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一個數學模型將雞、魚和青蛙的進化聯系起來

時間：2025-12-07 18:42:43 來源：網絡整理編輯：知識

核心提示

雙胞胎雞胚發育的快照。黃色條紋標志著未來的脊髓。鳴謝:uux.cn/加州大學圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉小組神秘的地球uux.cn）據加州大學圣地亞哥分校米歇爾·富蘭克林）：生活中最持久、最基本的問題之一

雙胞胎雞胚發育的快照。黃色條紋標志著未來的雞魚進化脊髓。鳴謝:uux.cn/加州大學圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉小組
（神秘的和青地球uux.cn）據加州大學圣地亞哥分校（米歇爾·富蘭克林）：生活中最持久、最基本的聯系問題之一是:它是如何發生的？例如，在人類發育過程中，個數細胞如何自我組織成皮膚、學模型肌肉或骨骼？雞魚進化它們是如何形成大腦、手指、和青脊椎的聯系？
雖然這些問題的答案仍然未知，但科學探索的個數一條線在于理解原腸胚形成——胚胎細胞從單層發展到具有主體軸的多維結構的階段。在人類中，學模型原腸胚形成發生在受孕后14天左右。雞魚進化
現階段不可能研究人類胚胎，和青所以加州大學圣地亞哥分校、聯系鄧迪大學(英國)和哈佛大學的研究人員能夠研究雞胚中的原腸胚形成，這與現階段的人類胚胎有許多相似之處。
這項研究是通過加州大學圣地亞哥分校物理學助理教授Mattia Serra所說的理想環路進行的:一個跨學科的，理論和實驗科學的來回結合。Mattia是一個理論家，他對在復雜的生物物理系統中尋找突現模式感興趣。
在這里，他和他的團隊基于鄧迪大學生物學家的輸入建立了一個數學模型。該模型能夠準確預測在顯微鏡下觀察到的原腸胚形成流——整個雞胚中數萬個細胞的運動。這是自組織數學模型首次能夠在雞胚中重現這些流動。
然后，生物學家們想看看這個模型是否不僅能復制他們通過實驗知道的事實，還能預測在不同條件下可能發生的事情。塞拉的團隊“擾亂”了模型——換句話說，改變初始條件或現有參數。
一個數學模型將雞、魚和青蛙的進化聯系起來

理想循環:左邊的數學模型與實驗中觀察到的結果相匹配。鳴謝:uux.cn/加州大學圣地亞哥分校馬蒂亞·塞拉實驗室
結果令人驚訝:該模型產生的細胞流在小雞身上沒有自然觀察到，但在其他兩種脊椎動物物種——青蛙和魚身上觀察到了。
為了確保這些結果不是模型的數學幻想，生物學合作者在實驗室中對雞胚模擬了模型的精確擾動。引人注目的是，這些被操縱的雞胚也顯示了在魚類和青蛙中自然觀察到的原腸胚形成。
這些發表在科學進展的發現表明，多細胞自我組織背后的相同物理原理可能在脊椎動物物種中進化。
“魚、青蛙和小雞都生活在不同的環境中，所以隨著時間的推移，進化壓力可能已經改變了胚胎發育的參數和初始條件，”塞拉說。“但至少在原腸胚形成的早期階段，一些自我組織的核心原則可能在這三者中都是相同的。”
塞拉和他的合作者現在正在研究產生胚胎規模的自組織模式的其他機制。他們希望這項研究能夠推進生物材料設計和再生醫學，幫助人類活得更長、更健康。
“人體是現存的最復雜的動力系統，”他說。“關于我們的身體，有很多有趣的生物學、物理學和數學問題——思考起來很美。我們能做出的發現永無止境。”

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