新发现的微生物揭示了一个由寄生于细胞的生命所构成的生物多样性世界。而这个世界，才刚刚通过基因组测序技术展露冰山一角。

细胞分裂支撑着所有生命形式，但科学家长期以来难以解释这一过程在胚胎发育最早期阶段是如何发生的，尤其是在卵生动物中。德累斯顿工业大学生命物理学（PoL）卓越集群的布鲁盖斯研究组如今发现了一种出乎意料的机制，该机制使得早期胚胎细胞能够在未形成完整收缩环的情况下完成分裂——收缩环曾被认为是细胞分裂不可或缺的结构。

相关结果于2026年1月发表在《自然》（Nature）上，直接挑战了教科书中对细胞分裂的经典解释。研究发现，细胞骨架的组成部分会与细胞内部（即细胞质）的物理特性相配合，通过一种研究者称之为类似“棘轮”的方式驱动细胞分裂。

重新思考收缩环模型

在许多有机体中，细胞依靠由肌动蛋白形成的收缩环完成分裂。收缩环会在细胞中部形成，并像抽绳一样收紧，通过挤压将一个细胞分成两个独立的细胞。这种抽绳模型很常见，却并非适用于所有物种。

胚胎细胞体积巨大的动物，譬如鲨鱼、鸭嘴兽、鸟类和爬行动物，情况就相当复杂。其细胞内部会有体积巨大的卵黄囊，导致收缩环无法完全闭合，因此传统的分裂模型难以解释。

多年来，这种过大的细胞如何完成分裂一直是未解之谜。

“胚胎细胞中存在如此大的卵黄，会带来明显的几何学限制。一个两端没有闭合的收缩环如何保持稳定并产生足够的力量来分裂这些巨大的细胞？”文章的第一作者、PoL卓越集群布鲁盖斯研究组刚毕业不久的博士生艾利森 · 基库特（Alison Kickuth）提出了这一关键问题，而答案就在发表于《自然》的那篇文章里。

为探究其中的机制，研究者选择斑马鱼胚胎作为研究对象。斑马鱼在早期发育阶段细胞分裂速度很快，其胚胎细胞同样体积巨大、富含卵黄。基库特利用激光以高精度切断肌动蛋白带后发现，断裂的肌动蛋白带仍然持续向内收缩。这一现象表明，肌动蛋白带并非仅仅依赖两端维持稳定，而是由其整个长度方向上的多个锚定点共同支撑。

微管在稳定结构中的作用

研究者还观察到细胞骨架的另一个基本组成部分——微管——在激光切割的作用下会发生弯曲并展开，在肌动蛋白带收缩过程中起到了稳定结构的重要作用。研究团队为了进一步验证微管在其中的功能，通过两种方式破坏了微管的结构：一是通过化学方法诱导微管解聚，进而有效阻止新微管形成；二是利用微小的油滴作为物理障碍，扰乱微管结构。

结果发现，在微管被破坏的情况下，肌动蛋白带发生了坍塌，这证明微管对于维持肌动蛋白带在位至关重要，能在其形成过程中提供机械支撑并起到信号调控的作用。

已有研究表明，在其他物种中，细胞骨架在不同细胞周期会发生变化。细胞周期主要分为两个阶段：一个是有丝分裂期（M期），此时DNA被分配到两个子细胞中；另一个是分裂间期，其间典型细胞会生长并复制其DNA。DNA分裂完成后，被称作星体的大型微管结构会生长并扩展至整个细胞质。

这些星体在分裂间期发挥着重要作用，它们能决定肌动蛋白带形成及开始收缩的位置，从而标记出未来的分裂平面。鉴于微管在多种细胞环境中都被认为能够增强细胞质的“刚性”，研究者进一步推测，星体是否会通过增强这种“刚性”来帮助锚定肌动蛋白带。为此，研究者引入了磁性微珠，观察其在外加磁场作用下的位移情况，从而测定细胞周期各阶段中细胞质的“刚性”变化。

研究者发现，细胞质在分裂间期会变得更加“坚硬”，如同脚手架一般稳定肌动蛋白带；而在M期，细胞质的流动性更好，使得肌动蛋白带能够在两个未来细胞之间继续内陷。这种“坚硬”与“流动”的动态变化在细胞分裂过程中发挥着重要作用。

驱动细胞分裂的“机械棘轮”

最后一个问题随之而来：肌动蛋白带如何在M期细胞质变得更富流动性的情况下保持稳定呢？通过对肌动蛋白带末端进行长时间成像，研究团队发现，尽管该带状结构在M期收缩过程中确实处于不稳定状态，但由于在早期发育阶段细胞周期极短，这种不稳定状态并不会长期持续、导致坍塌。

在随后的间期，随着星体重新形成，细胞质会再次硬化，肌动蛋白带得以重新获得稳定。接着，肌动蛋白带在下一个细胞质流动期继续内陷。这种在M期失稳、在间期重新获得稳定的循环，会在多个细胞周期中重复，直至细胞分裂最终完成。该交替模式如同一个“机械棘轮”，使细胞无需形成一个完全闭合的收缩环就能驱动分裂进程。在这种机制下，细胞分裂依靠细胞质物质特性的不断变化得以完成，并且这一过程不是在单一细胞周期内进行，而是跨越了多个周期逐步实现。

论文的通信作者扬 · 布鲁盖斯（Jan Brugués）强调：“这种时间上的棘轮机制，从根本上改变了我们对细胞分裂的理解。”这一发现为大型细胞的早期分裂提供了一种合理解释，这类细胞往往因体积过大而无法进行常规细胞分裂，且拥有极短的细胞周期。

“斑马鱼是一个有趣的例子，因为其胚胎细胞中的胞质分裂本身就极不稳定。为了克服这种不稳定性，其细胞快速分裂，使得肌动蛋白带能够利用细胞质在间期与M期之间交替变化的特性，在多个细胞周期内逐步内陷，直至分裂完成。”基库特强调说。这一发现为理解富含卵黄的大型胚胎细胞如何完成分裂提供了全新的理论框架，且可能适用于多个物种。

此外，这项研究还强调了细胞质物质特性的时间调控在生命过程中扮演的重要角色。这一概念在后续研究中有望得到进一步拓展，进而为我们理解不同物种的发育开辟新视角。

资料来源 SciTechDaily