Zoetwaterplanariërs, over de hele wereld gevonden en algemeen bekend als "platwormen, " staan ​​bekend om hun regeneratief vermogen. Door een proces genaamd "splijting, "planarians kunnen zich ongeslachtelijk voortplanten door zichzelf eenvoudig in twee stukken te scheuren - een kop en een staart - die vervolgens binnen ongeveer een week twee nieuwe wormen vormen.

Wanneer, waar en hoe dit proces zich ontvouwt, is eeuwenlang een raadsel gebleven vanwege de moeilijkheid om splijting te bestuderen. Maar nu, een team van wetenschappers van de Universiteit van Californië in San Diego geeft een nieuwe biomechanische verklaring in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Planarians zijn notoir moeilijk te bestuderen. Ze houden er niet van om in de gaten te worden gehouden tijdens splijting, die voornamelijk in het donker gebeurt en stopt bij de minste verstoring. Omdat splijting niet vaak voorkomt - ongeveer een keer per maand voor bepaalde soorten - zijn continue video-opnames nodig om planariërs op heterdaad te betrappen om de details van hun regeneratie te bestuderen.

Om te begrijpen waar en hoe splijting plaatsvindt in de planaire soorten Dugesia japonica , gebruikten de onderzoekers een mix van time-lapse video-opnames, gevoelige tractiemetingen, statistische analyse van honderden divisies en wiskundige modellering.

Eva Maria Collins, een universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde en de sectie Cel- en Ontwikkelingsbiologie, en haar collega's waren in staat om te voorspellen waar planaire splijting plaatsvindt op basis van de anatomie en om uit te leggen hoe het proces plaatsvindt met behulp van een relatief eenvoudig mechanisch model.

"Voorafgaand aan ons werk, niemand wist waar en hoe planarians verdelen, "zei Collins. "In feite, de laatste diepgaande studie van splijting kwam tot de conclusie dat waar splijting plaatsvindt onvoorspelbaar is. onze resultaten, laten zien dat het voorspelbaar is, daarom volledig veranderen de manier waarop we denken over kernsplijting."

In eerdere bevindingen is Collins en haar collega's toonden aan dat waar een planarian verdeelt, de relatieve grootte van de twee nakomelingen bepaalt en dus hun overlevingskansen en toekomstige reproductie. Het kan ook van cruciaal belang zijn om te begrijpen hoe deze vorm van ongeslachtelijke voortplanting aanleiding kan geven tot diversiteit in een populatie zonder seksuele voortplanting.

Zoals beschreven in de PNAS studie, het team ontdekte dat splijting altijd in drie fasen plaatsvindt:taillevorming, pulsatie en breuk. Taillevorming is de sleutel tot splijtingsmechanica door een lokale, dwarsdoorsnede zwak punt. Vervolgens, uitstrekkende en samentrekkende pulsen veroorzaken uiteindelijk een scheur in de taille. Eenmaal gescheurd, de twee stukken laten ontbrekende structuren teruggroeien door een grote hoeveelheid stamcellen, die centraal staan ​​in het vermogen van planarians om te regenereren. Hoe de stamcellen worden verdeeld over de twee nakomelingen, blijft onbekend en is de link tussen de bevindingen van deze nieuwe studie en het lopende onderzoek in het Collins-lab naar de evolutie van zich ongeslachtelijk voortplantende soorten.

Michael faraday, beschouwd als een van 's werelds grootste wetenschappers vanwege zijn bijdragen op het gebied van natuurkunde en scheikunde, was naar verluidt gefascineerd door planaire splijting. De ingewikkelde vereisten voor het bestuderen van de wormen hebben de beroemde 19e-eeuwse fysicus mogelijk verhinderd om het proces volledig te ontcijferen.

Collins zei dat ze wilde begrijpen hoe planaire splijting werkte toen ze jaren geleden voor het eerst foto's van het proces zag.

"Soms zie je gewoon iets in de natuur en wil je begrijpen hoe het werkt, " ze zei, prees de bijdragen van co-eerste auteur Paul Malinowski en derde auteur Kelson Kaj, die tijdens het onderzoek UC San Diego natuurkundestudenten waren.