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发育生物学中的上帝骰子现象

已有 5930 次阅读 2013-3-16 21:31 |个人分类:分子遗传|系统分类:科普集锦| 生物学, 上帝, 骰子

“上帝骰子”是爱因斯坦提出的一个名词,不知道目前的量子学研究是否已经可以回答上帝掷骰子还是不掷。

“骰子问题”似乎在其他领域也存在。例如,某一个中国人或者整个中国在50年后的命运是一定的,还是掷骰子的?

“几率与一定”的现象在发育生物学里也有。下图是正在发育的果蝇眼睛,箭头标记的是morphogeneticfurrow (MF)的位置。随着眼睛的发育,MF从右到左移动,MF右侧的细胞分化成为神经元(绿色的细胞)

这个细胞分化过程的细节可以用以下的示意图来表示。主要分为两个阶段:在第一个阶段,MF左侧的细胞(浅绿色)都有可能发育成神经元;当这些细胞进入MF区域以后,只有其中的一群细胞(深绿色)可能发育成神经元;之后,只有三个细胞(粉色环)可能发育成神经元;最后,只有一个细胞脱颖而出,发育成为第一个神经元,R8细胞。在第二个阶段,R8神经元可以发出信号,让旁边的两个细胞分化成为R2R5神经元;之后,R3,R4, R1, R6, R7依次被激活分化,最后就成为了一个含有八个神经元的单眼单元。

目前的研究结果对第二个阶段,从一个神经元到八个神经元的阶段,已经有了比较清楚的认识。但对第一个阶段,从众多未分化的细胞中选出一个细胞分化为R8神经元的阶段,还有一些主要的问题没有研究清楚。目前清楚的一点是:将要发育成为R8的细胞可以通过Notch信号来抑制周围的细胞,而不让它们发育成神经元。但不清楚的是:将要发育成为R8的细胞是如何在众多的未分化的细胞里被选出来的?这就是一个“从几率到一定”的过程。

从“选举R8”的现象来看,有且只有一个R8被选出来,所以上帝是不掷骰子的。

当某些基因突变之后,“R8选举”会出问题,例如,所有细胞都发育成R8,或者所有细胞都不能发育成R8。而这些基因往往都是癌基因。



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