我们的器官如何知道何时停止生长

世界上最小的鱼 Paedocypris 只有 7 毫米。这与 9 米长的鲸鲨相比不算什么。小鱼与鲨鱼共享许多相同的基因和相同的解剖结构，但背鳍和尾鳍、鳃、胃和心脏，要小数千倍!与巨型表亲不同，这种微型鱼的器官和组织是如何停止快速生长的?由瑞士日内瓦大学 (UNIGE) 和德国马克斯普朗克复杂系统物理研究所 (MPIPKS) 的科学家领导的多学科团队能够通过研究其物理学并使用数学方程来回答这个基本问题，正如他们发表在《自然》杂志上的工作所揭示的那样。

发育组织的细胞在信号分子(形态发生素)的作用下增殖并组织起来。但是他们怎么知道什么大小适合他们所属的生物体呢?UNIGE 理学院生物化学系教授 Marcos Gonzalez-Gaitan 和德累斯顿 MPIPKS 主任 Frank Jülicher 的研究小组通过追踪不同大小组织细胞中的特定形态发生素，解决了这个谜团在果蝇果蝇中。

在果蝇中，形态素 Decapentaplegic (DPP)，一种形成十五个 (deca-penta) 附属物(翅膀、触角、下颌骨……)所需的分子，从发育组织内的局部源扩散，然后形成浓度梯度下降(或逐渐变化)，因为它远离源。在之前的研究中，Marcos Gonzalez-Gaitan 的小组与德国团队合作，表明 DPP 的这些浓度梯度会根据发育组织的大小扩展到更大或更小的区域。因此，组织越小，DPP 梯度从其扩散源的扩散就越小。另一方面，组织越大，DPP morphogen 梯度的传播就越大。然而，

解决生物学问题的多学科方法

“我的团队由生物学家、生物化学家、数学家和物理学家组成，他们的原始方法是分析每个细胞水平上发生的事情，而不是将我们的观察放在组织的尺度上，”Marcos Gonzalez-Gaitan 评论道。“中心点是将生命物质当作物质来处理，也就是说，用物理学原理研究生物学，”弗兰克·尤利歇尔 (Frank Jülicher) 说。这两个团队开发了一系列复杂的工具，可以使用定量显微镜技术非常精确地跟踪组织细胞内和细胞之间 DPP 分子的命运。“这些工具使我们能够为这种形态发生素定义大量与细胞过程相关的参数。例如，我们测量了它与细胞结合、渗透到细胞内部的效率，在扩散回其他细胞之前被细胞降解或回收。总之，我们测量了 DPP 的所有重要运输步骤，”生物化学系高级研究员、本研究的第一作者 Maria Romanova Michailidi 解释说。

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