不得了：科學家發現組織“生長密碼”，缺陷竟能自己動！

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2026年2月20日，一篇發表在《物理評論快報》上的研究，給生物物理學家們帶來了一個驚喜。美國加州大學圣塔芭芭拉分校的團隊發現，在我們身體的肌肉、器官等活體組織中，那些微小的結構“缺陷”，并不是被動地等待修復，而是會自己產生動力，主動遷移，從而塑造出我們最終的身體形態。這顛覆了我們以往對組織生長的認知。

要理解這個發現的神奇之處，我們先得聊聊什么是“拓撲缺陷”。你可以把它想象成試圖鋪滿長方形地磚的浴室。如果房間是完美的矩形，你可以鋪得整整齊齊。但如果房間有根柱子，或者墻不是直的，地磚的排列就不得不出現錯位或扭曲。 在材料科學里，這種局部無法維持整齊排列的“錯位點”，就是拓撲缺陷。

過去十幾年，科學家在研究細菌菌落、細胞骨架等“活性流體”時發現，這些缺陷會隨著流體的整體運動而漂移，就像河里的落葉隨波逐流。但這個新研究把目光投向了更復雜的“活性固體”——比如我們的肌肉組織。它由長條形的細胞緊密堆積而成，更像一個固體，不能自由流動。

這個發現最激動人心的地方，在于它為“形態發生”這個古老難題提供了全新的解釋視角。形態發生，簡單說，就是一個受精卵如何通過細胞的分裂、移動和死亡，最終構建出我們有鼻子有眼、有心臟有四肢的復雜身體。

以前，科學家已經在一種叫“水螅”的小生物身上，觀察到拓撲缺陷對其再生能力的重要性。但這個新模型揭示了更深層的力學機制：原來，這些缺陷通過主動運動，可以精確地將機械力聚焦到組織的特定位置。這就像一位雕塑家，不再只是被動地看著泥土干裂，而是主動用手指去推擠、捏合，創造出特定的形狀。

更有趣的是，這個理論還能解釋一些懸而未決的實驗謎團。比如，在實驗室培養的腎臟組織中，科學家曾觀察到缺陷的移動方向，與過去基于“活性流體”模型預測的完全相反。而這項新研究指出，在“活性固體”模型中，缺陷的運動方向完全可以反過來，從而完美地解開了這個困惑。這也再次印證了，我們的器官和組織，在物理學層面上，更應該被理解為一種奇特的“活性固體”。

看到這里，關心科學的你可能會問，我們在這一前沿領域做得怎么樣？答案是：非常不錯，而且正在快速跟進。

拓撲缺陷與生命形態的關系，是當前國際生物物理學競賽的“兵家必爭之地”。中國科學家在這個交叉領域展現出了很強的實力。例如，2026年1月，中國科學院物理研究所就邀請了東京大學的Masaki Sano教授來演講，主題正是“多細胞系統的物理學”，其中就重點探討了細胞單層中的拓撲缺陷如何指導組織形態的建成。這表明我們與國際前沿保持著密切的交流和學習。

回到今天的話題。我們身體里每一個精巧的結構，從指紋到臟器，其“建造圖紙”藏在基因里，但“施工過程”卻嚴格遵守物理規律。這項關于“自推進拓撲缺陷”的研究，就像是為我們打開了一扇新的窗戶，讓我們得以窺見生命如何巧妙地利用“缺陷”這一物理學的普遍概念，來導演一出出精妙絕倫的形態建成大戲。