הינך נמצא כאן

קצב הצמיחה

כיצד שומרות עצמות העובר על המבנה הנכון בתהליך הגדילה שלהן?
01.12.2015

מדעני המכון גילו כי העצם גדלה בקצב שונה בשני הקצוות שלה, וכי לכל עצם יש יחס ייחודי משלה בין מהירויות הצמיחה בשני הקצוות. היחס הזה בין שתי מהירויות הגדילה הוא ששומר על מבנה העצם בתהליך הגדילה.
 
פרופ' אלי זלצר ותומר שטרן. יעד הצמיחה
 
כיצד שומרים איברי הגוף על המבנה התקין ועל יכולת התיפקוד שלהם בעת שהגוף כולו גדל בהדרגה?במחקר שפורסם באחרונה בכתב-העת המדעי PLoS Biology דיווחו מדעני מכון ויצמן למדע, כי גילו מנגנון השומר על יחס הגודל הנכון והמתאים של כל אחת מעצמות הרגליים והידיים בתהליך הגדילה.
 
בעצמות הארוכות של הרגליים והידיים ישנן בליטות לא-סימטריות המשמשות לחיבור העצמות אל השרירים ואל המיפרקים. כיוון שעצמות הן קשיחות, ובזמן הגדילה הן מתארכות רק בשני הקצוות, לא היה ברור כיצד בסופו של דבר נשארות הבליטות האלה תמיד במקומן הנכון. למשל, בליטה שמיקומה בעוּבר הוא במרחק של כ-10% מאורך העצם מהקצה שלה תישאר באורגניזם בוגר בדיוק באותו מקום - יחסית לאורך העצם. תיאוריה רווחת, שהוצעה לפני יותר מ-50 שנה, גורסת כי הבליטות בעצם נהרסות ונבנות במקום חדש באופן שוטף. תהליך זה של "נדידת" הבליטות נקרא "סחיפה".
 
כדי לבדוק את תיאוריית הסחיפה ביצעו פרופ' אלי זלצר ותלמיד המחקר תומר שטרן, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, סריקות של עצמות ארוכות בעכברים במהלך תהליך הגדילה שלהם מעוּבר עד לבגרות, באמצעות מיקרו-מיפוי ממוחשב (micro-CT) בתלת-מימד. כך התקבל מאגר נתונים גדול של סריקות אלה. לאחר מכן פיתחו המדענים אלגוריתם ממוחשב אשר איפשר להם להשוות בין הדמיות שונות, אפילו אם נעשו מזוויות שונות לחלוטין. המדענים גילו, כי על אף שהעצמות גדלו פי חמישה ויותר בזמן התפתחות העכבר, הן שמרו על צורתן. אך במפתיע, בבליטות כמעט ולא התרחשה סחיפה כלשהי. התברר, כי צורת העצמות נשמרה באמצעות מנגנון אחר לגמרי.
 
עצמות עכברים בגילאים שונים אשר נסרקו בטומוגרפיה ממוחשבת בתלת-מימד. מבנה-מפתח במרכז העצם (מודגש בצבעים שונים) איפשר למדענים לבצע החפפה בין העצמות ולהשוות ביניהן
 
המדענים גילו, כי העצם גדלה בקצבשונה בשני הקצוות שלה במשך כל ההתפתחות, וכן שהיחס בין שתי מהירויות הגדילה הוא זה ששומר על הבליטה באותו המיקום יחסית לשאר העצם, ומבטל את הצורך בסחיפה של הבליטה. כאשר הבליטה נמצאת קרוב לקצה העצם, קצב הגדילה באותו קצה נשאר איטי יותר. לעומת זאת, הקצב בקצה הנמצא רחוק מהבליטה מהיר יחסית. למשל, אם הבליטה נמצאת במקום המרוחק מהקצה במרחק של כ-10% מאורך העצם, הקצה הזה יצמח לאט יותר, והקצה השני, המרוחק מהבליטה במרחק של כ-90% מאורכה של העצם, יצמח מהר יותר. בדרך זו, כאשר העצם גדלה, הבליטה תמיד נשארת באותו מקום יחסי. לכל עצם יש יחס ייחודי משלה בין מהירויות הצמיחה בשני הקצוות. יחס זה מתואם לפי מיקום הבליטות שלה. מנגנון בקרה זה מבטיח כי הבליטות יהיו במקום הנכון בכל רגע נתון בתהליך הגדילה. התברר, כי סחיפה מתרחשת בעצמות לעיתים רחוקות מאוד, ולעיתים כלל לא. בעזרת ניתוח מתמטי הראו המדענים כי למעשה, המנגנון שגילו מצמצם עד למינימום את הסחיפה, שהיא תהליך מורכב המבזבז הרבה אנרגיה.
 
מנגנון הבקרה שנתגלה במחקר זה אינו רק חסכוני, הוא כנראה גם מבטיח שבמשך תהליך הגדילה ישמרו העצמות על צורתן המיטבית, כך שתוכלנה לשאת את משקלו הגדל והולך של הגוף. המדענים סבורים, כי מנגנון זה נשלט על-ידי שילוב גורמים גנטיים ומכניים שטרם נתגלו. במחקר השתתפו רונה אבירם, ד"ר חגי רוט וד"ר אמנון שריר ממעבדתו של פרופ' זלצר, וכן טל גלילי מאוניברסיטת תל-אביב, נוגה קליש אחראי ופרופ' רון שחר מהאוניברסיטה העברית בירושלים, ופרופ' יוסי קלר מאוניברסיטת בר-אילן. 
 
בגוף האדם הבוגר ישנן בין 206 ל-248 עצמות ביותר מ-100 צורות שונות.
 
#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם