《身体的秘密:探索人类生物学的六大突破》

本书以现代人体生物学的发展为背景，将人体的细胞、胚胎、大脑、基因组、微生物群等研究汇集到一起，介绍了这些方面最新的科学研究进展，其间插入了诺贝尔奖获得者的研究故事，用科学研究的案例向读者普及重要或前沿的科学知识。

[英]丹尼尔·M.戴维斯

曼彻斯特大学免疫学教授，研究涉及利用超分辨率显微镜研究免疫系统。著有《美丽的治疗》《相容性基因》，发表140多篇学术论文，总计被引用13000多次，文章见于《自然》《科学》等名刊。

2006年，玛格达莱纳·泽尼卡-戈茨（Magdalena Zernicka-Goetz）做了一次基因测试，结果显示她的胎儿可能携带了一种异常基因：2号染色体的一个额外拷贝。这条染色体约占人类基因组的8%。如此多基因的额外拷贝可能对胎儿的健康和发育产生各种影响，包括增加怀孕后期流产的概率。至关重要的是，经过测试表明，这个胎儿可能并非所有的细胞都带有这个额外的2号染色体副本，从胎盘提取的细胞中大约有四分之一的细胞显示出这种异常。她回忆说：“作为一个女人，我想要相信有希望；而作为一名科学家，在这一领域工作的直觉告诉我，可能真的会有希望。”

泽尼卡-戈茨在波兰华沙出生和长大，曾经梦想追随自己父亲的脚步成为一名神经科学家，但19岁时她参加的波兰知名科学家安杰伊·塔科夫斯基（Andrzej Tarkowski）的讲座改变了她的一生。他坐在讲台的前面，没有用幻灯片，只是讲述如何控制胚胎的故事（这很神奇）。从那时起，她便立下了研究胚胎发育的志向。很少有生物系统能像人类的起源一样对我们如此重要。在科学上，胚胎研究一个特别优雅的地方在于，在观察任何其他活体组织时，你很难了解它的历史——每个细胞经历了怎样的旅程才达到目前的状况，变得如此复杂——但研究胚胎时，你是从一切刚开始的地方出发的。

在华沙大学获得博士学位后，泽尼卡-戈茨一直和她的导师塔科夫斯基一起研究胚胎，1995年，她转到剑桥大学，与马丁·埃文斯（Martin Evans）一起工作。早在1981年，马丁·埃文斯就与同事马修·考夫曼（Matthew Kaufman）一起发现了一种方法，从小鼠胚胎中提取细胞并置入实验室培养皿中培养细胞生长，并因此名声大振。单从逻辑上讲，早期的胚胎含有能够成为所有不同种类细胞的细胞，否则胚胎就不可能成长为一个完整的身体。但不为人知的是，埃文斯和考夫曼证明，这类细胞——胚胎干细胞——可以在实验皿中被分离、培养和控制。这启发了他们关于胚胎干细胞可能用于医疗，以帮助替换或恢复受损组织的想法。埃文斯和考夫曼意识到这种可能性后，赶紧发表了他们的成果，以防有人模仿这一方法并申请发明专利。

泽尼卡-戈茨来到剑桥大学后意识到，尽管研究从胚胎中提取的细胞如何在实验皿中变成其他细胞是非常重要的，但这些实验缺少的是对细胞在实际胚胎中如何移动的认识，以及细胞在胚胎中的位置会如何影响其活动和命运。她想解决的基本问题是：一个细胞在胚胎中的位置是否决定了它将成为什么细胞，或者一个胚胎细胞是否借助了一种特殊的方式，才能移动到正确位置？为了找到这一问题的答案，她需要用一种方法来观察活体胚胎中细胞的运动，并追踪哪个细胞来自哪个其他细胞。正如我们在第一章中所了解到的，有一种方法可以做到这一点，那就是来自水母的绿色荧光蛋白。

泽尼卡-戈茨将绿色荧光蛋白编码的遗传物质注射进小鼠胚胎两个细胞中的一个细胞，这个细胞在显微镜下被照亮时就会发出绿色的光芒。随着胚胎的发育，从这个特殊细胞衍生出来的每个细胞都会获得一份相同的遗传物质，也会发出绿光。在后来的实验中，她还通过使用化学染色剂同时观察到了其他胚胎细胞。通过仔细追踪每个细胞的运动，并在胚胎发育过程中观察哪个细胞来自哪个其他细胞，她发现了一些她从未想到过的、难以置信的事情。

在包括苍蝇、线虫和青蛙在内的许多生物体中，受精卵会很快组织起来，于是当受精卵分裂时，两个子细胞已经彼此不同。当这两个细胞分裂成四个细胞时，每个细胞又会稍有不同，因此每个细胞都携带了关于它们将成为什么的具体信息。这推翻了长期以来的一种观点，这种观点认为，对于人类和其他哺乳动物来说，一个胚胎在最初的几天里是无差别的相同细胞，只有到了后来，哺乳动物的胚胎细胞才开始获得更具体的身份。这种传统的观点认为胚胎中的早期细胞是完全可塑的，可以转变成任何其他类型的细胞。为了支持这一观点，塔科夫斯基证明，如果小鼠胚胎两个细胞中的一个细胞被杀死，剩余的细胞仍然可以孕育出一个健康的小鼠宝宝。这意味着在剩下一半的胚胎中制造胎儿所需的所有信息仍然存在。

而令泽尼卡-戈茨震惊的是，她的实验表明含有四个细胞的胚胎中的细胞事实上并不完全相同。通过一系列从早上6点左右开始，持续大约20小时的实验，她发现每个细胞似乎都“开启”了一个塑造其未来特征的遗传程序。其中两个细胞将产生小鼠身体的所有细胞，第三个细胞将产生胎盘（母亲的营养物质进入胎儿血液的器官）的所有细胞，第四个细胞将成为卵黄囊（在胎盘发育之前为胚胎提供營养）。一开始，没有人相信这些结果，连泽尼卡-戈茨自己也多少有点怀疑：“事实上，（这些结果）让我吃了不少苦头，因为这个模型有悖于传统认知，颠覆了我的信念和设想，与我的导师的观点也背道而驰……事实上，它让我自我怀疑。”