当陶工使用纺车时，他们的手和软粘土之间的摩擦帮助他们将其塑造成各种形式和作品。令人着迷的是，海鞘卵母细胞(未成熟​​的卵细胞)利用其内部各个隔室的摩擦力，在受孕后经历发育变化。奥地利科学技术研究所 (ISTA)海森堡小组发表在《自然物理学》上的一项研究现在描述了其工作原理。

海洋充满了迷人的生命形式。从藻类和色彩缤纷的鱼类到海蜗牛和海鞘，一个完全不同的水下世界展现在眼前。海鞘或海鞘尤其非常不寻常：在自由移动的幼虫阶段后，幼虫定居下来，附着在岩石或珊瑚等固体表面上，并发育出管子(虹吸管)，这是它们的典型特征。尽管它们成年后看起来像橡胶状的斑点，但它们是与人类关系最密切的无脊椎动物亲戚。尤其是在幼虫阶段，海鞘与我们惊人地相似。

因此，海鞘经常被用作模式生物来研究人类所属脊椎动物的早期胚胎发育。“虽然海鞘表现出脊椎动物的基本发育和形态特征，但它们也具有无脊椎动物典型的细胞和基因组简单性，”奥地利科学技术研究所 (ISTA) 教授 Carl-Philipp Heisenberg 解释道。“尤其是海鞘幼虫是了解早期脊椎动物发育的理想模型。”

他的研究小组的最新工作发表在《自然物理学》上，现在为它们的发展提供了新的见解。研究结果表明，海鞘卵母细胞受精后，摩擦力在重塑和重组其内部发挥着至关重要的作用，预示着其发育级联的下一步。

解码卵母细胞转化

卵母细胞是参与生殖的雌性生殖细胞。雄性成功受精后，动物卵母细胞通常会经历细胞质重组，改变其细胞内容物和成分。这个过程为胚胎的后续发育建立了蓝图。例如，在海鞘中，这种重组会导致钟状突起(一个小凸起或鼻子形状)的形成，称为收缩极(CP)，重要物质聚集于此，促进胚胎成熟。然而，驱动这一过程的根本机制尚不清楚。

来自 ISTA、巴黎西岱大学、法国国家科学研究中心、伦敦国王学院和索邦大学的一组科学家着手解开这个谜团。为了实现这一目标，海森堡小组从法国罗斯科夫海洋站进口了成年海鞘。几乎所有海鞘都是雌雄同体，因为它们同时产生雄性和雌性生殖细胞。“在实验室中，我们以适合物种的方式将它们保存在盐水箱中，以获得卵子和来研究它们的早期胚胎发育，”这项研究的第一作者、海森堡实验室的前博士生西尔维娅·卡瓦列罗-曼塞博 (Silvia Caballero-Mancebo) 说。

科学家们在显微镜下分析了受精的海鞘卵母细胞，并意识到它们在细胞形状上发生了非常可重复的变化，从而导致了收缩极的形成。研究人员的第一个研究集中在肌动球蛋白(细胞)皮质——动物细胞细胞膜下方发现的动态结构。它由肌动蛋白丝和运动蛋白组成，通常充当细胞形状变化的驱动因素。

“我们发现，当细胞受精时，肌动球蛋白皮层的张力增加会导致其收缩，从而导致其运动(流动)，从而导致细胞形状的最初变化，”Caballero-Mancebo 继续说道。然而，肌动球蛋白流动在收缩极扩张期间停止，这表明还有其他参与者对收缩负有责任。

摩擦力影响细胞重塑

科学家们仔细研究了可能在收缩极扩张中发挥作用的其他细胞成分。在此过程中，他们遇到了肌质，这是一层由细胞内细胞器和分子组成的层(其相关形式存在于许多脊椎动物和无脊椎动物的卵中)，位于海鞘卵细胞的下部区域。“这个特定的层就像一个有弹性的固体——在受精过程中它会随着卵母细胞一起改变形状，”卡巴列罗-曼塞博解释道。

在肌动球蛋白皮质流动期间，由于两个成分之间建立的摩擦力，肌质折叠并形成许多扣。当肌动球蛋白运动停止时，摩擦力也消失。卡巴列罗-曼塞博补充道：“这种停止最终导致收缩极的扩张，因为多个肌质带扣分解成明确的钟形凸起。”

该研究为机械力如何决定细胞和有机体形状提供了新的见解。它表明摩擦力对于塑造和形成不断进化的有机体至关重要。然而，科学家们才刚刚开始了解摩擦在胚胎发育中的具体作用。海森堡补充道：“肌质也非常有趣，因为它也参与海鞘的其他胚胎过程。探索其不寻常的材料特性并了解它们如何在塑造海鞘中发挥作用，将非常有趣。”