本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
假設你是一個從事重工業生產的小細胞。像大多數動物細胞一樣，你的表面只覆蓋著一層由雙層液態脂肪狀分子構成的薄膜。你製造的東西是一根巨大的、尖銳的玻璃棒，是你自身大小的兩倍。你認為你能在這個過程中存活下來嗎？嗯，如果你是一個叫做造骨細胞的細胞，是的，你可以。
上個月我寫了一篇關於巖海綿驚人骨骼結構的文章。在撰寫那篇文章的過程中，我發現製造海綿骨針（海綿骨骼的矽質構建塊）的特殊細胞——具有一些非常驚人的技巧，可以組裝出令人眼花繚亂的各種形狀。
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科學家們對這些被稱為造骨細胞的細胞的方法感到好奇。它們是單獨完成骨針的製作工作，還是需要“輔助”細胞來協助它們完成這項重要的任務？一旦它們產生了一個完成的、令人生畏的尖刺骨針，它們會怎麼樣？它們會掉在自己的刺上嗎？
至少有一位之前的科學家認為它們只是簡單地死亡了。但是，已知的是：造骨細胞構建了一個稱為軸絲的支架，然後透過將矽沉積到該軸絲上，使其增厚和伸長，從而生長出骨針。
為了找出發生了什麼，早在1995年，來自巴西的一個科學家團隊誘導了淡水海綿米勒氏輻海綿的芽球（這種海綿藉此無性繁殖結構過冬）在培養物中孵化（直到幾年前，我才知道有淡水海綿這種東西。在我的舊帖子"海綿：最初的動物之家"的末尾有一張淡水海綿的圖片）。
然後，他們將這些結構“機械分離”成單個細胞，這些細胞隨後在24小時內重新聚集（正如海綿聞名於世的那樣）成20到4000個細胞的團塊。這些五天大的細胞團塊包含少量造骨細胞，它們已經可以透過軸絲的存在或正在生長的骨針來識別。它們在第22天被釋放，當時整個細胞聚集體遊走開來。像忙碌的海狸一樣的造骨細胞留下了一堆粘在細胞生長室地板上的骨針，但它們之間沒有像在真正的海綿骨骼中那樣相互粘連。
與此同時，一些造骨細胞獨自遊走了。它們也製造了骨針，但甚至在培養30天后才開始。
科學家們可以清楚地看到有機軸絲在培養物中形成，就像在野生海綿中一樣。
軸絲是一種有機結構，除了在1972年的一篇論文中得出結論，軸絲的“很大一部分”由蛋白質組成，但也可能部分由碳水化合物組成之外，我仍然無法發現它的成分。
隨著矽被貼上到該軸絲上，骨針以每小時約一到十微米的速度生長，這與自然界中觀察到的速度相同。即使它的玻璃外殼生長，在用極其有害的、溶解玻璃的氫氟酸去除矽後，軸絲仍然可以在電子顯微照片橫截面中看到。在下面的影像中，骨針的位置用標記為“s”的空白區域表示。有趣的是，軸絲的橫截面是三角形的，並且在這種情況下，偏離中心。
隨著骨針的生長，它們開始“突出”細胞膜，有點像嬰兒隆起，如果嬰兒是一個巨大的、雙面的尖刺的話。我們不要太仔細地考慮這個類比。
看到了嗎？
進一步考慮，在自然界中製造的骨針是培養物中製造的骨針的兩倍多：野生的為350微米，而實驗室中的為150微米。哎喲。
像嬰兒一樣，它們在達到完全尺寸之前一直被細胞膜覆蓋。在大約5%的細胞中，當第一個骨針仍然在附近時，第二個骨針開始形成。
這清楚地表明，造骨細胞不僅在它們的磨難中倖存下來，而且還繼續製造不止一個骨針——有時遠遠不止一個。
科學家們經常發現成堆的8-10個相同的骨針，就像一堆可愛的小海綿禮物。看起來好像單個細胞只是不斷地在同一個地方製造和沉積它們，然後在群體移動時拋棄它們。
在一個迷人的暗示中，即使是作為動物一部分而生存的單個微小細胞也可以具有古怪的“個性”，其中一些堆中具有完全不規則的骨針，所有骨針都在大致相同的位置具有奇怪的凸起，正如您在上面右圖中所見。
有時，細胞製造出帶有兩個臂的骨針。科學家們將這些解釋為軸絲形成中的錯誤，其中第二個軸絲在第一個軸絲仍在構建時開始，並意外地粘附到第一個軸絲上。
右側是骨針，由於某種原因，細胞幾乎將所有的矽都粘附在軸絲中心的某個位置，從而形成了紡錘狀結構。
在矽成型之前和釋放後的骨針中，軸絲都是可見的，這裡在一個不規則形狀的骨針旁邊是一個正常形狀的骨針。
當細胞在缺乏任何矽的培養物中生長時，它們只能製造出大約是實驗室尺寸的骨針一半長的軸絲，但它們仍然會釋放軸絲。可悲的細胞。
科學家們從這些實驗中瞭解到了另一件有趣的事情。由於孤狼造骨細胞仍然能夠製造骨針，科學家們推斷，不需要“輔助細胞”。他們推斷，構建骨針所需的所有資訊和資源都包含在單個細胞中。
作者還對骨針的形成提出了一個有趣的推測。你們中的許多人可能熟悉著名的Hox（或同源異型）基因，這些基因控制著大多數動物胚胎的發育，告訴發育中的胚胎哪個方向是向上和向下，向左和向右，以及在哪裡放置手臂、腿、眼睛和每個主要的解剖特徵。事實證明，海綿也具有類似的同源異型基因。但是海綿身體沒有任何對稱性、器官或主要身體部位。科學家們提出，如果海綿同源異型基因被用來指導複雜而精確的骨針形式的雪崩式形成呢？
“尋常海綿綱骨針多樣性”，作者：Rob W. M. Van Soest、Nicole Boury-Esnault、Jean Vacelet、Martin Dohrmann、Dirk Erpenbeck、Nicole J. De Voogd、Nadiezhda Santodomingo、Bart Vanhoorne、Michelle Kelly、John N. A. Hooper - Van Soest RWM、Boury-Esnault N、Vacelet J、Dohrmann M、Erpenbeck D等人。（2012年）全球海綿（多孔動物門）多樣性。PLoS ONE 7(4): e35105。 doi:10.1371/journal.pone.0035105。根據CC BY 2.5獲得許可，透過維基共享資源。
他們說，這是一個很大的假設，也是未來研究的主題。
這也給我留下了一些仍然未解答的問題。不僅僅是直杆的骨針是如何形成的？軸絲是以它們最終將變成的複雜形狀形成的，還是更復雜骨針的複雜矽沉積以其他方式引導？是什麼阻止了骨針的巨大死亡尖刺刺破細胞膜？微絲、中間絲和微管的細胞骨架是否以某種方式參與其中？如果您知道，請插話！
參考文獻
Imsiecke G.、Marcio Custodio、Radovan Borojevic & Werner E. G. Müller (1995)。淡水海綿米勒氏輻海綿的造骨細胞在體外短期培養物中形成骨針，《體外細胞發育生物學》，31 (7) 528-535。DOI: http://dx.doi.org/10.1007/bf02634030