揭秘細胞生與死的決定本質——液壓

　　截圖來源：《自然》網站

　　近日，一個德國科學家領導的國際團隊發現，線蟲生殖細胞的發育過程中，約一半的生殖細胞會逐漸凋亡，而決定這些生殖細胞死亡的機制卻是機械性的，與組織的液壓有關。

　　在包括人類在內的許多生物體中，生殖細胞共享細胞質。在雌雄同體的秀麗隱桿線蟲的性腺中，多達500個生殖細胞排列在中央“通道”周圍，交換用來促進細胞生長的細胞質，并最終產生準備受精的卵細胞。在此前的研究中，人們已經發現線蟲性腺產生的生殖細胞比需要的多，最后只有一半長成卵母細胞，而其余的則變小并出現生理性細胞凋亡。迄今為止，人們尚不清楚究竟是什么決定了單個生殖細胞的死亡機制。

　　現在，來自德累斯頓工業大學、馬克斯·普朗克研究所以及加州大學伯克利分校等多個研究機構的科學家團隊發現了觸發線蟲生殖細胞優勝劣汰決定的證據。相關成果發表在近日的《自然·物理學》雜志上。論文第一作者，德累斯頓工業大學的尼古拉斯·夏提耶解釋說：“通過對活線蟲生殖細胞的體積和細胞質流動的準確分析，并建立相應的理論模型，我們發現了組織液壓的不穩定性會放大最初隨機的很小的體積差異，并最終導致一些生殖細胞以犧牲其他細胞為代價的成長。”

　　這是生殖細胞選擇中的關鍵：這種壓力差異會破壞相同體積生殖細胞的平衡配置。液壓的不穩定性導致較大的生殖細胞以較小的生殖細胞（凋亡）為代價的生長。這種不穩定現象可以用物理學中雙氣球不穩定性來描述。通過一個三通管同時給兩個氣球充氣時，較大的氣球更容易膨脹，因為它比較小的氣球具有更低的內部壓力。科學家們通過受控流動激光技術（FLUCS：聚焦光誘導的細胞質流）人為地縮減生殖細胞的體積，結果證明一旦細胞體積低于臨界尺寸，細胞凋亡就會開始并且最終導致細胞死亡。

　　通過共聚焦顯微鏡成像，研究人員對活線蟲的內部進行成像，獲得了性腺內細胞體積和細胞間液體交換的精確圖像。論文通訊作者、德累斯頓工業大學生命物理（PoL）卓越集群發言人和多學科研究負責人斯蒂芬·格里爾教授補充說：“這些發現非常令人興奮，因為它們表明，關于細胞生與死的決定本質上是機械的，并且與組織的液壓有關。這有助于我們了解生物體如何自動選擇將成為卵細胞的細胞。此外，這項研究也是德累斯頓生物學家、物理學家和數學家之間出色合作的又一個例子。”