UNIGE的一个研究小组发现了许多哺乳动物鼻子上产生凹槽的物理特性。

　　胚胎的体积成像

　　Nic狗鼻子，用薄片荧光显微镜获得。?Mil

　　inkovitch, Dagenois

　　许多哺乳动物的鼻子，如狗、雪貂和牛，都有形成大量多边形的凹槽。来自日内瓦大学（UNIGE）的一个研究小组利用3D成像技术和计算机模拟详细分析了这些模式是如何在胚胎中形成的。研究人员发现，皮肤组织层的不同生长导致了圆顶的形成，这些圆顶由底层血管机械地支撑。这项工作首次描述了这一形态发生过程，这可能有助于解释与血管相关的其他生物结构的形成。这些发现发表在《当代生物学》杂志上。

　　生活的世界充满了不同寻常的形状，其中一些可以通过它们的颜色模式或3D图案来识别。例如，斑马和猎豹可以通过它们皮肤上的条纹或斑点来识别，而松果的特征是它们的螺旋结构。这些迷人的图案是由各种形态发生过程产生的，即胚胎发育过程中形状的产生。

　　一方面，自组织形态发生可以通过化学反应介导，正如艾伦·图灵的反应-扩散模型所描述的那样，化学物质扩散并相互作用，形成相对规则的图案，例如哺乳动物和爬行动物皮肤上的条纹或斑点。另一方面，有些形状是机械约束的结果。例如，人类大脑的卷积是由一个差异生长过程产生的：皮层形成褶皱是因为它比附着的深层生长得快。

　　生命的多样性

　　米歇尔·米林科维奇（Michel Mimetaovitch）的团队是UNIGE理学院遗传与进化系的教授，他们研究了产生生命复杂性和多样性的发育机制的进化。“在生物体中找到美丽图案的具体例子很容易。我们所要做的就是环顾四周！我们最新的研究集中在狗、雪貂和牛的鼻子上，它们都表现出多边形结构的单一网络，”米歇尔·米林科维奇解释说。

　　狗胚胎鼻的三维重建。?Mimetaovitch, Dagenois

　　事实上，许多哺乳动物裸露的鼻（鼻子）皮肤的特征是由皮肤上的凹槽形成的多边形网络。通过保持水分，这些沟槽使鼻子保持湿润，除其他功能外，还有助于信息素和气味分子的收集。这个总部位于日内瓦的研究小组与巴黎萨克雷大学、école国家阿尔福特大学（EnvA）和圣胡安德阿利坎特神经科学研究所合作，收集了狗、牛和雪貂胚胎的鼻标本。

　　鼻子三维可视化

　　这些样品是用“光片荧光显微镜”观察的，这是一种能够在三维上可视化生物结构的技术。在这三种哺乳动物中，研究人员发现表皮（皮肤的外层）的多边形皱褶网络在胚胎发生期间出现，并且系统而精确地叠加在位于真皮层（皮肤的深层）的刚性血管网络上。他们还观察到表皮细胞比真皮细胞增殖得快。

　　灰色的细胞核显示表皮基底层，绿色的自身荧光显示表皮表面和血管。?Dagenais, Mimetaovitch

　　血管形成“建筑支柱”

　　利用这些数据，科学家们建立了一个数学模型，并对组织生长进行了计算机模拟。该模型考虑了真皮和表皮生长速度的差异，它们各自的刚度，最重要的是真皮中血管的存在。“我们的数值模拟表明，表皮过度生长产生的机械应力集中在下层血管的位置，这些血管形成了刚性支撑点。然后表皮层被向外推，形成圆顶——类似于在坚硬的柱子上上升的拱门，”UNIGE理学院遗传和进化系博士后、该研究的第一作者Paule Dagenais解释说。

　　这些结果表明，在犀牛的情况下，表皮多边形结构的位置是由真皮刚性血管的位置决定的，真皮刚性血管在表皮生长过程中施加局部约束，导致在精确位置形成凹槽和圆顶。“这是第一次用这种我们称之为‘机械位置信息’的机制来解释胚胎发育过程中结构的形成。但我们相信，它将有助于解释与血管存在相关的其他生物结构的形成。”米歇尔·米林科维奇总结道。