从细胞力学和去同步性看胚胎发生的稳健性模型。图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adh1145
他们的数据显示，受精后的首批分裂在小鼠、兔子和猴子中都没有规律可循。细胞随机分裂，直到到达八细胞阶段，在这一阶段，所有胚胎突然开始变得一样。
Hannezo继续说，“胚胎在最初阶段看起来非常不同，但在八细胞阶段末期，胚胎的形状似乎趋于一致。但为什么会这样呢？是什么给这种混沌带来了结构？”
胚胎魔方——细胞簇优化其包装
作为理论物理学家，Hannezo和奥地利科技研究所的Bernat Corominas-Murtra对这个数据集非常着迷，并着手从理论角度理解这一过程。
然而，胚胎的形状非常复杂，因此很难确定两个胚胎的相似或不同意味着什么。他们发现，他们只需研究细胞间接触的构型，就能有效地近似了解胚胎结构的全部复杂性。
Corominas-Murtra说，“我们认为，通过了解细胞的排列，或者知道哪些细胞是物理连接的，类似于社交网络中的连接，我们就能推导出胚胎形态的大部分重要细节。这种方法大大简化了数据分析和不同胚胎之间的比较。”
利用这些信息，他们构建出一种简单的物理模型，说明胚胎如何聚合成可复制的形状。该模型显示，物理定律驱动胚胎形成哺乳动物共有的特定形态。
除了少数几种降低胚胎表面能的选择性排列外，大多数细胞排列都不稳定，细胞间的物理相互作用可引导胚胎形成确定的形状。换句话说，细胞倾向于越来越多地粘在一起，这个看似简单的过程实际上促使胚胎通过连续的重新排列达到最理想的排列。这就像胚胎在解决自己的魔方问题。
没有混乱，就没有结构
这些研究结果详细揭示了哺乳动物胚胎的发育如何受可变性和稳健性的支配。没有混乱，就没有结构；二者缺一不可。这两者都是构成‘正常’发育的重要组成部分。
Hannezo总结说，“我们终于开始拥有分析形态发生差异性的工具，这对理解发育稳健性的机制至关重要。”随机性似乎是生物界产生复杂性的主要力量。
通过更多地了解关于胚胎正常发育的知识，他们也能深入了解异常的胚胎发育。这对疾病研究、再生医学或生育治疗等领域非常有帮助。在未来，这些知识可能有助于选择最健康的胚胎进行体外受精（IVF），从而提高植入成功率。
