами создатели теории о взаимодействии активаторов-ингибиторов, призывают помнить, что это открытие скорее теория, хотя значимость его и очевидность тяжело отрицать. Их выводы приводят нас к истокам эволюции и анализу ее механизмов. Нужно учесть, что то, какие именно зубы будут у каждого конкретного грызуна, определяет еще рацион питания и среда, в которой обитает животное.

Это приводит нас к ясному выводу – развитие и формирование зубов, зависят не от мутаций, как считалось раньше. Все параметры будущего зуба запрограммированы организмом, а точнее зависят от взаимодействия ингибиторов и активаторов. Так что разнообразие в каждой группе, ограниченно фактором соотношения этих двух генов. Если же учесть вариант добавления дополнительного фактора роста, это может изменить онтогенез совсем в другую сторону, что может ознаменовать появление другого таксона.

В своем труде «Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии» ИИ Шмальгаузена, вы тоже можете встретить идею, о том, что онтогенез направляет эволюцию и радикально сокращает количество преобразований.


Комментарии: