อะไรทำให้ชีวิตติ๊ก? Mitochondria อาจรักษาเวลาให้กับเซลล์ | นิตยสารควอนต้า

เช่นเดียวกับที่ผู้คนในสถานที่ต่างกันดูเหมือนจะเคลื่อนไหวในจังหวะที่ต่างกัน สัตว์ต่างสายพันธุ์ก็เช่นกัน พวกมันมีอายุตามอัตราของตนเอง: บางชนิด เช่น แมลงวันผลไม้ แข่งกันจนโตเต็มวัยเพื่อให้พวกมันสามารถแพร่พันธุ์ได้ก่อนที่แหล่งอาหารชั่วคราวของพวกมันจะหายไป ในขณะที่สิ่งมีชีวิตอย่างมนุษย์เติบโตอย่างช้าๆ เป็นเวลาหลายทศวรรษ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการสร้างสมองที่ใหญ่และซับซ้อนจำเป็นต้องอาศัยมัน และในช่วงเริ่มต้นของชีวิตของเอ็มบริโอ การปรับเปลี่ยนเล็กๆ น้อยๆ ในช่วงเวลาและวิธีที่เนื้อเยื่อต่างๆ พัฒนาสามารถเปลี่ยนแปลงรูปแบบของสิ่งมีชีวิตได้อย่างมาก ซึ่งเป็นกลไกที่วิวัฒนาการใช้ประโยชน์จากการสร้างสายพันธุ์ใหม่ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่กำหนดจังหวะการเติบโตของสิ่งมีชีวิตยังคงเป็นปริศนา

“ความรู้ของเราเกี่ยวกับสิ่งที่ควบคุมจังหวะการพัฒนานั้นล้าหลังในด้านชีววิทยาพัฒนาการอื่นๆ มาก” กล่าว มาร์กาเร็ต ดิแอซ กัวดรอสซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยที่เน้นจังหวะพัฒนาการที่โรงพยาบาล Massachusetts General Hospital ในบอสตัน

นักชีววิทยาด้านพัฒนาการประสบความสำเร็จอย่างมากในการระบุ เครือข่ายของยีนควบคุม ที่พูดคุยกัน — ระบบแบบเรียงซ้อนของลูปป้อนกลับที่เปิดหรือปิดยีนในเวลาและสถานที่ที่เหมาะสมเพื่อสร้าง เช่น ตาหรือขา แต่ความคล้ายคลึงกันที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงในเครือข่ายยีนเหล่านี้ระหว่างสปีชีส์นั้นตรงกันข้ามกับความแตกต่างอย่างมากในด้านระยะเวลาในการพัฒนา ตัวอย่างเช่น หนูและมนุษย์ใช้ยีนชุดเดียวกันเพื่อสร้างเซลล์ประสาทและสร้างกระดูกสันหลัง แต่สมองและกระดูกสันหลังของหนูกลับแตกต่างไปจากสมองของมนุษย์ค่อนข้างมาก เนื่องจากจังหวะเวลาที่ยีนเหล่านั้นทำงานแตกต่างกัน และไม่ชัดเจนว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น

“การควบคุมยีนดูเหมือนจะไม่ได้อธิบายทุกอย่างเกี่ยวกับช่วงเวลาของพัฒนาการ” กล่าว ปิแอร์ แวนเดอร์เฮเก้นซึ่งศึกษาวิวัฒนาการและพัฒนาการของสมองที่ KU Leuven ประเทศเบลเยียม “ตอนนี้ มันค่อนข้างยั่วยุนิดหน่อย เพราะในทางชีววิทยา ทุกอย่างควรอธิบายได้ด้วยการควบคุมยีน ทั้งทางตรงและทางอ้อม”

คำอธิบายใหม่สำหรับสิ่งที่ทำให้ชีวิตเกิดขึ้นได้จากนวัตกรรมต่างๆ เช่น ความก้าวหน้าในการเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์และความพร้อมของเครื่องมือในการจัดการกับการเผาผลาญ ซึ่งพัฒนาขึ้นครั้งแรกเพื่อศึกษาโรคมะเร็ง ซึ่งขณะนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถจัดทำแผนภูมิและเล่นกับก้าวของการพัฒนาในระยะเริ่มต้นได้ เอ็มบริโอและเนื้อเยื่อได้ละเอียดยิ่งขึ้น ในรายงานฉบับหนึ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้แก่ สิ่งพิมพ์สำคัญฉบับหนึ่ง ในเดือนมิถุนายน ทีมวิจัยหลายทีมได้มาบรรจบกันอย่างเป็นอิสระเกี่ยวกับความเชื่อมโยงที่น่าสนใจระหว่างจังหวะของการพัฒนา ความเร็วของปฏิกิริยาทางชีวเคมี และอัตราการแสดงออกของยีนที่เป็นรากฐานของปฏิกิริยาทางชีวเคมีเหล่านั้น

การค้นพบของพวกเขาชี้ไปที่เครื่องเมตรอนอมทั่วไป: ไมโตคอนเดรียซึ่งอาจเป็นตัวจับเวลาของเซลล์ ซึ่งเป็นตัวกำหนดจังหวะสำหรับกระบวนการพัฒนาและทางชีวเคมีที่หลากหลายที่สร้างและรักษาชีวิต

เซลล์ประสาทรักษาเวลา

กว่าทศวรรษที่ผ่านมา Vanderhaeghen ได้ทำการทดลองที่วางรากฐานสำหรับการศึกษาสมัยใหม่เกี่ยวกับวิธีการรักษาจังหวะการพัฒนา นักประสาทวิทยาอยู่ในนั้น ห้องทดลองในเบลเยียมของเขา การปลูกสเต็มเซลล์ในจานเพาะเชื้อ และการสังเกตระยะเวลาที่สเต็มเซลล์เติบโตจากเซลล์ว่างเปล่าไปจนถึงเซลล์ประสาทที่เชื่อมต่อและสื่อสารกับผู้อื่นได้อย่างสมบูรณ์ เขาคิดว่าเขาอาจพบเบาะแสเกี่ยวกับต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของสมองมนุษย์โดยการเปรียบเทียบหนูเหล่านี้กับสเต็มเซลล์ของมนุษย์ที่จะกลายเป็นเซลล์ประสาท

สิ่งแรกที่เขาสังเกตเห็นก็คือสเต็มเซลล์ของหนูจะเปลี่ยนไปเป็นเซลล์สมองที่โตเต็มที่ในเวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ ซึ่งเร็วกว่าสเต็มเซลล์ของมนุษย์ซึ่งต้องใช้เวลาในการเติบโตมากกว่าสามถึงสี่เดือน

แต่เซลล์เหล่านี้จะพัฒนาในลักษณะเดียวกันในสมองที่กำลังเติบโตมากกว่าในจานที่อยู่ห่างไกลหรือไม่? เพื่อค้นหาคำตอบ เขาได้ปลูกถ่ายเซลล์ประสาทของเมาส์ไปเป็นสมองของหนูที่มีชีวิต เซลล์ดำเนินไปตามไทม์ไลน์เดียวกันกับเซลล์ประสาทของหนูโฮสต์ โดยแยกความแตกต่างหลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งสัปดาห์ จากนั้นเขาก็ลองทำสิ่งเดียวกันกับเซลล์ประสาทของมนุษย์ โดยฝังมันเข้าไปในสมองของหนู เขาประหลาดใจที่เซลล์ประสาทของมนุษย์รักษาเวลาของตัวเองไว้ ใช้เวลาเกือบหนึ่งปีกว่าจะโตเต็มที่แม้จะมีสภาพแวดล้อมแบบสัตว์ฟันแทะก็ตาม

“นั่นให้คำตอบแรกที่สำคัญแก่เรา ซึ่งก็คือไม่ว่ากลไกการกำหนดเวลาจะเป็นเช่นไรก็ตาม ดูเหมือนว่ากลไกหลายอย่างจะอยู่ในเซลล์ประสาทเอง” Vanderhaeghen กล่าว “แม้ว่าคุณจะนำเซลล์ออกจากจานเพาะเชื้อแล้วไปใส่ในสิ่งมีชีวิตอื่น พวกมันก็ยังคงรักษาลำดับเวลาของมันไว้”

ถึงกระนั้น แทบไม่มีใครรู้เกี่ยวกับกลไกของเซลล์ที่ซ่อนอยู่จนกระทั่งเมื่อสองสามปีก่อน

Vanderhaeghen เริ่มคิดถึงว่าส่วนประกอบของเซลล์ประสาทมาจากไหน “การสร้างเซลล์ประสาทก็เหมือนกับการสร้างอาคารที่ซับซ้อนมาก” เขากล่าว “คุณต้องมีการขนส่งที่ดี” เซลล์ไม่เพียงต้องการพลังงานเท่านั้น แต่ยังต้องการแหล่งวัตถุดิบในการเติบโตและแบ่งตัวอีกด้วย

เขาสงสัยว่าไมโตคอนเดรียอาจจัดเตรียมส่วนประกอบเหล่านี้ ออร์แกเนลล์เป็นกุญแจสำคัญในการเจริญเติบโตและการเผาผลาญของเซลล์ พวกมันผลิตพลังงาน ทำให้พวกมันได้รับสมญานามว่า “โรงไฟฟ้าของเซลล์” และยังผลิตสารเมตาโบไลต์ที่จำเป็นสำหรับการสร้างกรดอะมิโนและนิวคลีโอไทด์ และสำหรับควบคุมการแสดงออกของยีน

มุมมองคลาสสิกของไมโตคอนเดรียคือพวกมันไม่เปลี่ยนแปลงตลอดอายุขัยของเซลล์ “พวกมันเป็นเพียงไส้กรอกเล็กๆ ที่สวยงามและงดงามภายในห้องขัง และพวกมันให้พลังงาน” แวนเดอร์เฮเกนกล่าว แต่เมื่อเขาและ เรียวเฮ อิวาตะนักวิชาการหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของเขา มองการพัฒนาเซลล์ประสาทอย่างใกล้ชิดมากขึ้น พวกเขาเห็นว่าไมโตคอนเดรียต้องใช้เวลาในการพัฒนาเช่นกัน

เซลล์ประสาทรุ่นเยาว์ พวกเขารายงานเข้ามา วิทยาศาสตร์มีไมโตคอนเดรียน้อย และไมโตคอนเดรียที่มีก็ถูกแยกส่วนและสร้างพลังงานเพียงเล็กน้อย จากนั้น เมื่อเซลล์ประสาทเจริญเติบโต ไมโตคอนเดรียก็จะมีจำนวน ขนาด และกิจกรรมการเผาผลาญเพิ่มขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น การเปลี่ยนแปลงยังเกิดขึ้นในหนูมากกว่าในมนุษย์อีกด้วย โดยพื้นฐานแล้ว ระบบจะปรับขนาด: การสุกของไมโตคอนเดรียยังคงสอดคล้องกับการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทในทั้งสองสายพันธุ์

การค้นพบนี้ทำให้ Vanderhaeghen และ Iwata มีความสำคัญ และทำให้พวกเขาสงสัยว่าไมโตคอนเดรียอาจเป็นเสียงกลองอันเงียบสงบที่ขับเคลื่อนความแตกต่างอย่างมากในจังหวะการพัฒนาของสายพันธุ์ต่างๆ

วิธีการปลูกกระดูกสันหลัง

หนึ่งในแบบจำลองคลาสสิกสำหรับการศึกษาจังหวะการพัฒนาของตัวอ่อนคือรูปแบบของกระดูกสันหลัง สัตว์มีกระดูกสันหลังทุกตัวมีกระดูกสันหลังประกอบด้วยกลุ่มกระดูกสันหลังหลายส่วน แต่สปีชีส์แตกต่างกันไปตามจำนวนและขนาด จึงเกิดคำถามตามธรรมชาติเกี่ยวกับกลไกการพัฒนาที่ก่อให้เกิดลักษณะสำคัญของสัตว์มีกระดูกสันหลังและความแปรผันต่างๆ มากมายทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์

ในปี พ.ศ. 1997 นักชีววิทยาด้านพัฒนาการ โอลิวิเยร์ ปูร์เกียปัจจุบันอยู่ที่โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด ได้มีการค้นพบออสซิลเลเตอร์ระดับโมเลกุลที่เรียกว่านาฬิกาการแบ่งส่วนซึ่งขับเคลื่อนกลไกที่สร้างรูปแบบกระดูกสันหลังของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ทีมวิจัยของเขาทำงานร่วมกับเอ็มบริโอไก่ โดยระบุผู้เล่นหลักที่แสดงออกเป็นจังหวะในระหว่างการก่อตัวของแต่ละส่วนของกระดูกสันหลังในเนื้อเยื่อของเอ็มบริโอ นาฬิกาแบ่งส่วนจะกระตุ้นการแกว่งของการแสดงออกของยีน ส่งผลให้เซลล์มีความผันผวนในการตอบสนองต่อสัญญาณหน้าคลื่นที่เคลื่อนจากหัวจรดท้าย เมื่อหน้าคลื่นพบกับเซลล์ที่ตอบสนอง เซ็กเมนต์จะก่อตัวขึ้น ด้วยวิธีนี้ กลไกนาฬิกาและคลื่นหน้าจะควบคุมการจัดเรียงกระดูกสันหลังเป็นระยะ

ยีนที่จัดลำดับนาฬิกาแบ่งส่วนได้รับการอนุรักษ์ไว้ในสปีชีส์ต่างๆ อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาของนาฬิกา — เวลาระหว่างสองจุดสูงสุดในการแกว่ง — ไม่ใช่ เป็นเวลาหลายปีแล้วที่นักพันธุศาสตร์ด้านพัฒนาการไม่สามารถอธิบายเรื่องนี้ได้ พวกเขาไม่มีเครื่องมือทางพันธุกรรมที่จะควบคุมนาฬิกาอย่างแม่นยำในเอ็มบริโอที่กำลังเติบโต ดังนั้น ประมาณปี 2008 Pourquié จึงเริ่มพัฒนาวิธีการเพื่อวิเคราะห์กลไกในห้องปฏิบัติการให้ดีขึ้น

ในเวลานั้น “มันฟังดูเหมือนเป็นนิยายวิทยาศาสตร์เลย” เขากล่าว แต่แนวคิดนี้มีความเป็นไปได้มากขึ้นในทศวรรษต่อมา เมื่อห้องทดลองของ Pourquié และบริษัทอื่นๆ ทั่วโลกเรียนรู้ที่จะเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนและ แม้กระทั่งสร้างสารอินทรีย์ — เช่น จอประสาทตา ลำไส้ หรือสมองขนาดเล็ก — ในจาน

Pourquié และ Diaz Cuadros ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขา ค้นพบวิธีที่จะสร้างนาฬิกาในหนูและสเต็มเซลล์ของมนุษย์ ในการทดลองช่วงแรกๆ พวกเขาสังเกตว่าคาบนาฬิกาใช้เวลาประมาณ XNUMX ชั่วโมงในหนู ในขณะที่ใช้เวลาประมาณ XNUMX ชั่วโมงในการสั่นในเซลล์ของมนุษย์ นี่เป็นครั้งแรกที่มีคนระบุช่วงเวลาของการแบ่งส่วนในมนุษย์ได้

ห้องปฏิบัติการอื่นๆ ยังมองเห็นศักยภาพของความก้าวหน้าทางชีววิทยาสเต็มเซลล์เหล่านี้เพื่อรับมือกับคำถามที่มีมายาวนานเกี่ยวกับระยะเวลาในการพัฒนา ในปี 2020 กลุ่มวิจัยสองกลุ่ม – หนึ่งกลุ่มนำโดย มิกิ เอบิสึยะ ที่ห้องปฏิบัติการชีววิทยาโมเลกุลแห่งยุโรปในบาร์เซโลนา และที่อื่นๆ โดย เจมส์ บริสโค ที่สถาบัน Francis Crick ในลอนดอน ค้นพบอย่างเป็นอิสระว่ากระบวนการทางโมเลกุลขั้นพื้นฐานในเซลล์ยังคงดำเนินต่อไปตามจังหวะของการพัฒนา พวกเขาตีพิมพ์ผลการศึกษา ด้าน by ด้าน in วิทยาศาสตร์.

ทีมงานของ Ebisuya ต้องการทำความเข้าใจความแตกต่างในอัตราของปฏิกิริยาระดับโมเลกุล เช่น การแสดงออกของยีนและการย่อยสลายโปรตีน ซึ่งขับเคลื่อนแต่ละรอบนาฬิกา พวกเขาพบว่ากระบวนการทั้งสองทำงานเร็วเป็นสองเท่าในเซลล์ของเมาส์เหมือนกับในมนุษย์

Briscoe พิจารณาการพัฒนาของไขสันหลังในช่วงแรกแทน เช่นเดียวกับวงจรนาฬิกาของการแบ่งส่วน กระบวนการสร้างความแตกต่างของเซลล์ประสาท รวมถึงการแสดงออกของลำดับยีนและการสลายโปรตีน ได้รับการยืดออกตามสัดส่วนในมนุษย์เมื่อเทียบกับหนู “ต้องใช้เวลานานกว่าสองถึงสามเท่ากว่าจะถึงขั้นเดียวกันของการพัฒนาโดยใช้สเต็มเซลล์จากเอ็มบริโอของมนุษย์” บริสโคกล่าว

ราวกับว่าภายในแต่ละเซลล์ มีเครื่องเมตรอนอมกำลังติ๊กออกไป ในการแกว่งลูกตุ้มแต่ละครั้ง กระบวนการต่างๆ ของเซลล์ เช่น การแสดงออกของยีน การย่อยสลายโปรตีน การสร้างความแตกต่างของเซลล์ และการพัฒนาของตัวอ่อน ล้วนดำเนินไปอย่างรวดเร็วและตรงต่อเวลา

แต่นี่เป็นกฎทั่วไปสำหรับสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิด นอกเหนือจากหนูและมนุษย์หรือไม่? เพื่อตามหาคำตอบ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเอบิสึยะ ฮอร์เก้ ลาซาโร สร้าง "สวนสัตว์สเต็มเซลล์" ซึ่งเป็นบ้านของเซลล์จากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลากหลายชนิด เช่น หนู กระต่าย วัว แรด มนุษย์ และมาร์โมเซต เมื่อเขาจำลองนาฬิกาการแบ่งส่วนของแต่ละสายพันธุ์ เขาเห็นว่าความเร็วของปฏิกิริยาทางชีวเคมีอยู่ในจังหวะกับระยะเวลาของนาฬิกาแบ่งส่วนในแต่ละนาฬิกา

ยิ่งไปกว่านั้น จังหวะของนาฬิกาไม่ได้ปรับขนาดตามขนาดของสัตว์อีกด้วย เซลล์ของหนูแกว่งเร็วกว่าเซลล์แรด แต่เซลล์ของมนุษย์แกว่งช้ากว่าเซลล์แรด และเซลล์มาร์โมเซตมีการแกว่งช้าที่สุด

ผลการวิจัย, ตีพิมพ์ใน เซลล์ต้นกำเนิด ในเดือนมิถุนายน ชี้ให้เห็นว่าความเร็วของปฏิกิริยาทางชีวเคมีอาจเป็นกลไกสากลในการกำหนดเวลาในการพัฒนา

พวกเขายังผลักดันขอบเขตของแง่มุมที่สำคัญแต่ถูกมองข้ามของความเชื่อหลักเกี่ยวกับชีววิทยาระดับโมเลกุล “เรากำลังพูดถึงการถอดรหัส การแปล และความเสถียรของโปรตีน” Diaz-Cuadros กล่าว ทุกคนเคยคิดว่าพวกมันเหมือนกันในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหรือสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกสายพันธุ์ “แต่ตอนนี้สิ่งที่เรากำลังพูดก็คือความเร็วของหลักคำสอนหลักนั้นขึ้นอยู่กับสายพันธุ์โดยเฉพาะ และฉันคิดว่านั่นค่อนข้างน่าทึ่ง”

สร้างหรือทำลายโปรตีน

นาฬิกาจึงต้องมีต้นกำเนิดมาจากกลไกที่กำหนดความเร็วของปฏิกิริยาทางชีวเคมีข้ามสายพันธุ์ เทเรซา เรยอน ต้องการเปิดเผยต้นกำเนิดของมันเมื่อเธอ เฝ้าดูเซลล์ประสาทสั่งการแยกแยะ ในห้องทดลองในลอนดอนของเธอ ซึ่งเธอศึกษากับบริสโค

เธอดัดแปลงพันธุกรรมของเมาส์และเซลล์ประสาทของมนุษย์ที่กำลังพัฒนาเพื่อแสดงโปรตีนเรืองแสง ซึ่งจะเรืองแสงเจิดจ้าเมื่อตื่นเต้นด้วยเลเซอร์ที่ความยาวคลื่นที่เหมาะสม จากนั้นเธอก็เฝ้าดูโปรตีนที่ได้รับการแนะนำในขณะที่มันย่อยสลาย ทำให้เธอประหลาดใจที่โปรตีนเรืองแสงชนิดเดียวกันนี้แยกออกจากเซลล์ของหนูได้เร็วกว่าในเซลล์ของมนุษย์ ทำให้มีเวลาในการพัฒนาเซลล์ประสาท นั่นทำให้เธอรู้ว่าบางสิ่งในสภาพแวดล้อมภายในเซลล์เป็นตัวกำหนดจังหวะของการย่อยสลาย

“ถ้าคุณถามนักชีววิทยาว่า 'คุณจะตรวจสอบความคงตัวของโปรตีนได้อย่างไร' พวกเขาจะบอกคุณว่ามันเป็นไปตามลำดับ” เรยอน ซึ่งปัจจุบันเป็นหัวหน้าห้องทดลองของเธอเองที่สถาบัน Babraham ในเมืองเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ กล่าว “อย่างไรก็ตาม เราพบว่าจริงๆ แล้วไม่เป็นเช่นนั้น เราคิดว่าอาจเป็นเครื่องจักรที่กำลังย่อยสลายโปรตีนที่อาจมีบทบาทอยู่”

แต่เธอและกลุ่มของเธอกำลังมองหาเซลล์ประเภทเดียวเท่านั้น หากเซลล์ประเภทต่างๆ ในเนื้อเยื่อต่างๆ พัฒนาในอัตราที่ต่างกัน โปรตีนก็จะสลายตัวในอัตราที่ต่างกันด้วยหรือไม่

ไมเคิล ดอร์ริตี้ ที่ห้องปฏิบัติการชีววิทยาโมเลกุลแห่งยุโรปในเมืองไฮเดลเบิร์ก กำลังเจาะลึกคำถามนั้นด้วยการพิจารณาว่าอุณหภูมิส่งผลต่อการพัฒนาอย่างไร สัตว์หลายชนิด ตั้งแต่แมลงไปจนถึงปลา มีพัฒนาการเร็วขึ้นเมื่อเลี้ยงที่อุณหภูมิสูงขึ้น เขาสังเกตเห็นอย่างน่าประหลาดใจว่าในเอ็มบริโอของปลาม้าลายที่เลี้ยงในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น จังหวะการพัฒนาของเซลล์บางชนิดจะเร่งตัวเร็วกว่าเซลล์ชนิดอื่นๆ

In พิมพ์ล่วงหน้า เขาโพสต์เมื่อปีที่แล้ว โดยเน้นไปที่คำอธิบายเกี่ยวกับเครื่องจักรที่ผลิตและย่อยสลายโปรตีน เซลล์บางประเภทต้องการโปรตีนที่มีปริมาตรมากกว่าหรือซับซ้อนมากกว่าเซลล์ชนิดอื่น เป็นผลให้เซลล์บางชนิด "สร้างภาระให้กับกลไกการควบคุมคุณภาพโปรตีนเหล่านี้" อย่างต่อเนื่อง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น พวกเขาไม่มีความสามารถในการรักษาความต้องการโปรตีนที่สูงขึ้นได้ ดังนั้นนาฬิกาภายในของพวกมันจึงไม่สามารถเร่งความเร็วและตามทันได้

ในแง่นี้ สิ่งมีชีวิตไม่ได้รักษานาฬิกาที่เป็นหนึ่งเดียว แต่มีนาฬิกาหลายนาฬิกาสำหรับเนื้อเยื่อและเซลล์หลายประเภท หากพูดตามเชิงวิวัฒนาการแล้ว นี่ไม่ใช่แมลง แต่เป็นคุณลักษณะ เมื่อเนื้อเยื่อพัฒนาไม่สอดคล้องกัน ส่วนต่าง ๆ ของร่างกายสามารถเติบโตได้ในอัตราที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจนำไปสู่การวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายหรือแม้แต่สายพันธุ์ใหม่

ราวกับว่าพวกเขาได้ค้นพบปุ่มปรับของเครื่องเมตรอนอมภายในของเซลล์ ซึ่งทำให้พวกเขาเร่งหรือชะลอจังหวะการพัฒนาของตัวอ่อนได้ “สถาปัตยกรรมการควบคุมยีนไม่ใช่ความแตกต่างที่อธิบายความแตกต่างในเรื่องเวลา” Pourquié กล่าว ผลการวิจัยพบว่า ตีพิมพ์ใน ธรรมชาติ ปีก่อนหน้านี้

ปุ่มปรับการเผาผลาญนี้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงตัวอ่อนที่กำลังพัฒนาเท่านั้น ขณะเดียวกัน Iwata และ Vanderhaeghen ค้นพบวิธีใช้ยาและพันธุกรรมเพื่อเล่นกับจังหวะการเผาผลาญของเซลล์ประสาทที่กำลังเติบโต ซึ่งเป็นกระบวนการที่แตกต่างจากนาฬิกาการแบ่งส่วนซึ่งใช้เวลาเพียงสองสามวันเท่านั้น ซึ่งต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน เมื่อเซลล์ประสาทของเมาส์ถูกบังคับให้สร้างพลังงานช้าลง เซลล์ประสาทก็เติบโตช้ากว่าเช่นกัน ในทางกลับกัน การเปลี่ยนเซลล์ประสาทของมนุษย์ไปสู่วิถีทางที่เร็วขึ้นทางเภสัชวิทยา นักวิจัยสามารถเร่งการเติบโตได้ ผลการวิจัยพบว่า ตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์ ในเดือนมกราคม.

สำหรับ Vanderhaeghen ข้อสรุปของการทดลองของพวกเขาชัดเจน: "อัตราการเผาผลาญกำลังขับเคลื่อนจังหวะการพัฒนา"

แม้ว่าเมแทบอลิซึมจะเป็นตัวควบคุมต้นน้ำของกระบวนการเซลล์อื่นๆ ทั้งหมด ความแตกต่างเหล่านั้นจะต้องกลับมาที่การควบคุมทางพันธุกรรม อาจเป็นไปได้ว่าไมโตคอนเดรียมีอิทธิพลต่อจังหวะเวลาของการแสดงออกของยีนที่กำลังพัฒนาหรือที่เกี่ยวข้องกับกลไกในการสร้าง บำรุงรักษา และรีไซเคิลโปรตีน

ความเป็นไปได้ประการหนึ่งที่ Vanderhaeghen คาดการณ์ไว้ก็คือสารเมตาโบไลต์จากไมโตคอนเดรียมีความสำคัญต่อกระบวนการที่ควบแน่นหรือขยาย DNA ที่พับอยู่ในจีโนมเพื่อให้สามารถคัดลอกเพื่อสร้างโปรตีนได้ เขาอาจแนะนำว่าสารเมตาบอไลต์เหล่านั้นจำกัดอัตราการถอดรหัสและกำหนดจังหวะทั่วโลกในการเปิดและปิดเครือข่ายกำกับดูแลยีน นั่นเป็นเพียงแนวคิดเดียวที่ต้องมีการแกะบรรจุภัณฑ์แบบทดลอง

นอกจากนี้ยังมีคำถามว่าอะไรทำให้ไมโตคอนเดรียเป็นเห็บตั้งแต่แรก Diaz Cuadros คิดว่าคำตอบต้องอยู่ใน DNA: "ที่ไหนสักแห่งในจีโนมของพวกมัน จะต้องมีลำดับความแตกต่างระหว่างหนูกับมนุษย์ที่เข้ารหัสความแตกต่างในอัตราการพัฒนา"

“เรายังไม่รู้ว่าความแตกต่างนั้นอยู่ที่ไหน” เธอกล่าว “น่าเสียดายที่เรายังห่างไกลจากสิ่งนั้นมาก”

การค้นหาคำตอบนั้นอาจต้องใช้เวลา และเช่นเดียวกับนาฬิกาไมโตคอนเดรีย ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ดำเนินไปตามจังหวะของมันเอง

การแก้ไข 18 กันยายน 2023
ในบทนำ มีการแก้ไขประโยคเพื่อชี้แจงว่าอัตราการแสดงออกของยีน ไม่ใช่อัตราการเผาผลาญโดยรวม ที่ช่วยกำหนดทิศทางของการพัฒนา บทความนี้ได้รับการอัปเดตเพื่อแก้ไขสปีชีส์ในสวนสัตว์สเต็มเซลล์ที่มีการแกว่งของนาฬิกาแบ่งส่วนเร็วและช้าที่สุด