海洋裡充滿了各種神奇的生命形式。從藻類到五彩斑斕的魚，從海螺到海鞘，海中隱藏著一個完全不同的世界。在眾多物種中，海鞘尤為特別，這些「長相奇特」的生物在結束自由移動的幼蟲階段後，它們會定居下來，附著在岩石或珊瑚等固體表面上，然後發育出它們的決定性特徵——水管（siphon）。
雖然海鞘有著像橡膠團一樣的外形，但它們實則是與人類親緣關係最密切的無脊椎動物。它們不僅表現出脊椎動物的基本發育和形態特徵，也具有無脊椎動物典型的細胞和基因組簡單性。特別是幼蟲階段的海鞘，更是與我們有著驚人的相似之處。因此，海鞘也成了理想的用於研究脊椎動物的早期胚胎發育的模式生物。
現在，一項於近期發表在《自然·物理》雜誌上的新研究為海鞘的發育提供了新的見解：一個國際科學家團隊發現，在海鞘的卵母細胞（未成熟的卵細胞）受精時，摩擦力在重塑和重構其內部中起到了至關重要的作用。
卵母細胞的變化
卵母細胞是參與生殖的雌性生殖細胞。在與雄性精子成功受精後，卵母細胞通常會經歷胞質重構，細胞內的內容和組分都會發生變化，這一過程為胚胎的後續發育奠定了基礎。
例如，在海鞘中，這種重構會導致一種鍾狀突起的形成，這種小突起被稱為收縮極（contraction pole），那裡聚集了促進胚胎成熟的一些必要物質。然而，科學家一直對於驅動了這一過程的關鍵機制不甚清楚。
收縮極的形成。受精後的海鞘卵母細胞的細胞形態變化：從未受精卵（左一）到收縮極開始出現（左二、左三），再到收縮極形成（左四）。（圖/Caballero-Mancebo et al. /Nature Physics via ist.ac.at）
新研究破解了這個謎團。研究人員從法國羅斯科夫海洋生物研究所引進了一些成年的海鞘。幾乎所有的海鞘都是雌雄同體的，它們可以同時產生雄性生殖細胞和雌性生殖細胞。
在實驗室中，他們將這些海鞘放入適合的鹽水池中，然後獲取了用於研究早期胚胎發育的卵子和精子。在顯微鏡下，他們分析了受精海鞘的卵母細胞，並意識到它們在細胞形狀上發生了變化，這種變化是高度可重現的，導致了收縮極的形成。
最開始，研究人員將目光聚焦在肌動球蛋白皮層上，這是一種存在於動物細胞的細胞膜下的動態結構，它由肌動蛋白絲和馬達蛋白質組成，通常作為細胞形狀變化的驅動器。
研究人員發現，當細胞受精時，肌動球蛋白皮層的張力會增加，導致其收縮，進而流動，造成細胞形狀出現初始變化。然而，在收縮極擴張期間，肌動球蛋白的這種流動就停止了，這意味著，一定還有其他因素導致了這種突起的形成。
摩擦力的力量
於是，研究人員仔細分析了其他可能在收縮極擴張過程中起作用的細胞成分。在這個過程中，他們注意到了肌漿。
肌漿是由細胞內細胞器和分子組成的層狀結構，位於海鞘卵細胞的下部。科學家已經在許多脊椎動物和無脊椎動物的卵中發現了這種結構的相關形式。這層特殊的結構就像一個有彈性的固體，在受精過程中會隨著卵母細胞改變形狀。
在肌動球蛋白皮層流動過程中，肌漿會在摩擦力下會發生摺疊，並形成許多屈曲。當肌動球蛋白停止運動時，摩擦力也隨之消失。而這種停止，最終導致了收縮極的擴張，多個肌漿屈曲會轉化成為清晰的鐘狀突起。
卵母細胞內的動態圖。研究人員標記了肌動球蛋白皮層（綠色）和肌漿（藍色）的肌動蛋白，以追蹤它們在卵母細胞受精後的運動。當肌動球蛋白皮層在卵的下部移動時，它會與肌漿發生機械作用，導致肌漿屈曲。這些屈曲最終轉化成收縮極。（圖/Caballero-Mancebo et al. /Nature Physics via ist.ac.at）
了解摩擦力
當匠人在製作陶藝時，他們依靠手和軟軟的黏土之間的摩擦力，將黏土它塑造成各種各樣的形狀和作品。新的研究表明，海鞘的卵母細胞在受精後的發育過程，與陶藝製作相似：它們也會利用其內部不同分室內的摩擦力，進行發育並變化形狀。
這項研究為機械力如何決定細胞和有機體的形狀提供了新的見解，表明摩擦力對於重塑和形成一個進化的有機體是至關重要的。不過，研究人員表示，一切才剛剛開始，他們還需進行更多的研究來進一步了解摩擦力在胚胎發育中的具體作用。
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編譯：小雨
排版：雯雯
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封面圖&首圖：Wikipedia