Hydra

Hydra Achsenbildung

Die Hydra besteht aus einem Kopf und einem Fuß die durch einen Hohlzylinder verbunden sind. Das Tier ist in der Lage eine vollständige Disintegration zu überleben: es kann sich aus einer zufälligen Ansammlung von etwa 10.000 Zellen regenerieren. Der Prozess beginnt mit der Bildung, die aus einer doppelschichtigen Zellwand besteht. Hierbei ist die Fragestellung, wie die Zellen ohne molekulare Asymmetrie, eine neue Achsenposition bilden. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass durch Nachbarwechselwirkungen gekoppelte, kollektive Genexpressionsschwankungen eine treibende Rolle spielen.

Ein schwacher Temperaturgradient von weniger als einem Grad durch die Hohlkugel definiert die Position der Kopf-Fuss-Achse, wenn er vor der WNT Expression, dem ersten irreversiblen molekularen Schritt zur Kopfbildung angelegt wird. Das Hydra-spezifische Gen KS1 wurde als ein Marker des "Kopfbildungspotentials" beschrieben. Im Moment der irreversiblen Achseldefinition zeigt die in-situ-Hybridisierung selbstähnliche Domänen der KS1 Expression auf der Oberfläche der Zellkugel.

Unsere Beobachtungen können im Rahmen eines dynamischen kritischen Zustandes verstanden werden, ein gut untersuchtes, physikalisches Phänomen. Einfache zellulare Automaten reproduzieren robust, unsere experimentellen Beobachtungen. Die Kopf-Fuß-Orientierung des Tieres in einem Temperaturgradienten, hängt nicht nur von der Richtung des Gradienten, sondern auch und insbesondere von seiner Amplitude ab. 

Publikationen:

A. Gamba, M. Nicodemi, J. Soriano and A. Ott 


Critical behavior and axis defining symmetry breaking in hydra embryonic development


Physical Review Letters, 108 (2012) 158103 

J. Soriano, C. Colombo and A. Ott


Hydra molecular network reaches critcality at the symmetry-breaking axis defining moment


Physical Review Letters, 97 (2006) 258102