揭開生物學中不對稱性的起源之謎

在生物學的各個尺度（比如分子、細胞和組織層面上），不對稱性都扮演著重要的角色：試想一下DNA的雙螺旋結構，幹細胞的不對稱分裂，以及人類的心臟位於左側這一事實……但是，這些不對稱性是如何出現的？它們又是如何相互聯繫的？這些都是生物學家一直想要解答的問題。

由生物學家Stéphane Noselli帶領的團隊在過去的數年中一直在研究左右不對稱性，以致力於揭開這些謎團。生物學家已經發現了第一個在普通果蠅中控制不對稱性的基因。最近，研究小組發現，這種基因在脊椎動物中扮演著同樣的角色：它產生的蛋白質——肌球蛋白1D，控制著器官在相同方向上的盤繞或旋轉。

在這項新的研究中，研究人員在果蠅的正常對稱的器官（比如呼吸道）中誘導肌球蛋白1D的產生。令人非常驚嘆的是，它足以在各種層面上引發不對稱：變形的細胞、自我纏繞的氣管、整個身體的扭曲，以及果蠅幼蟲之間的螺旋狀運動的行為。他們注意到，這些新的不對稱總是朝著同一個方向發展。

肌球蛋白1D在所有層面上都造成了不對稱，從肌動蛋白分子（紅綠色的絲狀結構）的運動到呼吸道（白色管狀結構），再到機體本身（這裡是果蠅幼蟲）。| 圖片來源：Ga?lle Lebreton (photo); Stéphane Noselli (editing) / iBV / CNRS

為了確定這些連鎖反應的起源，賓夕法尼亞大學的生化學家們也參與了這項課題。在一片蓋玻片上，他們將肌球蛋白1D與細胞骨架（細胞的「主幹「）的一個組成部分——肌動蛋白相接觸。他們觀察到這兩種蛋白質之間的相互作用能導致肌動蛋白呈螺旋形。

除了在果蠅和脊椎動物的左右不對稱中起作用外，肌球蛋白1D似乎是一種獨特的蛋白質，它能在所有尺度上誘導自身的不對稱。這種不對稱首先出現在分子級別上，然後通過多米諾效應，出現在細胞、組織和行為水平上。這些結果為在進化過程中突然出現的新形態特徵，提供了一種可能的機制，比如蝸牛身體的扭曲。因此，肌球蛋白1D似乎具有這種創新出現的所有必要特徵，因為它的表達本身就足以在所有尺度上誘發轉變。

譯：糖獸

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