地毯和火焰:纤毛器官形态的设计规则

导读 科学史就是一系列范式转变的过程——传统理论被揭穿,并被新发现取代。南加州大学维特比工程学院的 Kanso 仿生运动实验室已经习惯了这种
2024-07-30 11:22:54

科学史就是一系列范式转变的过程——传统理论被揭穿,并被新发现取代。南加州大学维特比工程学院的 Kanso 仿生运动实验室已经习惯了这种范式转变,并在顶级期刊上发表他们的研究成果。

该实验室最近发表在《自然物理学》杂志上的论文题为《流动物理指导纤毛器官的形态》,提出了对生物体内两种不同液体泵送机制之间联系的新认识:纤毛管道的“火焰”模型和“地毯”模型。

在人类中,纤毛组织在气道、脑室、脊髓管和生殖系统中输送液体。这些纤毛的特点是“地毯”设计——想象一层垂直于上皮表面的致密短纤维。许多动物的管道也有截然不同的纤毛排列:纤毛火焰设计,其中紧密堆积、相对较长的纤毛沿着狭窄的管腔纵向跳动。

纤毛火焰并不存在于人类等大型多细胞生物中,因此人们认为,地毯状和火焰状这两种形态是通过进化过程来区分的。然而,伊娃·坎索教授及其研究团队(尤其是合著者南加州大学博士生冯玲和研究科学家詹娜·纳沃罗斯)发现,这种区别实际上取决于不同的液体泵送需求。

换言之,形式服从功能。该团队提出,纤毛器官设计的趋同遵循机械约束,而不是系统发育轨迹(进化和关系发展)。

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