生命的模样之谜

模式形成（pattern formation）现象在发育生物学领域长久以来是一项重要研究课题。现代计算机科学之父Alan Turing认为，模式形成的本质是化学作用。刊登于《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志的布朗大学新研究成果给出了另一种解释：除了化学作用，物理作用也参与了模式形成。布朗大学物理学家鉴别出模样形成中的一种独特的力――物理作用力，为研究细胞如何形成特定模样带来新的思路。

　　

生物通报道：每种生命都有自己独特的模样。生命外观的形成过程是一个未解之谜。细胞相互作用构成组织，不同的组织构成器官，器官又组成有机体，在所有生命形式中都存在这种一层一层的过渡。蜘蛛有8只足，猎豹有斑点，鹦鹉螺有美丽的螺旋纹的外壳。这种模式形成（pattern formation）现象在发育生物学领域长久以来是一项重要研究课题。但是科学家至今对促使模样形成的机制了解不多。现代计算机科学之父Alan Turing认为，模式形成的本质是化学作用。刊登于《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志的布朗大学新研究成果给出了另一种解释：除了化学作用，物理作用也参与了模式形成。布朗大学物理学家鉴别出模样形成中的一种独特的力――物理作用力，为研究细胞如何形成特定模样带来重要提示。

小规模中的强大作用力
在长达两年的研究中，布朗大学物理学家James Valles 和Jay Tang发现模式形成与微管蛋白有关。形状如细长稻草一样，这些微管蛋白虽然很微小，直径大约才有250个原子宽，但是在生物体形成过程中，是支撑细胞形态、参与细胞内物质运输及形成纺锤体的重要结构。

当微管数量上升时所形成的模式肉眼可见。这种模式犹如斑马条纹一样的一连串的波浪。 Valles 和Tang对这种模式的形成机制产生了疑问。通过与研究生Yifeng Liu 和Yongxing Guo（刘一峰（音译）、郭咏星（音译））合作，Valles 和Tang培养微管然后在三种显微镜下进行观察，认为“波浪”形成与化学结合和机械不稳定有关。

波浪模式形成过程初期，微管规则地排列，如同栅栏的一根根木桩。随着数量增长，微管聚集成微管束，接下来这些微管束开始弯曲。Valles 和Tang认为是微管生长产生能量和力度引起微管束弯曲的。弯曲的微管束能够减轻压缩应力。

Valles说：“就好像足球场看台上球迷队伍形成的一阵阵的波浪一样。一束微管束弯曲会引起第二束微管束弯曲，接下来第三个第四个……直到肉眼所见的“波浪”。这些发现为研究生物有机体细胞模式形成提供了新的思路。”

一直排列整齐的微管束在其自身生长产生的压缩应力下开始变弯曲，这种扭曲也许是生物有机体模样形成的导火索。

Tang说：“模式形成在生命形成过程中具有关键作用。现在我们在微管层次上弄清了模式形成机制：力就是关键的钥匙。”实验获得美国国家航空和宇宙航行局资助。（生物通记者宗敏）
原文地址：www.pnas.org/cgi/content/full/103/28/10654