蜥蜴斷尾為何能快速再生 中研院研究斑馬魚解謎

中研院今天表示,由細胞生物與物理組成的跨領域團隊,在斑馬魚尾鰭發現「機械波」的存在,進而能解釋蜥蜴等某些脊椎動物為何受傷愈重、再生愈快現象的250年之謎。

中央研究院今天發布新聞稿表示,細胞與個體生物學研究所副研究員陳振輝、物理所副研究員林耿慧的研究團隊,以斑馬魚做為動物試驗模型,發現斑馬魚利用尾鰭「機械波」及時偵測受傷發生的位置,以調控相對應的傷口癒合和再生反應。

中研院說明,在18世紀時,義大利生物學家斯帕蘭扎尼(Lazzaro Spallanzani)首次發現某些脊椎動物(如蜥蜴和蠑螈)具有很強再生能力,他仔細紀錄了一個奇特現象「受傷越重,再生越快」,但因為研究模型和工具的限制,生物學家至今對此一現象仍然瞭解的很少。

本項研究是首次在活體動物身上驗證細胞群體運動中「機械波」的存在,解釋了斯帕蘭扎尼發現的奇特現象,會再生的動物可以利用「機械波」偵測受傷發生的位置,以控制相對應的傷口癒合和再生反應。

陳振輝團隊利用斑馬魚的尾鰭作為模型,開發活體影像工具,探究脊椎動物如何再生複雜組織;實驗室的博士生黎馬可(Marco P. De Leon)意外注意到,不同的受傷程度會產生不同的傷口癒合反應。

經由與林耿慧及其團隊成員溫福來博士持續近6年的合作研究,他們發現波的傳遞距離,與被切斷尾鰭的長度成正比;溫福來建立理論模型預測波的行為,發現細胞之間有如彈簧的耦合,機械因素例如阻力的梯度變化,是限制波傳遞的關鍵。

共同通訊作者林耿慧表示,如果沒有理論模型,很難推論出複雜因素對於系統的影響;沒有精確的量化,無法看到趨勢和測試理論模型;沒有分子生物技術,無法操縱變因。

陳振輝表示,跨領域的合作需要「不尋常的勇氣」,生物學家和物理學家講的是完全不同的學術語言,也有不同的思考方式;他也說「不知道開了多少次會,逐字逐句爭執論文裡的用字」,但是神奇的是,物理學家有一種與生俱來的直覺,可以看到複雜生物現象背後的運作原理,設計出生物學家意想不到的簡單實驗來驗證。

這項研究今年6月在「自然物理」(Nature Physics)期刊發表。本論文第一作者為中研院國際研究生學程的博士生黎馬可和國立台北教育大學的助理教授溫福來,研究團隊包括帕拉加(Giovanni J. Paylaga)、王盈婷、阮筱彧、王崇翰、蕭崇德、林耿慧、陳振輝。研究經費由中研院細生所、物理所、中研院前瞻計畫、iMATE計畫,以及國科會支持。

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