Das WIN-Kolleg

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Abb. 2: Simulation von Gewebemorphogenese: Eine einfache positive Rückkopplung zwischen

Morphogen-Expression und Gewebekrümmung lässt spontan Muster entstehen.

Um diese Einschränkungen zu umgehen, haben wir in vorausgegangenen Studien
mathematische Modelle und numerische Methoden entwickelt, die es erlauben,
mechanochemische Gewebeprozesse in silico zu studieren [6]. Basierend auf diesen
Formulierungen haben wir gezeigt, dass schon eine einfache positive Rückkopplung
zwischen Morphogen-Expression und Gewebemechanik spontan mechanische und
chemische Muster erzeugen kann ([6], vgl. auch Abb. 2). Solch einfache mechano-
chemische Wechselwirkungen könnten die Erklärung dafür sein, dass der experi-
mentelle Nachweis der traditionellen (nichtlinearen) chemischen Modelle (wie z. B.
das „Turing Modell“) bislang nicht erbracht werden konnte.
Um diese Erkenntnisse und Modelle auf konkrete biologische Fragestellungen
anzuwenden, haben wir uns verstärkt auf frühe Musterbildungsprozesse des Süßwas-
serpolyps Hydra konzentriert. Aufgrund von Schwierigkeiten im experimentellen
Bereich konnte unser o.g. Modell erst sehr spät im Verlaufe des Projektes für diesen
Organismus experimentell widerlegt werden. Daher haben wir parallel weitere bis-
lang bestehende (schematische) Ideen mit Hilfe der in [6] dargestellten Ansätze
numerisch getestet und mit bereits publizierten experimentellen Daten verglichen.
Die beste Übereinstimmung fand sich bislang mit dem Modell von Soriano et al
(2009) [8]. Allerdings gibt es auch hier in einigen Fällen deutliche Abweichungen
zwischen Modell und Simulationen, die auf Unzulänglichkeiten des in [8] publizier-
ten Modells hinweisen. An alternativen/ergänzenden Modellen wird derzeit gear-
beitet.