微管的‘踏车’运动是细胞质膜上微管实现平移的主要方式，依靠微管前端的聚合生长与后端的解聚缩短协调完成。尽管这一现象早已被观察到，但其与微管集体有序化的关系长期未被重视。南京大学马余强教授课题组近期在《美国国家科学院院刊》（PNAS, 2010, 107:11709）发表的研究，首次系统揭示了踏车运动在微管有序化过程中的关键作用。

早在1962年，科学家通过显微镜发现植物细胞皮层存在高度有序排列的微管网络，这种结构对细胞形态发生具有重要影响。然而，微管如何自发形成这种有序结构一直是细胞生物学中的难题。利用实时荧光显微技术，研究团队观察到微管在质膜上的踏车运动过程中会发生“交通事故”——即微管之间的碰撞。

南京大学物理学院博士施夏清与导师马余强通过深入研究发现，微管碰撞会导致碰撞处微管前端生长停止，而后端继续解聚，促使碰撞微管逐渐消失，最终剩余的微管呈现高度整齐的排列。这种机制有效降低了“交通事故”的发生率，实现了微管的集体有序化。

此外，细胞能够通过分子信号调控踏车运动的速度和长度，动态调整微管网络的‘交通状况’，从而诱导微管系统在有序与无序状态间转变。研究团队通过建立理论模型和计算机模拟，重现了微管系统的动态行为，揭示了系统进入完全有序状态的条件，并指出有序-无序转变既可能是连续的，也可能是突发的非连续相变。

这项研究不仅丰富了我们对细胞骨架自组织机制的理解，也为揭示细胞内微管网络的微观调控提供了重要理论基础，对细胞形态发生和功能调控具有深远意义。

（来源：南京大学）