Anche piccole differenze nella velocità di crescita degli animali durante lo sviluppo possono riassumersi in grandi differenze nella dimensione corporea degli adulti. Tuttavia, gli adulti della stessa specie sono generalmente di dimensioni quasi identiche. Benjamin Towbin, un post-dottorato nel laboratorio Grosshans che ora è alla Uni Bern, ha scoperto un meccanismo che promuove tale uniformità delle dimensioni senza misurare le dimensioni stesse. La sua ricerca utilizzando C. elegans ha mostrato che la velocità di crescita determina la velocità di un orologio genetico che cronometra lo sviluppo.

In generale, gli individui della stessa specie crescono della stessa dimensione. Questa uniformità di dimensioni è sbalorditiva, poiché la casualità intrinseca nei processi di sviluppo e nelle condizioni ambientali produce differenze sostanziali nella velocità di crescita degli individui. Inoltre, poiché la crescita degli animali è spesso esponenziale, anche piccole differenze di crescita possono amplificarsi fino a grandi differenze di dimensioni. In che modo gli animali si assicurano comunque di raggiungere la taglia corretta?

Sebbene il controllo delle dimensioni sia stato ampiamente studiato nei microbi unicellulari, poco si sa su come gli animali multicellulari controllino le loro dimensioni. Benjamin Towbin, ora professore assistente all'Università di Berna, era un esperto nel controllo delle dimensioni dei batteri quando è entrato a far parte della FMI come post-dottorato nel gruppo di Helge Grosshans. Si è reso conto che la nuova tecnologia di imaging dal vivo utilizzata dal laboratorio Grosshans per registrare lo sviluppo del nematode C. elegans ha aperto nuove opportunità per studiare come gli animali controllano le loro dimensioni.

In uno studio pubblicato su Nature Communications , Towbin ha utilizzato la microscopia time-lapse per registrare centinaia di singoli C. elegans dalla schiusa all'età adulta. Towbin ha scoperto un meccanismo che garantisce l'uniformità delle dimensioni corporee tra i singoli animali. Il meccanismo non sembra misurare le dimensioni di per sé. Invece, rileva la velocità con cui un individuo cresce e regola in modo appropriato il tempo dopo il quale questo individuo diventa adulto. Pertanto, un individuo a crescita lenta raggiunge le stesse dimensioni di un individuo a crescita rapida perché gli viene concesso più tempo per crescere.

Towbin ha mostrato che questo meccanismo si verifica accoppiando il tasso di crescita alla frequenza di un cosiddetto oscillatore genetico. Il laboratorio Grosshans aveva precedentemente dimostrato che questo oscillatore funziona come un orologio dello sviluppo, vedi la storia. Dopo quattro oscillazioni, lo sviluppo giovanile termina e gli animali diventano adulti. Sapendo questo, Towbin ha usato strumenti molecolari per accelerare questo orologio. Come Towbin predetto da un modello matematico, gli animali con un orologio più veloce diventavano adulti più rapidamente ed erano di taglia più piccola.

"Il modello matematico mostra anche che una relazione inversa tra il tasso di crescita e la frequenza di oscillazione non è specifica dei vermi, ma è una proprietà generale degli oscillatori genetici", afferma Towbin, ultimo autore dell'articolo (Klement Stojanovski, il responsabile del laboratorio di il suo attuale laboratorio, è il primo autore). "L'accoppiamento di crescita e sviluppo che si trova nel verme può quindi essere alla base di molti altri casi di controllo biologico delle dimensioni", afferma. Ad esempio, lo sviluppo della colonna vertebrale dei vertebrati coinvolge anche un oscillatore genetico, il cui accoppiamento con la crescita può garantire la corretta dimensione e numero di vertebre.