Planarie d'acqua dolce, trovato in tutto il mondo e comunemente noto come "vermi piatti, " sono famosi per la loro abilità rigenerativa. Attraverso un processo chiamato "fissione, "I planari possono riprodursi asessualmente semplicemente strappandosi in due pezzi, una testa e una coda, che poi vanno a formare due nuovi vermi entro circa una settimana.

Quando, dove e come si svolge questo processo è rimasto un enigma per secoli a causa della difficoltà di studiare la fissione. Ma ora, un team di scienziati dell'Università della California a San Diego fornisce una nuova spiegazione biomeccanica nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).

I planari sono notoriamente difficili da studiare. Non amano essere osservati durante la fissione, che avviene principalmente al buio e si ferma al minimo disturbo. Poiché la fissione non si verifica frequentemente, circa una volta al mese per alcune specie, sono necessarie registrazioni video continue per catturare i planari nell'atto di studiare i dettagli della sua rigenerazione.

Per capire dove e come avviene la fissione nelle specie planari Dugesia japonica , i ricercatori hanno impiegato un mix di registrazioni video time-lapse, misurazioni di trazione sensibili, analisi statistica di centinaia di divisioni e modellazione matematica.

Eva Maria Collins, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Sezione di Biologia Cellulare e dello Sviluppo, e i suoi colleghi sono stati in grado di prevedere dove si verifica la fissione planare in base alla sua anatomia e di spiegare come avviene il processo utilizzando un modello meccanico relativamente semplice.

"Prima del nostro lavoro, nessuno sapeva dove e come si dividono le planarie, " disse Collins. "In effetti, l'ultimo studio approfondito sulla fissione è giunto alla conclusione che il luogo in cui avviene la fissione è imprevedibile. I nostri risultati, dimostrando che si può prevedere, quindi cambia completamente il modo in cui pensiamo alla fissione."

Nelle scoperte precedenti, Collins e i suoi colleghi hanno dimostrato che il punto in cui una planaria si divide determina la dimensione relativa dei due figli e quindi le loro possibilità di sopravvivenza e riproduzione futura. Può anche essere fondamentale per comprendere come questa forma di riproduzione asessuata possa dare origine alla diversità in una popolazione senza riproduzione sessuale.

Come descritto in PNAS studio, il team ha scoperto che la fissione avviene sempre in tre fasi:formazione della vita, pulsazione e rottura. La formazione della vita è la chiave per la meccanica della fissione creando un locale, punto debole della sezione trasversale. Quindi, gli impulsi che si estendono e si contraggono alla fine causano la rottura della vita. Una volta rotto, i due pezzi fanno ricrescere le strutture mancanti attraverso un grande pool di cellule staminali, che sono fondamentali per la capacità di rigenerazione dei planari. Il modo in cui le cellule staminali sono distribuite tra i due figli rimane sconosciuto ed è il legame tra i risultati di questo nuovo studio e la ricerca in corso nel laboratorio Collins sull'evoluzione delle specie a riproduzione asessuata.

Michele Faraday, considerato uno dei più grandi scienziati del mondo per i suoi contributi in fisica e chimica, è stato riferito affascinato dalla fissione planaria. Gli intricati requisiti dello studio dei vermi potrebbero aver impedito al famoso fisico del XIX secolo di decifrare completamente il processo.

Collins ha detto che voleva capire come funzionava la fissione planaria la prima volta che ha visto le immagini del processo molti anni fa.

"A volte vedi semplicemente qualcosa in natura e vuoi capire come funziona, " lei disse, lodando i contributi del primo autore Paul Malinowski e del terzo autore Kelson Kaj, che erano studenti universitari di fisica dell'UC San Diego durante la ricerca.