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图2—57 蛙卵在受精前后的变化,以及由此确定的细胞背腹轴。(作者绘)
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显然,再要让受精卵在分裂时以最快的速度把整个卵黄包裹进去,就太为难那个弱小的细胞核了。所以,蛋黄的细胞分裂只是在小白点上迅速形成一小片细胞,它被称为“胚盘”。之后的事情就和鱼的胚胎一样了,先从头到尾确定背部的体轴,然后划分出体节,决定全身的蓝图。
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图2—58 一个新鲜的鸡蛋黄——你能看到一个小白点吗?
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所以很容易理解,在鱼类和两栖类动物身上,从细胞核到卵黄的连线,是前后轴,而在下大蛋的羊膜动物身上,这个轴是背腹轴:表面那一侧是背,卵黄那一侧是腹。至于蛋黄怎样区分前后,却也因为巨大的体量有了意外便利:这么大的蛋黄在母鸡体内会受到重力的强烈影响,尤其是,鸡下蛋的时候一定会设法调转鸡蛋,令鸡蛋大头冲下,这样,输卵管的肌肉收缩时才能使鸡蛋受到下行的力,鸡蛋才更容易生出来。这些动作将迫使卵中的信息物质依密度重新分布并锁定下来。于是,总的来说,胚盘朝下的那一端,也就是鸡蛋的大头,有气室的那头,就是前端,将来发育出鸡头;胚盘朝上的那一端,也就是鸡蛋的小头,就是后端,将来发育成鸡屁股。
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当然,我们最关心的还是哺乳动物,尤其是人类——我们不下蛋,又如何决定胚胎发育的方向呢?这事儿还挺复杂的。
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目前来看,哺乳动物的卵细胞与上述的卵细胞都不同,它虽然接受了很多母源因子,但这些母源因子并不决定胚胎发育的轴向。我们胚胎发育的轴向,要到孵化的时候才开始确定。
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图2—59 鸡蛋的方向。注意,卵黄系带对卵黄的方向稳定起到了关键的作用。(作者绘)
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是的,孵化。所有脊椎动物的卵细胞在排出卵巢的时候,都包裹着一层多糖和蛋白质形成的卵膜,鸟类和爬行动物的蛋清和蛋壳已经是这层卵膜之外的附加装备了。同样,哺乳动物的卵细胞也有一层卵膜,更正式的说法是“透明带”。受精之后,这层卵膜还会变得更结实一些,以避免受精卵或早期的胚胎粘在输卵管上,发生宫外孕等危险状况。直到受精卵发育5天以后,顺利进入了子宫,胚胎才开始分泌蛋白酶,把卵“壳”溶解掉,破“壳”而出。
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这个刚孵化的胚胎只是一个空心的囊而已,我们形象地将它称作“囊胚”,而就是这个囊胚,区分了胚胎的背腹。
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囊胚的细胞包括两部分:大部分在外面拼成一层,构成了囊胚的壁,叫作“滋养层”,将来会发育成胎盘;小部分在内部聚成一团,叫作“内细胞团”,将来会继续分化出胚胎的本体。那么,内细胞团贴着滋养层的那一面,就是背面,向着囊胚腔的那一面,就是腹面。
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图2—60 人胚胎发育最初阶段(各部位没有按照比例描绘)。(来自logika600 | shutterstock)
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图2—61 受精第5天的人体胚胎,囊胚。左下的内细胞团非常明显。(来自Vladimir Staykov)
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可这就不免让人追问,受精卵分裂出的细胞是如何分化成滋养层和内细胞团的呢?答案是“随机”。在受精卵分裂出第8个细胞之前,任何两个细胞都没有区别,如果把其中任何一个细胞单独拿出来,它仍然会继续发育成一个小号的囊胚,最终发育出一个正常的胚胎。实际上,很大一部分同卵双胞胎就是这样来的。
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但在第8个细胞以后,细胞就开始识别自己的位置了。凭借表面镶嵌的受体和配体,细胞可以识别出自己是否接触着另一个细胞,如果自己四面八方所有表面都接触着另一个细胞,那太好了,自己一定位于胚胎内部,将来发育成内细胞团;而如果有部分表面没有接触另一个细胞,那就意味着自己位于胚胎表面,只能分化成胚胎的滋养层了。
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滋养层细胞分裂得很快,而且每次分裂都保留在胚胎表面,并不增加层数。更重要的是,滋养层细胞会向着胚胎内侧分泌水分和大量的钠离子。这种混合物说穿了就是挺浓的盐水,那些腌过黄瓜的读者很容易体会到这意味着什么:水分总是向着渗透压更大的地方渗透,而盐水的渗透压远远高于黄瓜细胞的渗透压,所以黄瓜泡进盐水里,细胞里的水分很快就全都渗透出来,最后整个都抽抽巴巴的。
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而滋养层的所作所为刚好反过来,它在滋养层内侧分泌了盐水,于是,母体输卵管内的水分就会大量地渗入胚胎,穿透滋养层,充盈在滋养层和内细胞团之间。于是如图2—62的最后一张图表现的,整个胚胎就像吹气球一样膨胀起来,滋养层与内细胞团剥离开来,只剩一小块粘连附着,中间形成了一个充满水的“囊胚腔”。正如前文说过的,就凭这一小块粘连,内细胞团就足以区分背面和腹面了。与滋养层接触的那一侧就是背面,朝着囊胚腔的那一侧就是腹面。对人类来说,这件事大约发生在受精的第7天。
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而我们的胚胎要进一步地区分出前后轴,还需要另外7天的剧烈变化。
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首先,刚刚孵化的囊胚会像“寄生虫”一样植入子宫内膜里:与内细胞团接触的滋养层细胞会得到一些信息物质,在外侧的细胞膜上积累很多糖蛋白,变得很黏,由此粘到母体的子宫内膜上。接着,整个滋养层开始向外分泌大量的蛋白酶,在子宫内膜上溶蚀出一个深坑,囊胚就顺势嵌入了子宫内膜。而在此后的两三天内,滋养层表面会形成一种多倍体的超巨型细胞。这种超巨型细胞非常凶恶,一边大量溶蚀子宫内膜,一边像变形虫一样贪婪地吞噬子宫内膜的碎片,从中汲取营养,我们的囊胚由此迅速长大,不断向深处入侵。当然,子宫内膜也会试图愈合伤口,于是加快了囊胚周围的细胞分裂,结果整个囊胚就“植入”了子宫内膜——它将在那里度过整个妊娠期,直到分娩的时候才钻破一切包裹,冲出母体。从某种角度上,我们可以说,哪怕人类这样的哺乳动物也只是不“下蛋”,而不是没有蛋:我们的蛋早在囊胚阶段就孵化了,然后以寄生的方式度过了整个胚胎发育阶段,长到可以适应外界环境的地步,才终于脱离了母体。
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