Por ejemplo, tiene una celda o ya tiene un montón de celdas. Esas células se dividen y después de varias semanas tienes un organismo adulto, por ejemplo, un ser humano con extremidades, varios órganos diferentes, etc. Sin embargo, ¿cómo saben las células dónde está arriba, abajo, izquierda, derecha, etc.? Sé que la izquierda y la derecha se pueden definir claramente en física, por ejemplo, mediante el experimento de Wu que verifica que la violación de la paridad realmente ocurre.
Sin embargo, ¿cómo definen las células esas direcciones? ¿Cuáles son los mecanismos para que crezcan en cierta dirección y le digan a otras células que alcancen una determinada propiedad?
Es posible que desee consultar "Evolutivo - Biología del desarrollo" , que trata sobre cómo un embrión se convierte en un organismo adulto.
Por lo tanto, al especificar combinatoriamente la identidad de regiones corporales particulares, los genes Hox determinan dónde crecerán las extremidades y otros segmentos del cuerpo en un embrión o larva en desarrollo. Un modelo de un gen de caja de herramientas es Pax6/eyeless, que controla la formación de ojos en todos los animales. Se ha encontrado que produce ojos en ratones y Drosophila, incluso si el ratón Pax6/eyeless se expresó en Drosophila.
En resumen, hay una secuencia de activaciones de genes que mapean progresivamente el cuerpo en diferentes regiones. Al principio, hay solo 3 regiones (cabeza, cuerpo, cola), luego se dividen en secciones cada vez más definidas.
Puede pensar en estas secciones como coordenadas GPS para el cuerpo. Una combinación de genes en un punto determinado significa que una extremidad crecerá allí.
Puede investigar el gen "Sonic Hedgehog", que permitió a los científicos producir un crecimiento borroso en la cabeza de una mosca de la fruta.
Lo más interesante es que cada criatura viviente está mapeada/construida usando la misma caja de herramientas de genes . Los genes que definen dónde está el ala de una mosca de la fruta también definen dónde está el brazo humano.
Las células embrionarias "saben" dónde están entre sí mediante señales químicas, al igual que en los adultos. Estas moléculas se conocen como morfógenos (los ejemplos específicos incluyen el erizo sónico y la β-catenina). La cantidad de morfógeno en una región de las células determina qué gen se activa y, por lo tanto, en qué se convierte. Y la cantidad varía según la distancia a la que se encuentren de la fuente del morfógeno. Aunque AFAIK, los científicos aún no comprenden completamente sus mecanismos (como cómo se dispersan, cómo se mantienen rígidamente las diferentes concentraciones, etc.).
En cuanto a los brazos, etc., las primeras células no están especializadas (células madre). Ellos "definen" qué se convierte en qué desde el principio por la forma en que se organizan. Recuerde que su "arriba, abajo, izquierda y derecha" es relativo a ellos, no a su entorno. La primera bola hueca multicelular de células madre, la blástula, se separa en distintas capas germinales durante la gastrulación: el ectodermo, el mesodermo y el endodermo. Cada una de estas capas se convierte en algo diferente después de una mayor división. Lo que se desarrolla después de eso es básicamente un gusano, compuesto por una serie de "segmentos" repetidos (somitas) con un área distinta de cabeza y cola. Los somitas son inicialmente indiferenciados. El trabajo de determinar qué segmento se convierte en lo que recae en los genes Hox. De modo que, por ejemplo, un segmento se convierte en la cabeza, otro se convierte en el brazo y la cintura escapular, otro se convierte en una costilla+vértebra, etc. Los genes Hox se organizan en grupos dentro del ADN en relación con el que se expresa primero. El primer gen hox es para la cabeza, por ejemplo, mientras que el último es para la punta de la cola (el segmento más extremo del cóccix en los humanos). Aunque estos clústeres a menudo se repiten en una especie de dispositivos de seguridad redundantes.Esta página de la Universidad de Utah lo explica bastante bien . Ayuda si ve la embriogénesis como más o menos ecos de la evolución en avance rápido.
Quería agregar algunas referencias útiles. La sexta edición del libro de texto Gilbert Developmental Biology está disponible en la estantería del NCBI . Es un poco viejo (2000), pero gran parte de la información sigue siendo relevante. Puede buscar en este libro de texto términos específicos, pero no navegar.
También hay un proyecto colaborativo de ciencia y moda entre las hermanas Storey, llamado Primitive Streak , que documenta las primeras etapas del desarrollo humano.
Para cualquier proceso de desarrollo dado, hay una serie de genes que se activan y/o desactivan en esa etapa que determinan cómo y cuándo crecen las estructuras. Los eventos también pueden determinar ejes; por ejemplo, el eje dorsal/ventral del embrión está determinado por cómo se implanta el blastocisto del embrión en la pared uterina. El eje izquierdo-derecho del cuerpo está determinado por la dirección en que viaja el fluido a través de una estructura llamada nódulo, que está dirigido por estructuras parecidas a cabellos llamadas cilios. Si el flujo nodal es al revés, sus órganos internos cambiarán de lado, lo que se denomina situs inversus.
Volviendo al ejemplo de las extremidades... en los tetrápodos, o animales con 4 extremidades, el área donde emergen las extremidades se basa en la expresión del gen Hox, y si se convertirá o no en una extremidad anterior (brazos) o una extremidad posterior (piernas) está determinada por Expresión del gen Tbx5 o Tbx4, respectivamente.
El eje proximal-distal (proximal = hacia el tronco; distal = lejos del tronco) está determinado por la expresión del gen FGF, que induce la formación de una estructura llamada cresta ectodérmica apical (AER).
El eje anterior-posterior (de la cabeza a la cola) está determinado por la expresión del gen Sonic hedgehog en una región denominada zona de actividad polarizante (ZPA).
El eje dorso-ventral (dorso-frente; o dorso de la mano/brazo - palma/parte interior del brazo) está determinado por el gen Wnt7a que se expresa en el lado dorsal.
El crecimiento de la extremidad está determinado por la expresión del gen Hox.
La formación de dígitos (dedos) depende de la muerte celular entre los dedos: las manos comienzan a formar membranas, como patos, y luego genes como las BMP hacen que las células entre los dedos mueran.
Términos para buscar más detalles, ya que todavía no tengo suficiente credibilidad callejera aquí para publicar más de 2 enlaces:
sí, los genes hox son esenciales para la especificación de la ubicación, pero el crecimiento real de las extremidades está determinado por una serie de proteínas y otros factores. la extremidad proximal contiene fgf (factores de crecimiento de fibroblastos) wnt (búsqueda de la vía wnt) y altos niveles de ácido retónico donde las extremidades distales muestran un alto wnt de fgf y poca o ninguna AR. el gen sónico del erizo del que se habló en la otra respuesta tiene que ver con la anteriorización (arriba) / posteriorización (abajo) del autópodo (dígitos, carpianos). en cuanto a dorsal ventral wnt sería el culpable
Cornelio