卵细胞是迄今为止大多数生物体产生的最大的细胞。在人类中，它们比一个典型的身体细胞大几倍，比精子细胞大大约10,000倍。

　　卵细胞或卵母细胞如此之大是有原因的:它们需要积累足够的营养来支持受精后胚胎的生长，再加上线粒体来为所有这些生长提供动力。然而，生物学家还没有完全了解卵细胞是如何变得如此之大的。

　　一项由麻省理工学院生物学家和数学家组成的研究小组对果蝇进行的新研究表明，卵母细胞在受精前显著快速生长的过程依赖于类似于不同大小气球之间气体交换的物理现象。

　　具体来说，研究人员表明，围绕在更大的卵母细胞周围的“护理细胞”将它们的内容物倾倒到更大的细胞中，就像在实验装置中，当它们被小管连接时，空气从一个较小的气球流入一个较大的气球一样。

　　邓克尔和麻省理工学院生物学副教授亚当·马丁是这篇论文的资深作者，这篇论文发表在本周的《科学》杂志上。该研究的主要作者是博士后贾斯敏·伊姆兰·阿尔苏斯和研究生尼古拉斯·罗密欧。哈佛大学研究生乔纳森·杰克逊和范德比尔特大学医学院研究助理教授弗兰克·梅森也是该论文的作者。

　　在雌性果蝇中，卵在称为囊肿的细胞簇中发育。一个未成熟的卵母细胞经历四个细胞分裂周期，产生一个卵细胞和15个乳细胞。然而，细胞分离是不完全的，每个细胞仍然通过狭窄的通道连接到其他细胞，这些通道充当阀门，允许物质在细胞之间通过。

　　马丁实验室的成员开始研究这一过程，是因为他们长期以来对肌球蛋白(myosin)感兴趣，肌球蛋白是一类可以起到马达作用并帮助肌肉细胞收缩的蛋白质。Imran Alsous对果蝇的卵子形成进行了高分辨率的实时成像，发现肌凝蛋白确实发挥了作用，但只是在运输过程的第二阶段。

　　在最初的阶段，研究人员困惑地发现，细胞似乎根本没有增加它们的收缩性，这表明，除了“挤压”之外，还有一种机制启动了运输。

　　“这两个阶段非常明显，”马丁说。“在我们看到这一点后，我们感到困惑，因为肌球蛋白的变化与这个过程的开始没有关联，这是我们所期望看到的。”

　　马丁和他的实验室随后与研究软表面和流动物质物理学的邓克尔联手。Dunkel和Romeo想知道这些细胞的行为是否与不同大小的气球连接在一起时的行为相同。虽然人们可能会认为较大的气球会向较小的气球泄漏空气，直到它们大小相同，但实际上发生的是空气从较小的气球流向较大的气球。

　　这是因为曲率更大的小气球比大气球承受更大的表面张力，因此压力也更高。因此，空气被挤出较小的气球，进入较大的气球。“这是违反直觉的，但这是一个非常稳健的过程，”邓克尔说。

　　根据已经推导出的数学方程来解释这种“双气球效应”，研究人员提出了一个模型，该模型描述了细胞内容物如何根据它们的大小和彼此之间的联系，从15个小的护理细胞转移到大的卵母细胞。最靠近卵母细胞层的护理细胞首先转移其内容物，然后是更远层的细胞。

　　“在我花了一些时间构建一个更复杂的模型来解释16细胞问题之后，我们意识到，更简单的16个气球系统的模拟看起来非常像16细胞网络。罗密欧说:“看到这种违反直觉但在数学上很简单的想法如此好地描述了这个过程，真是令人惊讶。”

　　护士细胞倾倒的第一阶段似乎与连接细胞的通道变得足够大以使细胞质通过它们的时候一致。一旦乳母细胞缩小到原来大小的25%左右，只比细胞核稍大一点，就会触发第二阶段的过程，肌球蛋白收缩迫使乳母细胞的剩余内容物进入卵细胞。

　　“在这个过程的第一部分，几乎没有挤压发生，细胞只是均匀地收缩。然后第二个过程在最后开始，你开始得到更积极的挤压，或者细胞的蠕动式变形，完成倾倒过程，”马丁说。

　　Imran Alsous说，这些发现证明了细胞如何利用生物和物理机制来协调它们的行为，从而产生组织水平的行为。

　　“在这里，你有几个护理细胞，它们的工作是护理未来的卵细胞，为了做到这一点，这些细胞似乎以一种协调和定向的方式将它们的内容物运送到卵母细胞，”她说。

　　研究人员说，果蝇和其他无脊椎动物的卵母细胞和早期胚胎的发育与哺乳动物有一些相似之处，但尚不清楚是否在人类或其他哺乳动物身上也能看到相同的卵细胞生长机制。

　　马丁说:“有证据表明，小鼠的卵母细胞与其他相互连接的细胞一起发育成一个囊肿，它们之间存在一些运输，但我们不知道我们在这里看到的机制是否适用于哺乳动物。”

　　研究人员现在正在研究是什么触发了第二阶段，即肌球蛋白驱动的倾倒过程的开始。他们还在研究原始哺乳细胞大小的变化如何影响卵子的形成。