东京大学研究人员领导的一项新研究表明，一条小腿可能揭示出一些重大问题，即近亲昆虫物种在体形上存在多大差异。该团队使用延时显微镜对果蝇的活细胞进行成像，发现了一种新结构，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。这些发现可能有助于更好地理解决定昆虫体形的机制，并为塑造其他生物体形的过程提供见解。
在目前的研究中，研究小组以果蝇腿部发育为模型，着手阐明某些细胞如何决定生物体的最终形状。通过对普通果蝇(Drosophila melanogaster)的活细胞进行几天的成像，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的结构，它与肢体的最终形状有关。他们将这种结构命名为“帕台农神庙式结构”，因为它与古希腊遗址相似。
“在最终形状形成过程中，细胞形状的变化比以往想象的要大得多，”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 Tetsuya Kojima 说道。“特别是在果蝇的腿部，细胞会暂时形成这种迷人的结构。由于这种帕台农神庙般的结构在腿部以外的组织中也能看到，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。
“由于形状在密切相关的物种之间可能会有很大差异，而这些物种预计会共享决定细胞命运的基本机制，因此最终形状形成过程的差异应该会极大地造成形状差异，”共同作者 Reiko Tajiri 说道，她在研究期间是东京大学的研究员，目前是日本千叶大学的副教授。“了解最终形状形成的机制对于理解生物形状的形成和多样化机制至关重要。”
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(从下方对标本进行成像，从而获得更清晰的视觉效果)对果蝇几天内发育中的腿部进行了成像。他们特别关注跗节，即距离昆虫身体最远的腿部部分。雄性潜水甲虫的跗节可能看起来又平又宽，而蚊子的跗节则又长又细。跗节还包含自己的节段，不同物种的跗节存在显著差异。
Kojima 表示：“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(结构表面的细胞)和基底膜发生了意想不到的显著形状变化，这些变化产生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，这些细胞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为更像立方体。他们表示，细胞进一步变化，形成了意想不到的、短暂的帕台农神庙状结构。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。”他指出，研究小组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，以更好地了解它是如何有助于形成最终的腿部形状的。
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