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分化之舞
作者:舍温·努兰

舍温·努兰

2009-04-22 15:43:55

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     打从受精的那一刻起,胚胎的发展就呈现一幅生机勃勃的景象,人类生理学仿佛因创造新生命而进发出无比的活力,而每一发展细节都受到严密的监控和保护,因此,即使是在诱发和刺激下发生的,看来也像是完全自动进行的。在思索这些奇迹般的事件时,即使冷静如实验室研究人员,也不得不和千年前的古人一样目瞪口呆,对大自然种种神奇的力量感到惊异。

 

     第一次在动物身上看到胚胎发育过程的人,必然觉得不可思议。然而这个奇异的过程还是肇因于细胞。过去几年来,我们才慢慢明了细胞的活动,进而开始研究到底是什么样的化学讯息告诉受精卵变成小孩的。至于那无以数计的细胞是如何精确地执行任务,接着分化成不同的器官和组织,这个未知领域的探索可说是最令人期待的。

 

     有一个基本原则可以解释细胞分化:这是由特别的基因表现造成的。从同一个受精卵分化出来的细胞都有着一模一样的基因。在发展的过程中,特定基因的活化和抑制会产生结构不同、功能迥异的细胞,再执行胚胎发育时所需担任的工作。

 

     细胞的归类和安排这种种复杂的状况发生在胚胎生命的各个时期。化学信号告诉细胞,它的位置如何,和其他细胞又有何关系,以及如何分工,形成不同的组织和器官。生物学家就用模式形成(Pattern formation)这个专有名词来表示许多组织分化的机制。

 

     模式形成的第一要素甚至在受精之前就已经发生了,亦即在卵细胞分化成卵子的过程中,卵子本身的成熟,细胞器官和蛋白质的分配,以及RNA分子如何被转录至细胞质等等。受精卵开始进行分裂后,每一个新细胞都有全然不同的细胞质,因此每一个细胞都是独特的。每个细胞不但有特定的位置,并从卵子细胞质接受不同的任务信息,以得知自己要创造出什么样的组织。

 

     在一群细胞形成后,它们和其他群体也会产生交互作用。某个细胞群的作用可能在制造荷尔蒙或其他分子物质,以促使旁边的细胞群工作,例如转移到其他部位或是合成一种新的蛋白质。这种化学以及生理的互动就叫做胚胎诱导(embryonicinduction),也就是一个细胞群对其他细胞群的影响。

 

     每一部分都有助于整体的成长,但并非一直在生产线上。有些组织只有在胚胎发育的某一个时间才需要,若继续出现只会妨碍未来的发展。这些组织就经由基因控制的步骤,即细胞程序死亡(progrsmmed cell deat)来去除。这种程序死亡和胚胎的生命发展一样,都在染色体当中。举例来说,人类的手脚一开始形成时是像蹼一样的结构,里面有许多放射状蛋白质。经过一段时间,射线之间的组织就死亡了,只留下手指和脚趾。万一这个过程出了差错,胎儿的手脚变成群状,就得用整形手术来完成染色体尚未完成的工作。

 

     因此,细胞会回应接受到的化学信号,告诉自己分化成胚胎发育所需的不同部位,之后就和其他细胞群团结起来形成特定的结构,且在胚胎成长的某一阶段发生。就男女生成这个复杂的分化之舞而言,是由基因组控制的。基因组不只命令制造何种蛋白质,同时也决定生成的时机和次序。

 

     胚胎或成人身体所有的细胞都有一组至少38个主要调节基因,在胚胎发育的最早期,这些基因的功用就在为身体的结构布局。因此,我们的基因导就决定头部会在躯干之上形成。

 

     而胚胎的发展之所以会如此,是因其中的细胞分成3层,身体所有的组织就从这3层生成,从外到内,分别是外胚层(ectoderm)、中胚层(mesoderm)和内胚层(endoderm),每一层都会各自分化成无数的细胞,形成特别的组织和器官。

 

     外胚层将发育成表皮和表皮组织,如指甲、毛发、皮脂。神经系统、眼耳等外感觉器官以及口腔和肛门粘膜等;一中胚层会在日后生成结缔组织、骨、软骨、肌肉、皮肤、血液、血管、淋巴管、淋巴组织、脊索、胸膜上皮、心包膜、腹膜、肾脏及生殖器官等,而内胚层则会演变成呼吸、排尿和消化系统的内层。因此,这最原始的三层将移动、扭曲、旋转、滑行。叠起、弯曲、加长、分支、融合、分裂、增厚、变薄、扩张。收缩、凹陷、成为袋状、狭缩、粘附、分开……上亿个细胞于焉形成,不断地舞动,最后走到定位变成各种组织和器官。而这曲生命之舞的编舞者就是掌控蛋白质分子合成的基因。就组织的分化而言,早在第4周就可见一个隆凸的结构,此结构将变成心脏。我们不会错认,因为这里已开始有悸动。

 

     正如前述,到第8周末,器官已大半形成,此时发育的新生命已具人形,正式进入胎儿期,而不再是胚体。之后,器官会继续成长、成熟。这时怀孕妇女的身体也开始为胎儿做准备:胎盘产生高浓度的雌激素和孕激素,下丘脑也分泌一种名为泌乳刺激素(Prolactin)的荷尔蒙导致乳房变大,几乎是孕前的两倍。乳房原来大都是脂肪,这时已大半为腺体组织所取代。但胎盘产生的孕激素有抑制乳汁分泌的作用,因此乳汁不会流出,直到生产后,胎盘从母体排出,新生儿才能饱尝香甜的母乳。

 

     然而,胎儿出生后,乳汁也不会轻松自然地从乳头流出。反之,必须借着乳腺周围一些肌肉细胞的收缩,乳汁才会被挤压出来。身为万物之母的自然会适时地告诉那些细胞收缩,使得乳汁流出。婴儿吸吮着妈妈的乳头时,乳头的神经火速地把感觉冲动传至下丘脑,请其命令脑下垂体释放一种名为催产素(Oxytocin)的荷尔蒙,促使乳汁分泌。

 

     同样的感觉冲动也会从乳头神经传达至脑下垂体,使其继续分泌泌乳激素。只要乳汁油泊地流出,不管是由于婴儿的吸吮还是吸乳器,泌乳激刺素就会不断地作用;但若乳汁一直停留在乳房内,泌乳刺激素的分泌将会遭到抑止,不到一个星期,乳房里就不再有乳汁。

 

     这种母子之间的交互作用,不只满足生理上的需要,更是情感的连结。这一切说来虽是本能,但本能并不能涵盖一切。可以说,母亲哺乳这幅美丽的图像实在无法完全以乳腺周围的催产素来解释。生物学的贡献不只限于神经传导、荷尔蒙和分子等,更给我们一种解剖美学,让人赞美那结构的富丽。因此,人类的乳房不单是诗人和恋人留恋的对象,连科学家都深深着迷。正如二三十年代间,伦敦最负盛名的乳房研究专家暨外科医生库拍( Sir Astley Cooper)所述:

 

     那曲线美丽的乳房可说是大自然赐给母亲和孩儿的最美好的粮食。对母亲而言,孩子靠在她的臂弯里吸吮乳汁,这个姿势非常舒适,而婴儿的脸颊也可靠在柔软丰满的乳房上,安详地饮取生命之泉。这种简单、美和便利,实在值得赞叹。人体的结构正是如此,对称、自然,而且实用。

 

     无论在这星球的任何一处,人类的情感都会为新生命所触动。然而,每一个新生命的诞生似乎都是绝无仅有、新奇的经验。我不得不回想起我的孩子当年诞生的情景。    (林文斌 廖月娟 译)

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