Όπως οι άνθρωποι σε διαφορετικά μέρη φαίνεται να λειτουργούν σε διαφορετικούς ρυθμούς, έτσι και τα διαφορετικά είδη. Γερνούν με τους δικούς τους ρυθμούς: Μερικοί, όπως η μύγα των φρούτων, αγωνίζονται μέχρι την ενηλικίωση ώστε να μπορέσουν να αναπαραχθούν πριν εξαφανιστεί η εφήμερη πηγή τροφής τους, ενώ πλάσματα όπως οι άνθρωποι ωριμάζουν αργά για δεκαετίες, εν μέρει επειδή το απαιτεί η οικοδόμηση ενός μεγάλου, πολύπλοκου εγκεφάλου. Και στην αρχή της ζωής ενός εμβρύου, μικρές αλλαγές στο χρονοδιάγραμμα για το πότε και πώς αναπτύσσονται διαφορετικοί ιστοί μπορούν να αλλάξουν δραματικά τη μορφή ενός οργανισμού - έναν μηχανισμό που εκμεταλλεύεται η εξέλιξη για τη δημιουργία νέων ειδών. Ωστόσο, το τι καθορίζει τον ρυθμό ανάπτυξης ενός οργανισμού παρέμεινε ένα μυστήριο.

«Η γνώση μας για το τι ελέγχει τον αναπτυξιακό χρόνο έχει πραγματικά μείνει πίσω από άλλους τομείς στην αναπτυξιακή βιολογία», είπε. Margarete Diaz Cuadros, ο οποίος ηγείται της έρευνας που επικεντρώθηκε στον αναπτυξιακό ρυθμό στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης στη Βοστώνη.

Οι αναπτυξιακοί βιολόγοι είχαν τεράστια επιτυχία στην ταυτοποίηση δίκτυα ρυθμιστικών γονιδίων που μιλούν μεταξύ τους — κλιμακωτά συστήματα βρόχων ανάδρασης που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τα γονίδια ακριβώς την κατάλληλη στιγμή και τόπο για να χτίσουν, ας πούμε, ένα μάτι ή ένα πόδι. Αλλά η εξαιρετικά διατηρημένη ομοιότητα σε αυτά τα γονιδιακά δίκτυα μεταξύ των ειδών έρχεται σε αντίθεση με τις τεράστιες διαφορές στον χρόνο ανάπτυξης. Τα ποντίκια και οι άνθρωποι, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν τα ίδια σύνολα γονιδίων για να δημιουργήσουν νευρώνες και να χτίσουν αγκάθια. Ωστόσο, ο εγκέφαλος και η σπονδυλική στήλη ενός ποντικιού αποδεικνύονται αρκετά διαφορετικά από αυτά ενός ανθρώπου, επειδή ο χρόνος κατά τον οποίο αυτά τα γονίδια είναι ενεργά είναι διαφορετικός και δεν είναι σαφές γιατί συμβαίνει αυτό.

«Η γονιδιακή ρύθμιση δεν φαίνεται να εξηγεί τα πάντα σχετικά με τον χρόνο ανάπτυξης», είπε Pierre Vanderhaeghen, που μελετά την εξέλιξη και την ανάπτυξη του εγκεφάλου στο KU Leuven στο Βέλγιο. «Τώρα, αυτό είναι λίγο προκλητικό γιατί κατά κάποιο τρόπο, στη βιολογία, τα πάντα πρέπει να εξηγούνται από τη γονιδιακή ρύθμιση, άμεσα ή έμμεσα».

Νέες εξηγήσεις για το τι προκαλεί τη ζωή προκύπτουν από καινοτομίες - όπως η πρόοδος στην καλλιέργεια βλαστοκυττάρων και η διαθεσιμότητα εργαλείων χειρισμού του μεταβολισμού, που αρχικά αναπτύχθηκαν για τη μελέτη του καρκίνου - που τώρα επιτρέπουν στους ερευνητές να χαρτογραφήσουν και να παίξουν με τον ρυθμό ανάπτυξης των πρώιμων εμβρύων και ιστών με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Σε μια σειρά από έγγραφα τα τελευταία χρόνια, μεταξύ των οποίων μια βασική δημοσίευση Τον Ιούνιο, πολλές ερευνητικές ομάδες συγκλίνουν ανεξάρτητα σε ενδιαφέρουσες συνδέσεις μεταξύ του ρυθμού ανάπτυξης, του ρυθμού των βιοχημικών αντιδράσεων και των ρυθμών γονιδιακής έκφρασης που κρύβονται πίσω από αυτές τις βιοχημικές αντιδράσεις.

Τα ευρήματά τους παραπέμπουν σε έναν κοινό μετρονόμο: τα μιτοχόνδρια, τα οποία μπορεί να είναι ο χρονομέτρης του κυττάρου, που θέτει το ρυθμό για μια ποικιλία αναπτυξιακών και βιοχημικών διεργασιών που δημιουργούν και διατηρούν τη ζωή.

Ένας νευρώνας κρατά το χρόνο

Πριν από περισσότερο από μια δεκαετία, ο Vanderhaeghen έκανε ένα πείραμα που έθεσε τα θεμέλια για σύγχρονες μελέτες σχετικά με τον τρόπο διατήρησης του αναπτυξιακού ρυθμού. Η νευροβιολόγος ήταν μέσα το βελγικό του εργαστήριο αναπτύσσοντας βλαστοκύτταρα σε τρυβλία Petri και παρατηρώντας πόσο χρόνο χρειάστηκαν για να ωριμάσουν από κυτταρικές λευκές πλάκες σε πλήρεις νευρώνες που συνδέονται και επικοινωνούν με άλλους. Σκέφτηκε ότι θα μπορούσε να βρει ενδείξεις για την προέλευση και την εξέλιξη του ανθρώπινου εγκεφάλου συγκρίνοντας αυτά τα βλαστοκύτταρα ποντικιού και ανθρώπινων βλαστοκυττάρων που ετοιμάζονται να γίνουν νευρώνες.

Το πρώτο πράγμα που παρατήρησε ήταν ότι τα βλαστοκύτταρα ποντικιού διαφοροποιήθηκαν σε ώριμα εγκεφαλικά κύτταρα σε περίπου μία εβδομάδα - πιο γρήγορα από τα ανθρώπινα βλαστοκύτταρα, τα οποία χρειάστηκαν χρόνο για να αναπτυχθούν πάνω από τρεις έως τέσσερις μήνες.

Αλλά αυτά τα κύτταρα θα αναπτύσσονταν με τον ίδιο τρόπο σε έναν αναπτυσσόμενο εγκέφαλο παρά σε ένα απομονωμένο πιάτο; Για να το ανακαλύψει, μεταμόσχευσε έναν νευρώνα ποντικιού σε έναν ζωντανό εγκέφαλο ποντικιού. Το κύτταρο ακολούθησε το ίδιο χρονοδιάγραμμα με τους νευρώνες του ποντικού-ξενιστή, διαφοροποιώντας μετά από περίπου μία εβδομάδα. Στη συνέχεια δοκίμασε το ίδιο πράγμα με έναν ανθρώπινο νευρώνα, εμφυτεύοντάς τον σε έναν εγκέφαλο ποντικιού. Προς έκπληξή του, ο ανθρώπινος νευρώνας κράτησε τον χρόνο του. Χρειάστηκε σχεδόν ένας χρόνος για να ωριμάσει παρά το τρωκτικό του περιβάλλον.

«Αυτό μας έδωσε μια πρώτη σημαντική απάντηση, η οποία είναι ότι όποιος κι αν είναι ο μηχανισμός χρονισμού, πολλά από αυτά φαίνεται να βρίσκονται στους ίδιους τους νευρώνες», είπε ο Vanderhaeghen. «Ακόμα κι αν βγάλετε τα κύτταρα από το τρυβλίο Petri και τα βάλετε σε άλλο οργανισμό, θα διατηρήσουν το δικό τους χρονοδιάγραμμα».

Ωστόσο, σχεδόν τίποτα δεν ήταν γνωστό για τον υποκείμενο κυτταρικό μηχανισμό μέχρι πριν από μερικά χρόνια.

Ο Vanderhaeghen άρχισε να σκέφτεται από πού προέρχονται τα δομικά στοιχεία ενός νευρώνα. «Το να φτιάξεις νευρώνες, είναι σαν να χτίζεις ένα εξαιρετικά περίπλοκο κτίριο», είπε. «Χρειάζεστε κάποια καλή επιμελητεία». Τα κύτταρα δεν χρειάζονται μόνο ενέργεια αλλά και πηγή πρώτων υλών για να αναπτυχθούν και να διαιρεθούν.

Υποψιαζόταν ότι τα μιτοχόνδρια θα μπορούσαν να παρέχουν αυτά τα δομικά στοιχεία. Τα οργανίδια είναι το κλειδί για την ανάπτυξη και το μεταβολισμό ενός κυττάρου. Παράγουν ενέργεια, δίνοντάς τους το παρατσούκλι «η δύναμη του κυττάρου», και παράγουν επίσης μεταβολίτες απαραίτητους για την κατασκευή αμινοξέων και νουκλεοτιδίων και για τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.

Η κλασική άποψη των μιτοχονδρίων είναι ότι δεν αλλάζουν κατά τη διάρκεια της ζωής ενός κυττάρου. «Είναι απλώς αυτό το ωραίο, γραφικό μικρό λουκάνικο στο κελί και παρέχουν ενέργεια», είπε ο Vanderhaeghen. Όταν όμως αυτός και Ριοχέι Ιβάτα, ένας μεταδιδακτορικός μελετητής στο εργαστήριό του, εξέτασε πιο προσεκτικά τους αναπτυσσόμενους νευρώνες, είδαν ότι τα μιτοχόνδρια χρειάζονται επίσης χρόνο για να αναπτυχθούν.

Νεαροί νευρώνες, ανέφεραν Επιστήμη, είχαν λίγα μιτοχόνδρια και αυτά που είχαν ήταν κατακερματισμένα και παρήγαγαν λίγη ενέργεια. Στη συνέχεια, καθώς οι νευρώνες ωρίμαζαν, τα μιτοχόνδρια αυξάνονταν σε αριθμό, μέγεθος και μεταβολική δραστηριότητα. Επιπλέον, οι αλλαγές συνέβησαν πιο γρήγορα στα ποντίκια παρά στους ανθρώπους. Ουσιαστικά, το σύστημα κλιμακώθηκε: Η ωρίμανση των μιτοχονδρίων παρέμεινε σε συγχρονισμό με την ωρίμανση των νευρώνων και στα δύο είδη.

Η ανακάλυψη φάνηκε ως σημαντική η Vanderhaeghen και η Iwata. Και τους έκανε να αναρωτιούνται αν τα μιτοχόνδρια θα μπορούσαν να είναι το ήσυχο τυμπανάκι που οδηγεί τις τεράστιες διαφορές στον ρυθμό ανάπτυξης μεταξύ των ειδών.

Πώς να αναπτύξετε μια σπονδυλική στήλη

Ένα από τα κλασικά μοντέλα για τη μελέτη του ρυθμού της εμβρυϊκής ανάπτυξης είναι το σχέδιο της σπονδυλικής στήλης. Όλα τα σπονδυλωτά έχουν μια σπονδυλική στήλη που αποτελείται από μια σειρά σπονδυλικών τμημάτων, αλλά τα είδη ποικίλλουν ως προς τον αριθμό και το μέγεθός τους. Ως εκ τούτου, προκύπτει ένα φυσικό ερώτημα σχετικά με τους αναπτυξιακούς μηχανισμούς που δημιουργούν αυτό το βασικό χαρακτηριστικό των σπονδυλωτών και τις πολλές παραλλαγές του σε όλο το ζωικό βασίλειο.

Το 1997 ο ​​αναπτυξιακός βιολόγος Ολιβιέ Πουρκιέ, τώρα στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, αποκάλυψε για πρώτη φορά έναν μοριακό ταλαντωτή που ονομάζεται ρολόι κατάτμησης που οδηγεί τον μηχανισμό που διαμορφώνει τη σπονδυλική στήλη των σπονδυλωτών. Δουλεύοντας με έμβρυα κοτόπουλου, η ερευνητική του ομάδα εντόπισε τους βασικούς παίκτες που εκφράζονται ρυθμικά κατά τον σχηματισμό κάθε σπονδυλικού τμήματος στον εμβρυϊκό ιστό. Το ρολόι κατάτμησης πυροδοτεί ταλαντώσεις της γονιδιακής έκφρασης, αναγκάζοντας τα κύτταρα να κυμαίνονται στην απόκρισή τους σε ένα σήμα μετώπου κύματος που κινείται από την κεφαλή στην ουρά. Όταν το μέτωπο κύματος συναντά κελιά που αποκρίνονται, σχηματίζεται ένα τμήμα. Με αυτόν τον τρόπο, ο μηχανισμός ρολογιού και κυματομετώπου ελέγχει την περιοδική οργάνωση της σπονδυλικής στήλης.

Τα γονίδια που ενορχηστρώνουν το ρολόι κατάτμησης διατηρούνται σε όλα τα είδη. Ωστόσο, η περίοδος του ρολογιού - ο χρόνος μεταξύ δύο κορυφών σε μια ταλάντωση - δεν είναι. Για πολλά χρόνια, οι αναπτυξιακοί γενετιστές δεν μπορούσαν να το εξηγήσουν: Δεν είχαν τα γενετικά εργαλεία για να χειριστούν το ρολόι ακριβώς σε ένα αναπτυσσόμενο έμβρυο. Έτσι, γύρω στο 2008, ο Pourquié άρχισε να αναπτύσσει μεθόδους για την καλύτερη ανατομή του μηχανισμού στο εργαστήριο.

Εκείνη την εποχή, «ακουγόταν σαν απόλυτη επιστημονική φαντασία», είπε. Αλλά η ιδέα έγινε πιο εύλογη την επόμενη δεκαετία, καθώς το εργαστήριο του Pourquié και άλλοι σε όλο τον κόσμο έμαθαν να καλλιεργούν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και ακόμη και να δημιουργήσουν οργανοειδή — σαν αμφιβληστροειδής χιτώνας, έντερο ή μίνι εγκέφαλος — σε ένα πιάτο.

Ο Pourquié και ο Diaz Cuadros, τότε μεταπτυχιακός φοιτητής του, βρήκαν έναν τρόπο να αναπαράγουν το ρολόι σε βλαστοκύτταρα ποντικού και ανθρώπου. Σε πρώιμα πειράματα, παρατήρησαν ότι η περίοδος του ρολογιού διαρκεί περίπου δύο ώρες στα ποντίκια, ενώ χρειάζονται περίπου πέντε ώρες για να ολοκληρωθεί μια ταλάντωση στα ανθρώπινα κύτταρα. Ήταν η πρώτη φορά που κάποιος είχε εντοπίσει την περίοδο του ρολογιού κατάτμησης στους ανθρώπους.

Άλλα εργαστήρια είδαν επίσης τη δυνατότητα αυτών των προόδων στη βιολογία των βλαστοκυττάρων για την αντιμετώπιση μακροχρόνιων ερωτημάτων σχετικά με το χρονοδιάγραμμα της ανάπτυξης. Το 2020, δύο ερευνητικές ομάδες — η μία με επικεφαλής Miki Ebisuya στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας στη Βαρκελώνη και το άλλο από Τζέιμς Μπρίσκο στο Ινστιτούτο Francis Crick στο Λονδίνο — ανακάλυψε ανεξάρτητα ότι οι βασικές μοριακές διεργασίες στο κύτταρο παραμένουν σε ρυθμό με τον ρυθμό ανάπτυξης. Δημοσίευσαν μελέτες πλευρά by πλευρά in Επιστήμη.

Η ομάδα του Ebisuya ήθελε να κατανοήσει τις διαφορές στον ρυθμό των μοριακών αντιδράσεων - γονιδιακή έκφραση και αποικοδόμηση πρωτεϊνών - που οδηγούν κάθε κύκλο του ρολογιού. Διαπίστωσαν ότι και οι δύο διαδικασίες λειτούργησαν δύο φορές πιο γρήγορα σε κύτταρα ποντικού από ότι σε ανθρώπινα.

Ο Μπρίσκο εξέτασε αντ' αυτού την πρώιμη ανάπτυξη του νωτιαίου μυελού. Όπως και ο κύκλος του ρολογιού κατάτμησης, η διαδικασία διαφοροποίησης των νευρώνων - συμπεριλαμβανομένης της έκφρασης αλληλουχιών γονιδίων και της διάσπασης των πρωτεϊνών - επεκτάθηκε αναλογικά στους ανθρώπους σε σύγκριση με τα ποντίκια. «Χρειάζεται δύο έως τρεις φορές περισσότερος χρόνος για να φτάσετε στο ίδιο στάδιο ανάπτυξης χρησιμοποιώντας ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα», είπε ο Briscoe.

Ήταν λες και, μέσα σε κάθε κελί, ένας μετρονόμος έσκαγε μακριά. Με κάθε αιώρηση του εκκρεμούς, μια ποικιλία κυτταρικών διεργασιών - γονιδιακή έκφραση, αποικοδόμηση πρωτεϊνών, διαφοροποίηση κυττάρων και εμβρυϊκή ανάπτυξη - όλα συμβαδίζουν και παρέμειναν στην ώρα τους.

Ήταν όμως αυτός ένας γενικός κανόνας για όλα τα σπονδυλωτά, πέρα ​​από τα ποντίκια και τους ανθρώπους; Για να το μάθετε, ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Ebisuya Χόρχε Λάζαρο δημιούργησε έναν «ζωολογικό κήπο βλαστοκυττάρων», που φιλοξενεί κύτταρα από μια ποικιλία θηλαστικών: ποντίκια, κουνέλια, βοοειδή, ρινόκερους, ανθρώπους και μαρμόζους. Όταν αναπαρήγαγε το ρολόι τμηματοποίησης κάθε είδους, είδε ότι η ταχύτητα των βιοχημικών αντιδράσεων παρέμενε σε ρυθμό με την περίοδο του ρολογιού τμηματοποίησης σε κάθε είδος.

Επιπλέον, ο ρυθμός του ρολογιού δεν προσαρμόστηκε στο μέγεθος των ζώων. Τα κύτταρα του ποντικού ταλαντώθηκαν πιο γρήγορα από τα κύτταρα του ρινόκερου, αλλά τα ανθρώπινα κύτταρα ταλαντώθηκαν πιο αργά από τα κύτταρα του ρινόκερου, και τα κύτταρα μαρμοσετ είχαν τις πιο αργές ταλαντώσεις από όλα.

Τα ευρήματα, δημοσιευτηκε σε Κυττάρων Βλαστικών Κυττάρων τον Ιούνιο, πρότεινε ότι η ταχύτητα των βιοχημικών αντιδράσεων θα μπορούσε να είναι ένας παγκόσμιος μηχανισμός για τη ρύθμιση του αναπτυξιακού χρόνου.

Πέρασαν επίσης τα όρια μιας σημαντικής αλλά παραμελημένης πτυχής του κεντρικού δόγματος της μοριακής βιολογίας. «Μιλάμε για μεταγραφή, μετάφραση και σταθερότητα πρωτεΐνης», είπε ο Diaz-Cuadros. Όλοι είχαν σκεφτεί ότι ήταν τα ίδια σε όλα τα είδη θηλαστικών ή σπονδυλωτών, «αλλά τώρα αυτό που λέμε είναι ότι η ταχύτητα του κεντρικού δόγματος είναι συγκεκριμένη για το είδος και νομίζω ότι αυτό είναι αρκετά συναρπαστικό».

Φτιάξτε ή Σπάστε μια πρωτεΐνη

Το ρολόι, λοιπόν, πρέπει να πηγάζει από έναν μηχανισμό που καθορίζει το ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων μεταξύ των ειδών. Τερέζα Ραγιόν ήθελε να αποκαλύψει την προέλευσή του όταν εκείνη παρακολούθησαν τους κινητικούς νευρώνες να διαφοροποιούνται στο εργαστήριό της στο Λονδίνο, όπου σπούδασε κοντά στον Μπρίσκο.

Κατασκεύασε γενετικά αναπτυσσόμενους νευρώνες ποντικιού και ανθρώπου για να εκφράσει φθορίζουσα πρωτεΐνη, η οποία λάμπει έντονα όταν διεγείρεται από ένα λέιζερ στο σωστό μήκος κύματος. Στη συνέχεια παρακολούθησε τις εισαγόμενες πρωτεΐνες καθώς αποικοδομούνταν. Προς έκπληξή της, οι ίδιες φθορίζουσες πρωτεΐνες διαλύθηκαν πιο γρήγορα στα κύτταρα του ποντικού παρά στα ανθρώπινα κύτταρα, διατηρώντας χρόνο με την ανάπτυξη των νευρώνων. Αυτό της πρότεινε ότι κάτι στο ενδοκυτταρικό περιβάλλον καθόριζε τον ρυθμό της υποβάθμισης.

«Αν ρωτούσατε έναν βιολόγο, "Πώς προσδιορίζετε τη σταθερότητα μιας πρωτεΐνης;" θα σου έλεγαν ότι εξαρτάται από τη σειρά», είπε η Rayon, η οποία τώρα διευθύνει το δικό της εργαστήριο στο Ινστιτούτο Babraham στο Cambridge της Αγγλίας. «Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι στην πραγματικότητα δεν συμβαίνει αυτό. Πιστεύουμε ότι μπορεί να παίζει ρόλο ο μηχανισμός που υποβαθμίζει τις πρωτεΐνες».

Αλλά αυτή και η ομάδα της έψαχναν σε έναν μόνο τύπο κυττάρων. Εάν οι κυτταρικοί τύποι σε διάφορους ιστούς αναπτύσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς, θα αποικοδομούνται και οι πρωτεΐνες τους με διαφορετικούς ρυθμούς;

Μάικλ Ντόρριτι στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας στη Χαϊδελβέργη έψαχνε αυτό το ερώτημα σκεπτόμενος πώς η θερμοκρασία επηρεάζει την ανάπτυξη. Πολλά ζώα, από έντομα μέχρι ψάρια, αναπτύσσονται πιο γρήγορα όταν εκτρέφονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Παρατήρησε με ενδιαφέρον ότι σε έμβρυα ψαριών ζέβρας που εκτρέφονταν σε ζεστό περιβάλλον, ο ρυθμός ανάπτυξης ορισμένων τύπων κυττάρων επιταχύνθηκε πιο γρήγορα από εκείνον άλλων.

In ένα προτύπωμα που δημοσίευσε πέρυσι, έδωσε μια εξήγηση που αφορούσε τον μηχανισμό που παράγει και υποβαθμίζει τις πρωτεΐνες. Ορισμένοι τύποι κυττάρων απαιτούν μεγαλύτερο όγκο ή πιο πολύπλοκες πρωτεΐνες από άλλους. Ως αποτέλεσμα, ορισμένοι κυτταρικοί τύποι «επιβαρύνουν τους μηχανισμούς ποιοτικού ελέγχου της πρωτεΐνης», είπε. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, δεν έχουν την ικανότητα να συμβαδίσουν με τις υψηλότερες ανάγκες σε πρωτεΐνη, και έτσι το εσωτερικό τους ρολόι αποτυγχάνει να επιταχύνει και να συμβαδίζει.

Υπό αυτή την έννοια, οι οργανισμοί δεν διατηρούν ένα ενιαίο ρολόι, αλλά έχουν πολλά ρολόγια για πολλούς ιστούς και τύπους κυττάρων. Εξελικτικά μιλώντας, αυτό δεν είναι σφάλμα αλλά χαρακτηριστικό: Όταν οι ιστοί αναπτύσσονται ασυγχρονισμένα μεταξύ τους, τα μέρη του σώματος μπορούν να αναπτυχθούν με διαφορετικούς ρυθμούς – κάτι που μπορεί να οδηγήσει στην εξέλιξη διαφορετικών οργανισμών ή ακόμα και νέων ειδών.

Ήταν σαν να είχαν ανακαλύψει το κουμπί συντονισμού του εσωτερικού μετρονόμου του κυττάρου, που τους επέτρεπε να επιταχύνουν ή να επιβραδύνουν τον ρυθμό της εμβρυϊκής ανάπτυξης. «Δεν είναι οι διαφορές στη ρυθμιστική αρχιτεκτονική των γονιδίων που εξηγούν αυτές τις διαφορές στο χρονοδιάγραμμα», είπε ο Pourquié. Τα ευρήματα ήταν δημοσιευτηκε σε Φύση νωρίτερα αυτό το χρόνο.

Αυτό το κουμπί μεταβολικής ρύθμισης δεν περιοριζόταν στο αναπτυσσόμενο έμβρυο. Ο Iwata και ο Vanderhaeghen, εν τω μεταξύ, ανακάλυψαν πώς να χρησιμοποιούν φάρμακα και γενετική για να παίξουν με το μεταβολικό ρυθμό των νευρώνων ωρίμανσης - μια διαδικασία που, σε αντίθεση με αυτή του ρολογιού τμηματοποίησης, που λειτουργεί μόνο για μερικές ημέρες, διαρκεί πολλές εβδομάδες ή μήνες. Όταν οι νευρώνες του ποντικιού αναγκάστηκαν να παράγουν ενέργεια πιο αργά, οι νευρώνες ωρίμασαν επίσης πιο αργά. Αντίθετα, μετατοπίζοντας φαρμακολογικά τους ανθρώπινους νευρώνες προς μια ταχύτερη οδό, οι ερευνητές θα μπορούσαν να επιταχύνουν την ωρίμανση τους. Τα ευρήματα ήταν δημοσιευτηκε σε Επιστήμη τον Ιανουάριο.

Για τον Vanderhaeghen, το συμπέρασμα των πειραμάτων τους είναι ξεκάθαρο: «Ο μεταβολικός ρυθμός οδηγεί τον συγχρονισμό της ανάπτυξης».

Ωστόσο, ακόμα κι αν ο μεταβολισμός είναι ο ανάντη ρυθμιστής όλων των άλλων κυτταρικών διεργασιών, αυτές οι διαφορές πρέπει να επανέλθουν στη γενετική ρύθμιση. Είναι πιθανό τα μιτοχόνδρια να επηρεάζουν το χρόνο έκφρασης των αναπτυξιακών γονιδίων ή εκείνων που εμπλέκονται στον μηχανισμό παραγωγής, διατήρησης και ανακύκλωσης πρωτεϊνών.

Μια πιθανότητα, υπέθεσε ο Vanderhaeghen, είναι ότι οι μεταβολίτες από τα μιτοχόνδρια είναι απαραίτητοι για τη διαδικασία που συμπυκνώνει ή διαστέλλει το διπλωμένο DNA στα γονιδιώματα, έτσι ώστε να μπορεί να μεταγραφεί για τη δημιουργία πρωτεϊνών. Ίσως, πρότεινε, αυτοί οι μεταβολίτες περιορίζουν τον ρυθμό μεταγραφής και καθορίζουν παγκοσμίως τον ρυθμό με τον οποίο ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται τα γονιδιακά ρυθμιστικά δίκτυα. Αυτή είναι μόνο μια ιδέα, ωστόσο, που χρειάζεται πειραματική αποσυσκευασία.

Υπάρχει επίσης το ερώτημα για το τι κάνει τα μιτοχόνδρια να τσεκάρουν στην πρώτη θέση. Ο Diaz Cuadros πιστεύει ότι η απάντηση πρέπει να βρίσκεται στο DNA: «Κάπου στο γονιδίωμά τους, πρέπει να υπάρχει μια διαφορά αλληλουχίας μεταξύ ποντικιού και ανθρώπου που κωδικοποιεί αυτή τη διαφορά στον αναπτυξιακό ρυθμό».

«Ακόμα δεν έχουμε ιδέα πού βρίσκεται αυτή η διαφορά», είπε. «Δυστυχώς είμαστε ακόμη πολύ μακριά από αυτό».

Η εύρεση αυτής της απάντησης μπορεί να πάρει χρόνο, και όπως το μιτοχονδριακό ρολόι, η επιστημονική πρόοδος προχωρά με ένα ρυθμό από μόνος της.

Διορθώσεις, 18 Σεπτεμβρίου 2023
Στην εισαγωγή, μια πρόταση αναθεωρήθηκε για να διευκρινιστεί ότι είναι ο ρυθμός έκφρασης των γονιδίων, και όχι ο συνολικός μεταβολικός ρυθμός, που βοηθά στην κατεύθυνση του ρυθμού ανάπτυξης. Το άρθρο ενημερώθηκε επίσης για να διορθώσει ποια είδη στον ζωολογικό κήπο βλαστοκυττάρων έχουν τις ταχύτερες και πιο αργές ταλαντώσεις κατάτμησης-ρολόι.