胚胎發育中的數學

關于生命，最基本、最長久的奧秘之一是：生命是怎樣開始的？以人體發育為例：單個細胞怎樣聚集到一起，最終形成像皮膚、肌肉、骨骼、大腦這樣的復雜結構？

預測與觀測完全吻合

雖然諸如此類的奧秘依然未解，但科學家最近已開始探索原腸胚形成的過程，即胚胎細胞從一個單層發育為一個帶軸立體結構的階段。對人類來說，原腸胚形成在受孕大約14天后就開始了。因為不可能對如此早期的人類胚胎進行研究，所以科學家在最近這項探索中的研究對象是雞，而雞的胚胎在原腸胚形成階段與人的胚胎有很多相似之處。

基于生物學研究結果，科學家建立了一個數學模型。該模型能準確預測雞的原腸胚形成流，即在整個雞胚胎中數萬個細胞的流動。預測結果與在顯微鏡下觀測到的結果完全吻合。這也是數學模型首次準確模擬實體雞胚胎中的原腸胚形成流。

不同物種或法則相同

接下來，科學家想要知道：除了能模擬出已知實驗能證明為真的結果外，該模型能否預測發生在不同條件下的結果？于是，他們改變了原先在型中設定的原始參數（即初始條件）。結果，讓他們驚訝的是，該模型產生了雖然在天然狀態下雞的身上沒有觀測到、但在天然狀態下蛙和魚的身上能觀測到的原腸胚形成流。為了確認這些模擬結果不是純粹的數學把戲，科學家又在與模型參數設置相同的條件（如溫度）下，于實驗室中在雞胚胎上進行驗證。果不其然，這些雞胚胎出現了與天然狀態下于蛙和魚身上觀測到的相同的原腸胚形成流。

這些結果表明，在各種不同的脊椎動物所演化出的多細胞自行組合（自組） 背后，其生理法則很可能相同。魚、雞、蛙生活在各不相同的環境中，隨著時間推移，進化壓力可能會改變胚胎發育的初始條件（即上述模型中的參數）。但這些不同物種在自組方面的一些核心法則很可能相同，至少在原腸胚形成的早期階段如此。

希望能有助人類長壽

科學家已在探索能產生胚胎規模自組模式的其他機制。他們希望，這方面的研究能促進生物材料設計和再生醫療的發展，從而幫助人類健康地活得更久。

科學家指出，人體是最復雜的動態系統。關于人體的生物學、生理學，依然有很多未解之謎。但隨著科學的進步，我們將逐漸找到答案。