Cum se ajunge de la o singură celulă la un organism? Cercetătorii care studiază primele etape ale dezvoltării embrionare încă încearcă să înțeleagă cum se ajunge de la o aparentă omogeneitate, de la o celulă care se divide, devenind două, apoi patru ș.a.md., pînă la un organism complex cu organe diferite, distribuite asimetric în corp. De aceea, embriologia studiază adesea „decizii”: cînd anume se decid unele celule că urmează să fie parte a țesutului nervos, iar altele că vor face parte din inimă? Și înainte de asta, cînd și cum sînt stabilite viitoarele axe ale corpului: cum se decide care celule se vor duce să formeze „capul” și care „coada”, de exemplu? Punctele de decizie din timpul dezvoltării care duc la „spargerea simetriei” (symmetry breaking) constituie una dintre marile teme de studiu ale embriologiei.
Spre sfîrșitul secolului al XIX-lea, două idei au intrat în conflict cu privire la momentul și modul în care „drumurile” celulelor embrionare, aparent identice, se despart pentru a le conduce spre a deveni diferite părți ale corpului. Biologul german Wilhelm Roux a încercat să testeze dacă această separare survine chiar după prima diviziune celulară, cînd celula care a fost fertilizată se separă în două. Lucrînd cu ouă de broască fertilizate, Roux a folosit un ac fierbinte pentru a distruge una dintre cele două celule și a așteptat să vadă ce se va alege de cea rămasă intactă. Rezultatul a fost aparent limpede: din celula rămasă intactă dezvoltarea embrionară a continuat, formînd pînă la un punct jumătate din structurile embrionare de care ar fi avut nevoie organismul. Roux a conchis astfel că deja de la prima diviziune celulară este stabilită o asimetrie ireversibilă care conferă fiecărei celule potențialul de a forma doar o parte din organism. La scurt timp însă, rezultatul lui Roux a fost contrazis de experimentele unui alt biolog german, Hans Driesch, aflat la un laborator de biologie marină din Napoli. Driesch a realizat experimente folosind arici de mare, a căror dezvoltare embrionară o putea urmări cu aceeași ușurință cu care Roux o urmărea pe cea a broaștelor. Spre deosebire de Roux, în loc să distrugă complet una dintre cele două celule embrionare, Driesch le-a separat pur și simplu printr-o agitație ușoară. Lăsîndu-le apoi să se dezvolte independent, în loc să găsească precum Roux „jumătăți” de structuri embrionare, Driesch a obținut două larve de arici de mare. Deși larvele erau ceva mai mici decît în mod normal, separarea celor două celule a permis formarea de gemeni. Driesch a obținut același rezultat și cînd a separat celulele după a doua diviziune, cînd sînt patru celule, fiecare dezvoltîndu-se apoi într-o mică larvă acvatică. Totuși, Driesch a observat că acesta era punctul limită: capacitatea de a se dezvolta într-un organism complet se păstrează doar pînă la a doua diviziune celulară. Cu alte cuvinte, cele patru celule timpurii ale dezvoltării embrionare sînt totipotente, avînd capacitatea de a se dezvolta într-un organism întreg. Ceva timp mai tîrziu, biologul american Thomas Hunt Morgan a arătat că descoperirea lui Driesch se aplică și la broaște. Rezultatele contradictorii dintre experimentele lui Roux și Driesch nu provin astfel din diferența dintre arici de mare și broaște. Cel mai probabil, metoda experimentală a lui Roux prin care distrugea una dintre celule avea un efect negativ asupra celei rămase.
Roux și Driesch s-au folosit de broaște și de arici de mare, ale căror celule le puteau manipula cu ușurință, pentru a înțelege primele stadii ale dezvoltării embrionare.
La începutul secolului trecut, biologul Hans Spemann s-a folosit de un alt organism, tritonii (un tip de salamandră), pentru a studia dezvoltarea. Spemann a observat că, folosind un fir de păr foarte fin înfășurat în jurul unui embrion de triton pentru a pune presiune pe el, îi poate influența dezvoltarea. La acel stadiu al dezvoltării, Spemann a dedus că o anumită zonă din partea dorsală a embrionului ar putea fi crucială pentru formarea unui organism. O doctorandă în laboratorul lui Spemann, Hilde Proescholdt-Mangold, a folosit embrioni din specii de triton pigmentate diferit, unul mai pal și unul mai maroniu și, transferînd o bucată dintr-un embrion și alipind-o la celălalt, a observat că a indus o a doua axă în embrioni, obținînd gemeni uniți („siamezi”). Datorită pigmentărilor diferite, Mangold a observat că a doua axă a fost formată tot de celulele embrionului care primise transplantul. Acea regiune transplantată a fost numită de Spemann un „organizator”, o zonă care instruiește celulele cu privire la ce parte a organismului trebuie să formeze. De atunci au fost descoperiți și alți „organizatori”, inclusiv pentru axa stînga-dreapta, care ghidează celulele în timpul dezvoltării.
Multe dintre experimentele din embriologie s-au folosit de-a lungul timpului de organisme model precum aricii de mare, salamandrele sau broaștele. Dintre acestea, broasca a rămas un organism utilizat foarte des ca model, mai ales pentru că oul de broască e suficient de mare, în comparație cu alte organisme, pentru a permite observarea și manipularea celulelor în timpul dezvoltării. Problemele spargerii simetriei pentru a determina axele corpului sau ale modului prin care celulele își pierd la un moment dat statutul totipotent nu sînt încă pe deplin rezolvate. Organismele model, cum este broasca, îi ajută pe cercetători să investigheze aceste stadii incipiente ale dezvoltării, cînd celulele trebuie să se orienteze și să își găsească poziția și identitatea în organism. Astfel, chiar dacă concluzia lui Roux nu a fost cea bună, cercetările continuă adeverind vorba biologului Jean Rostand: le biologiste passe, la grenouille reste.
Laura-Yvonne Gherghina este doctorandă la Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe al Universității din Cambridge.
Credit foto: Wikimedia Commons
.jpg)
