表面張力，允許水漫過(guò)杯子口些許而不會(huì )溢出來(lái)，允許像水黽這樣的昆蟲(chóng)在水面上行走，而這種物理現象也會(huì )影響人體的對稱(chēng)性。在最近的《自然》（Nature）上的一項新研究中，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們將表面張力影響人體對稱(chēng)性的發(fā)現，表述為“類(lèi)似于一種自然的自我糾正”。

脊椎動(dòng)物的手臂、腿、鰭或翅膀整齊地排列在軀干的兩側。雖然這種對稱(chēng)性看似不起眼，卻又十分自然，但每個(gè)物種有序的結構特征實(shí)際上是胚胎形成過(guò)程中一系列復雜過(guò)程的結果。在這項研究中，科學(xué)家們展示了表面張力——一種完全機械的力——是如何影響體節（驅動(dòng)肢芽發(fā)育的胚胎構造塊）的最終位置和縱向對稱(chēng)性的。

這個(gè)新發(fā)現為生命的早期階段提供了新的見(jiàn)解，首次證明了所有胚胎組織中的表面張力是如何驅動(dòng)脊椎動(dòng)物發(fā)育的關(guān)鍵過(guò)程的。

體節是出現在神經(jīng)管左右兩側的微小塊狀結構，神經(jīng)管是中樞神經(jīng)系統的前身。在胚胎發(fā)育的早期階段，體節沿著(zhù)體軸有節奏地、順序地形成。這些微小的突起是肌肉骨骼系統的起點(diǎn)，形成左右對稱(chēng)的分段肋骨、脊柱及其相關(guān)肌肉，這是所有脊椎動(dòng)物的共同特征。長(cháng)期以來(lái)，人們一直認為體節的最終左右對稱(chēng)性非常精確，這是由于遺傳振蕩器的作用，即所謂的分段時(shí)鐘。然而，事實(shí)證明，這種教科書(shū)觀(guān)點(diǎn)是錯誤的。

研究人員解釋說(shuō)：“有時(shí)，體節最初會(huì )在長(cháng)度不均勻、形狀不對稱(chēng)的兩側形成?！痹谒麄兊难芯恐?，科學(xué)家們開(kāi)始了解這種早期變異最終如何發(fā)展為身體對稱(chēng)的。

科學(xué)家們使用各種成像技術(shù)來(lái)研究斑馬魚(yú)胚胎。他們觀(guān)察到一個(gè)過(guò)程，即這種不精確的模式很快自我糾正，體節在形成后約一小時(shí)左右在神經(jīng)管兩側的長(cháng)度和分布變得均勻。他們還發(fā)現，盡管這些微小結構的長(cháng)度發(fā)生了變化，但它們的體積保持不變。

隨著(zhù)長(cháng)度的變化，它們的高度和寬度會(huì )進(jìn)行調整以進(jìn)行補償。這些初步觀(guān)察結果使研究人員得出結論，這些變化可能是由表面張力驅動(dòng)的，表面張力是所有胚胎組織共有的一種物理化學(xué)性質(zhì)，與液體與其環(huán)境相互作用的方式有關(guān)。為了保持相同分子之間的內聚力，表面的分子具有稍高的能量。系統的這種結構朝著(zhù)消耗最少能量的穩定配置移動(dòng)。這反過(guò)來(lái)會(huì )導致表層收縮和凸起。

研究人員進(jìn)行了一系列體內和體外實(shí)驗，以證明生物表面張力和對稱(chēng)性之間的聯(lián)系。例如，在一個(gè)實(shí)驗中，他們觀(guān)察到實(shí)驗室培養的體節呈現出與葉子上露珠相同的圓形外觀(guān)。但表面張力是否能提供足夠的力來(lái)恢復這些結構的長(cháng)度？

多虧了已知對表面張力有影響的蛋白質(zhì)引發(fā)的破壞，研究小組證明體節不再是相同的長(cháng)度。因此，在下一階段的研究中，他們使用計算機建模技術(shù)來(lái)比較和審查不同的模型，開(kāi)發(fā)自動(dòng)算法來(lái)篩選和分析數TB的成像數據。研究結果表明，組織力學(xué)在精確測量組織形狀和大小方面的作用可以應用于類(lèi)器官系統，但在這些系統中，實(shí)現精確的組織形狀仍然是一個(gè)尚未解決的問(wèn)題。

所有的觀(guān)察結果都指向同一個(gè)方向：表面張力有助于糾正長(cháng)度和對稱(chēng)性方面的錯誤。盡管這項研究專(zhuān)門(mén)針對斑馬魚(yú)胚胎，但研究結果可能具有普遍意義。表面張力在所有物種的發(fā)育組織中都很常見(jiàn)，這一事實(shí)表明，這種自我糾正過(guò)程也可能發(fā)生在其他脊椎動(dòng)物身上。

科學(xué)家們計劃繼續他們的研究，以解決關(guān)于身體對稱(chēng)起源的其他未解問(wèn)題。例如，在演示了表面張力如何影響這些基本構件的形狀和對稱(chēng)性之后，團隊仍然需要了解軀干兩側大小相等的肢體是如何以及為什么會(huì )發(fā)育的。

“這是我們的下一個(gè)大挑戰，”研究人員說(shuō)。他們的研究可能會(huì )提供對其他有趣問(wèn)題的洞察，比如為什么相對較遠的器官（如眼睛和耳朵）在形狀上是對稱(chēng)的，以及身體的對稱(chēng)性如何與其他器官（如心臟和胃）的不對稱(chēng)定位相協(xié)調。