„Wir wollten herausfinden, warum embryonale Gewebe während der Entwicklung manchmal flüssigkeitsartig reagieren und sich rasch verformen, später aber fester werden und neue Formen stabilisieren. Davon hängt nämlich ab, welche Aufgabe die Zelle später übernimmt, also ob sie zum Beispiel zu einer Leber- oder Hautzelle wird“, erklärt Bernat Corominas Murtra vom Institut für Biologie der Universität Graz. Entscheidend in diesem Prozess ist die so genannte „Adhäsion“, das ist die Kraft, mit der die Zellen aneinanderhaften.
Überschreitet diese Zellhaftung einen kritischen Punkt, verändert sich das Gewebe abrupt. Es wird steifer, und die feinen Zwischenräume schließen sich. Damit ist eine Richtung für die weitere Entwicklung des Gewebes eingeschlagen. Dieser Vorgang war an den untersuchten Zebrafisch-Embryonen besonders gut ersichtlich, da sie in frühen Stadien durchsichtig sind. Forschende können daher im lebenden Embryo verfolgen, wie sich Gewebebausteine bewegen, aneinanderhaften und auf Entwicklungssignale reagieren.
Corominas Murtra erklärt die Rolle der mathematischen Biologie in den Studien: „Mathematik macht die Kausalkette sichtbar. Damit konnten wir zeigen, wie eine Veränderung auf Zellebene – nämlich der ‚Klebe-Effekt‘ – einen abrupten Übergang auf Gewebeebene erzeugt und dadurch beeinflusst, wie weit ein Entwicklungssignal im Embryo reicht.“ Motivation für seine Forschungen sind Neugier sowie die Freude daran, Antworten auf die Frage zu finden, wie komplexes Leben entsteht. „Dabei verfolgen wir einen radikal interdisziplinären Ansatz, bei dem wir Grenzen zwischen den Disziplinen aufheben, um aus einer möglichst unvoreingenommenen Perspektive nach Antworten zu suchen“, erklärt der Forscher.
Graz als Treffpunkt der mathematischen Biologie
Die Mathematik steht diese Woche im Mittelpunkt eines Großevents in Graz: Vom 13. bis 17. Juli 2026 bringt der Kongress „ECMTB 2026“ mehr als 1.000 Forschende aus den Bereichen der mathematischen und theoretischen Biologie an die Universität Graz. Der Kongress demonstriert, wie Mathematik biologische Prozesse berechenbar macht. Inhaltlich geht es dabei um Zellbewegung und Embryonalentwicklung über Infektionsdynamik bis zu datengetriebenen Methoden in Medizin und Lebenswissenschaften.
Publikationen:
Laura Rustarazo Calvo, Cristina Pallarès Cartes, Adrián Aguirre Tamaral et al.: „Adhesion driven rigidity transition decoupled from density driven jamming triggers epithelial organization in embryonic tissues“. Coverstory von Nature Physics, veröffentlicht am 2. Juni 2026, DOI: 10.1038/s41567-026-03276-6.
Camilla Autorino et al.: „Tissue rigidity phase transition shapes morphogen gradients“. Nature Cell Biology, veröffentlicht am 14. Mai 2026, DOI: 10.1038/s41556-026-01954-4.
>> Wer sich in die Disziplinen Mathematik und/oder Biologie vertiefen möchte, kann das im Rahmen eines Studiums an der Universität Graz tun: https://www.uni-graz.at/de/studium/
