脊椎動物用相同的礦物質構建骨骼

一些海洋生物用硬殼和刺刺覆蓋自己，而脊椎動物用相同的礦物質構建骨骼。這些動物如何獲得構建這些強大礦物結構所需的鈣?Weizmann科學研究所結構生物學系的Lia Addadi教授和Steve Weiner教授問了這個關于海膽的問題，海膽需要從海水中提取相當多的鈣離子來構建它們的刺。答案讓他們感到驚訝，這可能會改變科學家對生物礦化過程的看法。

幾年前，阿達迪和韋納發(fā)現(xiàn)海膽用一小撮“無組織”的材料制造刺，這些材料在放置到位時硬化成水晶。“所以問題又回到了一步：他們如何獲得制造這種材料所需的鈣離子?”阿達迪說。“游離鈣是不是在海豐富的水，補充說：”韋納，“所以他們需要一種有效的方式來提取和濃縮離子。”

為了回答這個問題，包括Netta Vidavsky在內的研究人員需要“按現(xiàn)狀”觀察動物細胞的方法，即生命中的水，包括水。為此，該小組求助于德國Carl Zeiss Microscopy的Andreas Schertel博士和Weizmann科學研究院生命科學核心設施的Sefi Addadi博士。非常新的尖端技術使他們能夠觀察海膽胚胎中的細胞薄片，然后重建這些細胞的三維圖像以及它們攝入的標記鈣離子。“就在幾年前，我們還沒有完成這項研究，”阿達迪說。

圖像顯示海膽幼蟲細胞實際上“飲用”海水，吸收水滴并在細胞范圍內操縱水中的離子。這與這些細胞僅通過其外膜中的特殊通道一次一個地吸收離子的理論形成對比。他們觀察到的細胞充滿了稱為液泡的氣泡網(wǎng)絡，這些氣泡會收集鈣離子，顯然會產(chǎn)生濃縮的鈣包，用于構建脊柱。

這種方法可能比通過通道(細胞也可以)吸收離子更節(jié)能，但它提出了另一個問題：細胞必須能夠挑出鈣并排出海水中的其他離子，尤其是鈉和氯。“研究人員可能會忙著多年來弄清楚這些細胞如何操縱它們飲用的海水中的離子，”韋納說。

Addadi和Weiner指出，這不是第一次觀察到這種類型的鈣離子攝入量。耶路撒冷希伯來大學的喬納森埃雷茲教授在十年前曾將這種現(xiàn)象描述為單細胞，硬殼微生物，稱為有孔蟲。當時，它被認為是一種“好奇心”，但在兩種截然不同的生物中找到相同的過程表明它可能相當普遍。雖然我們不生活在海水中，但即使是構建骨骼的細胞也可以使用類似的方法來獲取鈣。

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