科学家发现一种全新的形状,它就隐藏在你的细胞中

我们每个人身上最大的器官,就是我们的皮肤。它以大约 2 平方米的总面积包裹着你,不过关于它的形状,并不是我们想象的那样。

最近,科学家刚刚发现了一种之前科学界或数学界从未发现的全新的几何形状,而且这个新的形状其实就藏在你的皮肤里。更详细一点说,在我们上皮细胞(即人体外部和内部皮肤层的结构组织的构建模块中),都有新形状的身影。

这些上皮细胞是每一个生命在早期阶段最重要的细胞之一,它有助于胚胎发育过程中组织结构的生成,这些组织结构最终会成为我们身体上各种不同的器官。

因此,这些由数以百万计的微小的上皮细胞压在一起组成的上皮组织,不仅构成了我们的外部皮肤,对于人体内部器官的构成也起到了巨大作用。

此前,科学家们从未完全了解这些单个细胞到底长什么样子,是什么形状,但大多数人认为,它们的形状与柱状棱柱相似,或者也可以说是被削掉尖顶的金字塔的形状,也可称之为“平截头体”形状。

但是,当科学家们用计算机软件去更精确地重建上皮细胞的 3D 模型时,他们有了意想不到的发现。

“在建模过程中,我们得到了很奇怪的结果。”利哈伊大学的生物工程师 JavierBuceta 说道。

图 | Scutoids 形状再合并以及分开时的状态(塞维利亚大学)

“我们的建模结果预测,随着这些上皮细胞组织的曲率增加,细胞将可能发育成为柱状和瓶状以外的其他形状。”

面对这个结果,Buceta 的团队不仅对这些颠覆认知的实验结果表示怀疑,而且这没人认识的奇怪形状更是让他们感到惊奇。这一发现已发表在《自然通讯》杂志上。

这种形状看起来像个棱镜,只不过这个棱镜的一端有五边形,而另一个却是个有六边形,将棱镜的六边形那段的一个边与一个迷你三角形结合,再将三角形的一个角与五边形的一个角连接,这个奇怪的三维几何形状就形成了。

虽然这种奇怪的“扭曲的棱镜”听上去应该像是 M.C. 埃舍尔 (著名荷兰图象艺术家) 之前已经尝试创作过的形状,但根据团队的调查声明,这种新颖的形状之前从未在科学文献中被描述过。

“让我们惊讶的是,对于这个在自然界被新发现的形状甚至还没有任何数学名称!” Buceta说。

“一般人们很难有机会去为一个新的几何形状命名。”

图 | Protaetia speciose 甲壳虫的背视图(图片来源:《自然通讯》)

最终,研究人员将他们新发现的形状命名为 “scutoid” ,因为这种形状有些类似“盾片”——一些昆虫的背部后部,也有类似的迷你三角形的形状。

至于为什么 scutoid 这一新的形状会存在于皮肤内部,该团队的猜测是,在上皮细胞弯曲时,“扭曲的棱镜”是一种更高效且节省人体能量的形状。

西班牙塞维利亚大学的细胞生物学家 Luisma Escudero 解释说:“组织弯曲时通常会趋于消耗能量最小化的状态,从而更加趋于稳定。”

“我们的生物物理统计数据也显示,正是因为这个原因,这些细胞采用了 scutoid 形状。”

研究人员在模型中发现 scutoid 这一新的形状之后不久,他们就开始在其他生物身上寻找这种形状。目前,研究者已经在果蝇和斑马鱼的上皮组织中发现扭曲棱镜,这是有利的初步证据。

此外,由于这种皮肤细胞存在于所有动物身上,研究小组还认为,这种新形状的识别可能是我们对上皮细胞认识的一个重要转折点。

尽管我们还需要更多的研究来确认 scutoid 形状在生物界的存在度到底有多广泛,研究人员相信该结果将对我们理解与应用皮肤的三维结构带来全新的启发。

“如果科学家想种植人造器官,该发现可以帮助我们创造更好的细胞包装的支架结构,它可以更准确地模仿大自然组织发育的有效的方式。”Buceta 说。“我们已经将上皮细胞高效弯曲的机理成功解锁。