表面張力，允許水漫過杯子口些許而不會溢出來，允許像水黽這樣的昆蟲在水面上行走，而這種物理現(xiàn)象也會影響人體的對稱性。在最近的《自然》（Nature）上的一項新研究中，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的科學家們將表面張力影響人體對稱性的發(fā)現(xiàn)，表述為“類似于一種自然的自我糾正”。

脊椎動物的手臂、腿、鰭或翅膀整齊地排列在軀干的兩側(cè)。雖然這種對稱性看似不起眼，卻又十分自然，但每個物種有序的結(jié)構(gòu)特征實際上是胚胎形成過程中一系列復雜過程的結(jié)果。在這項研究中，科學家們展示了表面張力——一種完全機械的力——是如何影響體節(jié)（驅(qū)動肢芽發(fā)育的胚胎構(gòu)造塊）的最終位置和縱向?qū)ΨQ性的。

這個新發(fā)現(xiàn)為生命的早期階段提供了新的見解，首次證明了所有胚胎組織中的表面張力是如何驅(qū)動脊椎動物發(fā)育的關(guān)鍵過程的。

體節(jié)是出現(xiàn)在神經(jīng)管左右兩側(cè)的微小塊狀結(jié)構(gòu)，神經(jīng)管是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的前身。在胚胎發(fā)育的早期階段，體節(jié)沿著體軸有節(jié)奏地、順序地形成。這些微小的突起是肌肉骨骼系統(tǒng)的起點，形成左右對稱的分段肋骨、脊柱及其相關(guān)肌肉，這是所有脊椎動物的共同特征。長期以來，人們一直認為體節(jié)的最終左右對稱性非常精確，這是由于遺傳振蕩器的作用，即所謂的分段時鐘。然而，事實證明，這種教科書觀點是錯誤的。

研究人員解釋說：“有時，體節(jié)最初會在長度不均勻、形狀不對稱的兩側(cè)形成?！痹谒麄兊难芯恐?，科學家們開始了解這種早期變異最終如何發(fā)展為身體對稱的。

科學家們使用各種成像技術(shù)來研究斑馬魚胚胎。他們觀察到一個過程，即這種不精確的模式很快自我糾正，體節(jié)在形成后約一小時左右在神經(jīng)管兩側(cè)的長度和分布變得均勻。他們還發(fā)現(xiàn)，盡管這些微小結(jié)構(gòu)的長度發(fā)生了變化，但它們的體積保持不變。

隨著長度的變化，它們的高度和寬度會進行調(diào)整以進行補償。這些初步觀察結(jié)果使研究人員得出結(jié)論，這些變化可能是由表面張力驅(qū)動的，表面張力是所有胚胎組織共有的一種物理化學性質(zhì)，與液體與其環(huán)境相互作用的方式有關(guān)。為了保持相同分子之間的內(nèi)聚力，表面的分子具有稍高的能量。系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)朝著消耗最少能量的穩(wěn)定配置移動。這反過來會導致表層收縮和凸起。

研究人員進行了一系列體內(nèi)和體外實驗，以證明生物表面張力和對稱性之間的聯(lián)系。例如，在一個實驗中，他們觀察到實驗室培養(yǎng)的體節(jié)呈現(xiàn)出與葉子上露珠相同的圓形外觀。但表面張力是否能提供足夠的力來恢復這些結(jié)構(gòu)的長度？

多虧了已知對表面張力有影響的蛋白質(zhì)引發(fā)的破壞，研究小組證明體節(jié)不再是相同的長度。因此，在下一階段的研究中，他們使用計算機建模技術(shù)來比較和審查不同的模型，開發(fā)自動算法來篩選和分析數(shù)TB的成像數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，組織力學在精確測量組織形狀和大小方面的作用可以應用于類器官系統(tǒng)，但在這些系統(tǒng)中，實現(xiàn)精確的組織形狀仍然是一個尚未解決的問題。

所有的觀察結(jié)果都指向同一個方向：表面張力有助于糾正長度和對稱性方面的錯誤。盡管這項研究專門針對斑馬魚胚胎，但研究結(jié)果可能具有普遍意義。表面張力在所有物種的發(fā)育組織中都很常見，這一事實表明，這種自我糾正過程也可能發(fā)生在其他脊椎動物身上。

科學家們計劃繼續(xù)他們的研究，以解決關(guān)于身體對稱起源的其他未解問題。例如，在演示了表面張力如何影響這些基本構(gòu)件的形狀和對稱性之后，團隊仍然需要了解軀干兩側(cè)大小相等的肢體是如何以及為什么會發(fā)育的。

“這是我們的下一個大挑戰(zhàn)，”研究人員說。他們的研究可能會提供對其他有趣問題的洞察，比如為什么相對較遠的器官（如眼睛和耳朵）在形狀上是對稱的，以及身體的對稱性如何與其他器官（如心臟和胃）的不對稱定位相協(xié)調(diào)。