科学家揭开人类手指脚趾形成之谜

编辑:凯恩/2018-12-05 15:56

  新研究由ICREA教授詹姆斯·夏普负责,UPF基因组调控中心多细胞系统生物学实验室提供数据。夏普说,本研究是对他们201凤凰娱乐(fh03.cc)2年《科学》杂志上一篇论文的补充,当时他们提出Hox基因和FGF信号能调节一个假设的图灵系统,但图灵所说的分子本身还未发现。而新研究揭示了在图灵系统发挥作用的信号分子。

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  最近,西班牙加泰罗尼亚高等研究院(ICREA)和庞培法布拉大学(UPF)科学家合作,通过实验证明了手指和脚趾的形成也受图灵60多年前提出的生物花纹形成机制的控制。

  手指脚趾的形成也符合图灵生物花纹理论

  他的数学方程显示,在统一的初始条件下,比如均匀分布没有花纹,分子浓度会自发地组织成一种重复性空间花纹。这一理论逐渐被人们接受,并用来解释一凤凰彩票(fh03.cc)些简单花纹,如斑马条纹、沙丘波纹,但用在胚胎发育中还不太合适,还不能解释一些结构比如手指是怎么形成的。

  本研究的影响远远超过理解手指发育,回答了更广泛的争论:身体中数百万的细胞是怎么自行运动排列,最终形成恰当的三维结构——肾脏、心脏及其他器官的?它还挑战了目前的主流观点,刘易斯·沃尔伯特提出的“位置信息”论,该理论认为细胞知道自己要干什么,因为它们都接受了自己的空间“配合”信息(类似于地图上的经度和纬度)。新研究论文中强调,在器官形成中,局部自组织机制或许比人们以往认为的更重要得多。

  “计算机科学之父”、英国数学家阿兰·图灵对数学生物学的贡献同样重大,他于1952年发表了一篇关于自然界花纹是怎凤凰彩票(fh03.cc)样形成的论文,开创了一个全新的数学领域。论文中提出了一个由两种分子构成的系统,如果分子以恰当方式扩散反应,就会产生斑点或条纹。

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  据物理学家组织网7月31日报道,研究人员利用系统生物学方法,结合实验结果和计算机模型反复调整。他们筛选了多种不同的基因表达,最终发现了两个信号路径具有所需的活动模式:BMPs和WNTs,而且这两个信号路径通过一种非扩散性分子——转录因子Sox9连接。随后他们逐渐构建了兼容所有数据的数学模型,并能用模型预测抑制两条路径的结果:抑制其中之一或同时抑制,会让手指形状发生怎样的改变。他们用培养的胚芽组织进行实验,胚胎上也会出现同样的手指形状,证明了他们的计算预测。

  研究人员指出,要想开发出有效的再生医学策略,必须正确理解多细胞器官,才可能为各个器官设计出替代组织。这些发现也解释了为何多指(趾)畸形是人类中一种普遍的先天缺陷,在数学上,图灵系统调节“条纹”数量的模型比其他模型的精确性略低。