来源：中科院半导体所
外婆，你为什么有这么大的耳朵？这是文学作品中最著名的问题之一，当然是小红帽在犹豫地观察着穿着外婆衣服的狼时提出。如果小红帽是个物理学家，她很可能会问：外婆，为什么你的两只耳朵完全一样长？科学家们早就意识到这个“长度问题”，但在20世纪的大部分时间里，这个问题基本上被忽视了。1998年诺贝尔物理学奖得主罗伯特·劳克林就这个话题写了一篇有趣的论文。
劳克林在《生物的临界波和长度问题》一书中指出，在很长一段时间内，在理解生物体如何调节它们的长度方面没有取得重大进展。他提出，生物可以调整自己的尺寸，一旦它们获得了这些信息，它们就可以做出相应的反应——例如，一旦这些肢体达到了它们“想要的”尺寸，它们就停止生长胳膊或腿。
萨尔兰大学的物理学家们已经接受了这些观点，并建立了一个数学模型，可以用来描述生物系统如何测量它们的长度。研究生弗雷德里克·福尔兹在他的硕士论文中解决了这个问题，现在他已经在排名很高的《物理评论E》上发表了研究结果，论文的作者包括理论量子物理学教授吉奥万娜·莫里吉、理论生物物理学教授卡斯滕·克鲁斯和克鲁斯小组的博士生卢卡斯·维特曼。
科学家们选择研究轴突作为模型系统，轴突是神经细胞(神经元)的重要组成部分。轴突是神经细胞之间的纽带，使电信号从一个神经元传递到另一个神经元。由于轴突的长度从几微米到几米不等，生物体显然必须有某种方法来控制特定轴突的生长长度。
物理学家已经成功开发出一种机制模型，可以解释有机体是如何做到这一点的。这个模型不仅解释了神经元如何决定自己的长度，还可以推广到其他生物系统。调节生物系统生长的化学信号分子行为方式如下：分子以化学波的形式在系统中传播，直到到达轴突的末端。如果这种“分子波”返回原点的频率很高，那么它所经过的生物结构就很短。如果这种循环的频率很低，那么化学物质返回的时间就会更长，相应的结构也会更大。
一个分子在细菌中传播几微米的时间比从树根到橡树树冠的时间要短，物理学家用数学模型描述了这种机制。研究人员推测，一个生物系统，比如一棵树、一个人或一个细胞，可以“测量”这些周期的频率，因此可以决定并因此控制叶子或腿的长度。其研究工作对未来各种疾病的研究，可能具有根本性的重要性，模型还可以用于电子行业，以调节不同的物理量。该模型还包含了可以描述Internet动态的元素，更广泛地说，还包括其他人工网络，这些元素很可能成为这些领域进一步发展和改进的基础。
研究/来自：萨尔大学
参考期刊《物理评论E》
来源：bdtdsj 中科院半导体所
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