从昆虫到蜘蛛，节肢动物的分段身体结构长期以来一直令生物学家着迷，因为其保守的外观和多样化的进化起源。虽然果蝇已被广泛研究，但在可比较的基因组规模上，其他节肢动物仍然知之甚少。一项新的研究改变了这一观点，通过使用先进的单细胞技术逐个捕获单个细胞的活动来揭示普通家蜘蛛的细胞分裂是如何发生的， 温热拟脂虫。
该研究由 Takanori Akaiwa 博士进行。大阪大学和大阪医药大学 JT 生物历史研究室的 Hiroki Oda 和 Yasuko Akiyama-Oda 博士。他们的研究结果发表在《通讯生物学》上。利用单核 RNA 测序（一种测量每个细胞核中转录的基因的技术），研究小组创建了蜘蛛胚胎沿前后轴（即从头到尾）分割关键阶段的详细分子图谱。
通过以单细胞分辨率研究细胞状态，或观察每个细胞水平的发育，研究人员能够观察反映重复身体部分形成的模式。这表明后来产生表皮和神经组织的外胚层细胞如何以与头部、胸部和后部区域相对应的方式排列。在实践中，他们已经证明，动态建立的基因表达模式（来自 DNA 的打开和关闭指令）可以在数千个细胞中可视化和量化。一些图案表现为特定区域的区域，另一些图案则表现为波状分裂和振荡产生的条纹，所有这些都有助于蜘蛛身体的形成。这表明，尽管节肢动物具有分段的身体，但物种之间的分子步骤存在显着差异。
该研究的关键突破之一是能够重建蜘蛛细胞的轴向排列，本质上是纯粹根据分子数据从头到尾重建身体计划。沿着该轴对齐可以实现身体部位的正确顺序。正如博士所解释的那样。 Akiyama-Oda，“仅使用单核测序数据重建轴向模式尚未在其他动物中报道。我们的主要观察结果表明，外胚层细胞的极化状态是条纹形成的基础。”这展示了蜘蛛如何为研究果蝇以外的分割提供强大的模型。
该研究还在中胚层（形成肌肉和内脏器官的层）和内胚层（产生肠道和相关组织）中发现了新的细胞状态。这些发现强调了发育过程中的细胞多样性。重要的是，该团队的分析揭示了超过两百个基因可以在数学上重建节段线模式，这一发现有助于建立胚胎发育的预测模型。预测模型是简化的表示，允许科学家测试想法并预测生物过程的结果。正如博士所指出的。 Akiyama-Oda，“这里生成的高分辨率定量单核数据为理解节肢动物分割的各种机制提供了坚实的基础，并直接与细胞过程的数学建模联系起来。”
这项研究的影响远远超出了蜘蛛的范畴。赤岩博士Oda 和 Akiyama-Oda 博士指出，通过证明可以在不依赖果蝇等现有模型的情况下生成详细的基因表达图谱或基因如何在全身活跃的图谱，他们的研究为研究动物界发育多样性的起源提供了机会。它表明，尽管结果保守，但分割是通过多种途径实现的——凸显了进化在塑造基本生命模式方面的灵活性。
