子宫内的低语：细胞如何“听到”塑造人体
像所有复杂的生物体一样，每个人都起源于一个通过无数细胞分裂繁殖的单个细胞。 当胚胎成型时，数以千计的细胞相互协调、移动并施加机械力。 哥廷根校区生物网络动力学研究所 （CIDBN）、马克斯·普朗克动力学与自组织研究所和马尔堡大学的研究人员现在发现了一种胚胎细胞协调其行为的新方法。 这涉及到以前只能从听觉过程中知道的分子机制。 研究人员将这种不同的细胞使用相同的蛋白质来实现两种如此不同的功能这一事实归因于它们的进化起源。 结果发表在当代生物学. 跨学科研究团队使用了发育遗传学、大脑研究、听力研究和理论物理学等不同寻常的方法组合，在细胞通讯方面取得了令人惊讶的发现：他们发现在薄薄的皮肤层中，细胞记录其相邻细胞的运动，并将自己的微小运动与其他细胞的运动同步。 因此，相邻细胞群以更大的力量拉在一起。 由于其高灵敏度，细胞协调得非常快速和灵活，因为这些细微的力是穿过胚胎组织的最快信号。 当细胞在基因上被剥夺了相互“倾听”的能力时，整个组织发生了变化，并且开发被推迟或完全失败。 研究人员将细胞协调整合到组织的计算机模型中。 这些模型表明，相邻细胞之间的“耳语”会导致整个组织的交织编排，并保护其免受外力的影响。 胚胎发育的视频记录和进一步的实验证实了这两种效果。 “使用人工智能方法和计算机辅助分析，我们能够检查大约一百倍细胞对比以前在该领域可能的要多，“CIDBN 小组负责人、该研究的合著者 Matthias Häring 博士解释道。 “这种大数据方法为我们的结果提供了可靠的细胞之间这些微妙相互作用的真相所需的高精度。” 这里揭示的胚胎发育机制已经已知在听力过程中发挥作用。 例如，当听到非常安静的声音时，耳朵中的毛细胞会将声波转换为神经信号，对微小的机械运动做出反应。 在听觉阈值处，细胞突起弯曲的距离仅为几个原子直径。 耳朵之所以如此敏感，是因为特殊的蛋白质可以将机械力转化为电流。 直到现在，几乎没有人怀疑这种力传感器在胚胎发育中也发挥着重要作用。 原则上，这是可能的，因为体内的每个细胞都携带着所有蛋白质，并可根据需要使用它们。 这种现象还可以深入了解细胞水平上对力的感知是如何演变的。 “这些力敏感离子通道蛋白的进化起源可能在于我们的单细胞祖先，我们与真菌共享，并且早在动物生命起源之前就出现了，”CIDBN 主任兼该研究的合著者 Fred Wolf 教授解释道。 “但只有随着第一批动物的进化，才这种蛋白质类型的当前多样性出现了。 未来的工作应该确定这些细胞“纳米机器”的原始功能是否是感知体内的力量，而不是像听觉那样感知外部世界。