探索宇宙奧秘 · 理性思考

2026年2月20日，一篇發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的研究，給生物物理學(xué)家們帶來了一個(gè)驚喜。美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在我們身體的肌肉、器官等活體組織中，那些微小的結(jié)構(gòu)“缺陷”，并不是被動(dòng)地等待修復(fù)，而是會(huì)自己產(chǎn)生動(dòng)力，主動(dòng)遷移，從而塑造出我們最終的身體形態(tài)。這顛覆了我們以往對(duì)組織生長(zhǎng)的認(rèn)知。

要理解這個(gè)發(fā)現(xiàn)的神奇之處，我們先得聊聊什么是“拓?fù)淙毕荨?。你可以把它想象成試圖鋪滿長(zhǎng)方形地磚的浴室。如果房間是完美的矩形，你可以鋪得整整齊齊。但如果房間有根柱子，或者墻不是直的，地磚的排列就不得不出現(xiàn)錯(cuò)位或扭曲。 在材料科學(xué)里，這種局部無法維持整齊排列的“錯(cuò)位點(diǎn)”，就是拓?fù)淙毕荨?/p>

過去十幾年，科學(xué)家在研究細(xì)菌菌落、細(xì)胞骨架等“活性流體”時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些缺陷會(huì)隨著流體的整體運(yùn)動(dòng)而漂移，就像河里的落葉隨波逐流。但這個(gè)新研究把目光投向了更復(fù)雜的“活性固體”——比如我們的肌肉組織。它由長(zhǎng)條形的細(xì)胞緊密堆積而成，更像一個(gè)固體，不能自由流動(dòng)。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)最激動(dòng)人心的地方，在于它為“形態(tài)發(fā)生”這個(gè)古老難題提供了全新的解釋視角。形態(tài)發(fā)生，簡(jiǎn)單說，就是一個(gè)受精卵如何通過細(xì)胞的分裂、移動(dòng)和死亡，最終構(gòu)建出我們有鼻子有眼、有心臟有四肢的復(fù)雜身體。

以前，科學(xué)家已經(jīng)在一種叫“水螅”的小生物身上，觀察到拓?fù)淙毕輰?duì)其再生能力的重要性。但這個(gè)新模型揭示了更深層的力學(xué)機(jī)制：原來，這些缺陷通過主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可以精確地將機(jī)械力聚焦到組織的特定位置。這就像一位雕塑家，不再只是被動(dòng)地看著泥土干裂，而是主動(dòng)用手指去推擠、捏合，創(chuàng)造出特定的形狀。

更有趣的是，這個(gè)理論還能解釋一些懸而未決的實(shí)驗(yàn)謎團(tuán)。比如，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的腎臟組織中，科學(xué)家曾觀察到缺陷的移動(dòng)方向，與過去基于“活性流體”模型預(yù)測(cè)的完全相反。而這項(xiàng)新研究指出，在“活性固體”模型中，缺陷的運(yùn)動(dòng)方向完全可以反過來，從而完美地解開了這個(gè)困惑。這也再次印證了，我們的器官和組織，在物理學(xué)層面上，更應(yīng)該被理解為一種奇特的“活性固體”。

看到這里，關(guān)心科學(xué)的你可能會(huì)問，我們?cè)谶@一前沿領(lǐng)域做得怎么樣？答案是：非常不錯(cuò)，而且正在快速跟進(jìn)。

拓?fù)淙毕菖c生命形態(tài)的關(guān)系，是當(dāng)前國際生物物理學(xué)競(jìng)賽的“兵家必爭(zhēng)之地”。中國科學(xué)家在這個(gè)交叉領(lǐng)域展現(xiàn)出了很強(qiáng)的實(shí)力。例如，2026年1月，中國科學(xué)院物理研究所就邀請(qǐng)了東京大學(xué)的Masaki Sano教授來演講，主題正是“多細(xì)胞系統(tǒng)的物理學(xué)”，其中就重點(diǎn)探討了細(xì)胞單層中的拓?fù)淙毕萑绾沃笇?dǎo)組織形態(tài)的建成。這表明我們與國際前沿保持著密切的交流和學(xué)習(xí)。

回到今天的話題。我們身體里每一個(gè)精巧的結(jié)構(gòu)，從指紋到臟器，其“建造圖紙”藏在基因里，但“施工過程”卻嚴(yán)格遵守物理規(guī)律。這項(xiàng)關(guān)于“自推進(jìn)拓?fù)淙毕荨钡难芯?，就像是為我們打開了一扇新的窗戶，讓我們得以窺見生命如何巧妙地利用“缺陷”這一物理學(xué)的普遍概念，來導(dǎo)演一出出精妙絕倫的形態(tài)建成大戲。