麻省理工学院 麻省理工学院的研究人员观察到一个新受精卵上的波纹，这些波纹类似于其他系统，从海洋和大气循环到量子流体
学分:麻省理工学院 当几乎任何有性繁殖物种的卵细胞受精时，它会引发一系列波及卵子表面的波动
这些波是由数十亿个激活的蛋白质产生的，它们像微小的穴居哨兵的溪流一样穿过卵子的膜，发出信号让卵子开始分裂、折叠和再次分裂，以形成生物体的第一个细胞种子
现在，麻省理工学院的科学家已经详细研究了这些在海星卵表面产生的波的模式
这些蛋很大，因此很容易观察到，科学家认为海星蛋代表了许多其他动物物种的蛋
在每个卵子中，研究小组引入了一种蛋白质来模拟受精的开始，并记录了作为响应的波浪在它们表面的模式
他们观察到每一波都是以螺旋的形式出现的，并且一次有多个螺旋在鸡蛋表面旋转
一些螺旋自发出现并向相反方向旋转，而另一些则迎面相撞并立即消失
研究人员意识到，这些漩涡波的行为类似于其他看似无关的系统中产生的波，例如量子流体中的漩涡、大气和海洋中的环流以及通过心脏和大脑传播的电信号
“对鸡蛋中这些表面波的动力学了解不多，在我们开始分析和模拟这些波之后，我们发现这些相同的模式出现在所有其他系统中，”物理学家尼克塔·法赫里说
弗吉尼亚西部
麻省理工学院助理教授
“这是这种非常普遍的波动模式的一种表现
" “这打开了一个全新的视角，”麻省理工学院数学副教授约恩·邓克尔补充道
“你可以借用人们开发的许多技术来研究其他系统中的类似模式，学习一些生物学知识
" 法赫里和邓克尔今天在《自然物理学》杂志上发表了他们的研究结果
他们的合著者是麻省理工学院的策尔·韩坦、刘景辉、皮尔森·米勒和梅里斯·特康德
找到自己的中心 以前的研究表明，卵子受精后会立即激活ρ-GTP，这是卵子中的一种蛋白质，通常以非活性状态漂浮在细胞质中
一旦被激活，数十亿蛋白质从细胞质的泥沼中上升，附着在卵子的细胞膜上，沿着细胞壁蜿蜒前进
邓克尔解释说:“想象一下，如果你有一个非常脏的水族馆，一旦一条鱼游近玻璃，你就能看到它。”
“以类似的方式，蛋白质在细胞内的某个地方，当它们被激活时，它们附着在膜上，你开始看到它们移动
" 法赫里说，穿过卵子膜的蛋白质波在某种程度上是为了组织细胞核心周围的细胞分裂
“卵子是一个巨大的细胞，这些蛋白质必须一起工作来找到它的中心，这样细胞就知道在哪里分裂和折叠，多次，以形成一个有机体，”法赫里说
“没有这些蛋白质制造的波，就不会有细胞分裂
" 在他们的研究中，研究小组将注意力集中在活性形式的Rho-GTP和改变蛋白质浓度时鸡蛋表面产生的波的模式上
在他们的实验中，他们通过微创外科手术从海星卵巢中获得了大约10个卵子
他们引入了一种激素来刺激成熟，还注射了荧光标记物来附着于任何响应而上升的活性形式的Rho-GTP
然后，他们通过共聚焦显微镜观察每个鸡蛋，观察数十亿个蛋白质在不同浓度的人工激素蛋白质的作用下，在鸡蛋表面被激活并产生波纹
“通过这种方式，我们创造了一个不同模式的万花筒，并观察它们产生的动态，”法赫里说
飓风轨迹 研究人员首先收集了每个鸡蛋的黑白视频，显示了在鸡蛋表面传播的明亮波浪
波中一个区域越亮，该特定区域的ρ-GTP浓度越高
对于每一个视频，他们比较了像素与像素之间的亮度或蛋白质浓度，并利用这些比较生成了相同波形的动画
从他们的视频中，研究小组观察到波浪似乎像微小的飓风一样向外摆动
研究人员将每一波的起源追溯到每一个螺旋的核心，他们称之为“拓扑缺陷”
出于好奇，他们自己跟踪这些缺陷的运动
他们做了一些统计分析，以确定某些缺陷在鸡蛋表面移动的速度有多快，多久一次，以及螺旋以什么样的配置弹出、碰撞和消失
令人惊讶的是，他们发现他们的统计结果和鸡蛋表面的波动行为与其他更大且看似不相关的系统中的波动行为是一样的
邓克尔说:“当你观察这些缺陷的统计数据时，它本质上与流体中的涡流、大脑中的波或更大规模的系统是一样的。”
“这是同样的普遍现象，只是缩小到一个细胞的水平
" 研究人员对波与量子计算思想的相似性特别感兴趣
就像鸡蛋中的波的模式传递特定的信号一样，在细胞分裂的情况下，量子计算是一个旨在以精确的模式操纵流体中的原子的领域，以便翻译信息和执行计算
“也许现在我们可以借用量子流体的想法，用生物细胞制造小型计算机，”法赫里说
“我们预计会有一些差异，但我们将尝试进一步探索(生物信号波)作为计算工具
"
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