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在你身体里,科学家发现了一种没命名的几何体

2018-08-08 07:48   来源: 成都全搜索新闻网   编辑: 高赛琦   责任编辑: 马兰

本文选自蝌蚪五线谱

我们的世界是由各种几何体组成的,如正方体、长方体、球体、等等。

但如果你想要活下去,就还需要一个“scutoid”。

西班牙塞维利亚大学分子生物学系与塞维利亚生物医药研究所(IBiS)的研究人员近日在《自然通讯》上发表了一项新的研究,他们发现了一个此前在几何学中尚未被定义过的几何体:Scutoid。

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那么,这种几何体是在哪里发现的呢?答案是:上皮细胞。

上皮细胞是生命早期最重要的细胞之一,通常覆盖在人体的外表面(如我们的皮肤)和身体内部器官的内表面(如肠道的内部等)。帮助正在发育的胚胎建立起结构,这些结构最终会成为身体的不同器官。

如果用显微镜进行观察的话,就会发现这些上皮细胞是紧密堆积在一起的,但其结构形态并不固定,通常取决于该细胞在身体中的位置。

例如,在胃部等可以分泌粘液的器官中,便可以发现柱状上皮细胞(Columnar epithelial cells)。此外还有扁平的鳞状上皮细胞(Squamous epithelial cells)、看起来很像立方体的方块上皮细胞(Cuboidal epithelial cells)及带有纤毛的纤毛柱状细胞(Ciliated columnar cells),如图:

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而皮肤,则是三种上皮细胞的叠层:

不过,如果上皮细胞只是传统的三维形状(如柱体或立方体),那么当表层弯曲时,这些为我们提供天然保护屏障的上皮细胞,又是如何维系紧密队形的?

于是研究团队通过使用计算模型发现,当上皮细胞必须紧密地结合在一起形成器官的弯曲部分时,它们可以采取一种数学上并没有被发现的新几何体形状。

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科学家们最初是在用沃罗诺伊图(Voronoi diagram)模拟细胞的空间排布时,发现这种尚未被数学家命名的几何体的。

这种几何体类似于棱柱,上下底面平行,每个面都是多边形,然而一个三角形会沿着一个顶点将棱柱劈开,使得上下底面边的数量不同,且在两个底面之间出现一个顶点。

另外,这种几何体的表面可以弯曲,或凹或凸。由于形状类似于甲壳虫背部盾形的角质鳞片(scutum/scutellum),所以这种几何体被命名为盾形体(scutoid)。

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在用计算机模型确定了该形状后,研究人员又在果蝇和斑马鱼的上皮细胞中,也发现了类似的形状。

上皮细胞之所以这样排列是因为这种几何形态可以让每个细胞的基底面和顶端表面紧挨着不同的相邻细胞,这样的构造可以让这层“三维包装”更稳固,同时也让“组织的能量消耗最小化”成为可能。

最后问题来了,这个scutoid的表面积和体积该怎么求?

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