本報記者 常麗君 綜合外電

　　自然是最偉大的建築師。人類的建築結構也經常模擬生命的結構，比如螺旋上升的多層車庫，層疊而平行連接的樓層、上升的斜梯，可以説是複製了細胞中內質網膜的螺旋結構。

　　內質網（endoplasmic reticulum）是遍佈于整個細胞內部的膜狀網，連接並圍繞著細胞核。最近，美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校（UCSB）一個研究小組，用理論物理學的語言描述了內質網的幾何結構。研究結果發表在10月31日的《物理評論快報》上。

　　細胞中的“停車庫”

　　大致上，內質網是由或多或少的、有規則的層狀結構組成，層與層間隔均勻，彼此相連。這種結構也反映了它的功能：細胞內蛋白質合成的“工作場間”。以往人們以為，相鄰的層與層之間是通過“蟲洞”相連，也就是簡單的管孔。

　　去年，科學家才發現這種“蟲洞”其實是一種複雜的螺旋結構，並以它的發現命名為“寺崎坡道”（Terasaki ramps）。這些螺旋坡道互相連接，一層層上升。論文第一作者、墨西哥國立自治大學的傑冒·古溫説，一開始人們對此很驚訝，因為以往從未在生物膜中看到過這種螺旋幾何形狀。

　　而且不同部分的內質網形狀不同，除了類似停車庫的平行層，還有管狀網路和包圍細胞核的球形界面。光滑的內質網膜由管裝網構成，這些管裝網是膜在“三岔口”的匯合處，這裡也是合成脂質（或膜）的地方。新的脂質在光滑內質網中生産出來，在連接處不斷積累，最終將連接的管子劈開。

　　在粗糙內質網中，平行面或堆疊層由寺崎螺旋坡道連接。在某些情況下，一條坡道是左手螺旋，則另一條是右手螺旋——停車庫也是如此構造。“我們提出，堆疊層裏的基本建築構造不是單條螺旋坡道，而是類似‘停車庫’的兩條坡道，是一對雙坡道，彼此形成鏡像。”古溫説，“這種結構體系能使能耗最小化，能與層狀結構結合，而且還很穩定。”

　　在物理學中，把內質網各層連接起來的這些螺旋結構，稱為“缺口”（defects）。 論文合著者、UCSB卡弗裏理論物理學研究所副所長格萊格·哈博指出，這個詞在物理學背景中並沒有負面含義。“這表示一種特殊結構。內質網層的邊緣是高度彎曲的，因為這些層要旋轉、折彎，這樣就形成了螺旋。”

　　彎曲形成了U形結構，就像半個管子。哈博和同事把微分幾何原理應用到這種曲面膜上。“應用幾何方法我們以特定的方式分離了管網的一部分，得到一個確切的面，”哈博解釋説，“設想一下，每個U形邊緣都有彎曲的傾向，當你設法把這些U形連在一起時，它們就彎了。這也是彩圖所顯示的。一個管子可以變成曲面，只要把它從邊緣破開，它就可以在空間彎曲。”

　　利用形狀研究功能

　　“根據寺崎坡道之間相互作用，我們推測了這種細胞器為何會形成如此特殊的形狀。” 哈博説，“一位物理學家可能會説，膜長什麼樣子並非偶然，而是有原因的。更好地理解形狀背後的物理原理，有助於思考其他未解之謎，包括形狀與功能之間有什麼關係，一旦生了病，出現功能障礙會怎樣。”

　　附著在膜上的細胞器，如作為蛋白質合成“主站點”的核糖體，密集排列在內質網上，就像汽車密集停泊在車庫裏。“核糖體之間必須有一定的距離間隔，否則它們無法合成蛋白質。”哈博解釋説，“所以，怎樣才能在每單位空間聚集盡可能多的核糖體，而又不至於彼此撞在一起？看起來，細胞解決了這個難題，它把內質網折疊成一層一層的，層與層之間幾乎平行，這樣就能容納更高密度的核糖體。”

　　哈博認為，這項理論成果有助於人們更深入了解細胞的內部形狀。跨學科研究也提供了更豐富的語匯和多角度的思考。“我們推測，這種形狀與它們的功能有關。事實上，內質網形狀可以作為某些疾病中功能異常的指標。”