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动物细胞如何保持完整的新机制

2019-03-16 10:52:37 • 来源：

大约八年前，斯坦福大学的生物工程师Manu Prakash正在寻找一种方法来观察成年人生活中的每一个细胞，精心细致地表现动物。他搜索了生活目录，发现了简单的海洋动物Trichoplax adhaerens或Tplax，就像普拉卡什所说的那样。

动物细胞如何保持完整的新机制

这种超扁平的动物缺乏肌肉和神经元，但仍然会在水世界中移动和航行。Prakash实验室发现Tplax通过其两个皮肤状层的惊人快速收缩来控制这一壮举 - 收缩强度足以使它们通常撕裂这些看似脆弱的组织。研究人员在10月11日发表在“美国国家科学院院刊”上的第一篇关于这种生物体研究的论文中描述了超快收缩，并提出了一个关于这种生物如何抵抗内部和外部力量的假设。海洋环境。

这些研究结果不仅有助于了解复杂动物的进化过程，还有助于创造一种称为活性固体的先进材料，可以显着快速地调节其自身的物理特性。

“到目前为止，我们在教科书中阅读的大部分生物学规则都是由几套”模型“生物决定的，”生物工程副教授，该论文的高级作者普拉卡什说。“如果我们打算成为解释生物学定律的那一代，那么了解和理解我们星球上已经发生的变化的多样性并更全面地思考生物系统中实际可能的东西是非常重要的。”

没有肌肉的运动

在研究Tplax的早期，这些生物会在显微镜下反复移动。但随着时间的推移，普拉卡什实验室的研究人员学会了跟踪和量化动物的每一次细胞挤压和蠕动。普拉卡什记得当他们的努力第一次开始得到回报时。

“实际上有一天，我第一次有一些标记Tplax细胞工作的污渍，在显微镜下我们看到了细胞收缩的爆炸，”普拉卡什说。“它看起来像是在显微镜下的烟花，那是告诉我们这种动物有一些非常特殊的东西，我们需要了解它。”

那些烟花是Tplax的快速收缩，它发生在所谓的上皮细胞的平坦层 - 基本上相当于皮肤。虽然长期以来已知这些细胞会收缩，但在胚胎中，例如，Tplax的收缩速度比有史以来报道的任何上皮细胞收缩快10倍。这会撕裂像这种动物一样薄的任何其他生物组织中的细胞网络，其仅为约25微米厚，或者是纸张厚度的四分之一。

研究人员认为组织的优势在于，虽然一些细胞强烈收缩，但其他细胞软化 - 一种假设，他们称之为“积极的凝聚力”。在许多组织中，对力的反应收缩会导致撕裂和放松会导致动物受到该力的支配。通过同时和协调地进行，Tplax的活跃内聚中所涉及的细胞分散应力，使动物保持完整并控制。

超快速收缩上皮细胞的发现为上皮收缩在协调整个组织的细胞活动中的作用提出了新的问题。

“我们看看这个简单的生物，我们看到它做出决定，移动和捕猎，”该论文的第一作者，Prakash实验室的博士后研究员Shahaf Armon说。“这是一个巨大的进化问题，单个细胞如何合并成为多细胞生物体，以及由相同细胞组成的这种最小组织如何能够执行复杂的行为。”

现在，研究人员正在探索其他有机体可能使用的活跃内聚力，并正在创造复制这种机制以构建活性固体的人造材料。这些收缩速度的关键是Tplax上皮结构的不寻常的几何形状：T形细胞具有非常薄的顶层和底部的悬挂核，它们像单层砖一样并排排列。他们与海绵共享的几何形状可以为新材料的开发提供信息。

神秘的野兽

他们与蒙特利的实验室血统和动物一起工作，成长为Tplax的各种大小和形状，创造了数百到数百万个细胞的动物。这种尺寸的变化为理解细胞协调随细胞数量增加或减少的方式如何变化提供了有力的窗口。

“Tplax真的是神秘的野兽，”普拉卡什实验室的研究生，该论文的共同作者马修·布尔说，“但是我们利用这一点来发现我们对于成为动物一部分意味着什么的理解王国弯曲然后休息。“

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