海洋生物实验室 左图:钙离子波在受精海鞘卵中的传播
右图:同一个卵子的自体荧光图像，显示细胞质的运动
电影《摩尔的石井和塔尼》的屏幕截图
汇聚科技
手机，2021
荣誉:石井弘和朋美·塔尼 卵细胞开始时呈圆形
受精后，它们开始转变为人、狗、鱼或其他动物，从头到尾、从后到腹、从左到右
到底是什么设定了这些身体方向，人们已经猜到了，但还没有看到
现在，海洋生物实验室(MBL)的研究人员已经对这种细胞重组的最初阶段进行了成像，他们的发现有助于回答一个基本问题
“发育生物学中最有趣和神秘的部分是动物体轴的起源，”研究员朋美·塔尼说
塔尼当时是尤金·贝尔中心的MBL科学家，现在在日本国家高级工业科学技术研究所工作
本周发表在《细胞分子生物学》杂志上的谷和浩一的研究表明，父母双方都对子女的身体取向做出了贡献
对于研究中所研究的动物物种(海鞘)，来自母亲的输入设定了后腹部轴，而父亲的输入设定了头尾轴
“母系和父系线索都是建立动物胚胎发育的身体计划所必需的，”塔尼说
这项研究解决了发育生物学中的基本问题，也提供了为什么事情有时会出错的线索
这种知识可以使医学和农业等多种多样的领域受益
关于体轴如何设定的普遍理论是，卵子内的肌动蛋白丝参与细胞运动和收缩，在卵子受精后推动细胞质物质的重新排列
但是看到这种情况的发生是一个挑战，因为这一过程的开始是在活细胞内很短的距离内迅速发生的
左图:钙离子波在受精海鞘卵中的传播
(选择性平面照明显微镜[·spim)显示钙离子指示剂罗丹-葡聚糖荧光的电影
右图:同一个卵子的自体荧光图像，显示细胞质的运动
每2秒拍摄一帧
回放速度，10帧/秒
荣誉:石井弘和朋美·塔尼
为了克服这些障碍，塔尼和石井使用了荧光偏振显微镜，这项技术是几年前在MBL由塔尼、沙林·梅塔(现在在陈·扎克伯格生物中心)、MBL高级科学家鲁道夫·奥尔登堡以及其他机构的科学家开发的
这项技术使得以纳米为单位或者比人类头发直径小几千倍的距离拍摄事件成为可能
这种方法也是塔尼和其他人所熟悉的
“使用偏振光来观察分子有序的动力学是MBL成像的传统，”塔尼指出，这始于20世纪50年代新亚·伊努埃对活细胞的开创性研究
当偏振时，光波或者部分地或者完全地只在一个方向上振荡:上/下、左/右、顺时针/逆时针等等
这就是为什么滤光器会让偏振光在一个方向通过，但旋转时会阻挡它
塔尼和石井将荧光探针分子附着在海鞘(Ciona)卵中的肌动蛋白上，当用合适的光照射时，荧光探针分子会发光。海鞘是一种海洋物种，研究人员通常将其作为动物发育的模型进行研究
塔尼说，探针和肌动蛋白的连接非常牢固，显微镜可以通过偏振光来检测肌动蛋白分子的方向
左图:受精前后的Ciona卵(全内反射荧光显微镜[TIRFM]图像的电影；f-肌动蛋白探针是AF488-phaloidin)
右图:从受精前到第一次卵细胞分裂，肌动蛋白排列的短暂变化
与肌动蛋白结合的AF488-phalloidin颗粒的位置显示为黄色点，肌动蛋白的方向显示为黄色条
帧间隔，10s
回放速度，15帧/秒
荣誉:石井弘和朋美·塔尼 所以，如果肌动蛋白都指向一个方向，研究人员就会发现它
如果肌动蛋白混杂在一起，他们也能看到
当塔尼和石井观察未受精的卵子时，他们发现肌动蛋白几乎是随机排列的
受精后，钙离子波穿过卵子，肌动蛋白丝排成一行，沿着与未来背部/腹部轴成直角或90°的方向收缩
细胞质随后移动
这个身体计划的形成过程是在受精后开始的
受精卵定位研究正被其他调查跟进
这种成像的长期目标之一是检测和理解发育中的胚胎中塑造其形态、形式和结构的力
“我们希望细胞骨架中的分子顺序告诉我们一些东西，比如组织多细胞生物形态的机械力的“磁力线”，塔尼在讨论未来的努力时说
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