《身體的秘密:探索人類生物學(xué)的六大突破》

本書以現(xiàn)代人體生物學(xué)的發(fā)展為背景，將人體的細(xì)胞、胚胎、大腦、基因組、微生物群等研究匯集到一起，介紹了這些方面最新的科學(xué)研究進(jìn)展，其間插入了諾貝爾獎獲得者的研究故事，用科學(xué)研究的案例向讀者普及重要或前沿的科學(xué)知識。

[英]丹尼爾·M.戴維斯

曼徹斯特大學(xué)免疫學(xué)教授，研究涉及利用超分辨率顯微鏡研究免疫系統(tǒng)。著有《美麗的治療》《相容性基因》，發(fā)表140多篇學(xué)術(shù)論文，總計被引用13000多次，文章見于《自然》《科學(xué)》等名刊。

2006年，瑪格達(dá)萊納·澤尼卡-戈茨（Magdalena Zernicka-Goetz）做了一次基因測試，結(jié)果顯示她的胎兒可能攜帶了一種異常基因：2號染色體的一個額外拷貝。這條染色體約占人類基因組的8%。如此多基因的額外拷貝可能對胎兒的健康和發(fā)育產(chǎn)生各種影響，包括增加懷孕后期流產(chǎn)的概率。至關(guān)重要的是，經(jīng)過測試表明，這個胎兒可能并非所有的細(xì)胞都帶有這個額外的2號染色體副本，從胎盤提取的細(xì)胞中大約有四分之一的細(xì)胞顯示出這種異常。她回憶說：“作為一個女人，我想要相信有希望；而作為一名科學(xué)家，在這一領(lǐng)域工作的直覺告訴我，可能真的會有希望。”

澤尼卡-戈茨在波蘭華沙出生和長大，曾經(jīng)夢想追隨自己父親的腳步成為一名神經(jīng)科學(xué)家，但19歲時她參加的波蘭知名科學(xué)家安杰伊·塔科夫斯基（Andrzej Tarkowski）的講座改變了她的一生。他坐在講臺的前面，沒有用幻燈片，只是講述如何控制胚胎的故事（這很神奇）。從那時起，她便立下了研究胚胎發(fā)育的志向。很少有生物系統(tǒng)能像人類的起源一樣對我們?nèi)绱酥匾Ｔ诳茖W(xué)上，胚胎研究一個特別優(yōu)雅的地方在于，在觀察任何其他活體組織時，你很難了解它的歷史——每個細(xì)胞經(jīng)歷了怎樣的旅程才達(dá)到目前的狀況，變得如此復(fù)雜——但研究胚胎時，你是從一切剛開始的地方出發(fā)的。

在華沙大學(xué)獲得博士學(xué)位后，澤尼卡-戈茨一直和她的導(dǎo)師塔科夫斯基一起研究胚胎，1995年，她轉(zhuǎn)到劍橋大學(xué)，與馬丁·埃文斯（Martin Evans）一起工作。早在1981年，馬丁·埃文斯就與同事馬修·考夫曼（Matthew Kaufman）一起發(fā)現(xiàn)了一種方法，從小鼠胚胎中提取細(xì)胞并置入實驗室培養(yǎng)皿中培養(yǎng)細(xì)胞生長，并因此名聲大振。單從邏輯上講，早期的胚胎含有能夠成為所有不同種類細(xì)胞的細(xì)胞，否則胚胎就不可能成長為一個完整的身體。但不為人知的是，埃文斯和考夫曼證明，這類細(xì)胞——胚胎干細(xì)胞——可以在實驗皿中被分離、培養(yǎng)和控制。這啟發(fā)了他們關(guān)于胚胎干細(xì)胞可能用于醫(yī)療，以幫助替換或恢復(fù)受損組織的想法。埃文斯和考夫曼意識到這種可能性后，趕緊發(fā)表了他們的成果，以防有人模仿這一方法并申請發(fā)明專利。

澤尼卡-戈茨來到劍橋大學(xué)后意識到，盡管研究從胚胎中提取的細(xì)胞如何在實驗皿中變成其他細(xì)胞是非常重要的，但這些實驗缺少的是對細(xì)胞在實際胚胎中如何移動的認(rèn)識，以及細(xì)胞在胚胎中的位置會如何影響其活動和命運(yùn)。她想解決的基本問題是：一個細(xì)胞在胚胎中的位置是否決定了它將成為什么細(xì)胞，或者一個胚胎細(xì)胞是否借助了一種特殊的方式，才能移動到正確位置？為了找到這一問題的答案，她需要用一種方法來觀察活體胚胎中細(xì)胞的運(yùn)動，并追蹤哪個細(xì)胞來自哪個其他細(xì)胞。正如我們在第一章中所了解到的，有一種方法可以做到這一點，那就是來自水母的綠色熒光蛋白。

澤尼卡-戈茨將綠色熒光蛋白編碼的遺傳物質(zhì)注射進(jìn)小鼠胚胎兩個細(xì)胞中的一個細(xì)胞，這個細(xì)胞在顯微鏡下被照亮?xí)r就會發(fā)出綠色的光芒。隨著胚胎的發(fā)育，從這個特殊細(xì)胞衍生出來的每個細(xì)胞都會獲得一份相同的遺傳物質(zhì)，也會發(fā)出綠光。在后來的實驗中，她還通過使用化學(xué)染色劑同時觀察到了其他胚胎細(xì)胞。通過仔細(xì)追蹤每個細(xì)胞的運(yùn)動，并在胚胎發(fā)育過程中觀察哪個細(xì)胞來自哪個其他細(xì)胞，她發(fā)現(xiàn)了一些她從未想到過的、難以置信的事情。

在包括蒼蠅、線蟲和青蛙在內(nèi)的許多生物體中，受精卵會很快組織起來，于是當(dāng)受精卵分裂時，兩個子細(xì)胞已經(jīng)彼此不同。當(dāng)這兩個細(xì)胞分裂成四個細(xì)胞時，每個細(xì)胞又會稍有不同，因此每個細(xì)胞都攜帶了關(guān)于它們將成為什么的具體信息。這推翻了長期以來的一種觀點，這種觀點認(rèn)為，對于人類和其他哺乳動物來說，一個胚胎在最初的幾天里是無差別的相同細(xì)胞，只有到了后來，哺乳動物的胚胎細(xì)胞才開始獲得更具體的身份。這種傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為胚胎中的早期細(xì)胞是完全可塑的，可以轉(zhuǎn)變成任何其他類型的細(xì)胞。為了支持這一觀點，塔科夫斯基證明，如果小鼠胚胎兩個細(xì)胞中的一個細(xì)胞被殺死，剩余的細(xì)胞仍然可以孕育出一個健康的小鼠寶寶。這意味著在剩下一半的胚胎中制造胎兒所需的所有信息仍然存在。

而令澤尼卡-戈茨震驚的是，她的實驗表明含有四個細(xì)胞的胚胎中的細(xì)胞事實上并不完全相同。通過一系列從早上6點左右開始，持續(xù)大約20小時的實驗，她發(fā)現(xiàn)每個細(xì)胞似乎都“開啟”了一個塑造其未來特征的遺傳程序。其中兩個細(xì)胞將產(chǎn)生小鼠身體的所有細(xì)胞，第三個細(xì)胞將產(chǎn)生胎盤（母親的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入胎兒血液的器官）的所有細(xì)胞，第四個細(xì)胞將成為卵黃囊（在胎盤發(fā)育之前為胚胎提供營養(yǎng)）。一開始，沒有人相信這些結(jié)果，連澤尼卡-戈茨自己也多少有點懷疑：“事實上，（這些結(jié)果）讓我吃了不少苦頭，因為這個模型有悖于傳統(tǒng)認(rèn)知，顛覆了我的信念和設(shè)想，與我的導(dǎo)師的觀點也背道而馳……事實上，它讓我自我懷疑。”