在鱿鱼的橡胶状皮肤下，你会发现一个细胞和肌肉组成的社区，它们协同工作，制造出这些动物以之闻名的颜色和纹理变化。然而，这种活跃的细胞网络很难研究，几十年来，海洋生物学家和其他研究人员都未能成功在实验室环境中培养鱿鱼的皮肤细胞。
如今，得益于加州大学欧文分校的最新研究，已经实现了培养类似皮肤细胞的解决方案。
鱿鱼如何变色
研究人员利用基因工程、先进的 3D 显微镜和计算模型来生成和研究具有可调透明度的人类细胞培养物。他们相信，他们工程化的细胞将阐明野生鱿鱼如何变得透明——并可能提供新的医学成像方法。
虹彩细胞
鱿鱼和章鱼依靠皮肤中的三种不同细胞类型来改变颜色。首席研究员、加州大学欧文分校教授 Alon Gorodetsky 说道：“有称为虹彩细胞的细胞，它们能以窄带反射来反射光。”
虹彩细胞以不同的波长反射光，并且根据光的角度可以改变颜色。先前的研究发现，例如，从上方看，虹彩细胞可能呈现蓝色——但从侧面看，它看起来是红色的。
色素细胞
头足类动物还依靠称为色素细胞的微小色素细胞囊。“颜色精确分层，黄色覆盖红色，红色覆盖棕色，”东北大学教授 Leila Deravi 说道，她没有参与这项研究。
当头足类动物决定改变颜色时，它会收缩或扩张相邻的肌肉细胞，以压缩或打开色素细胞——改变其形状以及反射光的方式。
白色素细胞
但 Gorodetsky 和他的团队专注于第三种细胞，称为白色素细胞，它们散射光。“它们在可见光谱范围内具有宽带散射，”他说。
当细胞反射光时，白色素细胞呈现白色。宾夕法尼亚大学教授 Shu Yang 表示，这类细胞至关重要，因为它们为高度着色的虹彩细胞和色素细胞提供“白色对比”。
因此，白色素细胞确保了与环境更好的颜色匹配，这对于创建成功的伪装是必不可少的。
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鱿鱼变色实验
为了产生这种白色，白色素细胞依赖于一种称为反射蛋白的特定蛋白质的颗粒。它们的组装状态——无论是聚集在一起还是更分散——都可以根据周围环境使细胞变得更不透明或更透明。
对 Gorodetsky 和他的团队来说，反射蛋白似乎是形成哺乳动物（人类）细胞中类似颗粒的理想生物分子。不幸的是，就在加州大学欧文分校的研究人员进行反射蛋白表达时，COVID-19 大流行爆发了。
为了远程工作，科学家们使用了各种计算建模方法和一种称为全息断层扫描的先进显微镜技术来研究反射蛋白在哺乳动物细胞中的作用。
Gorodetsky 说：“我们使用全息断层扫描技术，能够详细了解这些纳米颗粒在细胞内的自组装过程，这是一种可以让你从三维角度观察细胞的技术。“这让我们深入了解了这些光反射颗粒在细胞内的组装状态以及这种状态如何变化。”
一旦大流行限制放宽到足以返回实验室，研究人员就使用了各种其他方法来验证和加强他们的实验。
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定制细胞的进化
Gorodetsky 和他的团队对稳定哺乳动物细胞中的自组装反射蛋白进行了基因工程改造。然后，他们测试了纳米结构对周围环境盐度变化的反应，以模拟头足类动物的栖息地。
在这些测试中，研究人员发现，即使表达大量反射蛋白，他们的细胞培养物仍然保持高活性。在盐度更高的溶液中，随着反射蛋白聚集在一起，细胞会散射更多光并变得更不透明。
Deravi 说：“这是一项令人难以置信的工程进步，能够对哺乳动物细胞进行头足类动物特异性蛋白质和蛋白质几何形状的基因工程改造。这意味着你可以考虑制造具有它们最初未进化出来功能的定制细胞。”
在最近的新闻发布中，Gorodetsky 解释说，这些进展可以提供一种无需漂白或伤害样本即可实时研究细胞的方法。此外，在美国化学学会举行的一次媒体吹风会上，他还提到了医学成像方面的潜在进步。
Deravi 说：“这对成像活的哺乳动物细胞以了解它们如何生存非常有益。”
隐形伪装：尚未准备好用于人类
鱿鱼的伪装持续激发着研究和科幻小说的灵感。
Gorodetsky 说：“H.G. 威尔斯曾提出，可以通过匹配折射率与周围环境并消除所有赋予颜色的色素来创造《隐形人》。”
一些科幻角色甚至似乎模仿了这些表达反射蛋白的哺乳动物细胞。
Gorodetsky 继续说道：“《X 战警：过去未来》中有一个很棒的场景，展示了魔形女的皮肤细胞是如何工作的。它显示它们充满了这些微小的纳米颗粒，它们会改变组装状态或改变颜色。”
虽然 Gorodetsky 和他的团队确实使用了人类细胞来培养反射蛋白，但他强调，反射蛋白尚未准备好用于人类。换句话说，我们还不能利用这项技术创造隐形人或魔形女……至少现在还不能。
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