I en banbrytande upptäckt har ett internationellt team av forskare ledda av forskare från Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), University of Chicago och University of California, Berkeley, äntligen knäckt en långvarig gåta inom området evolutionsbiologi . Teamet kunde kvantitativt koppla de geometriska arrangemangen av vävnader i organismer, den så kallade vävnadsarkitekturen, till de underliggande genetiska och utvecklingsreglerna under livets evolution. Studien markerar en viktig milstolpe i förståelsen av utvecklingsmekanismernas roll för att forma livets mångfald och komplexitet på jorden.

Vävnadsarkitektur hänvisar till den rumsliga organisationen av celler i vävnader, och den spelar grundläggande roller i olika processer, från vävnadsfunktion och homeostas till embryonal utveckling. Trots dess betydelse har forskare inte kunnat utveckla en heltäckande förståelse för hur vävnadsarkitekturens krångligheter uppstår. Detta har främst berott på utmaningarna med att klarlägga kopplingen mellan den genetiska information som bärs i organismer, som specificerar reglerna för utveckling, och de invecklade geometriska mönstren hos fullformade vävnader.

Den genombrottsstudie som publicerades i den berömda tidskriften eLife använde en kraftfull kombination av experimentella och teoretiska tillvägagångssätt, med modellsystem som fruktflugan Drosophila melanogaster. Teamet identifierade nyckelgener som reglerar storleken, formen och arrangemanget av celler under utveckling. Genom att noggrant karakterisera vävnadsarkitekturer i mutantflugor där specifika gener stördes, etablerade forskarna en direkt koppling mellan genetiska förändringar, utvecklingsprocesser och de slutliga mönstren som observerades i vävnader.

Teamet blev förvånade över att konstatera att relativt små förändringar i utvecklingsprogram kan leda till slående olika och intrikata geometrier i vävnader. Dessa förändringar påverkar inte bara vävnadernas funktion direkt utan kan också avsevärt påverka den övergripande formen och robustheten hos organismer, vilket visar hur små genetiska förändringar kan leda till storskaliga evolutionära transformationer och biologisk mångfald.

"Våra fynd understryker det djupa inflytandet av utvecklingsmekanismer för att forma livets geometrier", förklarar professor Ko, en av studiens ledande forskare. "Vi visar att den evolutionära transformationen av vävnadsarkitekturer går utöver enkla förändringar i vävnadsstorlek eller arrangemang. Istället ligger den i det invecklade samspelet av genetiska faktorer och utvecklingsprocesser som i slutändan ger den spektakulära variationen av vävnads- och organformer i den levande världen. "

Detta genombrott öppnar nya vägar för att avancera evolutionär biologi och utvecklingsforskning, och lovar att kasta ljus över grundläggande processer som har drivit diversifieringen av livets former och funktioner genom hela evolutionens historia.