幾何世界新成員:scutoid

by:徽徽
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在幾何的世界中,大家原本以為不會再有新形狀出現,但最近科學家們透過研究上皮細胞排列的形狀,發現了新形狀「scutoid」。

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你知道圖中的這個形狀,叫什麼名字嗎?

Photo: Laura Taalman‏

歡迎幾何新成員!

在幾何的世界中,大家原本以為不會再有新成員加入,但根據研究人員的最新發現,一種全新的形狀還沒有被人廣泛使用,他們將這種形狀命名為「scutoid」(盾柱狀),並且將研究發表在《自然通訊》期刊上。

在研究上皮組織時發現

這份研究是由西班牙塞維亞大學、巴伯羅德歐拉維德大學和美國理海大學一起發表,這三所研究機構的人員在研究上皮組織時,發現了「scutoid」這種形狀,而這種形狀的出現和人體的奧秘息息相關。

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上皮組織由排列緊密的上皮細胞構成,它能發揮覆蓋、促進分泌和保護的功效。上圖是上皮組織細胞排列的其中一種模樣。

Photo: Servier Medical Art

就像樂高一樣

說到上皮細胞,這種細胞在人體內外排列,幫助人體定型,讓組織得以折疊和彎曲。塞維亞大學研究人員艾思古德洛(Luisma Escudero)說:「上皮細胞就像建造器官的積木,它們就像能組成動物的樂高一樣。」

要排得緊密,又要能彎

隨著器官越長越複雜,上皮細胞「開始移動並且緊密排列在一起」。過去,科學家們認為要排得緊密、結實,組織必須要是瓶狀或是柱狀,這樣排列在一起還可以適應彎曲的表面。然而,透過電腦模擬和動物觀察,研究人員發現細胞會排成「scutoid」這種形狀。

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當兩個「scutoid」排列在一塊,可以最緊密的連接在一起。

Photo: Nezu Williamee

讓彼此的接觸最有效

首先,研究人員利用電腦模擬並且預測哪些細胞在保持平面或彎曲下,彼此間的接觸最有效,結果電腦出現了一個長得像角柱的形狀,但又不是角柱。

觀察果蠅和斑馬魚後......

就在研究人員質疑這種沒看過的形狀時,他們利用顯微鏡觀察果蠅唾液腺細胞以及斑馬魚細胞後發現,牠們的細胞組織都長得跟這種叫不出名字的新形狀一樣。於是,研究人員認為這種形狀的細胞組織存在於任何彎曲的上皮組織,連人類也不例外。

圖片中由左而右分別是角柱體、平截頭體、擬柱體和「scutoid」。塞維亞大學研究人員艾思古德洛在Twitter上寫到:「我們關於3D上皮細胞排列的研究已經出爐了。我們模擬了彎曲的上皮細胞,並且預測細胞會呈現一種先前沒形容過的幾何形狀,我們稱這種形狀為『scutoid』。我們在數個彎曲組織中確定了『scutoid』的出現。對彎曲的上皮細胞來說,『scutoid』是當然的答案。」

從捏黏土得到靈感

發展生物學家艾思古德洛表示,在電腦模擬的早期階段,要定義這種新形狀到底長什麼樣子很難,直到有一天他和女兒一起捏黏土來模擬時,他才能真正定義這種新形狀。

艾思古德洛也提到,當他們的研究團隊發現眼前的形狀是幾何界的新形狀時,「這真的是個驚喜!」

和椿象的中胸小盾片很像

隨後,他們決定把這種新形狀命名為「scutoid」,因為這種形狀和椿象的中胸小盾片(scutellum)形狀很像。

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圖為椿象的中胸小盾片形狀,由上往下看就像「scutoid」的形狀。

Photo: Giancarlodessi

一生難得的命名機會

參與研究的理海大學系統生物學家布賽塔(Javier Buceta)表示,有機會替新形狀命名很光榮,他說:「你通常一生中不會有機會替某個可能會永存的東西命名,這種形狀不是圓形或方形,而是一個新的形狀。」

重大突破  未來應用範圍廣

研究團隊指出,新形狀「scutoid」的出現,能應用在許多科學領域中,包含醫學生物學。

舉例來說,「scutoid」形狀的細胞在生長時排列在一塊很有效率,未來科學家在培養人工器官時,或許就可以參考這種形狀,因為這種形狀替彎曲的組織帶來了構造上的穩定度。

發展生物學家艾思古德洛說:「我們相信這點在許多地方上都是個重大突破。」

上線時間:2018/07/30
增修時間:2018/07/31  修正scutellum翻譯、scutoid中文譯名


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參考資料:
01 What Is A Scutoid? It Is A New Shape Maybe All Over You
02 The 'Scutoid' Is Geometry's Newest Shape, and It Could Be All Over Your Body
03 Squares and circles are so basic. Get down with this new shape, the scutoid.