スクートイドは 2018 年に発見された新しい形状です。それらは上皮細胞で発見され、曲がったときに細胞の効率的なパッキングに関与しています。
「正方形ですか？六角形ですか？プリズムですか？いいえ、スクートイドです！」
スクートイドは、ブロックの新しい形状です。 2018 年 7 月 27 日に Nature に掲載された論文で、スペインのセビリア大学と米国のリーハイ大学の科学者は、上皮細胞が想定するこの新しい幾何学的形状の発見を発表しました。
スクートイドとは?
それらは、円柱と角柱の間の十字のように見える形状のファミリーであり、おそらく怒っている忍者が角の 1 つで切り落としたものです。これは、その面の 1 つ (上または下) に余分な面があることを意味します。スクートイドのより技術的な定義は次のとおりです。2018 年の Nature の論文によると、「スクートイドは、2 つの底面とは異なる平面に少なくとも 1 つの頂点があり、曲面を呈していることを特徴としています」。
この新しい形は、Cetoniidae の甲虫の胸部にある胚盤に似ています。 サブファミリーなので、研究者は新しい形を scutoid と名付けました .
一部のカブトムシの胸部にあるスクトゥレムのように見えるスクトゥイド (写真提供:Pedro Gómez-Gálvez/Wikimedia Commons)
スクートイドは、チームが「細胞、この場合は上皮細胞の形状が曲がるとどのように変化するか」という質問をしたときに発見されました。湾曲、屈曲、折り畳み、ねじれはすべて、生命を構成する特徴です。
発達中、単細胞受精卵から泣き叫びながらしわの寄った新生児への変換には、必要な構造を作るために細胞をテッセレーションする必要があります。チームが発見した Scutoids は、セルラー Twister のプレイをエネルギーの面で安価にしました。
しかし、なぜ新しいファンキーな形状が必要だったのでしょうか?既存の形状では十分な解決策が得られないのはなぜですか?簡単に言えば、なぜ物を曲げるために新しい形が必要なのですか?
スクートイド細胞は組織の屈曲を助ける
固定された数の辺と固定されたサイズの柱の束を取り、そこからチューブを作成してみてください。穴や隙間があってはなりません。大きすぎても小さすぎてもいけません。また、チューブは自由に曲げたりねじったりできる必要があります。
時間をかけてこのチューブを作ろうとしたら、思ったほど単純ではないことにすぐに気付くでしょう。上記の基準をすべて満たしながら何かを曲げることは、エネルギー的に困難です。チューブを曲げる人は、チューブをチューブのような形に保つために常にエネルギーを投入する必要があります.
私たちが学校で学ぶ標準的な幾何学的形状は、湾曲したり曲がったりするという点ではそれほど優れていません。シリンダーが柔軟な素材で作られていない限り、シリンダーを曲げることは不可能です。ありがたいことに、自然には非常に柔軟な構成要素である細胞があります。
この発見の背後にある研究者チームは、まさにこの問題に取り組むことにしました。このねじれの問題の一部は解決されましたが、スクートイドは別のユニークな部分を提供しました.チームは、自然界で最も柔軟な細胞である上皮細胞でこの形状を使用、協力し、発見しました。
さまざまな種類の上皮細胞
上皮細胞の形状 (写真提供:logika600/Shutterstock)
上皮細胞はマスターシェイプシフターです。それらは、アメーバ (扁平な) のように見えるものから、円柱 (柱状) やスクイーズ キューブ (立方体) に見えるものから、同様に派手な名前のフラスタムを持つ派手なボトルのように見える角柱まで、あらゆる種類の形をとります.
これらの形状の多様性は、生物の上皮細胞が果たす多様な機能の結果です。その機能の 1 つは、器官を覆うことです。私たちの誕生日の衣装である皮膚は、主にさまざまな形の上皮細胞の層で構成されています.臓器を適切に覆うには、細胞が臓器の形状に沿って曲がったり曲がったりする必要があります。
これは、柔軟なチューブ (またはその他の湾曲した構造) を作成するという問題に戻ります。自然が柱状または立方体の細胞のみに制限されている場合、すべての生命は平らであるか、非常に限られた形状の集まりになります.
水分補給してください (写真提供:Flickr)
実際には、上皮細胞は活発に形状を変化させて長い管を作り、曲線の器官を覆うことができます。胚の発生中に、上皮細胞は最も動的な形状変化をいくつか経験します。これらの細胞の動的な動きを理解するには、ゼブラフィッシュの胚形成のタイムラプスを見てください (ソースを追加)。
スクートイド細胞はどのように発見されましたか?
この問題を調査する好奇心旺盛な人々は、ボロノイ図 (建築、地理学、疫学でよく使用される図) と呼ばれる数学的計算モデルを使用して細胞の湾曲をシミュレートし、さまざまな曲率と半径でどの形状が最もエネルギー的に安定するかを予測しました。 /P>
彼らのデータが予測したのはスクートイドでした。これは、理論モデルによる予測にすぎません。契約を結び、生物学に対する形状の価値を正当化するために、彼らはそれが自然界に存在することを証明しなければなりませんでした.
彼らは、ショウジョウバエの唾液腺の上皮細胞を調べることでこれを行いました 幼虫を観察したところ、似たような形がそこにあることがわかりました。彼らは、チューブ状の形状の特定の半径まで、細胞が円錐台構造をとることを確認しました。チューブをより非対称にする (外側の半径は変化するが、内側の半径は一定のままである) と、細胞はよりスクートイド形状になりました。
この形状は、細胞のシートを湾曲した形状に密集してコンパクトに配置する最も効率的な方法のようです.
曲がると上皮細胞の形が変わります。 (写真提供:Pedro Gómez-Gálvez/Wikimedia Commons)
研究が7月に発表されたとき、それはスクートイドの楽しいお祝いを促しました.人々は、このクールな新しい形状と、それが細胞幾何学の研究をどのように進歩させるかについて話すのを止めることができませんでした.このハラバルーはすべて、ウェールズとアイルランドにあるアベリストウィス大学とダブリン大学の 2 つの物理学部の目に留まりました。
その年の後半、9 月に、これら 2 つの大学の物理学者は、フォームに正式な名前が付けられていなかったにもかかわらず、植物学者のエドワード・マツケ (Edward Matzke) の泡の泡の形状に関する研究でスクートイドがすでに観察され、特徴付けられていることを示しました。
研究者自身が過去の観察を確認するために、泡の中の泡で実験を行いました。彼らは、2枚のガラス板の間にシャボン玉を作り、板で両側を囲まれた泡の単一層が形成されるのに十分に接近しました。これを使用して、彼らはスクートイドの存在を確認しました.
スクートイドに関する今後の研究
では、生物学の分野で発見された、生物学者だけが話している新しい形状について、なぜ素人が気にする必要があるのでしょうか?
スクートイドは発生中のハエだけでなく、発生中に細胞が再編成されるときにも発見されたため、これらの形状が形成される理由と方法を理解することは、病気の理解と医学の進歩につながる可能性があります.
この知識から恩恵を受けることができる主な分野は、医療技術と体外器官形成です。人工臓器を作るには、細胞アーキテクトがその臓器をどのように構築し、どの構成要素が使用されているかを理解する必要があります。スクートイドがどのように形成されるかを理解することは、より正確な人工臓器につながる可能性があります。
しかし、私たちはまだその点から遠く離れています。この分野はまだ小さな一歩を踏み出しており、多くの疑問が解決されていません。 細胞は、形を変えなければならないことをどのように認識していますか?もしあれば、どの遺伝子がこれに関与していますか?どのような種類のタンパク質が関与していますか?
スクートイドの背後にある分子基盤全体が発見されるのを待っています。私たちが確信できることは、あなた、私、ウサギ、そして謙虚なショウジョウバエを作るすべてのクレイジーな形を形成するために、幾何学は創造的な解決策を見つけるために自然の意志に屈するということです.
