用波浪说话：科学家观察到细胞之间独特的交流语言

用波浪说话：科学家观察到细胞之间独特的交流语言绚丽的色彩。图像显示了化学信号通路（ERK通路；右上角）的激活与单层细胞中二维细胞区域（左下角）的模拟合并。图片来源：©Hannezo小组/ISTA丹尼尔-布考克（DanielBoocock）在攻读博士学位期间，与来自新加坡国立大学的Hannezo和长期合作者TsuyoshiHirashima一起，建立了一个详细的新理论模型。该模型于7月20日发表在《PRXLife》杂志上，加深了我们对远距离细胞-细胞通讯的理解。它描述了细胞施加的错综复杂的机械力及其生化活动。生物学的物理学方面。国际科学与技术学院教授爱德华-汉内佐（左）和国际科学与技术学院应届毕业生丹尼尔-布考克（右）利用理论物理来理解生物的复杂性。图片来源：(c)ISTA细胞以波为单位进行交流"假设你有一个培养皿，上面布满了细胞--单层细胞。它们看起来只是停在那里。但事实上，它们会移动、旋转，并自发地做出混沌行为，"汉内佐解释道。汉内佐解释说："就像音乐会上密集的人群一样，如果一个细胞拉动一边，另一个细胞就会感应到这一动作，并做出反应，要么朝同一方向拉动，要么朝相反方向拉动。这样，信息就能以波的形式传播和传播--波在显微镜下是可见的。""细胞不仅能感知机械力，还能感知其化学环境--细胞相互施加的力和生化信号。它们之间的交流是生化活动、物理行为和运动的相互作用；然而，每种交流模式的程度以及这种机械化学相互作用如何在活体组织中发挥作用，直到现在仍令人难以捉摸。"ISTA毕业生丹尼尔-布考克（DanielBoocock）在ISTA校园。图片来源：(c)ISTA预测运动模式受到可见波模式的启发，科学家们旨在创建一个理论模型，以验证他们之前关于细胞运动的理论。丹尼尔-布考克（DanielBoocock）阐述道："在我们之前的工作中，我们希望揭示波的生物物理起源，以及它们是否在组织细胞集体迁移中发挥作用。然而，我们还没有考虑到组织的液固转换、系统固有的噪声或二维波的详细结构。"他们最新的计算机模型关注细胞运动和组织的材料特性。通过它，博科克和汉内佐发现了细胞是如何进行机械和化学交流的，以及它们是如何运动的。他们能够复制在培养皿中观察到的现象，验证了基于物理定律的细胞通讯理论解释。爱德华-汉内佐（EdouardHannezo）教授在ISTA校园。他领导着生物系统中的物理原理研究小组。图片来源：(c)ISTA测试理论为了进行实验证明，布科克和汉内佐与生物物理学家平岛刚合作。为了严格测试新模型是否适用于真实的生物系统，科学家们使用了二维单层MDCK细胞--特异性哺乳动物肾脏细胞--这是此类研究的经典体外模型。汉内佐解释说："如果我们抑制了一种能让细胞感知和产生力的化学信号通路，细胞就会停止运动，通信波也不会传播。根据我们的理论，我们可以轻松改变复杂系统的不同组成部分，并确定组织的动态适应情况。"细胞组织表现出类似液晶的特性：它像液体一样流动，但又像晶体一样有组织。布考克补充道："特别是，生物组织的液晶样行为只有在独立于机械化学波的情况下才被研究过"。未来可能的研究方向之一是扩展到三维组织或具有复杂形状的单层，就像在生物体内一样。研究人员还开始针对伤口愈合应用改进模型。在计算机模拟中，参数改善了信息流，加速了伤口愈合。汉内佐兴致勃勃地补充道："真正有趣的是，我们的模型在生物体内细胞的伤口愈合方面能发挥多大作用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376795.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376795.htm

研究人员观察到白蚁相互协调工作以建造巨型巢穴的方式

研究人员观察到白蚁相互协调工作以建造巨型巢穴的方式最近的研究发现，白蚁是通过感知和响应湿度水平而不是使用信息素来建造它们复杂的巢穴的，这揭示了白蚁建造复杂结构的一种简单而有效的机制。自然环境中的白蚁巢穴（澳大利亚新南威尔士州的一个白蚁丘）。图片来源：AndreaPerna由卢卡国际高级研究学院（IMTSchoolforAdvancedStudiesLucca）复杂系统教授安德烈娅-佩尔纳（AndreaPerna）负责协调的一项新研究发表在《电子生命》（eLife）杂志上，现已查明白蚁完成这种非凡任务的独特机制。白蚁已基本完成拱形结构的建造。红灯是3D扫描仪用来量化施工进度的光束。图片来源：GiulioFacchini在对Coptotermesgestroi白蚁（原产于南亚，现已扩散到美国东海岸）进行实验室实验时，研究人员使用湿粘土建造了具有不同高度和形状的人工结构的小台子。然后，他们从一个较大的白蚁群中收集了小群白蚁，并通过视频跟踪白蚁群中所有白蚁的活动，同时描述三维结构的变化，量化它们对这些结构的建筑行为。通过这种方法，可以对各种假设进行检验，从而发现白蚁筑巢时所使用的协调机制。白蚁（Coptotermesgestroi）在实验场自发地建造了几根柱子。图片来源：GiulioFacchini比较观察和实验除了白蚁之外，蚂蚁是能够建造大型复杂建筑的另一大昆虫类群，以蚂蚁为例，人们认为，蚂蚁在建筑材料中浸渍了一种信息素，这种化学物质能够吸引其他蚂蚁来到建筑工地，并"告诉"它们在哪里建造。这样，一只工蚁的活动就会引发其他蚂蚁的活动，这是一个自我强化的过程。如果白蚁也像蚂蚁一样依靠信息素来指导它们的建筑活动，那么它们就不应该表现出偏好把建筑材料颗粒堆放在任何特定的位置，因为在实验人员准备的人工舞台上没有任何信息素。但事实并非如此：虽然场内到处都在收集颗粒，但沉积物都集中在已有建筑的顶部。也许他们可以评估地面上的小柱子和异质物的高度，这样，他们就会在已有结构的顶部不断添加建筑材料。但事实并非如此：事实上，白蚁在高低支柱上堆积建筑材料的概率是相同的。一小群Coptotermesgestroi白蚁在实验人员放置的人工支柱顶部添加粘土颗粒。图片来源：GiulioFacchini另一个假设是，白蚁可能能够感知建筑基质的曲率，因为之前的一些建模显示，在曲率最高的位置不断添加颗粒足以产生非常复杂的结构，类似于某些物种的白蚁巢穴。这项研究的第一作者、法国巴黎国家科学研究中心复合材料与系统研究所研究员朱利奥-法奇尼（GiulioFacchini）说："在我们的模拟中，我们观察到，表面的小异质具有比周围平坦基质更高的曲率，因此它们会膨胀形成支柱，支柱的尖端反过来又会吸引建筑材料进一步沉积并继续生长，直到它们分裂或与另一个支柱合并，以此类推；利用这一简单规则可以形成非常复杂的结构。"事实上，当白蚁面对实验中提供的人工刺激时，它们总是喜欢在曲率最大的地方建造，在柱子的顶端添加颗粒（与柱子的高度无关）；当提供一个小的墙壁刺激时，它们最常在墙壁的两个角落添加颗粒，也就是曲率达到最大的两个点。了解白蚁的感知能力问题是：白蚁怎么能如此可靠地感知到它们正在建造的建筑物的弧度？研究人员发现，这可能与水分蒸发和湿度有关。佩尔纳解释说："白蚁对湿度浓度非常敏感：与大多数其他昆虫不同，白蚁的外骨骼很薄，皮肤也很柔软，这意味着即使长时间暴露在低于70%的湿度水平下，也会对它们造成致命伤害。它们能够感知这些湿度梯度，并通过行为对其做出反应，这并不太令人惊讶。"但如何证明这一点呢？"我们找到了一种被《eLife》杂志的一位匿名审稿人称为'非常巧妙的低技术解决方案'的解决方案：我们准备了与白蚁相同的实验场地，但这次用碳酸氢钠盐溶液浸渍粘土。当盐溶液中的水分蒸发时，会留下微小的盐晶体，这些晶体的生长标志着蒸发量最大的区域：这些区域就是柱子的顶端和墙壁的角落：这正是白蚁选择进行建筑活动的区域！"Facchini解释道。佩尔纳评论说："真正让我们感到惊讶的是，我们发现白蚁用如此简单的方法解决了一个非常复杂的问题。在我们的实验中，巢穴的复杂性仅仅产生于一个简单的机制：白蚁只需要根据当地的湿度添加颗粒材料，但它们添加的颗粒材料反过来又会改变所有的蒸发和湿度模式，诱使其他白蚁在不同的位置建造巢穴，以此类推，直到产生非常复杂的结构"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427113.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427113.htm