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脊椎动物用相同的矿物质构建骨骼

2019-06-30 09:07:08 • 来源：

一些海洋生物用硬壳和刺刺覆盖自己，而脊椎动物用相同的矿物质构建骨骼。这些动物如何获得构建这些强大矿物结构所需的钙?Weizmann科学研究所结构生物学系的Lia Addadi教授和Steve Weiner教授问了这个关于海胆的问题，海胆需要从海水中提取相当多的钙离子来构建它们的刺。答案让他们感到惊讶，这可能会改变科学家对生物矿化过程的看法。

脊椎动物用相同的矿物质构建骨骼

几年前，阿达迪和韦纳发现海胆用一小撮“无组织”的材料制造刺，这些材料在放置到位时硬化成水晶。“所以问题又回到了一步：他们如何获得制造这种材料所需的钙离子?”阿达迪说。“游离钙是不是在海丰富的水，补充说：”韦纳，“所以他们需要一种有效的方式来提取和浓缩离子。”

为了回答这个问题，包括Netta Vidavsky在内的研究人员需要“按现状”观察动物细胞的方法，即生命中的水，包括水。为此，该小组求助于德国Carl Zeiss Microscopy的Andreas Schertel博士和Weizmann科学研究院生命科学核心设施的Sefi Addadi博士。非常新的尖端技术使他们能够观察海胆胚胎中的细胞薄片，然后重建这些细胞的三维图像以及它们摄入的标记钙离子。“就在几年前，我们还没有完成这项研究，”阿达迪说。

图像显示海胆幼虫细胞实际上“饮用”海水，吸收水滴并在细胞范围内操纵水中的离子。这与这些细胞仅通过其外膜中的特殊通道一次一个地吸收离子的理论形成对比。他们观察到的细胞充满了称为液泡的气泡网络，这些气泡会收集钙离子，显然会产生浓缩的钙包，用于构建脊柱。

这种方法可能比通过通道(细胞也可以)吸收离子更节能，但它提出了另一个问题：细胞必须能够挑出钙并排出海水中的其他离子，尤其是钠和氯。“研究人员可能会忙着多年来弄清楚这些细胞如何操纵它们饮用的海水中的离子，”韦纳说。

Addadi和Weiner指出，这不是第一次观察到这种类型的钙离子摄入量。耶路撒冷希伯来大学的乔纳森埃雷兹教授在十年前曾将这种现象描述为单细胞，硬壳微生物，称为有孔虫。当时，它被认为是一种“好奇心”，但在两种截然不同的生物中找到相同的过程表明它可能相当普遍。虽然我们不生活在海水中，但即使是构建骨骼的细胞也可以使用类似的方法来获取钙。

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