Die Entwicklung eines Embryos – der Prozess von einer einzigen Zelle zu einem vollständig ausgebildeten Organismus – gehört zu den bemerkenswertesten Vorgängen der Natur. Während ein Embryo wächst, bewegen, organisieren und reorganisieren sich seine Zellen kontinuierlich mit außergewöhnlicher Präzision. Dabei erwerben sie sowohl die Form als auch die Funktion, die den gesamten Organismus als integriertes System funktionsfähig machen. Eine zentrale Frage steht im Mittelpunkt dieses faszinierenden Prozesses: Wie werden die Entstehung von Funktion und Form miteinander koordiniert?
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entdecken nun, dass die physikalischen Eigenschaften von Geweben, beispielsweise ihre Steifigkeit oder Flexibilität, bei diesem Prozess eine entscheidende Rolle spielen. Plötzliche Abnahmen der Gewebesteifigkeit können große Verformungen bei geringem Energieaufwand ermöglichen, während eine anschließende Zunahme der Steifigkeit diese Verformungen stabilisieren und so die zukünftige Geometrie des Gewebes bestimmen kann.
Forschende der Universität Graz – Dr. Adrián Aguirre-Tamaral, Dr. Elisa Floris und Prof. Bernat Corominas-Murtra (Institut für Biologie und Exzellenzfeld COLIBRI) – konnten gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen des European Molecular Biology Laboratory (Heidelberg, Deutschland) und des Francis Crick Institute (London, Vereinigtes Königreich) zeigen, wie Embryonen die Steifigkeit ihrer Gewebe während der Entwicklung aktiv regulieren.
Besonders bemerkenswert ist ihre Entdeckung, dass die Gewebesteifigkeit beeinflusst, wie Zellen miteinander kommunizieren, und mitbestimmt, zu welchem Zelltyp sie sich letztlich im erwachsenen Organismus entwickeln. So kann sie beispielsweise beeinflussen, ob eine Zelle Teil eines inneren Organs oder der Haut wird. Diese Forschung stellt damit eine grundlegende Verbindung zwischen den Materialeigenschaften embryonaler Gewebe und den späteren Funktionen der Zellen im erwachsenen Organismus her.
Für diese Entdeckungen kombinierte das internationale Forschungsteam mathematische Modellierung, moderne Live-Imaging-Verfahren und molekularbiologische Engineering-Techniken. Die Ergebnisse wurden in zwei aktuellen Studien veröffentlicht, die in den Fachzeitschriften Nature Physics und Nature Cell Biology erschienen sind.
Publikationen
Rustarazo-Calvo, L., Pallarès-Cartes, C., Aguirre-Tamaral, A., Floris, E., Hingerl, M., Autorino, C., Khan, A. U. M., Corominas-Murtra, B. und Petridou, N. I.
Adhesion-driven rigidity transition decoupled from density-driven jamming triggers epithelial organization in embryonic tissues.
Nature Physics, veröffentlicht am 2. Juni 2026.
DOI: 10.1038/s41567-026-03276-6
Autorino, C., Khoromskaia, D., Harari, L., Floris, E., Booth, H., Pallarès-Cartes, C., Petrasiunaite, V., Dorrity, M., Corominas-Murtra, B., Hadjivasiliou, Z. und Petridou, N. I.
Tissue rigidity phase transition shapes morphogen gradients.
Nature Cell Biology, veröffentlicht am 14. Mai 2026.
DOI: 10.1038/s41556-026-01954-4
Die Forschung wurde durch das internationale FWF/DFG-Weave-Programm gefördert.