在生长的生物中发现的波浪模式类似于海洋循环和量子液体

洋流。

研究表明，新施肥卵线的涟漪与其他系统类似，来自海洋和大气循环到量子液。

当几乎任何性复制物种的卵细胞受精时，它会落后一系列波浪在鸡蛋表面上纹波。这些波是由数十亿活化的蛋白质产生的，这些蛋白质通过蛋膜浪潮，如微小的洞穴哨兵的溪流，信号传染鸡蛋，以便再次开始垂涎，折叠和垂涎，形成有机体的第一细胞种子。

现在麻省理工学院科学家已经详细了解了这些波的模式，在海星蛋的表面上产生。这些鸡蛋很大，因此容易观察，科学家认为海星蛋是代表许多其他动物物种的卵。

麻省理工学院研究人员观察到一个与其他系统相似的新施肥卵，从海洋和大气循环到量子液。

在每块蛋中，该团队介绍了一种蛋白质来模仿施肥的发作，并记录在响应横跨其表面上的波浪模式。他们观察到每个波在螺旋模式中出现，并且多个螺旋一次在鸡蛋表面上旋转。有些螺旋自发地出现并在相反的方向上旋转，而其他螺旋旋转，而其他螺旋碰撞并立即消失。

研究人员实现的这些旋转波的行为类似于在其他看似无关的系统中产生的波，例如量子流体中的涡流，大气和海洋中的循环，以及通过心脏传播的电信号脑。

“对鸡蛋中这些表面波的动态知之甚少，并且在我们开始分析和建模这些波之后，我们发现这些其他系统中发现了这些相同的模式，”托马斯D.和弗吉尼亚州的物理学家Nikta Fakhri说W. Cabot Cabot Assistant Pitor at Mit教授。“这是这种非常普遍的波浪模式的表现。”

“它开辟了一个全新的视角，”麻省理工学院数学副教授JörnDunkel副教授。“你可以借用很多技能已经发展到其他系统中的类似模式，以了解生物学的东西。”

Fakhri和Dunkel今天在Nature物理学期刊上发表了他们的结果。他们的共同作者是乒乓柱刘，刘秀，Pearson Miller和Melis Tekant的麻省理工学院。

找到一个人的中心

以前的研究表明，鸡蛋的施肥立即激活rho-gtp，蛋内的蛋白质，该蛋通常在细胞的细胞质中以无活性状态漂浮。一旦被激活，数十亿蛋白质升起了细胞质的摩尔斯，以连接到鸡蛋的膜上，沿着波浪中的墙壁猛击。

“想象一下，如果你有一个非常肮脏的水族馆，并且一旦鱼靠近玻璃游泳，你就可以看到它，”Dunkel解释说。“以类似的方式，蛋白质是细胞内的某个地方，当它们被激活时，它们连接到膜上，然后开始看到它们移动。”

Fakhri说，在蛋膜中移动的蛋白质的波浪部分地组织在细胞的核心周围的细胞锁定。

“鸡蛋是一个巨大的细胞，这些蛋白质必须共同努力寻找它的中心，使得细胞知道在哪里互相叠加，多次结束，形成生物，”Fakhri说。“如果没有这些蛋白质制造波，就没有细胞键。”

在他们的研究中，团队专注于rho-gtp的活跃形式，当它们改变蛋白质的浓度时，鸡蛋表面产生的波浪模式。

对于他们的实验，他们通过微创手术程序从海星的卵巢获得约10个鸡蛋。它们引入了一种激素来刺激成熟，也注射荧光标记物，以附着于任何活性形式的rho-gtp，其响应增加。然后，它们通过共聚焦显微镜观察每个蛋，并且响应于人工激素蛋白的不同浓度观察为数十亿蛋白质激活并穿过卵表面上的蛋白质。

“通过这种方式，我们创建了一种不同模式的万花筒，并看了他们所产生的动态，”Fakhri说。

飓风轨道

研究人员首先组装了每个鸡蛋的黑白视频，显示出在其表面上行驶的明亮波浪。波浪中的区域更亮，该特定区域中的RHO-GTP的浓度越高。对于每个视频，它们将来自像素的亮度或蛋白质的浓度与像素进行比较，并使用这些比较来生成相同波形图案的动画。

从他们的视频中，团队观察到波浪似乎向外振荡，像微小的飓风一样振荡。研究人员将每个波的起源追溯到每个螺旋的核心，它们称为“拓扑缺陷”。出于好奇，他们追踪这些缺陷本身的运动。他们做了一些统计分析，以确定某些缺陷在鸡蛋表面上移动的速度有多快，螺旋突然突出，碰撞和消失的频率。

在一个令人惊讶的扭曲中，他们发现它们的统计结果和鸡蛋表面中的波浪的行为与其他更大且看似无关的系统中的波浪的行为相同。

“当你看看这些缺陷的统计数据时，它基本上与流体中的涡流或大脑中的波浪或更大规模的系统相同，”Dunkel说。“这是相同的普遍现象，只是缩小到细胞的水平。”

研究人员对普通计算中的思想相似特别感兴趣。正如蛋传送特定信号中的波的图案，在这种情况下，在这种情况下，量子计算是旨在以精确的模式操纵流体中的原子的领域，以便转换信息并执行计算。

“也许现在我们可以从量子液中借用思想，从生物细胞中建造小型计算机，”Fakhri说。“我们期待一些差异，但我们将尝试探索[生物信号波]作为计算的工具。”

部分由詹姆斯S. McDonnell基金会，Alfred P. Sloan基金会和国家科学基金会支持这项研究。