Bạn có biết gì về scutoid?

Trước đây, giới khoa học chưa hề biết gì về scutoid. Scutoid cơ bản có hình dạng không 3 chiều. Nó giống như một hình trụ mất góc, thường được mô tả như một lăng kính xoắn dù trông không đúng lắm. "Đây là lăng kính có dây kéo", Javier Buceta, một nhà sinh lý học tại Đại học Lehigh, một trong những người phát hiện ra scutoid, nói một cách hào hứng.

Vấn đề là các nhà toán học cũng chưa hề biết gì về scutoid, hay ít nhất chỉ biết qua cái tên. Quan trọng hơn, các scutoids hóa ra ở khắp mọi nơi, đặc biệt trong sinh vật sống. Tuy nhiên, nó có hình dạng như một khối sinh vật đa bào; sự sống phức tạp trên Trái đất sẽ không thể diễn ra mà không có nó. Sự tồn tại của scutoid cho phép bạn hiểu các nguyên tắc cơ bản về hình thái và phát triển - cách tế bào hoạt động cùng nhau trong quá trình hình thành và phát triển.

Một trong nhiều bí ẩn của các tế bào sống là cách chúng tổ chức, phát triển thành các đơn vị có nhiều tế bào. Một con người hay một con thú mỏ vịt ban đầu chỉ là một tế bào riêng lẻ, phân chia thành nhiều tế bào con, và những tế bào này tiếp tục phân chia. Một số trong số này, các tế bào biểu mô sẽ trở thành các mô và cơ quan. Các tế bào gắn kết thành các lớp, uốn cong và gấp thành các cơ quan lớn hơn như: buồng trứng, thận, tim… Một phần nào đó, việc gắn kết này chính là vấn đề, một vấn đề hình học; như các lớp xoắn và đường cong, các tế bào riêng lẻ thay đổi hình dạng để phù hợp tổng thể, và chúng thực hiện một cách hiệu quả nhất có thể.

Buceta cũng đưa ra cấu trúc giống với kiến trúc vòm Roman. Bạn có thể xếp các khối đá cuội hình chữ nhật thành một hàng thẳng, nhưng để tạo một đường cong thì các viên đá phải được định hình lại sao cho một mặt có hình dạng cong vòm. Đá không còn ở hình dạng chữ nhật nữa; nó giống như một kim tự tháp với đầu nhọn bị cụt. Các nhà toán học gọi đó là hình cụt.

Tương tự như thế trong sinh học. Khi các tế bào biểu mô nối kết lại với nhau trong một lớp mô phẳng, mỗi tế bào thường có hình dạng trụ với năm hoặc sáu mặt – giống như một lăng kính. Khi mô phát triển và uốn cong, một số tế bào biến dạng, với một đầu trở nên rộng hơn mô khác; điều này cho phép các mô có diện tích lớn hơn nằm ở mặt ngoài. Các nhà sinh học từ lâu đã giả định rằng các tế bào này có hình cụt, như trong kiến trúc vòm thời La Mã. (Một hình cụt có thể là bốn mặt, giống như một kim tự tháp, nhưng nó cũng có thể có nhiều mặt hơn) Tuy nhiên, như Buceta và các đồng nghiệp đã báo cáo trong Nature Communications, điều đó không phải luôn luôn như vậy. "Cách mà những tế bào này kết hợp lại với nhau theo ba chiều thì thật kỳ lạ", Buceta nói.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình trên máy tính để mô phỏng những gì xảy ra với từng tế bào trong mô dạng cong. Các tế bào kết hợp với nhau dọc theo bề mặt và các cạnh, nhưng việc cấu trúc và duy trì các đường biên này phải có năng lượng, và cần sử dụng năng lượng ít nhất có thể. "Các nối kết lớn hơn, cần nhiều năng lượng hơn", Buceta nói. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng tổng chiều dài của những đường viền tiếp xúc này là nhỏ nhất thì việc kết nối sẽ có hiệu quả cao nhất. "Nơi nào có độ cong, nơi đó có scutoids," Buceta nói.

Buceta muốn gửi cho tôi một sơ đồ của một scutoid, để giải thích, nhưng tôi đã ép anh ta mô tả bằng lời nói. Hình ảnh một cột thẳng đứng với năm mặt: hai hình ngũ giác, một ở trên cùng và một ở dưới, nối điểm với điểm bởi năm dòng. Và, giả sử cột ngũ giác này là một cái lều thì nơi hai trong số năm mặt gặp nhau chính là một dây kéo. Bây giờ quan sát từ phía dưới, đến giữa chừng, và gấp các cạnh lại: bạn đã tạo ra một bề mặt hình tam giác và biến mặt hình ngũ giác thành hình lục giác. Từ phía bên, có vẻ như cột thêm vào đã bị cắt đi. Đó là hình dạng cột - năm mặt ở phía trên, sáu mặt ở phía dưới, trừ một cột hình tam giác – đó là một scutoid.

Thật khó để hình dung, và chúng tôi đã tìm đến sự hỗ trợ của Internet. Một vài phút sau khi chúng tôi nói chuyện, Buceta đã gửi cho tôi một liên kết tới một video trên YouTube, trong đó một cậu bé trình bày một mô hình giống như một chiếc scutoid qua bộ Lego. Vừa qua, một người nào đó cập nhật Wikipedia trong mục nhập hình dạng, mô tả scutoid là "một hình học rắn giữa hai bề mặt song song" trong đó "ranh giới của mỗi bề mặt (và của tất cả các bề mặt song song khác giữa chúng ) là một đa giác và các đỉnh của hai đa giác cuối được nối bằng một đường cong hoặc một kết nối hình chữ Y".

Ban đầu, các nhà nghiên cứu không biết phải gọi nó là gì. "Khi chúng tôi tìm thấy hình dạng, chúng tôi đã nói," Hãy nói chuyện với các nhà toán học - để chắc chắn họ biết tên của nó, "Buceta nói. "Nhưng họ không thể cho chúng tôi một cái tên, bởi vì nó chưa có tên. Chúng tôi phải tìm một cái tên cho nó! "Họ nhận thấy rằng hình dạng đó ;giống như phần cuối của một con bọ cánh cứng, một cấu trúc được gọi là xương cổ. Do đó, gọi là"scutoid".

Dự đoán sự tồn tại của scutoid, các nhà nghiên cứu đã tìm trong tự nhiên và sớm phát hiện ra sự có mặt của nó. Họ kiểm tra các phôi phát triển của ruồi giấm và xem như các tế bào biểu mô riêng lẻ được phân chia, tổng hợp, cong và gấp lại để hình thành các tuyến nước bọt và buồng trứng. Có thể nhìn thấy trong các ma trận mô là các scutoid: nhiều nơi mô bị cong nhiều nhất, không có mô nào phẳng. Và scutoids có khả năng được tìm thấy trong các tế bào trưởng thành như trong việc phát triển mô, Buceta nói. Vì vậy, phải chăng chúng ta được tạo thành từ scutoids?

Buceta nói rằng khám phá này có thể hữu ích cho các nhà khoa học trong việc cố gắng tạo ra các cơ quan và mô nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Những nỗ lực này thường bắt đầu với một số loại khung mà các tế bào biểu mô phát triển; việc thêm scutoids vào hỗn hợp có thể giúp các tế bào hình thành hiệu quả hơn. Một ngày nào đó, khi sức mạnh của scutoid được nắm bắt hoàn toàn, nhân loại có thể tôn vinh nó.

Hiện tại, Buceta đã hài lòng với cái tên này. "Trong công việc của chúng tôi, bạn thường không có nhiều cơ hội để đặt tên cho một cái gì đó", Buceta nói. "Thành thật mà nói, ngay từ đầu, chúng tôi không thể tin rằng chưa từng có ai đặt tên cho hình dạng này. Ý tôi là, hình học đã tồn tại từ lâu — hình vuông, hình tròn. Thật tuyệt vời khi chúng ta có thể đặt tên cho cái gì đó. Hy vọng rằng, cái tên đó sẽ tồn tại mãi mãi, và sẽ gắn với với nghiên cứu của chúng tôi ".

Minh Hà

Theo NewYoker