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為什麼蜥蜴﹑蠑螈等會再生的動物﹐受傷越重再生越快﹖
這是困擾生物學家超過250年的奇特現象。研究團隊發現斑馬魚利用「機械波」及時偵測受傷發生的位置﹐以調控相對應的傷口癒合和再生反應。
18世紀義大利生物學家斯帕蘭札尼(Lazzaro Spallanzani)首次發現蜥蜴﹑蠑螈等某些脊椎動物具有強大再生能力並發現再生速度與受傷程度成正比。切除手臂引起的再生反應﹐比只切除手指所引起的再生反應要快上許多。250多年來科學家未能解開這個謎題。研究團隊發現﹐斑馬魚利用尾鰭「機械波」及時偵測受傷發生的位置﹐以控制相對應的傷口癒合和再生反應。研究成果今年6月刊登於國際期刊《自然物理》(Nature Physics)﹐這是首次在活體動物身上驗證細胞群體運動機械波的存在。
研究團隊利用斑馬魚尾鰭作為模型﹐探究脊椎動物如何再生複雜組織。研究人員意外注意到﹐不同受傷程度產生不同的傷口癒合反應。細胞層級中﹐失去的組織越多﹐參與傷口癒合的細胞就越多﹐快速移動的上皮細胞呈現出像是波的運動行為。經過研究團隊持續近六年的研究發現波的傳遞距離與被切斷尾鰭的長度成正比。透過實驗證明為「機械波」﹐波速會受到組織張力影響﹐波的傳遞會互相干涉﹔並建立理論模型預測﹐發現細胞間有如彈簧的耦合﹐機械因素是限制波傳遞的關鍵﹐如阻力的梯度變化。
研究團隊更發現﹐上皮細胞中的過氧化氫(H2O2﹐俗稱雙氧水)作為受傷訊號﹐可以反映受傷程度﹑即時控制上皮細胞的移動速度﹐進而影響波的傳遞距離。「神奇的是﹐物理學家有一種與生俱來的直覺﹐可以看到複雜生物現象背後的運作原理﹐設計出生物學家意想不到的簡單實驗來驗證。」研究人員表示。
「跨領域合作雖然深具挑戰性﹐但也帶來解決關鍵問題的機會。」研究人員表示﹐當代生物學要用數學模型來解釋生物現象﹐物理則演進到在活體系統中尋找物理原則﹐「這些新興的課題﹐都不在傳統學科領域的範疇。」。
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