一項由奧地利科技研究所、格拉茨大學(xué)和胡布勒支研究所的研究人員合作完成的研究成果，于2024年10月11日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊上。這篇題為“Temporal variabilIT(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)y and cell mechanics control robustness in mammalian embryogenesis”的論文揭示了哺乳動物早期胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞分裂和運(yùn)動(http://www.weberwork.com/sell/l_35/)的混沌性，以及胚胎如何通過物理定律從無序中建立有序結(jié)構(gòu)的機(jī)制。
#### 研究背景
動物的胚胎發(fā)育始于卵細(xì)胞受精，這一過程觸發(fā)了一系列連續(xù)的細(xì)胞分裂，即卵裂。細(xì)胞經(jīng)過多次分裂形成囊胚，囊胚是所有未來器官和組織發(fā)育的基礎(chǔ)。然而，在哺乳動物中，早期細(xì)胞分裂在時間和方向上表現(xiàn)出高度的隨機(jī)性，這引發(fā)了關(guān)于胚胎如何克服這種無序性以形成統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的問題。
#### 研究方法與發(fā)現(xiàn)
研究團(tuán)隊通過對小鼠、兔子和猴子的胚胎進(jìn)行成像分析，構(gòu)建了一個詳細(xì)的“形態(tài)圖”（morphomap），這是一種能夠可視化高維形態(tài)數(shù)據(jù)的圖譜。該圖譜顯示，盡管初始階段的細(xì)胞分裂是隨機(jī)的，但在到達(dá)八細(xì)胞階段后，不同胚胎開始呈現(xiàn)出相似的形態(tài)。
通過構(gòu)建物理模型，研究人員解釋了這一現(xiàn)象背后的原因：細(xì)胞間的物理相互作用促使胚胎形成確定的形狀。細(xì)胞傾向于彼此粘附，并通過連續(xù)的重新排列達(dá)到最理想的排列狀態(tài)，這一過程類似于解決魔方問題。
#### 物理模型解析
理論物理學(xué)家Edouard Hannezo和Bernat Corominas-Murtra利用這一數(shù)據(jù)集，提出了一個物理模型來描述胚胎如何從混沌中建立結(jié)構(gòu)。該模型顯示，通過最小化表面能量的選擇性細(xì)胞排列，大多數(shù)細(xì)胞排列都是不穩(wěn)定的，但細(xì)胞間的物理相互作用能夠引導(dǎo)胚胎形成特定的形態(tài)。
#### 研究意義
這項研究揭示了哺乳動物胚胎發(fā)育過程中混沌與秩序之間的關(guān)系，即無序性與有序性兩者都是構(gòu)成“正常”發(fā)育的重要組成部分。了解這一機(jī)制不僅有助于深化我們對發(fā)育生物學(xué)的認(rèn)識，還可能對未來疾病研究、再生醫(yī)學(xué)和生育治療等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
例如，通過更好地理解胚胎正常發(fā)育的規(guī)律，研究人員能夠進(jìn)一步探索異常發(fā)育的機(jī)制，這對于選擇最健康的胚胎用于體外受精（IVF）程序，從而提高植入成功率具有重要意義。
#### 未來展望
隨著研究的深入，未來可能會有更多的工具(http://www.weberwork.com/sell/l_5/)和技術(shù)被開發(fā)出來，以幫助科學(xué)家們更細(xì)致地分析胚胎發(fā)育過程中的變異性和穩(wěn)健性。這些知識不僅能夠增進(jìn)我們對生命起源的理解，還有助于開發(fā)新的治療方法，改善人類健康。
