科學家發現了新的三維幾何形狀——Scutoid

來自專欄科技奇趣1,743 人贊了文章

7月27日發表在《Nature Communications》雜誌上的一篇研究顯示，科學家們似乎發現了一個此前在幾何學中尚未被定義過的三維形狀——Scutoid。

那麼，這個形狀是在哪裡發現的呢？答案是：上皮細胞（epithelial cells）。這種細胞通常覆蓋在人體的外表面（如皮膚）和身體內部器官的內表面（如腸道的內部等）。

用顯微鏡進行觀察，你會發現這些上皮細胞是緊密堆積在一起的。但其結構形態並不固定，通常取決於該細胞在身體中的位置。

例如，在胃部等可以分泌粘液的器官中，便可以發現柱狀上皮細胞（Columnar epithelial cells）。此外還有扁平的鱗狀上皮細胞（Squamous epithelial cells）、看起來很像立方體的方塊上皮細胞（Cuboidal epithelial cells）及帶有纖毛的纖毛柱狀細胞（Ciliated columnar cells），如下圖所示：

而我們的皮膚，則是三種上皮細胞的疊層：

在此之前，搜索與上皮細胞有關的科普，你便會看到如上描述（來源：https://askabiologist.asu.edu/epithelial-cells ）。

不過，如果上皮細胞真的只是傳統的三維形狀（如柱體或立方體），那麼當表層彎曲時，這些為我們提供天然保護屏障的上皮細胞，又是如何維繫緊密隊形的呢？

在動物的發育過程中，組織的彎曲可以讓器官被塑造成不同的複雜三維結構，但我們對於「彎曲的上皮細胞」的構造，卻知之甚少。

於是，一組研發團隊嘗試創建上皮細胞層的數學模型，從而確定了「當表面彎曲時，能夠讓細胞保持緊密堆積的」，其實是一種新穎的幾何實體，其可以讓每個細胞的基底面（basal surfaces）和頂端表面（apical surfaces）緊挨著不同的相鄰細胞。

https://www.zhihu.com/video/1006998802913464320

以及，因為這個形狀看起來很像Scutum（甲蟲的身體部位），所以研究人員便將其命名為Scutoid（參考發音：SCOO-Toid）。

從生物物理學的角度分析，研究人員推測：上皮細胞的Scutoid構造，可以讓這層「三維包裝」更穩固，同時也讓「組織的能量消耗最小化」成為可能。

在用計算機模型確定了該形狀後，研究人員在果蠅和斑馬魚的上皮細胞中，也發現了類似的形狀。感興趣的同學可以仔細研讀下這篇新研究《Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia》（文章略長）。

Scutoid模型的部分圖解：

a.平面狀態下單層上皮細胞層的展示方案，細胞被簡化為了稜柱體（prisms）

b.內陷或摺疊時的展示方案，細胞自適應為瓶狀，研究人員將其簡化為了平截頭體（frusta）

d. 變形時過渡狀態下的兩個Scutoid，和兩個Scutoid實體。Scutoid的特徵是至少有一個頂點處於不同平面的交匯：其中包括稜柱體原有的兩個基本面和現在（暫時出現）的曲面。Scutoid最終可以回歸到類稜柱體。

e. 花金龜科（Cetoniidae）下一種名叫Protaetia speciose的甲蟲的背面視圖

那麼問題來了，如果給Scutoid定個中文譯名，你覺得應該是____________。

【更新】

2018年7月30日凌晨，突然發現Scutoid已經有了自己的維基百科詞條：

其中對於Scutoid的特徵描述清晰了不少，比如：「這是一種存在於兩個平行平面之間的幾何實體；兩個平面之間至少存在一個頂點；Scutoid的面不一定是凸面，所以幾個Scutoids可以緊湊的『抱』在一起，從而填滿兩個平行面之間的所有空間....」

附詞條鏈接→ Scutoid - Wikipedia

嗯，莫名覺得見證了歷史，噗~

歡迎關注我們：

@W-Pwn?