馬克斯普朗克研究所的研究人員在《Science》雜志上提出了一種更微妙的分節(jié)定時控制。許多動物在發(fā)育過程中表現(xiàn)出分節(jié)模式。直到現(xiàn)在，這個模式過程被認(rèn)為僅僅是由基因振蕩（定期觸發(fā)新的節(jié)段形成）的時間尺度所決定。

學(xué)界前沿及資訊:發(fā)育過程中的多普勒效應(yīng)

      他們的研究結(jié)果表明，分節(jié)的節(jié)奏受一種多普勒效應(yīng)影響，這種多普勒效應(yīng)是由發(fā)生在縮短胚胎組織中的基因表達(dá)波（gene expression waves）所引起的。他們對發(fā)育分節(jié)的過程提出了革命性的描述，該過程不僅由基因振蕩的時間尺度控制，而且也由振蕩譜和組織縮短的變化所控制。

       你、我和許多其他動物具有什么共同之處？也許這并不是你想到的第一件事，但是我們像它們一樣，有一個明顯的分節(jié)體軸。在我們的發(fā)育過程中，空間和時間的線索被整合在一起，形成一定數(shù)量的胚胎節(jié)段，后來產(chǎn)生了相應(yīng)的肋骨和脊椎骨。這個模式過程的節(jié)奏，對于確定節(jié)段的正確數(shù)量和大小至關(guān)重要，但是它的時間設(shè)置是如何被控制的？科學(xué)家認(rèn)為，在脊椎動物中，基因表達(dá)波的開始和捕獲是由一個復(fù)雜的遺傳網(wǎng)絡(luò)所控制，即所謂的“分節(jié)時鐘”。 捕獲的每個波段可觸發(fā)一個新節(jié)段的形成?？茖W(xué)家認(rèn)為其根本機(jī)制就像一個傳統(tǒng)的鐘表，有一個準(zhǔn)確的周期：一個時鐘滴答聲等于一個新節(jié)段。

       為了檢驗(yàn)這一假設(shè)，馬克斯普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所的Andy Oates和Frank Jülicher與馬克斯普朗克復(fù)雜系統(tǒng)物理學(xué)研究所的同事合作，研制出一種的轉(zhuǎn)基因斑馬魚（稱為Looping），和一種多維延時顯微鏡，從而讓他們能夠同時可視化和量化基因表達(dá)波和節(jié)段形成。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，波段的開始和捕獲發(fā)生在不同的頻率，表明分段時間并不能單獨(dú)通過傳統(tǒng)的時鐘假說解釋。該研究小組表明，這一令人困惑的頻率差異，是由一種類似于經(jīng)典多普勒效應(yīng)的場景引起的。

       想象一下，一輛救護(hù)車開過你身邊，你有沒有注意到，隨著汽車開過去，汽笛的聲音會發(fā)生變化？這就是多普勒效應(yīng)，隨著聲源接近然后遠(yuǎn)離你，由聲波的頻率變化引起。如果你迅速接近并經(jīng)過一個固定的聲源，也會發(fā)生同樣的事情。

       事實(shí)證明，聲波完全不像斑馬魚中的基因表達(dá)波。這些基因表達(dá)波從動物的后段傳播到前段（從尾巴到頭部）。當(dāng)它們這樣做時，胚胎發(fā)育，改變其形狀，并且波段在其中傳播的的組織縮短。這會引起組織前端的一種相對運(yùn)動，在那里向后形成新的節(jié)段。這種基因表達(dá)波的傳播運(yùn)動，可在斑馬魚胚胎的發(fā)育過程中引起多普勒效應(yīng)。此外，這種多普勒效應(yīng)受一種不斷變化波形引起的更微妙作用調(diào)節(jié)。這種動態(tài)的波長效應(yīng)和多普勒效應(yīng)，對分節(jié)的時間設(shè)置具有相反的影響，但是多普勒效應(yīng)的影響更強(qiáng)。由于這種時間設(shè)置，決定著體段的數(shù)量和大小，因此它影響著發(fā)育肋骨和椎骨的數(shù)量和大小。

       研究員的這一發(fā)現(xiàn)，可能會徹底改變我們對于發(fā)育過程中時間設(shè)置的理解。波形變化背后的生物學(xué)機(jī)制尚不清楚，但是它凸顯了發(fā)育的復(fù)雜特性，和超越胚胎發(fā)育穩(wěn)態(tài)和擴(kuò)展描述的需要。