东京大学研究人员领导的一项新研究表明，一条小腿或许能揭示出一些重大秘密，即近亲昆虫物种在体形上会有多么大的差异。

研究团队利用延时显微镜对果蝇活细胞进行成像，发现了一种新的结构，这种结构在普通果蝇发育的最后阶段形成并消失，似乎有助于引导果蝇腿部的一部分形成最终形状。

这些发现有助于更好地理解决定昆虫身体形状的机制，并为塑造其他生物身体的过程提供见解。

该项研究现已发表在《发育基因与进化》杂志上，研究小组着手阐明某些细胞如何决定生物体的最终形状。

通过连续几天对普通果蝇(Drosophilamelanogaster)的活细胞进行成像，以分析细胞在发育最后阶段的变化，研究人员发现果蝇腿部有一个暂时性结构，它决定了肢体的最终形状。他们把这种结构命名为“帕台农神庙式结构”，因为它与古希腊的废墟很相似。

通过帕台农神庙式结构的瞬时形成，最终形成腿部形状。图片来源：东京大学前沿科学研究生院TetsuyaKojima

“在最终形状形成过程中，细胞形状的变化比人们想象的要剧烈得多，”论文合著者、东京大学前沿科学研究生院综合生物科学系副教授TetsuyaKojima说道。

“尤其是在果蝇的腿部，细胞会暂时形成这种令人着迷的结构。由于这种类似帕台农神庙的结构也出现在腿部以外的组织中，而且似乎也出现在其他昆虫中，因此它的短暂形成可能是形成昆虫身体最终形状的一个基本过程。”

研究人员表示，决定细胞命运的基本机制——细胞如何确定要表达哪些基因并有助于生物体发育形态——在近亲物种中是保守的。然而，这些细胞如何有助于生物体的形状仍不清楚。

“由于形状在预计具有相同细胞命运决定基本机制的密切相关物种之间可能会有很大差异，最终形状形成过程的差异应该会极大地造成形状的差异，”共同作者、东京大学研究员、现任日本千叶大学副教授的ReikoTajiri说道。

“了解最终形状形成的机制对于理解生物形状形成和多样化的机制具有重要意义。”

为了了解最终形状形成的机制，研究人员使用倒置共聚焦显微镜(从下方对样本进行成像并提供更清晰的视觉效果)在几天内对果蝇腿部的发育进行成像。

他们特别关注跗节，即昆虫离身体最远的腿部部分。雄性潜水甲虫的跗节可能又平又宽，而蚊子的跗节则又长又细。跗节也有自己的节段，不同物种的跗节存在很大差异。

小岛说：“这种形态(形式和结构)的多样性使昆虫跗节成为研究最终形状形成机制及其多样化的良好模型。”

“在这项研究中，我们发现上皮细胞(排列在结构表面的细胞)和基底膜发生了意想不到的剧烈形状变化，这些变化形成了分化为跗节的结构。我们还看到了巨噬细胞样细胞的有趣行为，它们通常有助于清理废弃细胞。”

研究人员捕捉到了苍蝇蛹期成年跗骨的几乎整个成型过程，观察到上皮细胞从柱状变成了更像立方体的形状。

他们表示，细胞进一步变化，形成了意想不到的、短暂的帕台农神庙式结构。随着该结构的形成和消失，跗骨的直径迅速减小。随着直径的减小，上皮细胞层变薄。

小岛说：“我们的研究结果有助于阐明成年跗骨最终形状形成的机制。”该团队目前正在更详细地研究类似帕台农神庙的结构的形成和消失，以更好地了解它对最终腿部形状的形成有何贡献。

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