《身體的秘密:探索人類生物學的六大突破》

本書以現代人體生物學的發展為背景，將人體的細胞、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研究進展，其間插入了諾貝爾獎獲得者的研究故事，用科學研究的案例向讀者普及重要或前沿的科學知識。

[英]丹尼爾·M.戴維斯

曼徹斯特大學免疫學教授，研究涉及利用超分辨率顯微鏡研究免疫系統。著有《美麗的治療》《相容性基因》，發表140多篇學術論文，總計被引用13000多次，文章見于《自然》《科學》等名刊。

2006年，瑪格達萊納·澤尼卡-戈茨（Magdalena Zernicka-Goetz）做了一次基因測試，結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育產生各種影響，包括增加懷孕后期流產的概率。至關重要的是，經過測試表明，這個胎兒可能并非所有的細胞都帶有這個額外的2號染色體副本，從胎盤提取的細胞中大約有四分之一的細胞顯示出這種異常。她回憶說：“作為一個女人，我想要相信有希望；而作為一名科學家，在這一領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，曾經夢想追隨自己父親的腳步成為一名神經科學家，但19歲時她參加的波蘭知名科學家安杰伊·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育的志向。很少有生物系統能像人類的起源一樣對我們如此重要。在科學上，胚胎研究一個特別優雅的地方在于，在觀察任何其他活體組織時，你很難了解它的歷史——每個細胞經歷了怎樣的旅程才達到目前的狀況，變得如此復雜——但研究胚胎時，你是從一切剛開始的地方出發的。

在華沙大學獲得博士學位后，澤尼卡-戈茨一直和她的導師塔科夫斯基一起研究胚胎，1995年，她轉到劍橋大學，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）一起發現了一種方法，從小鼠胚胎中提取細胞并置入實驗室培養皿中培養細胞生長，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胞的細胞，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，這類細胞——胚胎干細胞——可以在實驗皿中被分離、培養和控制。這啟發了他們關于胚胎干細胞可能用于醫療，以幫助替換或恢復受損組織的想法。埃文斯和考夫曼意識到這種可能性后，趕緊發表了他們的成果，以防有人模仿這一方法并申請發明專利。

澤尼卡-戈茨來到劍橋大學后意識到，盡管研究從胚胎中提取的細胞如何在實驗皿中變成其他細胞是非常重要的，但這些實驗缺少的是對細胞在實際胚胎中如何移動的認識，以及細胞在胚胎中的位置會如何影響其活動和命運。她想解決的基本問題是：一個細胞在胚胎中的位置是否決定了它將成為什么細胞，或者一個胚胎細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胞的運動，并追蹤哪個細胞來自哪個其他細胞。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注射進小鼠胚胎兩個細胞中的一個細胞，這個細胞在顯微鏡下被照亮時就會發出綠色的光芒。隨著胚胎的發育，從這個特殊細胞衍生出來的每個細胞都會獲得一份相同的遺傳物質，也會發出綠光。在后來的實驗中，她還通過使用化學染色劑同時觀察到了其他胚胎細胞。通過仔細追蹤每個細胞的運動，并在胚胎發育過程中觀察哪個細胞來自哪個其他細胞，她發現了一些她從未想到過的、難以置信的事情。

在包括蒼蠅、線蟲和青蛙在內的許多生物體中，受精卵會很快組織起來，于是當受精卵分裂時，兩個子細胞已經彼此不同。當這兩個細胞分裂成四個細胞時，每個細胞又會稍有不同，因此每個細胞都攜帶了關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胞，只有到了后來，哺乳動物的胚胎細胞才開始獲得更具體的身份。這種傳統的觀點認為胚胎中的早期細胞是完全可塑的，可以轉變成任何其他類型的細胞。為了支持這一觀點，塔科夫斯基證明，如果小鼠胚胎兩個細胞中的一個細胞被殺死，剩余的細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胞的胚胎中的細胞事實上并不完全相同。通過一系列從早上6點左右開始，持續大約20小時的實驗，她發現每個細胞似乎都“開啟”了一個塑造其未來特征的遺傳程序。其中兩個細胞將產生小鼠身體的所有細胞，第三個細胞將產生胎盤（母親的營養物質進入胎兒血液的器官）的所有細胞，第四個細胞將成為卵黃囊（在胎盤發育之前為胚胎提供營養）。一開始，沒有人相信這些結果，連澤尼卡-戈茨自己也多少有點懷疑：“事實上，（這些結果）讓我吃了不少苦頭，因為這個模型有悖于傳統認知，顛覆了我的信念和設想，與我的導師的觀點也背道而馳……事實上，它讓我自我懷疑。”