将液体移液到微小的试管中，分析庞大的数据集，仔细阅读研究出版物——所有这些任务都是科学家的一部分。但打破这种常规是必要的。离开通常的工作环境一段时间可以激发创造性的想法。例如，实验室静修提供了一个很好的环境，研究人员可以与其他同行交流，通常会带来新的合作。
对于奥地利科学技术研究所(ISTA)的Bernat Corominas-Murtra和edward Hannezo来说，后者是正确的。
Corominas-Murtra被西班牙一个合作休学研究小组的海报会议上展示的数据集所吸引，与荷兰乌得勒支Hubrecht研究所的Takashi hiragi教授研究小组的博士后研究员Dimitri fabrires展开了热烈的讨论。一开始的谈话现在已经变成了《科学》杂志上的一篇文章。
这个国际研究小组已经建立了一个早期哺乳动物形态发生的综合图谱——一个有机体发育形状和结构的过程——分析了老鼠、兔子和猴子的胚胎如何在空间和时间上发育。
基于这个图谱，他们发现细胞分裂和运动等个体事件是高度混乱的，然而胚胎作为一个整体最终看起来非常相似。有了这个数据集，他们提出了一个物理模型来解释哺乳动物胚胎是如何从混乱中建立结构的。
从一个到多个
动物的胚胎发育始于卵细胞受精。这一事件引发一系列连续的细胞分裂，称为卵裂。简而言之，单个细胞分成两个，然后两个变成四个，四个变成八个，以此类推。最终，大部分细胞形成一个非常有组织的结构，叫做囊胚，所有未来的器官和组织都是从囊胚发育而来的。整个过程称为形态发生。
“胚胎发育的这些早期步骤是关键，因为它们为所有随后的发育过程奠定了基础，”Hannezo解释说。
例如，在一些动物中，秀丽隐杆线虫——一种透明的蛔虫，也是发育生物学家研究最多的模式生物之一——早期胚胎的分裂受到了非常好的调控，并且在不同的胚胎中定向相同，从而产生了具有相同数量细胞的生物体。
然而，在哺乳动物物种中，分裂似乎在时间和方向上都更加随机。这就提出了一个问题:尽管存在这种疾病，可再生哺乳动物胚胎的发育是如何进行的?
详细的胚胎图
为了解决这个问题，hiragi小组开始对许多不同的胚胎进行成像和定量分析，以比较它们在不同哺乳动物物种内部和之间的相似性，从老鼠到兔子和猴子。Dimitri fabrires和他的同事创造了一种所谓的“形态地图”——一种可视化高维形态数据的地图。
Hannezo解释说：“这是一个成像分析管道，展示了胚胎在时间和空间中的行为——一个胚胎形态发生的精确图谱。”
这张图谱允许科学家们通过解决诸如胚胎间发育变异性等问题来定量分析发育过程。有了这个数据集，科学家们能够定义“正常”的形态发生是什么样子的。
在西班牙的实验室静修中，法布兰特斯展示了这张形态图。数据显示，受精后的第一次分裂在老鼠、兔子和猴子身上都没有受到调节。这些细胞随机分裂，直到它们达到8个细胞的阶段，在这个阶段，所有的胚胎突然开始看起来一样。
“胚胎在最初阶段看起来非常不同，在8个细胞阶段结束时，胚胎似乎向彼此的形状靠拢，”汉内佐继续说。但是为什么呢？是什么给这种混乱带来了秩序？
一个胚胎nal Rubik的立方体细胞集群优化了它的包装
科罗米纳斯-穆特拉和汉内佐都是理论物理学家，他们被这个数据集迷住了，并开始从理论的角度来理解这个过程。
然而，胚胎的形状非常复杂，很难确定两个胚胎的相似或不同意味着什么。科学家们发现，他们可以简单地通过研究细胞间接触的结构，有效地近似出胚胎结构的全部复杂性。
“我们认为，通过了解细胞的排列或知道哪些细胞是物理连接的——类似于社交网络中的连接，我们可以得出关于胚胎形态的大多数重要细节。这种方法大大简化了不同胚胎之间的数据分析和比较，”Corominas-Murtra说。
利用这些信息，科学家们创建了一个简单的物理模型来解释胚胎是如何汇聚成可复制的形状的。该模型表明，物理规律促使胚胎形成哺乳动物共有的特定形态。
通过破坏大多数细胞的排列，除了少数降低胚胎表面能量的选择性排列，细胞之间的物理相互作用可以引导形成一个确定的形状。
换句话说，细胞倾向于越来越多地粘在一起，这个看似简单的过程实际上驱使胚胎通过连续的重新排列达到最理想的包装。就像胚胎自己解魔方一样。
没有混乱，没有结构
结果提供了一个详细的观察如何哺乳动物胚胎的发展是由可变性和稳健性。没有混乱，就没有结构;一个需要另一个。两者都是构成“正常”发展的重要组成部分。
Hannezo总结道:“我们终于开始有工具来分析形态发生的可变性，这对理解发育稳健性的机制至关重要。”随机性似乎是在生活世界中产生复杂性的主要力量。
通过获得更多关于正常情况的知识，科学家们也对异常有了更深入的了解。这在疾病研究、再生医学或生育治疗等领域非常有帮助。在未来，这些知识可以帮助选择最健康的胚胎进行体外受精(IVF)，从而提高植入成功率。
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我是源森号的签约作者“小凝”！
希望本篇文章《从无序到有序：细胞如何协同构建强健的胚胎》能对你有所帮助！
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