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內(nèi)容摘要：雙胞胎雞胚發(fā)育的快照。黃色條紋標(biāo)志著未來(lái)的脊髓。鳴謝:uux.cn/加州大學(xué)圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉小組神秘的地球uux.cn）據(jù)加州大學(xué)圣地亞哥分校米歇爾·富蘭克林）：生活中最持久、最基本的問(wèn)題之一

雙胞胎雞胚發(fā)育的快照。黃色條紋標(biāo)志著未來(lái)的雞魚(yú)進(jìn)化脊髓。鳴謝:uux.cn/加州大學(xué)圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉小組
（神秘的和青地球uux.cn）據(jù)加州大學(xué)圣地亞哥分校（米歇爾·富蘭克林）：生活中最持久、最基本的聯(lián)系問(wèn)題之一是:它是如何發(fā)生的？例如，在人類(lèi)發(fā)育過(guò)程中，個(gè)數(shù)細(xì)胞如何自我組織成皮膚、學(xué)模型肌肉或骨骼？雞魚(yú)進(jìn)化它們是如何形成大腦、手指、和青脊椎的聯(lián)系？
雖然這些問(wèn)題的答案仍然未知，但科學(xué)探索的個(gè)數(shù)一條線在于理解原腸胚形成——胚胎細(xì)胞從單層發(fā)展到具有主體軸的多維結(jié)構(gòu)的階段。在人類(lèi)中，學(xué)模型原腸胚形成發(fā)生在受孕后14天左右。雞魚(yú)進(jìn)化
現(xiàn)階段不可能研究人類(lèi)胚胎，和青所以加州大學(xué)圣地亞哥分校、聯(lián)系鄧迪大學(xué)(英國(guó))和哈佛大學(xué)的研究人員能夠研究雞胚中的原腸胚形成，這與現(xiàn)階段的人類(lèi)胚胎有許多相似之處。
這項(xiàng)研究是通過(guò)加州大學(xué)圣地亞哥分校物理學(xué)助理教授Mattia Serra所說(shuō)的理想環(huán)路進(jìn)行的:一個(gè)跨學(xué)科的，理論和實(shí)驗(yàn)科學(xué)的來(lái)回結(jié)合。Mattia是一個(gè)理論家，他對(duì)在復(fù)雜的生物物理系統(tǒng)中尋找突現(xiàn)模式感興趣。
在這里，他和他的團(tuán)隊(duì)基于鄧迪大學(xué)生物學(xué)家的輸入建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型。該模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在顯微鏡下觀察到的原腸胚形成流——整個(gè)雞胚中數(shù)萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。這是自組織數(shù)學(xué)模型首次能夠在雞胚中重現(xiàn)這些流動(dòng)。
然后，生物學(xué)家們想看看這個(gè)模型是否不僅能復(fù)制他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道的事實(shí)，還能預(yù)測(cè)在不同條件下可能發(fā)生的事情。塞拉的團(tuán)隊(duì)“擾亂”了模型——換句話(huà)說(shuō)，改變初始條件或現(xiàn)有參數(shù)。

理想循環(huán):左邊的數(shù)學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)中觀察到的結(jié)果相匹配。鳴謝:uux.cn/加州大學(xué)圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉實(shí)驗(yàn)室
結(jié)果令人驚訝:該模型產(chǎn)生的細(xì)胞流在小雞身上沒(méi)有自然觀察到，但在其他兩種脊椎動(dòng)物物種——青蛙和魚(yú)身上觀察到了。
為了確保這些結(jié)果不是模型的數(shù)學(xué)幻想，生物學(xué)合作者在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)雞胚模擬了模型的精確擾動(dòng)。引人注目的是，這些被操縱的雞胚也顯示了在魚(yú)類(lèi)和青蛙中自然觀察到的原腸胚形成。
這些發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展的發(fā)現(xiàn)表明，多細(xì)胞自我組織背后的相同物理原理可能在脊椎動(dòng)物物種中進(jìn)化。
“魚(yú)、青蛙和小雞都生活在不同的環(huán)境中，所以隨著時(shí)間的推移，進(jìn)化壓力可能已經(jīng)改變了胚胎發(fā)育的參數(shù)和初始條件，”塞拉說(shuō)。“但至少在原腸胚形成的早期階段，一些自我組織的核心原則可能在這三者中都是相同的。”
塞拉和他的合作者現(xiàn)在正在研究產(chǎn)生胚胎規(guī)模的自組織模式的其他機(jī)制。他們希望這項(xiàng)研究能夠推進(jìn)生物材料設(shè)計(jì)和再生醫(yī)學(xué)，幫助人類(lèi)活得更長(zhǎng)、更健康。
“人體是現(xiàn)存的最復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)，”他說(shuō)。“關(guān)于我們的身體，有很多有趣的生物學(xué)、物理學(xué)和數(shù)學(xué)問(wèn)題——思考起來(lái)很美。我們能做出的發(fā)現(xiàn)永無(wú)止境。”