幾何世界新成員:scutoid

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 04 日 0:00 | 分類 生物科技 , 科技教育 , 科技趣聞 follow us in feedly

在幾何的世界中,大家原本以為不會再有新形狀出現,但最近科學家透過研究上皮細胞排列的形狀,發現了新形狀「scutoid」。



歡迎幾何新成員!

在幾何的世界中,大家原本以為不會再有新成員加入,但根據研究人員的最新發現,一種全新的形狀還沒有被人廣泛使用,他們將這種形狀命名為「scutoid」(盾柱狀),並且將研究發表在《自然通訊》期刊。

研究上皮組織時發現

這份研究是由西班牙塞維亞大學、巴伯羅德歐拉維德大學和美國理海大學一起發表,這三所研究機構的人員在研究上皮組織時,發現了「scutoid」這種形狀,而這種形狀的出現和人體的奧祕息息相關。

▲ 上皮組織由排列緊密的上皮細胞構成,它能發揮覆蓋、促進分泌和保護的功效。上圖是上皮組織細胞排列的其中一種模樣。(Source:Flickr/Servier Medical Art CC BY 2.0)

就和樂高一樣

說到上皮細胞,這種細胞在人體內外排列,幫助人體定型,讓組織得以折疊和彎曲。塞維亞大學研究人員艾思古德洛(Luisma Escudero)說:「上皮細胞就像建造器官的積木,它們就像能組成動物的樂高。」

要排得緊密,又要能彎

隨著器官越長越複雜,上皮細胞「開始移動並且緊密排列在一起」。過去,科學家認為要排得緊密、結實,組織必須是瓶狀或是柱狀,這樣排在一起還可以適應彎曲的表面。然而,透過電腦模擬和動物觀察,研究人員發現細胞會排成「scutoid」這種形狀。

▲ 當兩個「scutoid」排列在一塊,可以最緊密的連接在一起。(Source:Nezu Williamee

讓彼此的接觸最有效

首先,研究人員利用電腦模擬並且預測哪些細胞在保持平面或彎曲下,彼此間的接觸最有效,結果電腦出現了一個長得像角柱的形狀,但又不是角柱。

觀察果蠅和斑馬魚後……

就在研究人員質疑這種沒看過的形狀時,他們利用顯微鏡觀察果蠅唾液腺細胞以及斑馬魚細胞後發現,牠們的細胞組織都長得跟這種叫不出名字的新形狀一樣。於是,研究人員認為這種形狀的細胞組織存在於任何彎曲的上皮組織,連人類也不例外。

上圖由左而右分別是角柱體、平截頭體、擬柱體和「scutoid」。塞維亞大學研究人員艾思古德洛在 Twitter 寫到:「我們關於 3D 上皮細胞排列的研究已經出爐了。我們模擬了彎曲的上皮細胞,並預測細胞會呈現一種先前沒形容過的幾何形狀,我們稱這種形狀為『scutoid』。我們在數個彎曲組織中確定了『scutoid』的出現。對彎曲的上皮細胞來說,『scutoid』是當然的答案。」

從捏黏土得到靈感

發展生物學家艾思古德洛表示,在電腦模擬的早期階段,要定義這種新形狀到底長什麼樣子很難,直到有一天他和女兒一起捏黏土模擬時,他才能真正定義這種新形狀。

艾思古德洛也提到,當他們的研究團隊發現眼前的形狀是幾何界的新形狀時,「這真的是個驚喜!」

和椿象的中胸小盾片很像

隨後,他們決定把這種新形狀命名為「scutoid」,因為這種形狀和椿象的中胸小盾片(scutellum)形狀很像。

▲ 椿象的中胸小盾片形狀,由上往下看就像「scutoid」形狀。(Source:By Giancarlodessi [GFDL or CC BY-SA 3.0 ], via Wikimedia Commons

一生難得的命名機會

參與研究的理海大學系統生物學家布賽塔(Javier Buceta)表示,有機會替新形狀命名很光榮,他說:「你通常一生中不會有機會替某個可能會永存的東西命名,這種形狀不是圓形或方形,而是一個新的形狀。」

重大突破  未來應用範圍廣

研究團隊指出,新形狀「scutoid」的出現,能應用在許多科學領域中,包含醫學生物學。

舉例來說,「scutoid」形狀的細胞在生長時排列在一塊很有效率,未來科學家在培養人工器官時,或許就可以參考這種形狀,因為這種形狀替彎曲的組織帶來了構造上的穩定度。

發展生物學家艾思古德洛說:「我們相信這點在許多地方都是重大突破。」

(本文由 地球圖輯隊 授權轉載;首圖來源:Laura Taalman