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研究人员发现斑马鱼形状背后的科学

更新时间:2020-09-13 16:58点击:

  鱼有各种形状,大小,颜色和样式。尽管存在如此令人难以置信的多样性,但世界上各种鱼类都具有共同的特征-肉中的“ V”型,例如鲑鱼和金枪鱼。从遗传学上讲,这种模式在大多数鱼类的肌肉排列中都可以观察到。这种通用的“ V”模式如何产生,仍然是一个谜。

研究人员发现斑马鱼形状背后的科学

  当器官通过固有的生物物理过程形成时,它们需要大规模的组织变形。在开发阶段,了解复杂器官形状的出现方式一直是一个挑战。但是,科学家现在已经找到一种方法,可以在确定生物体形式时解释各种生物物理作用力。

  美国国立大学机械生物学研究所(MBI)的科学家们已经弄清了斑马鱼胚胎的子宫肌节中“ V”型形成背后的科学。这些“ V”型也称为人字形,常见于鱼的游泳肌肉中。子宫肌节是由脊髓神经提供服务的一组肌肉,可以驱动鱼的左右游泳运动。最初,每个未来发展的肌节段都是立方体的。但是,经过五个小时,它会变形为尖锐的“ V”形。

  为了发现这种变形是如何发生的,该小组使用了各种系统的组合。首先以单细胞分辨率对发育中的斑马鱼肌节进行了成像,对成像数据进行了定量分析,然后将其拟合到生物物理模型中。这导致了在鱼类发育过程中引导人字形形成的某些物理机制。

  科学家观察到,发育中的同位素在物理上与其他胚胎组织相关,例如神经管,脊索,皮肤和腹侧组织。它们与这些各种组织的连接强度在肌节形成的不同点改变。结果,在组织上产生了多种摩擦测量。随着新的切片将肌节向前推进,这促使肌节组织中出现浅“ U”形。

  未来的肌组中的细胞随着形成肌肉纤维而开始伸长。科学家发现,这种转变过程会在躯体组织内沿特定方向生成一个主动的,不均匀的力,从而形成“ U”形,并锐化为特征性的“ V”形人字形。通过这项研究,MBI科学家展示了细胞形态与机械相互作用之间精心平衡的相互作用如何驱动发育过程中复杂形状的出现。


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