一個數(shù)學(xué)模型將雞、魚和青蛙的進(jìn)化聯(lián)系起來
來源：桑間濮上網(wǎng)
時間：2025-12-10 04:37:07
雙胞胎雞胚發(fā)育的快照。黃色條紋標(biāo)志著未來的雞魚進(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)系問題之一是:它是如何發(fā)生的？例如，在人類發(fā)育過程中，個數(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？
雖然這些問題的答案仍然未知，但科學(xué)探索的個數(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。在人類中，學(xué)模型原腸胚形成發(fā)生在受孕后14天左右。雞魚進(jìn)化
現(xiàn)階段不可能研究人類胚胎，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)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)階段的人類胚胎有許多相似之處。
這項研究是通過加州大學(xué)圣地亞哥分校物理學(xué)助理教授Mattia Serra所說的理想環(huán)路進(jìn)行的:一個跨學(xué)科的，理論和實驗科學(xué)的來回結(jié)合。Mattia是一個理論家，他對在復(fù)雜的生物物理系統(tǒng)中尋找突現(xiàn)模式感興趣。
在這里，他和他的團隊基于鄧迪大學(xué)生物學(xué)家的輸入建立了一個數(shù)學(xué)模型。該模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測在顯微鏡下觀察到的原腸胚形成流——整個雞胚中數(shù)萬個細(xì)胞的運動。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。
然后，生物學(xué)家們想看看這個模型是否不僅能復(fù)制他們通過實驗知道的事實，還能預(yù)測在不同條件下可能發(fā)生的事情。塞拉的團隊“擾亂”了模型——換句話說，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)模型與實驗中觀察到的結(jié)果相匹配。鳴謝:uux.cn/加州大學(xué)圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉實驗室
結(jié)果令人驚訝:該模型產(chǎn)生的細(xì)胞流在小雞身上沒有自然觀察到，但在其他兩種脊椎動物物種——青蛙和魚身上觀察到了。
為了確保這些結(jié)果不是模型的數(shù)學(xué)幻想，生物學(xué)合作者在實驗室中對雞胚模擬了模型的精確擾動。引人注目的是，這些被操縱的雞胚也顯示了在魚類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物物種中進(jìn)化。
“魚、青蛙和小雞都生活在不同的環(huán)境中，所以隨著時間的推移，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。“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制。他們希望這項研究能夠推進(jìn)生物材料設(shè)計和再生醫(yī)學(xué)，幫助人類活得更長、更健康。
“人體是現(xiàn)存的最復(fù)雜的動力系統(tǒng)，”他說。“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)問題——思考起來很美。我們能做出的發(fā)現(xiàn)永無止境。”
