揭秘雙頭連體姐妹背后的科學(xué)

最近，美國(guó)雙頭女孩Abigail (“Abby”) Hensel和Brittany Hensel的錄像在微信里廣為傳播。她們1990年3月7日出生于美國(guó)明尼蘇達(dá)州。我第一次知道她們，是看到1996年3月25日美國(guó)《時(shí)代》周刊登出她們的故事和照片，那時(shí)她們只有六歲。

而我于1991年至1994年在哈佛大學(xué)做博士后的實(shí)驗(yàn)室，研究?jī)?nèi)容包括雙頭的蝌蚪，所以對(duì)這一現(xiàn)象的生物學(xué)問題很感興趣。必須承認(rèn)，那時(shí)沒有想到她們能長(zhǎng)這么大。事實(shí)上，她們做過多次手術(shù)。如果沒有現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，恐怕很難存活很長(zhǎng)時(shí)間。她們還于2012年讀完了大學(xué)。

她們有兩個(gè)完全分開的頭，分別控制一只手、一條腿。她們有兩個(gè)胃、一個(gè)肝、一條小腸、一條大腸，兩個(gè)心臟、但循環(huán)系統(tǒng)是相通的，三個(gè)腎臟，一套生殖器官。因此，出生時(shí)如果要分開的話，其中一個(gè)很可能立即死去。她們有不同的特長(zhǎng)和愛好，當(dāng)然合作很好，比如開車、打球。

胚胎發(fā)生過程中，怎么出現(xiàn)連體，這是科學(xué)問題，而且目前只有部分理解，并非全部理解。我給北大生物大一學(xué)生課程《生物學(xué)概念與途徑》中有一章專門講這一現(xiàn)象。

自然界連體人極為罕見(圖1)。十九世紀(jì)末實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的誕生，卻使人類在實(shí)驗(yàn)室得到連體動(dòng)物;二十世紀(jì)末分子生物學(xué)的推進(jìn)，一個(gè)學(xué)生一天可以注射特定分子制造成千的連體蝌蚪(圖1)。連體胚胎反映了什么的生物學(xué)問題?研究它有什么意義?

圖1 連體現(xiàn)象 左，連體人（華裔美籍泰人Chang and Eng Bunkers，1811-1874）； 右，連體蝌蚪（來(lái)自賓州大學(xué)Peter Klein）

發(fā)育生物學(xué)是研究一個(gè)細(xì)胞如何變成一個(gè)成體，并進(jìn)一步變化直到死亡，包括細(xì)胞分裂、分化、生長(zhǎng)、存活，組織和器官的形成和再生，個(gè)體的發(fā)育和衰老。發(fā)育生物學(xué)以前主要是研究胚胎發(fā)育，現(xiàn)在也研究超出胚胎基礎(chǔ)過程的干細(xì)胞。而常為人類關(guān)心的組織、器官再生問題，缺乏基礎(chǔ)研究的突破，有應(yīng)用價(jià)值的結(jié)果更是微乎其微。發(fā)育生物學(xué)研究方法以前為簡(jiǎn)單的切割等操作，現(xiàn)代更多用分子生物學(xué)手段，也與物理和化學(xué)交叉。

1預(yù)成論與后成論的爭(zhēng)論

動(dòng)物的胚胎如何發(fā)育，曾有預(yù)成論(preformation)與后成論(epigenesis)的長(zhǎng)期爭(zhēng)論。預(yù)成論認(rèn)為卵細(xì)胞(或精子、或受精卵)從開始就已形成了動(dòng)物的各個(gè)部分，發(fā)育只是展開已有結(jié)構(gòu);而后成論認(rèn)為受精卵并無(wú)成年的結(jié)構(gòu)，在發(fā)育過程中才逐漸形成身體結(jié)構(gòu)。

希波克拉底(Hippocrates of Cos，公元前460年-公元前370年)曾有類似預(yù)成論的觀點(diǎn)：“胚胎中所有的部分都是同時(shí)形成，所有的肢體相互分開并獨(dú)自生長(zhǎng)，無(wú)一在其他之前或之后，而是那些較大的出現(xiàn)于較小的之前，并非更早形成”。(Needham，1959)。

亞里士多德(Aristotle，公元前384年-公元前322年)將預(yù)成論與后成論作為解釋胚胎發(fā)育的兩種對(duì)立概念。在《動(dòng)物形成》一書中，他寫道：“要么所有身體部件，如心、肺、肝、眼及其它皆同時(shí)形成或逐漸形成”。亞里士多德反對(duì)預(yù)成論：“前者顯而易見是不對(duì)的，因?yàn)橛行┎考谂咛ヒ呀?jīng)清晰可見，而有些并非如此，且不是因?yàn)樗鼈兲?，比如肺比心大，但其發(fā)育出現(xiàn)晚于心……，那么這就很明顯，雖然有些東西制造部件，但非確定的物體，也不在精子中完整存在”。他支持后成論：“原則上，自然界一件東西來(lái)源于另外一件潛在可以成為最終產(chǎn)物的東西……”。

后成論的支持者包括英國(guó)的哈維(William Harvey，1578-1657)、法國(guó)的笛卡爾(Rene Descartes，1596-1650)等，預(yù)成論的支持者包括意大利的馬爾切洛·馬爾皮吉(Marcello Malpighi，1628-1694)、荷蘭的列文胡克(Antonie van Leeuwenhoek，1632-1723)、德國(guó)的萊布尼茨(Gottfried Wilhelm von Leibniz，1646-1716)等。

馬爾皮吉于1673年再啟爭(zhēng)論，到18世紀(jì)預(yù)成論被認(rèn)為定論(Meyer，1931;Needham，1959)。荷蘭顯微鏡專家尼古拉斯·哈特蘇克(Nicolaas Hartsoeker，1656-1725)設(shè)想如果在顯微鏡下可以看到精子顯示人體所有部分，可能的畫面如圖2。此圖在被誤認(rèn)為是他的觀察而非其設(shè)想的情況下廣為傳播(Hill, 1985)。如果精子有整個(gè)人體，那么發(fā)育不過是長(zhǎng)大，而無(wú)需形成新的結(jié)構(gòu)，甚至早先的人(比如傳說(shuō)的亞當(dāng)或夏娃)應(yīng)該有所有現(xiàn)代人類的個(gè)體。當(dāng)時(shí)預(yù)成論廣為接受，爭(zhēng)論不過是預(yù)成于卵子，還是精子。

圖2 想象精子中的小人 Hartsoeker 于1694年描繪如果精子中有預(yù)成的小人可能的樣子。

德國(guó)的卡斯帕爾·沃爾弗(Caspar Friedrich Wolff，1733-1794)觀察雞胚發(fā)育。他于1759年在《發(fā)生理論》的論文中重提后成論，并敘述雞胚在原本勻質(zhì)的表面逐漸形成血管。1768年他在《小腸形成》一書中描述雞胚的腸子從一片組織折疊形成，所以血管和小腸皆非預(yù)先形成，而是逐漸形成。沃爾弗的結(jié)果推翻了傳統(tǒng)的預(yù)成論(Meyer，1931;Needham，1959)。

2自分化與依賴性分化

十九世紀(jì)后期，德國(guó)科學(xué)家威罕·儒斯(Wilhelm Roux，1850-1924)區(qū)分兩種觀點(diǎn)：“不同部分的自分化”以及“不同部分的分化性相互作用”。儒斯稱自己的研究為“發(fā)育成因?qū)W”(Entwicklungsmechanik)(Sander，1991a)。以前的科學(xué)家包括他的老師恩斯特·?？藸?Ernst Haeckel，1834-1919)，對(duì)胚胎的研究依賴于觀察，在描述的基礎(chǔ)上提出理論;而德國(guó)的奧斯卡·赫特維希(Oskar Hertwig，1849-1922)、法國(guó)的勞倫特·查貝里(Laurent Chabry，1855-1893)等開始了實(shí)驗(yàn)研究(Fischer, 1990; Sander，1991a);儒斯提倡分析性實(shí)驗(yàn)，不僅要有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要思考結(jié)果、檢驗(yàn)理論(Sander，1991a;Hamburger, 1997)。他們開創(chuàng)的學(xué)科到二十世紀(jì)被稱為“實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)”(Experimental Embryology)。

儒斯選擇了重要“自分化”還是“依賴性”分化作為研究的問題，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀脙蓷惻咛ァ?888年，他發(fā)表了對(duì)蛙胚研究的結(jié)果和結(jié)論。他集中研究受精卵第一次分裂后成為的兩個(gè)細(xì)胞是自主發(fā)育，還是相互依賴。為此，他在受精卵分裂后，用加熱的針“殺死”其中一個(gè)細(xì)胞，觀察未受針刺的細(xì)胞如何發(fā)育，他觀察到剩下的細(xì)胞本身繼續(xù)分裂，發(fā)育后形成半個(gè)胚胎(圖3)，據(jù)此儒斯認(rèn)為最初兩個(gè)細(xì)胞之一的失去并不影響另外一個(gè)細(xì)胞的發(fā)育，所以兩個(gè)細(xì)胞發(fā)育是獨(dú)立的(Roux，1888)。

圖3 Roux的熱針殺死細(xì)胞實(shí)驗(yàn) 上排為示意圖，下排為Roux的結(jié)果，引自Sander，1991b。

德國(guó)的漢斯·杜里舒(Hans Driesch，1867-1941)曾于1887—1889年師從海克爾。為了驗(yàn)證儒斯的結(jié)論，杜里舒在意大利Naples海洋生物實(shí)驗(yàn)站用海膽胚胎做實(shí)驗(yàn)。此前已知搖晃海膽的受精卵可以出現(xiàn)脫落的情況，杜里舒在海膽受精卵分裂到兩個(gè)細(xì)胞的時(shí)期，搖晃海膽幾分鐘，有些海膽胚胎的兩個(gè)細(xì)胞會(huì)分開，杜里舒將它們分別培養(yǎng)，然后觀察分開的兩個(gè)細(xì)胞如何發(fā)育。與儒斯結(jié)論的預(yù)計(jì)不同，分開的兩個(gè)細(xì)胞分別形成兩個(gè)完整的，體積只有正常一半大小的胚胎。如果在卵受精后分裂兩次變成四個(gè)細(xì)胞時(shí)再搖晃，四個(gè)細(xì)胞都分別獨(dú)立形成完整的胚胎(Driesch，1891)(圖4)。這些結(jié)果顯示了“調(diào)節(jié)”現(xiàn)象：胚胎的部分可以變成整體。對(duì)調(diào)節(jié)的解釋說(shuō)明：在胚胎兩細(xì)胞期(或四細(xì)胞期)，每個(gè)細(xì)胞都具有形成完整胚胎的潛力，但它們的相互作用導(dǎo)致每個(gè)細(xì)胞在其他細(xì)胞存在的情況下分別只參與形成半個(gè)胚胎(或四分之一個(gè)胚胎)。也就是說(shuō)，細(xì)胞之間一定有相互作用。

圖4 Driesch的海膽胚胎細(xì)胞分開培養(yǎng)實(shí)驗(yàn) 左為兩細(xì)胞期分開實(shí)驗(yàn)的示意圖（自Hamburger，1988）；右為四細(xì)胞期分開的示意圖。

儒斯和杜里舒等人創(chuàng)造了發(fā)育生物學(xué)的第一個(gè)高峰。儒斯啟迪了思路、開創(chuàng)了途徑，杜里舒有更嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)和分析。儒斯未接受杜里舒結(jié)果的重要性，認(rèn)為低等的無(wú)脊椎動(dòng)物海膽所得到的結(jié)論不如脊椎動(dòng)物可靠。

1893年，德國(guó)動(dòng)物學(xué)家奧斯卡·赫特維希(Oscar Hertwig)最早試圖用絲線分開兩細(xì)胞期蛙胚的兩個(gè)細(xì)胞(constriction，結(jié)扎實(shí)驗(yàn))未能成功(Beetschen, 1996)。美國(guó)的摩爾根(1895)、意大利的赫利茲卡(1895)、德國(guó)的恩德斯 (1896)等曾有類似工作。德國(guó)的漢斯·斯佩曼(Hans Spemann, 1869-1941)在維爾茨堡大學(xué)(University of Wurzburg)隨西奧多·博韋里(Theodor Boveri)做研究生，1895年獲博士學(xué)位。斯佩曼在赫特維希、恩德斯等人的基礎(chǔ)上，在蠑螈受精卵第一次分裂后，用頭發(fā)把兩個(gè)細(xì)胞分開，結(jié)果兩個(gè)細(xì)胞分別獨(dú)立地形成完整的蝌蚪，證明脊椎動(dòng)物胚胎的細(xì)胞也有相互作用(Spemann，1901，1902，1903)(圖5左)。

圖5 斯佩曼的結(jié)扎實(shí)驗(yàn)。 左為斯佩曼于1903年獲得的結(jié)果（來(lái)源于Spemann，1903）；中上示意當(dāng)分裂的平面真好在身體左右之間，右上為中上所示切分方式的結(jié)果；中下示意分裂平面為腹背，右下為中下所示切分方式的結(jié)果（來(lái)源于Spemann，1924）。

斯佩曼發(fā)現(xiàn)結(jié)扎是否導(dǎo)致兩個(gè)完整胚胎形成取決于胚胎第一次細(xì)胞分裂的平面(圖5中和右)。如果分裂平面與胚胎未來(lái)左右相應(yīng)，分開的兩個(gè)皆完整胚胎。如果分裂平面與背腹相應(yīng)時(shí)，背側(cè)部分也可以形成一個(gè)幾乎完整的胚胎(含神經(jīng)系統(tǒng)等重要結(jié)構(gòu))，而腹側(cè)部分只能形成皮膚等結(jié)構(gòu)，但不形成完整的胚胎，說(shuō)明胚胎具有腹側(cè)和背側(cè)的不對(duì)稱性。斯佩曼認(rèn)為腹側(cè)缺乏某種“分化物質(zhì)”。這種物質(zhì)可能是器官形成或釋放所需的未組織的物質(zhì)，也可能是有組織的胚胎物質(zhì)，它具有分化為各種器官的能力，或者引導(dǎo)其它細(xì)胞分化(Spemann，1901; Hamburger，1988)。因此，這是可能包括胚胎背側(cè)含有誘導(dǎo)其他細(xì)胞分化物質(zhì)想法的雛形。

3晶狀體誘導(dǎo)

器官中不同部件優(yōu)美地配合，既是進(jìn)化的奇妙，也是發(fā)育的奧秘。不同部件是否在發(fā)育中有相互關(guān)系?例如：美妙的眼睛中，晶狀體(lens)在解剖上位于視網(wǎng)膜前特定部位，功能上調(diào)節(jié)光線準(zhǔn)確地投射到視網(wǎng)膜。那么在發(fā)育過程中，晶狀體與視網(wǎng)膜的發(fā)育前體結(jié)構(gòu)——視杯(optic cup，亦稱optic vesicle)是否相關(guān)?比如空間、時(shí)間的協(xié)調(diào)，是否有依賴關(guān)系?

1901至1912年，斯佩曼曾研究晶狀體形成，認(rèn)為在發(fā)育早期，視杯誘導(dǎo)晶狀體產(chǎn)生。支持誘導(dǎo)機(jī)理的實(shí)驗(yàn)包括：斯佩曼于二十世紀(jì)初報(bào)道在去除視杯后，晶狀體不能形成(Spemann，1901b);美國(guó)霍普金斯大學(xué)的沃倫·劉易斯(Warren Lewis, 1870-1964)發(fā)現(xiàn)將原本不形成晶狀體的外胚層移到視杯上方，可以形成晶狀體(Lewis，1904);劉易斯還發(fā)現(xiàn)將視杯移植到其他部位，導(dǎo)致新部位形成晶狀體(Lewis，1906)(圖6)。

其他研究者以及斯佩曼本人還看到有些胚胎晶狀體產(chǎn)生不依賴視杯，當(dāng)時(shí)以為有晶狀體依賴視杯和晶狀體不依賴視杯的兩類胚胎。1980年代后，視杯誘導(dǎo)晶狀體的簡(jiǎn)單方式不被認(rèn)可，而實(shí)際上更復(fù)雜(Grainger et al., 1988)。對(duì)于斯佩曼時(shí)代的胚胎學(xué)家來(lái)說(shuō)，晶狀體的研究為胚胎誘導(dǎo)的研究埋下了伏筆。

圖6 晶狀體誘導(dǎo)（來(lái)自Hamburger，1988） 上圖示晶狀體形成區(qū)域與眼杯區(qū)域的空間關(guān)系和晶狀體誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的工具； 下左示切除眼杯； 下右示眼杯切除后，晶狀體也不能形成。

4移植實(shí)驗(yàn)

兩棲類胚胎發(fā)育最初從一個(gè)受精卵，分裂到幾千個(gè)細(xì)胞皆為裂殖胚(blastula，所含的每個(gè)細(xì)胞稱為卵裂球(blastomeres)，其后為腸胚(gastrula)。在動(dòng)物極與植物極交界的附近，細(xì)胞開始內(nèi)卷(invagination)，為腸胚形成的開始。內(nèi)卷首先從背側(cè)開始，繼而側(cè)面，后在腹側(cè)，最后形成一圈，為裂殖孔(blastopore)，背側(cè)內(nèi)卷時(shí)偏動(dòng)物極的上方部位稱為“背唇”(the Dorsal Blastopore Lip，簡(jiǎn)稱the Dorsal Lip)(圖7)。

圖7 背唇 左圖為蛙發(fā)育的腸胚初期背唇照片，自Peter Klein； 右圖為Morgan（1905）示意的截面圖。

十九世紀(jì)儒斯與杜里舒等實(shí)驗(yàn)對(duì)象為裂殖胚。斯佩曼將結(jié)扎實(shí)驗(yàn)延伸到不同的胚胎發(fā)育期，發(fā)現(xiàn)一直到腸胚期，如果分開背腹部分都有差別。分離的腹側(cè)部只能形成皮膚和腹側(cè)及側(cè)面中胚層組織入血液和間充質(zhì)等。分離的背側(cè)部產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)和背側(cè)的中胚層結(jié)構(gòu)如脊索、體節(jié)，在分離時(shí)，背側(cè)部分含背唇。

儒斯和摩爾根認(rèn)為胚胎早期赤道部分對(duì)發(fā)育很重要，儒斯還認(rèn)為背唇可以產(chǎn)生背側(cè)的外胚層結(jié)構(gòu)神經(jīng)管(Roux, 1892; Morgan, 1894; Lewis, 1907)。1907年，霍普金斯大學(xué)的劉易斯將腸胚期的背唇從一個(gè)供體胚胎移植到發(fā)育更晚期的宿主胚胎，結(jié)果發(fā)現(xiàn)宿主胚胎因?yàn)橐浦捕霈F(xiàn)背側(cè)中胚層組織脊索和肌肉，及外胚層組織神經(jīng)管(圖8)。劉易斯認(rèn)為，來(lái)自供體胚胎的背唇被移植到宿主的后自主形成了中胚層和外胚層組織，因?yàn)楸炒降陌l(fā)育命運(yùn)已經(jīng)被決定了(Lewis，1907)，也就是背唇自主發(fā)育為脊索、肌肉和神經(jīng)管，其中沒有因背唇誘導(dǎo)宿主而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。

圖8 背唇移植的后果 腸胚期背唇移植到tailbud期蛙胚7天后，觀察到脊索（c）、肌肉（m）和神經(jīng)（n）組織。來(lái)自Lewis，1907。

1916年，斯佩曼利用常見蠑螈(Triturus Taeniatus)每個(gè)胚胎著色的自然差別，在兩個(gè)同種蠑螈胚胎之間進(jìn)行移植，通過著色深淺跟蹤移植的供體在宿主胚胎中的發(fā)育命運(yùn)。他發(fā)現(xiàn)腸胚期神經(jīng)前體區(qū)域如果移植到另一胚胎的表皮區(qū)域，會(huì)形成表皮，而腸胚的表皮區(qū)域移植到神經(jīng)區(qū)域會(huì)形成神經(jīng)，都不按供體原有命運(yùn)，而按被移植到的宿主區(qū)域改變了發(fā)育命運(yùn)，說(shuō)明在移植前它們的命運(yùn)沒有固定，而被新鄰居所影響后再固定(Spemann，1916，1918，1919)。

斯佩曼用蠑螈重復(fù)了劉易斯蛙的背唇移植實(shí)驗(yàn)，獲得兩根背軸。最初記錄在他1916年4月20日的筆記中(Fäler，1996)，1918年，他發(fā)表了兩根背軸分別含神經(jīng)管、脊髓的研究(圖9)(Spemann，1918)。

圖9 背唇移植導(dǎo)致第二根神經(jīng)管形成 同種蠑螈間背唇移植后，形成兩根神經(jīng)管、兩根脊索。來(lái)自Spemann（1918）

但斯佩曼與劉易斯一樣，以為供體的背唇直接成為脊索和神經(jīng)組織，而未意識(shí)到出現(xiàn)了誘導(dǎo)現(xiàn)象。斯佩曼在1918年的文章中還標(biāo)明第二根神經(jīng)管來(lái)源于移植的背唇(Spemann, 1918;Sander and Fässler，2001)(圖10)。

圖10 Spemann（1918）認(rèn)為背唇本身直接成為了脊索和神經(jīng)管。來(lái)自Sander and Fässler（2001）

令人驚訝的是，雖然劉易斯和斯佩曼都曾積極研究過晶狀體誘導(dǎo)，試圖用不同方法證明或否定晶狀體是否依賴于視杯，他們兩人皆未考慮第二軸中是否有組織因供體誘導(dǎo)宿主而產(chǎn)生。這在斯佩曼尤為突出，因?yàn)樗趧⒁姿刮恼戮拍旰蟀l(fā)重復(fù)性質(zhì)的文章，而且獲得的第二軸很漂亮。他還是與劉易斯一樣以為背唇成為脊索和神經(jīng)管。在他1918年文章中，他標(biāo)注第二根神經(jīng)管來(lái)源于背唇(圖10)(Spemann, 1918; Sander and Fässler, 2001)。斯佩曼的錯(cuò)誤來(lái)源于對(duì)背唇命運(yùn)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。1892年，儒斯的結(jié)論是“依據(jù)于三種不同的實(shí)驗(yàn)方法，背唇的外表面是神經(jīng)管的位置” (Roux, 1892; Sander, 1991c)。斯佩曼因此認(rèn)為腸胚期的背唇的深層和淺層分別成為脊索和神經(jīng)管(圖11)(Hamburger, 1988; Fäler，1996)，他稱背唇為“分化中心”(Spemann, 1918)。

圖11 背唇的發(fā)育命運(yùn) Spemann誤認(rèn)為背唇內(nèi)層的命運(yùn)為中胚層，背唇外層為外胚層(自Hamburger，1988)。

如果斯佩曼仔細(xì)分析自己在1918年發(fā)表的結(jié)果(圖12)，可以看到：神經(jīng)管來(lái)源的區(qū)域在背唇以上的區(qū)域。

圖12 神經(jīng)管的發(fā)育來(lái)源 Spemann（1918）結(jié)果顯示移植蠑螈腸胚期背唇以上的區(qū)域形成神經(jīng)管。

1919年海德堡大學(xué)的漢斯·彼得森(Hans Petersen)在讀到斯佩曼(1918)后，去信斯佩曼指出背唇的表層也應(yīng)該是中胚層(脊索、體節(jié))，而不形成神經(jīng)管(Spemann, 1921; Hamburger，1988;Sander and Fässler，2001)，因此斯佩曼決定要研究背唇移植后導(dǎo)致的第二根背軸中脊索和神經(jīng)管到底是來(lái)自移植供體，還是宿主。斯佩曼于1916和1918年報(bào)道的移植是在同種胚胎之間，依賴供體和宿主同種的兩個(gè)個(gè)體之間自然的色素差異，在分析時(shí)不太容易區(qū)分。為了確切區(qū)分背唇的命運(yùn)，需要在顏色不同的不同種胚胎之間做背唇移植。1896年，德國(guó)猶太科學(xué)家古斯塔夫·伯恩(Gustav Born, 1852-1900)首先在異種胚胎間移植，他從一種蛙胚切下一塊移植到另一胚胎上形成嵌合胚胎(chimera)。1898年，美國(guó)霍普金斯大學(xué)的羅斯·哈里森(Ross Harrison, 1870-1959)用同樣的方法在不同種、不同色素的蛙之間進(jìn)行過胚胎組織的移植，可以在移植后發(fā)育成的蝌蚪中區(qū)分來(lái)源于供體和宿主的組織。斯佩曼于1916年做同種移植(homeoplastic transplantation)，1917年開始做異種移植(heteroplastic transplantation)。斯佩曼用不同顏色的蠑螈之間進(jìn)行移植，他常用色淺的Triturus cristatus和色深的Triturus taeniatus(或Triturus alpestris)，以便區(qū)分供體和宿主來(lái)源的胚胎組織。

希爾德·曼戈?duì)柕?Hilde Mangold, 1898-1924)上大學(xué)主修自然科學(xué)，她在法蘭克福大學(xué)聽斯佩曼的學(xué)術(shù)報(bào)告后要求轉(zhuǎn)學(xué)到斯佩曼所在的弗賴堡大學(xué)，1920年進(jìn)斯佩曼實(shí)驗(yàn)室做研究生(Fässler and Sander，1996)。斯佩曼給她的第一個(gè)課題是研究水螅(hydra)，但實(shí)驗(yàn)遇到問題，斯佩曼也不能解決，再給她的課題是斯佩曼自己做過、所以技術(shù)上應(yīng)該沒有問題：背唇移植。將來(lái)源于色淺的T. cristatus的背唇移植到色深的T. taeniatus(或T alpestris)。

在曼戈?duì)柕律形撮_始移植實(shí)驗(yàn)的1921年1月，斯佩曼單獨(dú)提交的文章寫道：“也許整個(gè)移植的背唇屬于…內(nèi)中胚層…如果這樣的話，從T. taeniatus胚胎來(lái)的背唇移植到T. cristatus宿主后，(中胚層的)脊索和體節(jié)應(yīng)該屬于前者，而(外胚層)的神經(jīng)板屬于后者”(Spemann，1921;Sander and Fässler，2001)。

很可能是在初稿提交后曼戈?duì)柕碌囊浦矊?shí)驗(yàn)開始有了結(jié)果，斯佩曼將曼戈?duì)柕碌囊粋€(gè)結(jié)果于1921年5月作為后記補(bǔ)錄在斯佩曼(1921)論文中(Spemann， 1921;Sander and Fässler，2001)。曼戈?duì)柕聦⑸珳\的T. cristatus腸胚期背唇移植到色深的 T. taeniatus腸胚側(cè)面，觀察到第二個(gè)背軸產(chǎn)生。1921年，斯佩曼用了組織者(organizer)一詞描述背唇：在它正常存在或者移植到的部位，對(duì)未分化材料創(chuàng)造一定方向和程度的“組織場(chǎng)”(Spemann，1921;Hamburger，1988)。

5胚胎誘導(dǎo)與組織者

1921年和1922年，曼戈?duì)柕掠涗浟?59次移植實(shí)驗(yàn)，其中28個(gè)宿主胚胎出現(xiàn)第二背軸，當(dāng)時(shí)培養(yǎng)胚胎的溶液欠佳，也無(wú)抗生素，所以胚胎在手術(shù)后的成活率不高。希爾德于1923年曾與丈夫曼戈?duì)柕潞献髯鲆浦矊?shí)驗(yàn)(217個(gè)宿主，其中17個(gè)有第二背軸)，斯佩曼沒選曼戈?duì)柕路驄D合作獲得的結(jié)果(Fässler and Sander，1996)。

1924年，斯佩曼和曼戈?duì)柕掳l(fā)表合作的文章，斯佩曼選擇詳細(xì)分析了曼戈?duì)柕芦@得的六個(gè)胚胎移植的結(jié)果(Spemann and Mangold，1924)。文章首先指出蠑螈腸胚化開始時(shí)，不同部位的決定性不同，通過移植可以檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有些組織移植到其他部位后，其發(fā)育命運(yùn)可以改變，這些工作斯佩曼于1918年和1921年已報(bào)道，1922年、1923年得到曼戈?duì)柕碌尿?yàn)證和推廣。然后，他們指出，斯佩曼(1918)發(fā)現(xiàn)背唇很不一樣，移植到形成上皮的地方，背唇繼續(xù)按自己確定的命運(yùn)發(fā)育，而移植后的區(qū)域出現(xiàn)第二個(gè)胚胎原基，含神經(jīng)管、脊索和體節(jié)。劉易斯(1907)有類似的發(fā)現(xiàn)，只是用腸胚后期的背唇移植到更老一些的胚胎其他部位，觀察到它發(fā)育為神經(jīng)組織和體節(jié)。

斯佩曼和曼戈?duì)柕绿岢霭l(fā)育命運(yùn)確定在先的區(qū)域可以決定其他尚未確定命運(yùn)區(qū)域的發(fā)育。他們用的例子是胚胎旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。蛙卵細(xì)胞有極性，著色深、較輕的為動(dòng)物極，著色淺、較重的為植物極(圖15)，這一極性維持到胚胎發(fā)育過程中，精子從動(dòng)物極進(jìn)入卵細(xì)胞，動(dòng)物半球主要貢獻(xiàn)于外胚層和中胚層，植物半球主要貢獻(xiàn)于內(nèi)胚層。1918年，斯佩曼的研究中曾將腸胚的動(dòng)物極半球、植物半球分開，然后180度或90度旋轉(zhuǎn)后再重合，結(jié)果認(rèn)為植物極影響動(dòng)物極的發(fā)育。由此，他們用了“組織中心”(organization center)的概念：胚胎中先決定的區(qū)域，再送出一定方向和一定量的決定性影響。

他們認(rèn)為，雖然斯佩曼(1918)發(fā)現(xiàn)了胚胎不同區(qū)域的決定性不同，但當(dāng)時(shí)只在同種胚胎之間進(jìn)行移植，不易區(qū)分移植的供體與宿主，而異種移植更好，比如將T. cristatus胚胎中確定的區(qū)域移植到 T. taeniatus(或T. alpestris)胚胎中未定區(qū)域。文章描述的六個(gè)移植為1921年的Um8b，和1922年Um25b、Um214、Um131b、Um83b、Um132b。文章只在討論Um25時(shí)有文字介紹、而未顯示Um214的圖片，而多個(gè)圖片顯示了其他每個(gè)移植胚胎在多個(gè)部位的切片。

Um8b第二根神經(jīng)管中很長(zhǎng)部分來(lái)源于宿主，但有相當(dāng)部分來(lái)源于供體，脊索來(lái)自供體;Um25b第二根神經(jīng)管完全來(lái)自于宿主，而脊索完全來(lái)源于供體;Um214b的第二根神經(jīng)管也完全來(lái)自于宿主，而脊索完全來(lái)源于供體;Um131b的第二根神經(jīng)管多來(lái)自宿主、少數(shù)部位細(xì)胞來(lái)自供體，脊索和體節(jié)來(lái)自供體;Um83b的第二根神經(jīng)管來(lái)自宿主，體節(jié)多數(shù)細(xì)胞來(lái)自宿主，脊索和部分體節(jié)來(lái)自供體;Um132b第二根神經(jīng)管多數(shù)來(lái)自宿主(后2/3部分少數(shù)細(xì)胞來(lái)自供體，皆在神經(jīng)管的底板)，脊索與部分體節(jié)來(lái)自供體(圖13)?？赡苁且?yàn)閁m25b的兩張組織切片的圖不特別好看，所以一般教科書不太用這一最能突出神經(jīng)管可能由脊索誘導(dǎo)產(chǎn)生的例子，而常用Um132b為例，Um132的第二根神經(jīng)管比較長(zhǎng)，其胚胎在體外培養(yǎng)的時(shí)期也較長(zhǎng)。

圖13 Um132b第二根神經(jīng)管的發(fā)育來(lái)源

左，曼戈?duì)柕略L圖，胚胎左邊色深的第一根神經(jīng)管和脊索、體節(jié)皆來(lái)源于宿主；右邊第二根神經(jīng)管的大部分細(xì)胞來(lái)自宿主，脊索來(lái)自供體，體節(jié)的部分細(xì)胞來(lái)自供體(自Spemann and Mangold, 1924)。

右，后人拍攝曼戈?duì)柕铝粝耈m132b原切片中第二根神經(jīng)管及其附近結(jié)構(gòu)的照片。第二根神經(jīng)管在照片部分看來(lái)全是宿主細(xì)胞、無(wú)供體細(xì)胞，脊索全是供體細(xì)胞，體節(jié)有宿主和供體細(xì)胞(自Fässler & Sander, 1996)。

在討論中，斯佩曼和曼戈?duì)柕孪日劻艘浦驳姆较?、背唇的具體位置、發(fā)育期、第二原基內(nèi)涵等。在機(jī)理討論部分，他們明確提出肯定出現(xiàn)了誘導(dǎo)，但不清楚發(fā)生的確切的時(shí)間，是否直接誘導(dǎo)，于是提出兩種可能：1)移植供體本身產(chǎn)生少量神經(jīng)組織并存在于外胚層表面(如Um8b所見)，而這些神經(jīng)組織誘導(dǎo)宿主的細(xì)胞成為神經(jīng)組織;2)中胚層誘導(dǎo)神經(jīng)組織產(chǎn)生。他們當(dāng)時(shí)的結(jié)果不能確定哪種解釋為正確，提出了一些可能的實(shí)驗(yàn)。他們還定義和討論了組織者的概念。

什么是組織者、組織者如何起作用可能在今天還有爭(zhēng)論，而誘導(dǎo)為后來(lái)很多實(shí)驗(yàn)所證明，并不限于胚胎，也不限于發(fā)育，是細(xì)胞之間相互作用的一種范式。

6余音繚繞

沃爾瑟·沃格特(Walther Vogt, 1888-1941)從1920年代初開始用染料跟蹤胚胎細(xì)胞的命運(yùn)(1923)，并于1925和1929年發(fā)表蛙胚的命運(yùn)圖(fate map)(Vogt, 1929)(圖14)。他的圖譜清楚地顯示背唇本身只成為中胚層，斯佩曼以前以為背唇深層和淺層不同命運(yùn)，淺層成為神經(jīng)胚層的想法肯定不對(duì)。

圖14 Vogt的命運(yùn)圖譜

左，裂殖胚或腸胚早期多處放置活體染料；

中，同左的胚胎到蝌蚪期，觀察染料著色的區(qū)域成為何種組織、器官；

右，總結(jié)背唇的命運(yùn)為中胚層，而不貢獻(xiàn)于神經(jīng)板(自Vogt, 1929）。

斯佩曼的研究生約翰內(nèi)斯·霍爾特弗雷特(Johannes Holtfreter, 1901-1992)，曼戈?duì)柕碌韧七M(jìn)了神經(jīng)誘導(dǎo)的研究，包括誘導(dǎo)的區(qū)域性，建立體外誘導(dǎo)模型等。霍爾特弗雷特實(shí)驗(yàn)室的中國(guó)留學(xué)生莊孝惠研究了宿主胚胎不同區(qū)域?qū)ν庠葱哉T導(dǎo)物的反應(yīng)(Hamburger et al., 1988)。

1919至1924年斯佩曼沒做實(shí)驗(yàn)，1925年重回實(shí)驗(yàn)第一線，1929年開始用不同方法“破壞”背唇的結(jié)構(gòu)(切、壓、加熱、冷凍、干燥)，觀察經(jīng)過這些處理后，背唇是否還有誘導(dǎo)的活性(Hamburger, 1988)，結(jié)果多為陰性?；魻柼馗ダ滋仉x開斯佩曼實(shí)驗(yàn)室后獨(dú)立做過類似的研究，他改進(jìn)了培養(yǎng)液，大大提高了胚胎的存活率，他發(fā)現(xiàn)多種方法處理后的背唇仍然有神經(jīng)誘導(dǎo)的活性。1932年，斯佩曼與三個(gè)學(xué)生合作發(fā)表了一篇論文，四人分別寫一段(Bautzmann et al., 1932)，其中霍爾特弗雷特一人做過130個(gè)胚胎，其他人做過少量的胚胎。赫爾曼·鮑特茲曼(Hermann Bautzmann)觀察到背唇加溫到60度處理5到10分鐘后，還可能有神經(jīng)誘導(dǎo)活性;霍爾特弗雷特發(fā)現(xiàn)背唇在60度干燥、100度加溫、冷凍后，仍有神經(jīng)誘導(dǎo)活性;斯佩曼發(fā)現(xiàn)背唇用96%的酒精處理3分鐘后，仍有誘導(dǎo)活性，不過他只有一例胚胎;曼戈?duì)柕孪Ｍ凑T導(dǎo)物質(zhì)是否可彌散，將背唇附著于瓊脂，干燥后將瓊脂轉(zhuǎn)到胚胎，檢驗(yàn)其誘導(dǎo)性。鮑特茲曼等(1932)證明無(wú)需活著的背唇組織或細(xì)胞就可能有誘導(dǎo)活性，被認(rèn)為開啟了胚胎誘導(dǎo)分子的研究。

斯佩曼的研究生埃爾斯·魏赫梅爾(Else Wehmeier)與化學(xué)家費(fèi)舍爾合作，試圖用丙酮、乙醇、乙醚等提取背唇的神經(jīng)誘導(dǎo)物質(zhì)(Fischer and Wehmeier，1933)。劍橋大學(xué)的李約瑟(Joseph Needham，1900-1995)、多蘿西·尼達(dá)姆(Dorothy Needham, 1896-1987)和康拉德·沃丁頓(Conrad Waddington, 1905-1975)研究蠑螈提取物的誘導(dǎo)活性(Waddington et al., 1933; Needham et al., 1934)。但是在這股生化胚胎學(xué)(biochemical embryology)的熱潮中，并未得到誘導(dǎo)的分子。

圖15 裂殖胚 著色深的動(dòng)物極，淺的植物極(自Peter Klein)。

1940年代至1970年代的三十年為胚胎發(fā)育研究的寒冷期。其中最重要的是荷蘭烏特勒支大學(xué)的Pieter Nieuwkoop于1969年發(fā)現(xiàn)中胚層為內(nèi)胚層誘導(dǎo)所產(chǎn)生。Nieuwkoop將裂殖胚從動(dòng)物極到植物極分成幾個(gè)部分，發(fā)現(xiàn)雖然動(dòng)物極單獨(dú)不能形成中胚層，但它如果與植物極共同培養(yǎng)，可以形成中胚層(Nieukwoop，1969a, 1969b, 1970)。進(jìn)一步通過同位素標(biāo)記區(qū)分供體和宿主證明在植物極與動(dòng)物極共培養(yǎng)時(shí)，中胚層來(lái)自動(dòng)物極，所以是植物極誘導(dǎo)動(dòng)物極產(chǎn)生中胚層(Nieukwoop and Ubbels，1972)。在正常發(fā)育過程中，中胚層之所以在動(dòng)物極和植物極之間產(chǎn)生，是因?yàn)橹参飿O發(fā)出信號(hào)誘導(dǎo)動(dòng)物極和植物極之間的結(jié)構(gòu)(摩爾根時(shí)代稱赤道區(qū)，后稱邊緣區(qū))形成中胚層。

由于背唇神經(jīng)誘導(dǎo)曾被質(zhì)問(Jacobson, 1982, 1983)，英國(guó)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室于1983年將辣根過氧化酶(horseradish peroxidase，HRP)注射到供體胚胎，在腸胚早期獲得背唇，移植到同期宿主的腹側(cè)，觀察到第二根背軸，其中HRP只存在于脊索中，而神經(jīng)管完全來(lái)源于宿主(Smith and Slack，1983;Gimlich and Cooke，1983)，從而回答了質(zhì)疑、再次證實(shí)了1924年的結(jié)論。

腸胚期胚胎的腹背軸已經(jīng)形成，因此腸胚背唇移植導(dǎo)致背軸形成的實(shí)驗(yàn)需要在胚胎更早期進(jìn)行研究。美國(guó)伯克利加州大學(xué)的約翰·格哈特(John Gerhart)實(shí)驗(yàn)室在64細(xì)胞期做移植實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)植物半球背側(cè)的單個(gè)細(xì)胞如果移植到宿主胚胎的腹側(cè)，可以誘導(dǎo)第二背軸產(chǎn)生(Gimlich and Gerhart，1984)。實(shí)際上，腹背軸的形成可以推早到受精：在受精前，卵細(xì)胞無(wú)腹背差別，而精子進(jìn)入導(dǎo)致卵細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞骨架變化，引起一系列變化，致使精子進(jìn)入一側(cè)為將來(lái)胚胎的腹側(cè)(Gerhart et al., 1989)。所以，背唇移植實(shí)驗(yàn)延伸出中胚層誘導(dǎo)，腹背軸形成等多個(gè)重要問題的研究。

7分子時(shí)代

20世紀(jì)30年代，科學(xué)家沒找到胚胎誘導(dǎo)的相關(guān)分子;70年代，以重組DNA為代表的新技術(shù)導(dǎo)致分子生物學(xué)在生物醫(yī)學(xué)多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用;80至90年代，不同的方法幫助科學(xué)家找到了中胚層誘導(dǎo)、背軸誘導(dǎo)和神經(jīng)誘導(dǎo)的分子，并對(duì)神經(jīng)誘導(dǎo)的機(jī)理有新的理解。

因?yàn)榕咛ブ参飿O有誘導(dǎo)中胚層的活性，哈佛大學(xué)的道格拉斯·梅爾頓(Douglas Melton)通過mRNA差異性分布，找到非洲爪蟾卵細(xì)胞動(dòng)物極和植物極分別特有(或富集)的mRNA(Rebagliati et al., 1985)，其中植物極特有的Vg-1編碼蛋白質(zhì)為轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)家族的成員(Weeks and Melton，1987)(圖16)。

圖16 Vg-1的mRNA分布富集于植物極(自Rebagliati et al.,1985)

美國(guó)舊金山加州大學(xué)(UCSF)的基梅爾曼和基施納用裂殖胚的動(dòng)物極部分(所謂“動(dòng)物帽”，animal cap)體外培養(yǎng)作為檢測(cè)方法，篩查當(dāng)時(shí)已知生長(zhǎng)因子的誘導(dǎo)活性。動(dòng)物帽單獨(dú)培養(yǎng)只形成皮膚，而培養(yǎng)時(shí)如果存在成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)，可以出現(xiàn)中胚層(特別是腹側(cè)和側(cè)面的中胚層組織)(Kimelman and Kirschner，1987)。英國(guó)的吉姆·史密斯(Jim Smith)發(fā)現(xiàn)爪蟾體外培養(yǎng)細(xì)胞系的分泌物有中胚層誘導(dǎo)活性(Smith, 1987)，以后被證明為Activin、也是TGF-β家族成員。Activin的作用有劑量依賴性，低劑量誘導(dǎo)腹側(cè)、側(cè)面中胚層，高劑量誘導(dǎo)背側(cè)中胚層(如背唇、或其衍化的脊索)。TGF-β家族的骨形成蛋白(BMP，bone morphogenetic protein)可以誘導(dǎo)腹側(cè)中胚層產(chǎn)生。

一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)開啟了對(duì)背軸形成分子機(jī)理的理解。研究癌基因的英裔美國(guó)分子生物學(xué)家安德魯·麥克馬洪(Andrew McMahon)與研究蛙胚的蘭德爾·穆恩(Randall Moon)合作，將認(rèn)為在老鼠過高或者異位表達(dá)導(dǎo)致乳腺癌的int-1基因所轉(zhuǎn)錄的mRNA注射到爪蟾受精卵，結(jié)果胚胎形成兩個(gè)背軸 (McMahan and Moon，1989)，這一意外的發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是“分裂”了組織者，其后認(rèn)為是激活了背軸形成的通路。從研究病毒導(dǎo)致老鼠癌癥發(fā)現(xiàn)的int-1與從研究果蠅翅膀形成發(fā)現(xiàn)的無(wú)翅基因組成Wnt家族，產(chǎn)生分泌型蛋白，Wnt不同成員通過作用于其受體及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子參與多個(gè)生物學(xué)過程。它們?cè)谕芘咧?，參與背軸形成，但尚待確定胚胎內(nèi)從哪一步開始用Wnt信號(hào)通路。1992年，伯克利加州大學(xué)的英裔美國(guó)科學(xué)家理查德·哈蘭德(Richard Harland)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)表達(dá)于背唇的Noggin基因，編碼分泌型蛋白質(zhì)也能誘導(dǎo)背軸(Smith and Harland，1992)。

1993年，哈蘭德實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)Noggin有神經(jīng)誘導(dǎo)的活性(Lamb et al., 1993)。1994年，洛杉磯加州大學(xué)的阿根廷裔美國(guó)科學(xué)家德·羅伯提斯(De Robertis)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)背唇表達(dá)Chordin,也編碼有神經(jīng)誘導(dǎo)活性的分泌型蛋白質(zhì)(Sasai et al., 1994)(圖17)。

圖17 背唇表達(dá)的Chordin (自Sasai et al.,1994)。

梅爾頓實(shí)驗(yàn)室的伊朗庫(kù)爾德裔Ali Hemmati-Brivanlou在研究Activin參與中胚層誘導(dǎo)的過程中，用Activin受體制造的抑制分子阻止中胚層形成時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)沒有中胚層仍可出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)，從而提出神經(jīng)胚層的誘導(dǎo)在分子機(jī)理上是去抑制：胚胎內(nèi)存在抑制神經(jīng)胚層形成的分子，而如果抑制這些抑制性分子就可以“誘導(dǎo)”神經(jīng)發(fā)生(Hemmati-Brivanlou and Melton, 1994)。抑制分子可能是BMP，而Noggin和Chordin等蛋白質(zhì)可以直接結(jié)合BMP，并抑制BMP的活性(Piccolo et al., 1996;Zimmerman et al., 1996)。

8總結(jié)

預(yù)成論與后成論的古老爭(zhēng)論，在實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)興起后，刺激了人們感興趣研究早期細(xì)胞發(fā)育是完全獨(dú)立自主、還是相互作用。

斯佩曼和曼戈?duì)柕?1924)的研究，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類似于劉易斯(1907)。斯佩曼曾于1916年、1918年重復(fù)劉易斯的工作并沿用其理解，而皮特森于1919年向斯佩曼提出以前對(duì)背唇自分化命運(yùn)的理解可能有問題，加上概念上曾有斯佩曼和劉易斯等在二十世紀(jì)初研究晶狀體可能被誘導(dǎo)產(chǎn)生的鋪墊，導(dǎo)致斯佩曼決定采用伯恩(1896)和哈里森(1898)的方法，通過異種胚胎間移植確切地分清移植提供的背唇自身變成神經(jīng)管，還是誘導(dǎo)宿主胚胎組織產(chǎn)生神經(jīng)管，最終斯佩曼指導(dǎo)曼戈?duì)柕碌膶?shí)驗(yàn)獲得結(jié)果提示神經(jīng)管為背唇誘導(dǎo)所產(chǎn)生。

胚胎誘導(dǎo)的概念，不僅成為核心問題之一主導(dǎo)幾十年的發(fā)育生物學(xué)研究，也影響了人們思考細(xì)胞相互作用所參與的其他生物學(xué)過程，但20世紀(jì)30年代研究胚胎誘導(dǎo)的分子機(jī)理遭遇技術(shù)困難，直到上世紀(jì)80、90年代才獲突破。

在實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)研究過程中多次發(fā)現(xiàn)不同方法可以產(chǎn)生連體胚胎，包括結(jié)扎實(shí)驗(yàn)、背唇移植實(shí)驗(yàn)、早期裂殖胚細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)、Wnt家族分子注射、以及本文未討論的BMP受體抑制劑注射。這些研究幫助我們理解基本的發(fā)育生物學(xué)機(jī)理，但是，迄今并不清楚連體人的發(fā)生原因。

圖18 Han Spemann與Hilde Mangold 左，1935年12月10日諾貝爾獎(jiǎng)合影：物理得獎(jiǎng)?wù)呔永锓蛉说呐畠篒rène Juliot-Curie、女婿Frédéric Joliot，生理學(xué)獲獎(jiǎng)?wù)逽pemann；右，Hilde Mangold與幼子。

參考文獻(xiàn)

注1：預(yù)成論與后成論部分參考了作者研究生論文：

Rao Y (1991) Molecular and genetic analyses of cellular communication in Drosophila neurogenesis. University of California, San Francisco, California.

注2：對(duì)于依賴性分化和自主分化，摩爾根總結(jié)為：“分裂的卵之不同部分協(xié)同工作、既相互作用形成結(jié)果，或分裂導(dǎo)致卵的一部分與另一部分分開而獨(dú)立發(fā)育?”(Morgan, 1897)。依賴性和自主分化也對(duì)應(yīng)于當(dāng)時(shí)所謂調(diào)節(jié)性(regulatory)發(fā)育和鑲嵌性(mosaic)發(fā)育，調(diào)節(jié)性意味著早期的細(xì)胞的命運(yùn)并未固定、可以變化，鑲嵌性意味著胚胎早期特定的前體細(xì)胞(或區(qū)域)能、也只能發(fā)育為成體特定的細(xì)胞(或組織)。現(xiàn)代的術(shù)語(yǔ)歸納為：外源性(extrinsic)因素和內(nèi)源性(intrinsic)因素在胚胎細(xì)胞發(fā)育過程中起作用。

注3： 德文entwicklungsmechanik英譯常為developmental mechanics、中譯“發(fā)育力學(xué)”，但Sander認(rèn)為Roux用mechanik應(yīng)該是取康德的理解，為“自然的因果”(Sander，1991a)，本文采納此說(shuō)而譯為“發(fā)育成因?qū)W”。

注4：胚胎和解剖學(xué)家Gustav Jacob Born為物理學(xué)家Max Born(1882-1970)之父。

注5：華盛頓大學(xué)的德裔美國(guó)科學(xué)家Viktor Hamburger于1988年很好地總結(jié)了Spemann的工作，但未提到Spemann and Mangold(1924)原文引用的Lewis(1907)。

注6：Hilde Mangold(圖18右)于1921年23歲生日當(dāng)天與Otto Mangold結(jié)婚，1923年2月提交研究生論文，其后與Otto合作做過更多實(shí)驗(yàn)，包括懷孕期間，實(shí)驗(yàn)記錄于1923年12月兒子出生后停止。不幸的是，1924年9月她在丈夫的農(nóng)村老家因使用酒精爐為兒子準(zhǔn)備食物，酒精外溢燒傷過重而去世(Fässlerand Sander，1996)，她的獨(dú)子在二戰(zhàn)中去世，丈夫Otto Mangold曾接任Spemann的職位，但二戰(zhàn)后作為納粹支持者被冷藏。

注7：Spemann不僅以自己的發(fā)現(xiàn)，而且通過一批學(xué)生(包括移民美國(guó)的Holtfretter和Hamburger)，推動(dòng)了歐洲和美國(guó)的發(fā)育生物學(xué)研究。他于1935年獲諾貝爾獎(jiǎng)(圖18)，1941年去世。

注8：李約瑟轉(zhuǎn)行研究中國(guó)科技，最終與一些華人和非華裔學(xué)者合作寫出Science and Civilization in China。

注9：Waddington于1942年從原意為后成論的epigenesis衍生出epigenetics一詞，當(dāng)時(shí)他定義為“研究基因與其產(chǎn)物相互作用，導(dǎo)致表型產(chǎn)生的學(xué)科分支”，但基本涵義為發(fā)育，例如他于1952年出版《鳥的epigenetics》一書敘述雞的胚胎發(fā)育過程、而非遺傳學(xué)。Epigenetics經(jīng)幾重轉(zhuǎn)用后成為今天的熱門詞匯“表觀遺傳學(xué)”。

注10，在UCLA做博士后期間發(fā)表Sasai et al., 1994的第一作者，是日本科學(xué)家笹井芳樹(Yoshiki Sasai)，于2014年因?yàn)槠浜献髡咝”７角缱?Haruko Obokata)被懷疑干細(xì)胞研究造假，而自盡。

標(biāo)簽： 揭秘雙頭連體姐妹背后的科學(xué)