Zelfs kleine verschillen in hoe snel dieren groeien tijdens de ontwikkeling kunnen leiden tot grote verschillen in hun volwassen lichaamsgrootte. Niettemin zijn volwassenen van dezelfde soort meestal bijna identiek in grootte. Benjamin Towbin, een postdoc in het Grosshans-lab die nu aan de Uni Bern werkt, ontdekte een mechanisme dat een dergelijke uniformiteit van de grootte bevordert zonder de grootte zelf te meten. Zijn onderzoek met C. elegans toonde aan dat de groeisnelheid bepalend is voor de snelheid van een genetische klok die de ontwikkeling keert.

Over het algemeen groeien individuen van dezelfde soort tot dezelfde grootte. Deze uniformiteit in grootte is verbazingwekkend, aangezien intrinsieke willekeur in ontwikkelingsprocessen en in omgevingscondities aanzienlijke verschillen veroorzaakt in hoe snel individuen groeien. Bovendien, omdat de groei van dieren vaak exponentieel is, kunnen zelfs kleine verschillen in groei zich versterken tot grote verschillen in grootte. Hoe zorgen dieren er toch voor dat ze de juiste maat bereiken?

Hoewel groottecontrole uitgebreid is bestudeerd in eencellige microben, is er weinig bekend over hoe meercellige dieren hun grootte beheersen. Benjamin Towbin, nu een assistent-professor aan de Universiteit van Bern, was een expert in het beheersen van bacteriële grootte toen hij als postdoc bij de FMI kwam werken in de groep van Helge Grosshans. Hij realiseerde zich dat de nieuwe live-beeldvormingstechnologie die het Grosshans-lab gebruikte om de ontwikkeling van de rondworm C. elegans vast te leggen, nieuwe mogelijkheden opende om te bestuderen hoe dieren hun grootte beheersen.

In een studie gepubliceerd in Nature Communications , Towbin gebruikte time-lapse-microscopie om honderden individuele C. elegans vast te leggen van het uitkomen tot de volwassenheid. Towbin ontdekte een mechanisme dat zorgt voor de uniformiteit van lichaamsgrootte tussen individuele dieren. Het mechanisme lijkt niet per se de grootte te meten. In plaats daarvan detecteert het hoe snel een persoon groeit en past het de tijd aan waarna deze persoon volwassen wordt. Daarom bereikt een langzaam groeiend individu dezelfde grootte als een snelgroeiend individu, omdat het meer tijd krijgt om te groeien.

Towbin toonde aan dat dit mechanisme optreedt door de groeisnelheid te koppelen aan de frequentie van een zogenaamde genetische oscillator. Het Grosshans-lab had eerder aangetoond dat deze oscillator als ontwikkelingsklok functioneert, zie verhaal. Na vier oscillaties eindigt de ontwikkeling van de jeugd en worden de dieren volwassen. Dit wetende, gebruikte Towbin moleculaire hulpmiddelen om deze klok te versnellen. Zoals Towbin voorspelde door een wiskundig model, werden dieren met een snellere klok sneller volwassen en waren ze kleiner van formaat.

"Het wiskundige model laat ook zien dat een inverse relatie van de groeisnelheid en de oscillatiefrequentie niet specifiek is voor wormen, maar een algemene eigenschap van genetische oscillatoren", zegt Towbin, de laatste auteur van het artikel (Klement Stojanovski, de labmanager van zijn huidige lab, is eerste auteur). "Koppeling van groei en ontwikkeling zoals gevonden in de worm kan dus ten grondslag liggen aan veel andere gevallen van biologische groottecontrole", zegt hij. De ontwikkeling van de wervelkolom van gewervelde dieren omvat bijvoorbeeld ook een genetische oscillator, waarvan de koppeling aan de groei kan zorgen voor de juiste grootte en het juiste aantal wervels.