Айсулу Базарбаева 
В 1999 году в британском аквариуме появилась необычная рыба-клоун. Вместо привычных ровных белых полос с черной каймой ее тело покрывал волнистый орнамент. Мутация передалась по наследству, положив начало новой линии под названием «Снежинка», однако механизм возникновения нестандартного узора долгое время оставался неизученным.
Спустя два десятилетия международная группа исследователей из Окинавского института науки и технологий, Академии Синика на Тайване, Киотского университета и Университета Виргинии определила ген, ответственный за эту аномалию. Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Communications, раскрывают универсальные принципы формирования биологических структур. По словам Винсента Лоде из Окинавского института, на макроуровне процесс выбора клеточной пигментации представляет собой сложную систему взаимодействия, формирующую упорядоченные орнаменты.
Для поиска причин мутации биологи обратились к пресноводным рыбкам данио-рерио. Ранее у них был обнаружен измененный ген, из-за которого классические горизонтальные полосы трансформировались в пятна. Этот ген кодирует белок щелевых контактов – биологический канал связи, позволяющий клеткам обмениваться электрическими сигналами и молекулами. Сравнение геномов выявило, что у линии «Снежинка» поврежден тот же самый участок ДНК.
В случае с данио-рерио работу белка связывали с математической моделью Тьюринга, описывающей формирование полос за счет подавления близких контактов и стимулирования дальних взаимодействий между пигментными клетками. Однако для рыб-клоунов эта концепция оказалась неприменимой: их узор фиксируется в определенной последовательности на всю жизнь, что требует иного механизма обмена информацией.
Исследователи установили, что белок щелевых контактов не привязан исключительно к модели Тьюринга, а отвечает за базовую межклеточную коммуникацию. Эволюционное расхождение между пресноводными данио-рерио и морскими рыбами-клоунами произошло более двухсот миллионов лет назад. Сохранение функции этого белка у столь отдаленных видов доказывает существование древнего универсального механизма пространственной организации тканей.
Для описания процессов, происходящих у рыб-клоунов, ученые применили физическую модель Эдвардса-Уилкинсона. Формирование четкой границы между пигментными участками зависит от баланса двух сил: поверхностного натяжения, которое выравнивает клеточную мембрану, и биологического шума, вызывающего ее деформацию. Данное открытие дает возможность биологам продвинуться в изучении фундаментальных законов клеточного развития и эволюции.
