2023年9月27日，来自美国哈佛大学Adam E. Cohen等研究人员合作在期刊《自然》上发表了标题为“A bioelectrical phase transition patterns the first vertebrate heartbeats.”的研究成果，发现一种生物电相变形成首次脊椎动物的心跳，通俗的来说就是研究人员利用全光学电生理学捕获了斑马鱼的第一次心跳。
研究人员表示，规律的心跳对脊椎动物的生命至关重要。在成熟的心脏中，这一功能是由解剖定位的起搏器驱动的。相比之下，起搏能力在早期胚胎心脏中广泛分布，这就提出了一个问题：在胚胎发育过程中，组织尺度的活动是如何首先建立然后维持的？从单个电事件的时间尺度来看，心脏从无声到跳动的最初过渡从未被表征过，人们对早期心跳的空间和时间结构仍然知之甚少。
研究人员利用全光学电生理方法对斑马鱼第一次心跳的事件进行捕捉，并利用生物电生理学对斑马鱼心跳进行模型模拟，显示了脊椎动物中第一心跳从无到有、从异步到协调跳动的转变。并分析了围绕这一奇特事件的心脏兴奋性和传导的发展。最初的几次搏动突然出现，搏动间歇不规则，在原始心脏中连贯传播，而且发出搏动的位置因动物和时间而异。由CaV1.2驱动的动作电位上冲在不变圆分叉上的鞍节点噪声很好地描述了生物电动态。
第一次心脏跳动发生在斑马鱼胚胎发育中受精后18-22个小时。在此期间双侧心脏祖细胞聚集形成心脏，使用广泛表达的钙离子指示剂jGCaMP7f进行标记捕捉组织特异性表达。定制了琼脂糖模具可以对18个胚胎进行同时成像，可以实现跨实验组的同时记录。也用另外一种红移基因编码钙指标FR-GECO1c对心脏跳动的动态过程和时间进行了记录，捕捉斑马鱼心脏生理的早期发育过程。发现在每个胚胎中，心脏都表现出从静止到突然出现固定波形的钙离子峰。转变的时间点在受精后20.3±0.4小时，与细胞特异性品系进行共定位研究发现钙离子活性变化主要在发育中的心肌细胞中。将第一次大规模的钙离子瞬变称为斑马鱼胚胎的第一次心跳。
这项研究表明，单细胞生物电特性的渐进和基本不同步发展如何产生从静止到协调搏动的刻板和稳健的组织尺度过渡。
文章来源：
Jia, Bill Z., Qi, Yitong et al, A bioelectrical phase transition patterns the first vertebrate heartbeats.DOI: 10.1038/s41586-023-06561-z. Nature：最新IF：69.504
