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Jun. 28 2023

蜥蜴斷尾快速再生 中研院在斑馬魚尾鰭發現「機械波」解開謎團

  • 研究發現,快速移動的上皮細胞呈現出像是波的運動行為。圖為參與傷口癒合的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

    研究發現,快速移動的上皮細胞呈現出像是波的運動行為。圖為參與傷口癒合的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

  • 斑馬魚尾鰭的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

    斑馬魚尾鰭的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

  • 中研院細胞與個體生物學研究所副研究員陳振輝及物理研究所副研究員林耿慧組成的跨域研究團隊。論文第一作者為博士生黎馬可、國立台北教育大學助理教授溫福來,研究團隊包括帕拉加(Giovanni J. Paylaga)、王盈婷、阮筱彧、王崇翰、蕭崇德、林耿慧、陳振輝。圖片來源:中研院提供

    中研院細胞與個體生物學研究所副研究員陳振輝及物理研究所副研究員林耿慧組成的跨域研究團隊。論文第一作者為博士生黎馬可、國立台北教育大學助理教授溫福來,研究團隊包括帕拉加(Giovanni J. Paylaga)、王盈婷、阮筱彧、王崇翰、蕭崇德、林耿慧、陳振輝。圖片來源:中研院提供

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整理:劉庭莉(環境資訊中心記者)

為什麼蜥蜴、蠑螈等會再生的動物,受傷愈重再生愈快?這是困擾生物學家超過250年的奇特現象。中研院組成跨領域團隊,發現斑馬魚利用「機械波」及時偵測受傷發生的位置,以調控相對應的傷口癒合和再生反應。研究成果今年6月刊登於國際期刊,為首次在活體動物上驗證細胞群體運動「機械波」的存在。

研究發現,快速移動的上皮細胞呈現出像是波的運動行為。圖為參與傷口癒合的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

研究發現,快速移動的上皮細胞呈現出像是波的運動行為。圖為參與傷口癒合的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

發現「機械波」 波的傳遞距離與被切斷尾鰭的長度成正比

18世紀義大利生物學家斯帕蘭札尼(Lazzaro Spallanzani)首次發現蜥蜴、蠑螈等某些脊椎動物具有強大再生能力,並發現再生速度與受傷程度成正比。切除手臂引起的再生反應,比只切除手指所引起的再生反應要快上許多。250多年來,科學家未能解開這個謎題。

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中央研究院今6月21日發布新聞稿,細胞與個體生物學研究所副研究員陳振輝、物理所副研究員林耿慧組成跨領域研究團隊發現,斑馬魚利用尾鰭「機械波」及時偵測受傷發生的位置,以控制相對應的傷口癒合和再生反應。研究成果今年6月刊登於國際期刊《自然物理》(Nature Physics),這是首次在活體動物身上驗證細胞群體運動機械波的存在。

陳振輝研究團隊利用斑馬魚尾鰭作為模型,探究脊椎動物如何再生複雜組織。實驗室博士生黎馬可(Marco P. De Leon)意外注意到,不同受傷程度產生不同的傷口癒合反應。細胞層級中,失去的組織愈多,參與傷口癒合的細胞就愈多,快速移動的上皮細胞呈現出像是波的運動行為。

斑馬魚尾鰭的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

斑馬魚尾鰭的上皮細胞。圖片來源:中研院提供

經過與林耿慧及團隊成員溫福來博士持續近六年的合作,發現波的傳遞距離與被切斷尾鰭的長度成正比。透過實驗證明為「機械波」,波速會受到組織張力影響,波的傳遞會互相干涉;並建立理論模型預測,發現細胞間有如彈簧的耦合,機械因素是限制波傳遞的關鍵,如阻力的梯度變化。

研究團隊更發現,上皮細胞中的過氧化氫(H2O2,俗稱雙氧水)作為受傷訊號,可以反映受傷程度、即時控制上皮細胞的移動速度,進而影響波的傳遞距離。  

學術語言完全不同 跨域合作帶來解決問題的機會

「神奇的是,物理學家有一種與生俱來的直覺,可以看到複雜生物現象背後的運作原理,設計出生物學家意想不到的簡單實驗來驗證。」陳振輝表示,生物學家和物理學家講的是完全不同的學術語言,也有不同的思考方式,開數次會議逐字逐句爭執論文裡的用字,跨領域合作需要「不尋常的勇氣」。

「跨領域合作雖然深具挑戰性,但也帶來解決關鍵問題的機會。」共同通訊作者林耿慧表示,當代生物學要用數學模型來解釋生物現象,物理則演進到在活體系統中尋找物理原則,「這些新興的課題,都不在傳統學科領域的範疇。」

中研院細胞與個體生物學研究所副研究員陳振輝及物理研究所副研究員林耿慧組成的跨域研究團隊。論文第一作者為博士生黎馬可、國立台北教育大學助理教授溫福來,研究團隊包括帕拉加(Giovanni J. Paylaga)、王盈婷、阮筱彧、王崇翰、蕭崇德、林耿慧、陳振輝。圖片來源:中研院提供

中研院細胞與個體生物學研究所副研究員陳振輝及物理研究所副研究員林耿慧組成的跨域研究團隊。論文第一作者為博士生黎馬可、國立台北教育大學助理教授溫福來,研究團隊包括帕拉加(Giovanni J. Paylaga)、王盈婷、阮筱彧、王崇翰、蕭崇德、林耿慧、陳振輝。圖片來源:中研院提供

本文轉載自「環境資訊中心」網站,內容由許多專家學者及民間環團,提供國內外環境教育與環保資訊;主題涵蓋全球變遷、溫室氣體控制、環保生活、環境汙染防治、生態保育、能源節約與能源效率、綠建築等各面向。期許能替沒有選票的山林、濕地、海洋、土地發聲。

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