近日，一個德國科學家領導的國際團隊發(fā)現(xiàn)，線蟲生殖細胞的發(fā)育過程中，約一半的生殖細胞會逐漸凋亡，而決定這些生殖細胞死亡的機制卻是機械性的，與組織的液壓有關。
在包括人類在內(nèi)的許多生物體中，生殖細胞共享細胞質(zhì)。在雌雄同體的秀麗隱桿線蟲的性腺中，多達500個生殖細胞排列在中央“通道”周圍，交換用來促進細胞生長的細胞質(zhì)，并最終產(chǎn)生準備受精的卵細胞。在此前的研究中，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線蟲性腺產(chǎn)生的生殖細胞比需要的多，最后只有一半長成卵母細胞，而其余的則變小并出現(xiàn)生理性細胞凋亡。迄今為止，人們尚不清楚究竟是什么決定了單個生殖細胞的死亡機制。
現(xiàn)在，來自德累斯頓工業(yè)大學、馬克斯·普朗克研究所以及加州大學伯克利分校等多個研究機構(gòu)的科學家團隊發(fā)現(xiàn)了觸發(fā)線蟲生殖細胞優(yōu)勝劣汰決定的證據(jù)。相關成果發(fā)表在近日的《自然·物理學》雜志上。論文第一作者，德累斯頓工業(yè)大學的尼古拉斯·夏提耶解釋說：“通過對活線蟲生殖細胞的體積和細胞質(zhì)流動的準確分析，并建立相應的理論模型，我們發(fā)現(xiàn)了組織液壓的不穩(wěn)定性會放大最初隨機的很小的體積差異，并最終導致一些生殖細胞以犧牲其他細胞為代價的成長。”
這是生殖細胞選擇中的關鍵：這種壓力差異會破壞相同體積生殖細胞的平衡配置。液壓的不穩(wěn)定性導致較大的生殖細胞以較小的生殖細胞(凋亡)為代價的生長。這種不穩(wěn)定現(xiàn)象可以用物理學中雙氣球不穩(wěn)定性來描述。通過一個三通管同時給兩個氣球充氣時，較大的氣球更容易膨脹，因為它比較小的氣球具有更低的內(nèi)部壓力。科學家們通過受控流動激光技術(FLUCS：聚焦光誘導的細胞質(zhì)流)人為地縮減生殖細胞的體積，結(jié)果證明一旦細胞體積低于臨界尺寸，細胞凋亡就會開始并且最終導致細胞死亡。
通過共聚焦顯微鏡成像，研究人員對活線蟲的內(nèi)部進行成像，獲得了性腺內(nèi)細胞體積和細胞間液體交換的精確圖像。論文通訊作者、德累斯頓工業(yè)大學生命物理(PoL)卓越集群發(fā)言人和多學科研究負責人斯蒂芬·格里爾教授補充說：“這些發(fā)現(xiàn)非常令人興奮，因為它們表明，關于細胞生與死的決定本質(zhì)上是機械的，并且與組織的液壓有關。這有助于我們了解生物體如何自動選擇將成為卵細胞的細胞。此外，這項研究也是德累斯頓生物學家、物理學家和數(shù)學家之間出色合作的又一個例子。”(記者 李山)
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