加入时间:2024-07-26 18:09 访问量:1139 信息来源: 大自然探索 2024年5期
关于生命,最基本、最长久的奥秘之一是:生命是怎样开始的?以人体发育为例:单个细胞怎样聚集到一起,最终形成像皮肤、肌肉、骨骼、大脑这样的复杂结构?
预测与观测完全吻合
虽然诸如此类的奥秘依然未解,但科学家最近已开始探索原肠胚形成的过程,即胚胎细胞从一个单层发育为一个带轴立体结构的阶段。对人类来说,原肠胚形成在受孕大约14天后就开始了。因为不可能对如此早期的人类胚胎进行研究,所以科学家在最近这项探索中的研究对象是鸡,而鸡的胚胎在原肠胚形成阶段与人的胚胎有很多相似之处。
基于生物学研究结果,科学家建立了一个数学模型。该模型能准确预测鸡的原肠胚形成流,即在整个鸡胚胎中数万个细胞的流动。预测结果与在显微镜下观测到的结果完全吻合。这也是数学模型首次准确模拟实体鸡胚胎中的原肠胚形成流。
不同物种或法则相同
接下来,科学家想要知道:除了能模拟出已知实验能证明为真的结果外,该模型能否预测发生在不同条件下的结果?于是,他们改变了原先在型中设定的原始参数(即初始条件)。结果,让他们惊讶的是,该模型产生了虽然在天然状态下鸡的身上没有观测到、但在天然状态下蛙和鱼的身上能观测到的原肠胚形成流。为了确认这些模拟结果不是纯粹的数学把戏,科学家又在与模型参数设置相同的条件(如温度)下,于实验室中在鸡胚胎上进行验证。果不其然,这些鸡胚胎出现了与天然状态下于蛙和鱼身上观测到的相同的原肠胚形成流。
这些结果表明,在各种不同的脊椎动物所演化出的多细胞自行组合(自组)背后,其生理法则很可能相同。鱼、鸡、蛙生活在各不相同的环境中,随着时间推移,进化压力可能会改变胚胎发育的初始条件(即上述模型中的参数)。但这些不同物种在自组方面的一些核心法则很可能相同,至少在原肠胚形成的早期阶段如此。
希望能有助人类长寿
科学家已在探索能产生胚胎规模自组模式的其他机制。他们希望,这方面的研究能促进生物材料设计和再生医疗的发展,从而帮助人类健康地活得更久。
科学家指出,人体是最复杂的动态系统。关于人体的生物学、生理学,依然有很多未解之谜。但随着科学的进步,我们将逐渐找到答案。