魚(yú)有各種形狀，大小，顏色和樣式。盡管存在如此令人難以置信的多樣性，但世界上各種魚(yú)類都具有共同的特征-肉中的“ V”型，例如鮭魚(yú)和金槍魚(yú)。從遺傳學(xué)上講，這種模式在大多數(shù)魚(yú)類的肌肉排列中都可以觀察到。這種通用的“ V”模式如何產(chǎn)生，仍然是一個(gè)謎。

當(dāng)器官通過(guò)固有的生物物理過(guò)程形成時(shí)，它們需要大規(guī)模的組織變形。在開(kāi)發(fā)階段，了解復(fù)雜器官形狀的出現(xiàn)方式一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。但是，科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)找到一種方法，可以在確定生物體形式時(shí)解釋各種生物物理作用力。

美國(guó)國(guó)立大學(xué)機(jī)械生物學(xué)研究所(MBI)的科學(xué)家們已經(jīng)弄清了斑馬魚(yú)胚胎的子宮肌節(jié)中“ V”型形成背后的科學(xué)。這些“ V”型也稱為人字形，常見(jiàn)于魚(yú)的游泳肌肉中。子宮肌節(jié)是由脊髓神經(jīng)提供服務(wù)的一組肌肉，可以驅(qū)動(dòng)魚(yú)的左右游泳運(yùn)動(dòng)。最初，每個(gè)未來(lái)發(fā)展的肌節(jié)段都是立方體的。但是，經(jīng)過(guò)五個(gè)小時(shí)，它會(huì)變形為尖銳的“ V”形。

為了發(fā)現(xiàn)這種變形是如何發(fā)生的，該小組使用了各種系統(tǒng)的組合。首先以單細(xì)胞分辨率對(duì)發(fā)育中的斑馬魚(yú)肌節(jié)進(jìn)行了成像，對(duì)成像數(shù)據(jù)進(jìn)行了定量分析，然后將其擬合到生物物理模型中。這導(dǎo)致了在魚(yú)類發(fā)育過(guò)程中引導(dǎo)人字形形成的某些物理機(jī)制。

科學(xué)家觀察到，發(fā)育中的同位素在物理上與其他胚胎組織相關(guān)，例如神經(jīng)管，脊索，皮膚和腹側(cè)組織。它們與這些各種組織的連接強(qiáng)度在肌節(jié)形成的不同點(diǎn)改變。結(jié)果，在組織上產(chǎn)生了多種摩擦測(cè)量。隨著新的切片將肌節(jié)向前推進(jìn)，這促使肌節(jié)組織中出現(xiàn)淺“ U”形。

未來(lái)的肌組中的細(xì)胞隨著形成肌肉纖維而開(kāi)始伸長(zhǎng)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種轉(zhuǎn)變過(guò)程會(huì)在軀體組織內(nèi)沿特定方向生成一個(gè)主動(dòng)的，不均勻的力，從而形成“ U”形，并銳化為特征性的“ V”形人字形。通過(guò)這項(xiàng)研究，MBI科學(xué)家展示了細(xì)胞形態(tài)與機(jī)械相互作用之間精心平衡的相互作用如何驅(qū)動(dòng)發(fā)育過(guò)程中復(fù)雜形狀的出現(xiàn)。