生命的一个基本而永恒的问题涉及到生命诞生的机理。以人类的发育为例：单个细胞是如何结合在一起形成皮肤、肌肉、骨骼，甚至大脑、手指或脊柱等复杂结构的？尽管这些问题的答案仍然未知，但科学探索的一个方向在于了解胚胎发育--胚胎细胞从单层发育成具有主身体轴的多维结构的阶段。人类的胚胎着床发生在受孕后 14 天左右。

在这一阶段无法对人类胚胎进行研究，因此加州大学圣地亚哥分校、英国邓迪大学和哈佛大学的研究人员能够对小鸡胚胎的胃形成进行研究，小鸡胚胎在这一阶段与人类胚胎有许多相似之处。

这项研究是通过加州大学圣地亚哥分校物理学助理教授马蒂亚-塞拉（Mattia Serra）所说的理想循环进行的：一种跨学科的、理论与实验科学的来回结合。马蒂亚是一位理论家，他对在复杂的生物物理系统中发现新出现的模式很感兴趣。

开发预测性数学模型

在这里，他和他的团队根据邓迪大学生物学家的意见建立了一个数学模型。该模型能够准确预测在显微镜下观察到的小鸡胚胎发育流（整个小鸡胚胎中成千上万个细胞的运动）。这是第一次有自组织数学模型能够再现小鸡胚胎中的这些流动。

随后，生物学家们想了解这个模型是否不仅能复制他们在实验中已知的事实，还能预测在不同条件下可能发生的情况。塞拉的团队对模型进行了"扰动"--换句话说，改变初始条件或当前参数。

双胞胎小鸡胚胎发育的快照。黄色条纹标志着未来的脊髓。图片来源：马蒂亚-塞拉小组/加州大学圣地亚哥分校

结果出人意料：模型产生的细胞流在雏鸡身上没有自然观察到，但在另外两种脊椎动物--青蛙和鱼身上观察到了。

为了确保这些结果不是模型的数学幻想，生物学合作者在实验室里对小鸡胚胎模仿了模型中的精确扰动。令人吃惊的是，这些经过处理的小鸡胚胎也显示出了在鱼类和青蛙身上自然观察到的胃形成过程。

影响和未来研究

发表在《科学进展》（Science Advances）上的这些研究结果表明，多细胞自组织背后的相同物理原理可能已经在脊椎动物物种间进化。

塞拉说："鱼类、青蛙和雏鸟都生活在不同的环境中，因此随着时间的推移，进化压力可能已经改变了胚胎发育的参数和初始条件。但是，至少在胚胎发育的早期阶段，三者的某些自组织核心原则可能是相同的"。

研究团队目前正在研究产生胚胎级自组织模式的其他机制。他们希望这项研究能推动生物材料设计和再生医学的发展，帮助人类活得更长、更健康。

"人体是现存最复杂的动力系统，"他说。"关于我们的身体，有这么多有趣的生物、物理和数学问题--想想都觉得美极了。我们的发现永无止境"。

编译来源：ScitechDaily