Ort, Ort, Ort: Zellgrößen, Leben beeinflusst von der Größe des Wirts

Ort, Ort, Ort: Zellgrößen, Leben beeinflusst von der Größe des Wirts

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Anonim

Zellen von den kleinsten bis zu den größten Säugetieren scheinen oft „one size fits all“ zu sein. Ein genauerer Blick zeigt nun, dass eine Zelle, die in einem Elefanten, einer Maus oder etwas dazwischen lebt, einen großen Unterschied in ihrem Leben bewirken kann.

Forscher des Genetics Institute der Universität von Florida, der Harvard Medical School und anderer Institutionen entwickelten mathematische Modelle, mit denen sie 18 Zelltypen von Säugetieren, von Mäusen bis zu Elefanten, untersuchten. Sie fanden zwei grundlegende Kategorien: Zellen, die gleich groß bleiben, aber einen drastisch unterschiedlichen Energiebedarf haben, der von der Größe des Säugetiers abhängt, oder Zellen, die bei größeren Säugetieren größer werden und unabhängig von der Größe des Säugetiers Energie mit der gleichen Geschwindigkeit verbrauchen.

Die Entdeckung, die diesen Monat online in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, beginnt Fragen zu beantworten, wie die Größe eines Organismus die Lebensdauer seiner Zellen bestimmt. Diese Entdeckung könnte Zellbiologen und Physiologen helfen, Zelle und Organ zu verstehen Funktion und ihre Beziehung zur Krankheit.

"Obwohl Zellen Grundbausteine ​​sind, hängen ihre Stoffwechselraten davon ab, wo sie sich befinden", sagte Van M. Savage, der leitende Autor der Forschung und Ausbilder in der Abteilung für Systembiologie an der Harvard Medical School. „Konzeptionell ist dies wichtig, da in großem Umfang an Einzelzellen oder Kulturzellen, die von anderen Tieren stammen, Untersuchungen zu Erkrankungen des Menschen durchgeführt werden und nur wenig unternommen wird, um diese Ergebnisse in den Kontext der Größe oder anderer Ganzkörpereigenschaften der Tiere zu stellen. "

Im Allgemeinen bestimmt die Größe einer Säugetierart das Tempo ihres Lebens, sagte Savage. Die Lebenserwartung einer Maus und eines Elefanten kann sich um mehr als 70 Jahre unterscheiden, und es dauert 20 Tage, bis eine Maus ein Baby zur Welt bringt, verglichen mit mehr als 600 Tagen für einen Elefanten. Je größer das Tier ist, desto langsamer ist sein Zellstoffwechsel - die Geschwindigkeit, mit der es Sauerstoff verbrennt - und seine Lebensprozesse.

Die Frage, ob Zellen bei größeren Säugetieren größer sind als bei kleineren - denken Sie an eine Leberzelle eines Elefanten im Vergleich zu einer Leberzelle einer Maus - wird normalerweise damit beantwortet, dass größere Säugetiere normalerweise keine größeren Zellen haben, sondern nur mehr von ihnen.

Leberzellen, rote Blutkörperchen und andere Zelltypen, die sich häufig teilen und ersetzen, sind ungefähr gleich groß, aber dauerhaftere, langlebigere Zellen wie Gehirn- und Fettzellen sind in der Tat bei großen Säugetieren größer.

"Fettzellen nehmen enorm zu, wenn Sie von einer Maus zu einem Elefanten wechseln", sagte James Gillooly, Assistenzprofessor an der Zoologischen Abteilung des UF College of Liberal Arts and Sciences. „Auch die Neuronen nehmen an Größe zu. Rote Blutkörperchen sind jedoch gleich groß, egal ob sie sich in einer Maus oder einem Elefanten befinden. Der Grund, warum Gehirn- und Fettzellen größer werden, könnte sein, dass sie länger leben und wichtige langfristige Funktionen haben. In diesen Fällen hängen die Eigenschaften der Zelle mit dem gesamten Organismus zusammen. Die Größe sich schnell teilender Zellen ist jedoch unabhängig vom Organismus. “

Neuronen sind wesentliche Teile von Gehirnnetzwerken, die das Gedächtnis bewahren, während Fettzellen Energiespeicher sind, die für das Überleben eines Tieres wichtig sind, wenn die Nahrungsvorräte knapp sind. Als solche sind sie zu wertvoll und würden eine Menge Energie erfordern, um kontinuierlich im Körper verwendet und wieder aufgefüllt zu werden.

Wissenschaftler des Santa Fe Institute, des Los Alamos National Laboratory, des Nationalen Zentrums für ökologische Analyse und Synthese und der Universität von New Mexico nahmen ebenfalls an der Studie teil.

"Die Autoren sagen, dass Zellgröße, Körpergröße und Lebensdauer zusammengehören", sagte Samuel Wang, Associate Professor für Molekularbiologie und Neurowissenschaften an der Princeton University, der nicht Mitglied des Forschungsteams war. „Im Fall von Gehirnen lässt dies darauf schließen, dass die Informationsverarbeitung wenig damit zu tun hat, warum größere Gehirne komplexere Neuronen haben als kleine. Anstatt zu sagen, dass Neuronen aufgrund der Anforderungen an die Informationsverarbeitung größer sind, wird vermutet, dass die Informationsverarbeitung möglicherweise durch die Tatsache eingeschränkt wird, dass Neuronen größer sind. Aber es gibt keine Antwort darauf, warum verschiedene Neuronen unterschiedlich groß werden. Es gibt also noch viel Raum, um Antworten zu finden, warum Neuronen so skalieren, wie sie es tun. “

Weitere Studien sind erforderlich, um das Zusammenspiel zwischen einem Organismus und seinen Zellen zu verstehen, sagen Wissenschaftler.

"Trotz der Fortschritte, die in der Zellbiologie erzielt wurden, haben wir immer noch ein relativ schlechtes Verständnis über die allgemeinen Eigenschaften von Zellen über Spezies hinweg", sagte Savage. "Der Fokus lag auf der Auswirkung von Zellen auf den gesamten Organismus, nicht darauf, wie sich die Größe des Organismus und sein Energiebedarf auf die Zellen auswirken."

Quelle: Universität von Florida