動物體內的「扭曲稜鏡」

2021-02-15 癌圖騰


皮膚是我們最大的器官。它有大約2平方米(22平方英尺),圓滿的包裹著身體。近日,科學家們發現了一種全新的幾何形狀,而這種形狀對科學和數學界來說都是前所未聞的,而且它似乎一直隱藏在我們的皮膚中,確切地說,在上皮細胞中。通常覆蓋在人體的外表面(如我們的皮膚)和身體內部器官的內表面(如腸道的內部等)。 

這些上皮細胞是生命早期最重要的細胞之一,幫助正在發育的胚胎建立起結構,這些結構最終會成為身體的不同器官。因此,這些上皮組織(由成百上千萬的微小細胞堆疊在一起)不但組成了我們的外部皮膚,而且還構成我們內部器官的線條。

科學家們從來沒有完全弄清楚這些細胞的形狀,但大多數人認為它們胞應該是柱狀的稜柱,或者是「瓶子」狀的稜錐臺,即所謂的平截頭體。

但是當科學家們使用計算機模型來近距離模擬上皮細胞的三維「包裝」時,他們有了驚喜。

研究通訊作者,美國利哈伊大學的生物工程師Javier Buceta說:「在建模的過程中,我們發現了奇怪的結果。我們的模型預測出,隨著上皮組織曲率的增加,這些細胞不僅僅會發育成柱狀和瓶子狀。」

除了常見的形狀外,Buceta的團隊還發現了一種從來沒見過的奇怪形狀。該研究已發表在《Nature Communications》上(點擊左下角閱讀原文)。

Scutoid結合在一起(左)和分開(右)。圖片來源:University of Seville

它看起來像稜鏡,但是一端有五個邊緣,而另一端有六個邊緣:這種奇怪的幾何形狀是因為一個Y型分割將其一個邊緣分成了兩部分,形成了一個迷你三角形。

這種奇怪的「扭曲稜鏡」聽上去像是M.C. Escher(一個因畫風怪誕並且對大腦是如何進行空間思維提出疑問的著名畫家)的作品,但是根據該團隊的說法,這個新形狀從未出現在任何學術文獻中。

M.C. Escher

Buceta說:「令我們驚訝的是,這個形狀連自己的名字都沒有。一般人沒有機會為一個新的形狀命名。」

最終,研究人員將這個新形狀命名為scutoid,以表達對「scutellum」的致敬,這是某些昆蟲胸部靠後的部位,看上去與這個小三角形很像。

Protaetia speciose 甲殼蟲的背視圖。圖片來源: Gómez-Gálvez et al, Nature Communications

至於為什麼scutoid存在於皮膚內部,該團隊稱,扭曲的稜鏡能在上皮細胞彎曲時形成更高能效的形狀。

圖片來源: Nature Communications

該研究另一位通訊作者,西班牙塞維亞大學的細胞生物學家Luisma Escudero說:「當組織彎曲時會使能量最小化,從而更加穩定。基於這個原因,我們的生物物理學數據表明,這些細胞長成這個形狀就是為了這一目的。」

研究人員在模型中發現了scutoid之後,他們開始在自然界中驗證這一發現,並在果蠅和斑馬魚的上皮組織中也發現了這種扭曲稜鏡存在的初步證據。

但由於所有的動物都擁有這種皮膚細胞,該團隊認為,這種形狀的識別可能會成為我們理解上皮細胞的轉折點。

雖然還需要更多的研究來證實scutoid存在於生物體內(包括人類)的廣泛程度,但是研究人員們認為這項發現將為我們理解上皮器官的三維組織鋪平道路。

Buceta說:「比如,如果你想要培養人造器官,這項發現將幫助你建立一個支架來支撐細胞生長,精確地模擬組織有效發育的自然方式。我們已經破解了大自然實現有效的上皮彎曲的方案。」

Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 2960 (2018)

(來源:中國生物技術網 20180802)

相關焦點

  • 眼鏡的稜鏡效應
    眼鏡稜鏡效應公式計算:P=F× C(cm) P:表示稜鏡F:表示屈光度C:表示光心偏離距離,單位(cm)
  • 《和平精英》地宮稜鏡反射圖文攻略 地宮稜鏡反射怎麼玩
    導 讀 在和平精英裡,地宮稜鏡反射是需要調整稜鏡的酵素,才能通關,具體怎麼玩呢?下面就為大家帶來詳細的攻略介紹,一起來看看吧!
  • fgo魔力稜鏡有什麼用 魔力稜鏡兌換指南
    fgo魔力稜鏡就是一個綠色晶核,這個綠色晶核的主要作用就是用於在每個月把這些很有用處的道具統統買過來。
  • 稜鏡樂隊,獨有的色彩
    透過稜鏡,你成為你。今日推薦來自稜鏡樂隊的新單曲《這是我一生中最勇敢的瞬間》。歌曲中沒有太繁複華麗的辭藻,也沒有轟轟烈烈場面,只穿插了歌迷在樂隊現場對喜歡的人的表白,浪漫至極,被樂迷選為稜鏡樂隊的「結婚三部曲」之一。「這是我一生中最勇敢的瞬間,遠在世界盡頭的你站在我面前。」
  • 全站儀的稜鏡常數是什麼東西
    【提問】:全站儀的稜鏡常數是什麼東西?  【解答】:  (1)反射稜鏡的作用在利用反射稜鏡(或者反射片)作為反射物進行測距時,反射稜鏡接收全站儀發出的光信號,並將其反射回去。全站儀發出光信號,並接收從反射稜鏡反射回來的光信號,計算光信號的相位移等,從而間接求得光通過的時間,最後測出全站儀到反射稜鏡的距離。
  • 和平精英地宮稜鏡反射怎麼玩?地宮稜鏡反射玩法攻略[多圖]
    和平精英地宮稜鏡反射如何過關?地宮稜鏡反射如何操作?地宮新模式開啟後,有好多玩家在稜鏡這個地方卡住了,不知道該如何通過。看名字就應該知道稜鏡的作用就是反光,通過控制稜鏡將光源自動到機關哪裡就可以開啟地宮的大門了。具體操作接下來為大家一一奉上。
  • 光學基礎:稜鏡與光的色散
    一、稜鏡對光線的作用讓一束單色光從空氣射向玻璃稜鏡的一個側面,經過兩次折射而從另一側面射出時,將向稜鏡的底面方向偏折。各種各樣的稜鏡1.兩次折射後,後來的傳播方向和原來傳播方向間的夾角θ即為偏折角。2.在入射角相同的情況下,偏折角θ跟稜鏡材料的折射率有關,折射率越大,偏折角越大。3.光線通過三稜鏡後向底面偏折,通過三稜鏡看物體,看到的是物體的虛像,向稜鏡的頂角方向偏移。
  • 《Valorant》無畏契約稜鏡套裝皮膚怎麼樣 稜鏡套裝皮膚介紹
    導 讀 Valorant無畏契約稜鏡套裝皮膚一覽 FPS多人競技射擊遊戲Valorant無畏契約目前已經更新到
  • 【眼視光】稜鏡作用的合成與分解
    轉自:天津市醫大眼視光職業培訓學校大家好,今天我們繼續上次微信課程的內容介紹透鏡的稜鏡效果.想必大家對公式也有了一定的理解.今天我們接觸稜鏡的合成與分解所謂合成與分解就是根據稜鏡屈光力的大小和方向,簡化成平面坐標上的矢量
  • 稜鏡系統是怎麼工作的?
    這方面的報導非常多,各個網際網路公司也紛紛發布聲明來否認,然而,對於稜鏡系統實際是如何運作的細節情況,卻鮮有披露,月光博客就通過現在公布的一些報導來分析和推測一下稜鏡系統到底是什麼運作的。思科面對這些指控否認稱,「稜鏡」項目不是思科項目,思科網絡沒有參與此項目。此外,思科沒有在中國或世界任何地方監控普通公民或政府部門的通訊。思科雖然否認參與稜鏡項目,但是沒有否認這樣的事實:思科產品有網絡偵聽功能,而且存在後門。其實,無論參與還是不參與,思科都能有能力和條件監控網際網路。有沒有槍是一回事,參沒參與殺人是另外一回事。
  • 懸掛稜鏡法導線測量方法
    懸掛稜鏡法導線測量方法 由於全站儀的普及被廣泛應用到生產大型建築和地下隧道施工等精密工程測量等領域。全站儀的地面控制測量和礦山井下導線測量常規採用三架法,即利用3副三腳架、一臺全站儀、兩臺稜鏡(前、後視)進行導線測量的一種測量方法。這種測量方法可以滿足各種工程測量精度的需要。
  • 望遠鏡稜鏡內部結構及原理圖
    望遠鏡稜鏡內部結構及原理圖光學設計方面,常見的望遠鏡一般採用二個基本設計之一: 屋脊(Roof)或普羅(Porro,又譯保羅,寶羅)稜鏡。
  • 五角稜鏡:使光束精確偏轉90°
    五角稜鏡由兩個互成90°的折射面和兩個成45°夾角的反射面組成,光線從兩個成90°角的兩面中任一面垂直入射,然後經其45°角的兩個面反射,從90°角的另一面出射,入射光線與出射光線的夾角等於90°角。五角稜鏡的優點:進入五角稜鏡的光線在稜鏡裡面反射兩次,使方向改變90°,成像不但不會倒置,也不會改變影像的偏手性。五稜鏡多用於單眼相機取景的反光裝置,也可以作為光束定角度轉向器。
  • 望海樓:美國「稜鏡」折射了什麼
    一是闡明「稜鏡」秘密監控計劃的必要性。美國政府發言人和高級官員一再為該項目竭力辯護,聲稱這一項目曾幫助美國安全部門識破和挫敗了「數十起恐怖襲擊陰謀」。美國總統歐巴馬本人也親自出面,強調該項目僅用於反恐和保障美國人安全,並準備在八國集團峰會上向歐洲各國元首解釋「稜鏡」計劃。   二是澄清「稜鏡」計劃針對國內外目標的合理性。
  • 評論:「稜鏡門」事件的稜鏡效應
    美國秘密監控項目「稜鏡」計劃的爆料者愛德華·斯諾登獲得俄羅斯臨時避難許可已經一個月,但是「稜鏡門」事件仍未淡出人們的視野。如此看來,「稜鏡門」事件的發酵頗有點稜鏡效應,幾個月來的進展折射出美國監控醜聞背後國際安全與政治博弈的各色光譜,值得分析評點。  「稜鏡門」事件的稜鏡效應之一,是坐實了美、英等國在黑客問題上對中國賊喊捉賊的鬧劇。
  • 廣東汕尾三角稜鏡_一粟光電
    廣東汕尾三角稜鏡,一粟光電,惠州市一粟光電有限公司成立於2013年,專注「光學元件精密鍍膜與工業鏡頭以及光學系統的研發、生產」十餘載。廣東汕尾三角稜鏡, 這種稜鏡的沿光軸方向的入射光線和出射光線不和工作面垂直,而產生折射,且該光線通過稜鏡後方向不變。道威稜鏡繞反射面軸線旋轉a角,而通過其所成的像轉2a角。
  • 直角稜鏡:光路折轉,成像顛倒
    >> 當光從稜鏡直角面入射時,光線會在稜鏡斜面上發生全內反射,並從另一個直角面出射,光束實現90°反射。>> 當光從稜鏡的斜面入射時,光會在直角面發生兩次全反射,最後以平行於入射光束的方向從斜面出射,光路實現180°反射,另外此時產生的180°偏轉與光入射角度無關。
  • 稜鏡事件透視了什麼?
    近期與此事件相關的高頻熱詞「稜鏡」(PRISM),是本次被曝光的美國政府監聽體系的一部分的代號,主要作用通過美國網際網路廠商所開放的數據接口進行數據信息收集。其起源是2001年美國副總統切尼所倡導的星風計劃(StellarWind),2004年,由於該項目未能通過美國司法部的審查,美國前總統小布希將其一拆為四,即 「主幹道」(MainWay)、「碼頭」(Marina)、「核子」(Nucleon)和稜鏡。稜鏡僅是美國國家安全機器體系的一個技術環節,但它被披露後首先轉化為一個重大外交事件。
  • 用雷射尺測量稜鏡折射率
    實驗室常用最小偏向角來測量稜鏡的折射率。但實驗室的測量方法及條件比較複雜。其實只需要一把雷射尺,就可以做這個測量。雷射尺既用來作為光源,又用來測距,而且可以用比較大的距離來做這個測量,這樣誤差就很小。至於為什麼要測折射率?
  • 第一條寄生蟲是如何鑽進其它動物體內的?
    現實是幾乎沒有那種動物身上找不到寄生蟲的,即便是在實驗室中嚴格人工飼養的動物也經常會被寄生蟲感染。一種猜想是這些寄生蟲的祖先是營自生生活的動物,包括捕食或腐生等。以線蟲這個動物界中最大的門類為例,它們生活在地球上的各個角落,其中有不少營寄生生活,一般認為在偶然的情況下進入到了某些動物的體內,繼而發展出了寄生關係。