الخلايا على سطح الجنين تشبه حبات الأرز التي يمكن أن تصطف في اتجاه واحد. يُسمى هذا النظام بالنظام النيماتيكي (nematic order). ينشأ عندما تبدأ الخلايا في التصرف بتناسق، مثل سرب من الأسماك يسبح في اتجاه واحد. قام العلماء بمحاكاة هذه العملية على غلاف كروي — كما لو كان بالونًا منفوخًا مغطى بالعديد من هذه "الحبات".
عندما تصطف "الحبات"، يفقد الغلاف تماثله ويتغير شكله. إذا نشأ النظام فجأة، يتمدد الغلاف مثل الشمامة. إذا كان تدريجيًا، تظهر أربع نقاط حيث يتفرق اتجاه "الحبات"، ويصبح الشكل أكثر تعقيدًا. تلعب مرونة الغلاف دورًا رئيسيًا: فالغلاف الصلب جدًا ينتقل دائمًا بشكل تدريجي، بينما الغلاف المرن ينتقل بشكل حاد.
تشرح هذه الآلية كيف يظهر محور الجسم في الكائنات الحية دون أي إشارة خارجية. يكفي فقط أن تبدأ الخلايا على السطح في التصرف بتناسق وتشوه الغلاف قليلًا. هكذا، من كرة بسيطة من الخلايا يمكن أن ينشأ كائن بجزء أمامي وخلفي واضحين.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2603.07082
The emergence of nematic order on deformable closed surfaces plays a pivotal role in the morphogenesis of active biological matter, such as the regeneration of Hydra. In this work, we present a continuum model that couples the two-dimensional Landau-de Gennes order tensor, describing in-plane nematic ordering, with the mechanics of a mass-conserving, deformable spherical shell. By investigating the isotropic-to-nematic phase transition driven by a reduction in temperature, mimicking the natural induction of nematic order in actomyosin fibres, we perform both linear and weakly non-linear bifurcation analyses. The onset of nematic ordering spontaneously breaks spherical symmetry, yielding distinct equilibrium morphologies governed by the shell's deformability. Axisymmetric configurations, featuring two +1 defects at the poles, emerge via a discontinuous bifurcation, resulting in a globally stable prolate shape, alongside a metastable oblate shape. Non-axisymmetric configurations, featuring four +1/2 defects arranged in a square, arise via a continuous bifurcation. Shell softness drives the first-order character of the transition, while in the limit of infinite stiffness all bifurcations become continuous. Integer defects strongly couple with local mass redistribution, manifesting as shell thinning or thickening, whilst half-integer defects induce no such local deformation. These findings provide a purely mechanical framework for understanding body-axis formation and defect-mediated morphogenesis in biological vesicles.
في الهيدرا، أثناء التجدد، يتشكل جسم كامل برأس وقدم من بضع مئات من الخلايا فقط — وكل ذلك بفضل اصطفاف الخلايا على السطح في اتجاه واحد.