许多哺乳动物，如狗、雪貂和牛，鼻子上展现出独特的凹槽花纹，形成各种多边形。日内瓦大学（UNIGE）的研究人员利用三维成像技术和计算机模拟，仔细研究了这些花纹在胚胎中的形成过程。他们发现，皮肤组织层的不同生长速度导致了圆顶的形成，底下的血管机械性地支持这一过程。这项研究为形态发生过程提供了新的视角，并可能有助于揭示与血管相关的其他生物结构的形成。这些发现已发表在《当前生物学》上。
自然界展示了各种引人入胜的形状，通常以独特的色彩模式或三维设计为特征。例如，斑马和猎豹因其独特的条纹和斑点而易于识别，而松果因其螺旋排列而受到认可。这些迷人的模式源于不同的形态发生过程，涉及在早期发育阶段的形状创造。
一方面，自组织形态发生可能受到化学反应的影响，如艾伦·图灵的反应-扩散模型所示，其中化学物质分散并相互作用形成相对均匀的模式，如哺乳动物和爬行动物皮肤中所见的模式。相反，有些形成源于机械压力，比如人脑的褶皱，外层皮质比它连接的内层扩张得更快，从而形成褶皱。
生命的多样性
米歇尔·米林科维奇教授及其团队在日内瓦大学的科学学院探讨发展机制如何促进生命的多样性和复杂性。“识别生物体中引人瞩目的具体模式是直接的。它们就在我们身边！我们最近的研究调查了狗、雪貂和牛的鼻子，具有独特的一系列多边形形状。”米林科维奇解释道。
事实上，许多哺乳动物的鼻镜（鼻子）裸露皮肤展示了由凹槽形成的多边形网络。这些凹槽有助于保持湿度，使鼻子保持潮湿，具有多种目的，包括帮助收集信息素和气味分子。日内瓦团队与巴黎萨克雷大学、阿尔福特国立兽医学院（EnvA）及阿利坎特大学神经科学研究所合作，从狗、牛和雪貂的胚胎中收集了鼻镜样本。
鼻子3D可视化
使用一种称为“光片荧光显微镜”的技术，对样本进行了检查，以三维方式可视化生物结构。在三种哺乳动物物种中，研究人员观察到，在胚胎发育过程中，表皮（最外层皮肤）中出现了多边形褶皱的排列，直接对齐于真皮（深层皮肤）底下的刚性血管网络。此外，他们还注意到，表皮中的细胞增殖速度快于真皮中的细胞。
血管形成“建筑支柱”
根据这些发现，研究团队建立了一个数学模型并进行了组织生长的计算机模拟。该模型纳入了真皮和表皮的不同生长速度、刚度水平，以及血管在真皮中的影响。“我们的模拟结果表明，来自增强表皮生长的机械压力集中在刚性血管的位置，血管充当坚固的支撑点。因此，表皮层被迫向外扩展，形成圆顶——就像在坚固的支柱上升起的拱顶。”UNIGE科学学院的博士后研究员、研究的首席作者保尔·达热奈解释道。
结果表明，在鼻镜的情况下，表皮多边形形成的位置受底下刚性血管的决定，这在表皮生长过程中创造了局部约束。这导致了凹槽和圆顶的精确形成。“这是我们第一次描述这一机制，我们称之为‘机械位置参考’，以阐明结构在早期发育过程中是如何形成的。我们相信这也将有助于理解与血管相关的其他生物结构的形成。”米歇尔·米林科维奇总结道。
