在(zai)大約5.5億年前(qian)(qian)的(de)(de)一(yi)片(pian)淺水(shui)中，一(yi)條夷陵蟲(chong)正在(zai)水(shui)底蠕(ru)動(dong)。盡管(guan)它的(de)(de)長相與人(ren)類，乃至我們(men)熟(shu)悉的(de)(de)許多動(dong)物絕無相似之處(chu)，但這位5.5億年前(qian)(qian)的(de)(de)生命先驅已經(jing)擁有(you)了現代絕大多數(shu)動(dong)物的(de)(de)共(gong)同(tong)特征——兩側對(dui)稱。

以脊椎動物為例(li)，無論擁有的(de)是(shi)四肢、鰭(qi)還是(shi)翅膀，它們都整齊地排列在(zai)軀干兩側，而且大小、位(wei)置和(he)形(xing)狀都基本相(xiang)同。長期以來，我們對(dui)身(shen)體外形(xing)的(de)兩側對(dui)稱習(xi)以為常，這(zhe)樣(yang)的(de)特(te)性(xing)甚(shen)至可能在(zai)潛(qian)移默化中成(cheng)為了我們審美的(de)重要標準。

然而這樣廣泛(fan)存在于動物間(jian)的(de)(de)基(ji)本結構，實際上(shang)是胚胎形成和(he)發(fa)育過程(cheng)中一(yi)系列復(fu)雜(za)過程(cheng)的(de)(de)結果。最近，發(fa)表于《自(zi)然》的(de)(de)一(yi)項(xiang)研究發(fa)現(xian)，我們(men)擁有對稱的(de)(de)身(shen)體外形，不僅是由基(ji)因(yin)等生物分(fen)子導致(zhi)的(de)(de)，機(ji)械力(li)也發(fa)揮著重要的(de)(de)作用。

一生中真正重要的時刻

在生命最初的(de)(de)階(jie)段，胚(pei)(pei)胎(tai)就像一個圓圓的(de)(de)球(qiu)，由(you)許多(duo)細(xi)胞組成。不(bu)用說(shuo)兩側(ce)對稱了，連頭(tou)尾和背腹都分不(bu)出來。但很快，隨著胚(pei)(pei)胎(tai)內(nei)的(de)(de)細(xi)胞流動，胚(pei)(pei)胎(tai)內(nei)逐漸形成了不(bu)同的(de)(de)胚(pei)(pei)層，也出現了頭(tou)尾和背腹的(de)(de)區別。這個階(jie)段被稱為原腸胚(pei)(pei)時期。

關(guan)于原(yuan)腸胚(pei)形成，英(ying)國發育生物學家(jia)劉易斯(si)·沃爾珀(po)特(te)曾(ceng)有一句廣為流傳的名言：“你(ni)一生中真正最(zui)重要的時刻，不(bu)是出生，不(bu)是結婚，也不(bu)是死亡，而(er)是原(yuan)腸胚(pei)形成。”同(tong)樣，我們兩側(ce)對稱(cheng)的外形也是在這個時期奠定了基礎。

在(zai)原腸胚(pei)后期(qi)，胚(pei)胎開(kai)始(shi)伸長，在(zai)背(bei)部形成神經管。神經管和(he)下方的(de)(de)脊(ji)索共同(tong)構成了我們的(de)(de)“中(zhong)(zhong)軸線”——這(zhe)就(jiu)是我們身體(ti)的(de)(de)對稱(cheng)線。就(jiu)在(zai)神經管的(de)(de)兩側，對稱(cheng)分(fen)布著(zhu)兩條被稱(cheng)為“準體(ti)節中(zhong)(zhong)胚(pei)層(ceng)”(PSM)的(de)(de)組織。隨著(zhu)胚(pei)胎的(de)(de)發育(yu)，從胚(pei)胎靠近頭部的(de)(de)位置開(kai)始(shi)，左右(you)兩側的(de)(de)PSM中(zhong)(zhong)的(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)會同(tong)時開(kai)始(shi)聚集成團，當這(zhe)兩個(ge)細(xi)(xi)胞(bao)團完全成型、脫離PSM后，一對體(ti)節就(jiu)形成了。

一(yi)(yi)(yi)直以來(lai)，體(ti)(ti)(ti)節(jie)被認為是(shi)脊椎動物(wu)兩(liang)側對(dui)(dui)(dui)(dui)稱的(de)基(ji)礎。當前一(yi)(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)體(ti)(ti)(ti)節(jie)形(xing)(xing)成后，下一(yi)(yi)(yi)組細(xi)胞又(you)會在相鄰位置聚集(ji)成團，形(xing)(xing)成下一(yi)(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)體(ti)(ti)(ti)節(jie)。如此(ci)周(zhou)而(er)復始(shi)，體(ti)(ti)(ti)節(jie)就按(an)從頭到尾的(de)方向(xiang)，一(yi)(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)接一(yi)(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)地形(xing)(xing)成。學界(jie)曾認為，在一(yi)(yi)(yi)些呈周(zhou)期(qi)性(xing)振(zhen)蕩的(de)生物(wu)分子(zi)(通常被稱為分節(jie)時(shi)鐘)的(de)調控下，每一(yi)(yi)(yi)對(dui)(dui)(dui)(dui)體(ti)(ti)(ti)節(jie)的(de)形(xing)(xing)成時(shi)間、位置和形(xing)(xing)態(tai)都受到了嚴(yan)格的(de)控制。只有保(bao)證了體(ti)(ti)(ti)節(jie)在最初形(xing)(xing)成時(shi)的(de)對(dui)(dui)(dui)(dui)稱，才能進一(yi)(yi)(yi)步(bu)發(fa)育出我們(men)兩(liang)側對(dui)(dui)(dui)(dui)稱的(de)身體(ti)(ti)(ti)。

體節的“自我糾正”

最近，瑞士洛桑聯邦理工學院的3位生物工程學家和物理學家發現，體節也會長歪，只是被“捏”了回來。而把它“捏”回來的并非任何基因等生物分子，而是一種我們熟悉的機械力——表面張力。

起初，研究者(zhe)只是在觀察斑(ban)馬魚胚(pei)胎體(ti)節(jie)的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成過(guo)程。他們(men)發現，體(ti)節(jie)的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成并(bing)沒有那么(me)規則，經常(chang)會出現兩側體(ti)節(jie)“各(ge)長(chang)各(ge)”的(de)(de)情況：剛形(xing)(xing)(xing)成的(de)(de)體(ti)節(jie)不僅長(chang)度不一致，而(er)且形(xing)(xing)(xing)狀也不對稱。

但是在短短1小(xiao)時后，體節似(si)乎就迅速完成了“自(zi)我糾(jiu)正”，均勻分布在神(shen)經管兩(liang)側。在這個過程中，胚胎里究竟發生了什(shen)么？

研究者首先試圖確認生物信號的(de)影(ying)響。為此，他(ta)們檢測了體節(jie)(jie)(jie)中細(xi)胞數量(liang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)。然(ran)而(er)，無論(lun)體節(jie)(jie)(jie)的(de)縱向長(chang)度是增(zeng)加(jia)(jia)還是減少，所有體節(jie)(jie)(jie)中的(de)細(xi)胞數量(liang)都增(zeng)加(jia)(jia)了，而(er)且細(xi)胞數量(liang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)與體節(jie)(jie)(jie)縱向長(chang)度的(de)變(bian)化(hua)(hua)之間沒有顯(xian)著(zhu)的(de)關系。

另一個(ge)重要的信(xin)號是，研究者發現(xian)，即使兩(liang)側體(ti)(ti)節的縱向(xiang)長度(du)(du)發生了變化(hua)，它們的總體(ti)(ti)體(ti)(ti)積依(yi)然(ran)保持(chi)不變——當體(ti)(ti)節的長度(du)(du)改(gai)變后，它的高度(du)(du)和(he)寬度(du)(du)也會做相應調整(zheng)。

這樣(yang)一(yi)來，就像是有一(yi)只看不見的(de)(de)手(shou)，把兩邊的(de)(de)體節像揉(rou)橡皮泥一(yi)樣(yang)，捏成了對稱的(de)(de)形狀。那么(me)，這只“手(shou)”是什么(me)？研究者給(gei)出了一(yi)個猜測——表面張力。

表面張力并不罕見

我們(men)對表面張力(li)(li)并不陌生，清晨凝聚(ju)在葉片上圓(yuan)圓(yuan)的(de)露珠、牛奶表面聚(ju)集在一起的(de)谷物(wu)圈，都是在表面張力(li)(li)的(de)作用下形成的(de)。

研(yan)究(jiu)團隊曾(ceng)進行過一(yi)系列實驗，來(lai)證(zheng)明表面張力與生(sheng)物體(ti)形態之間的(de)關系。例如，研(yan)究(jiu)者觀(guan)察到，實驗室培養(yang)的(de)體(ti)細胞(bao)外形呈現出與露珠相同的(de)圓形外觀(guan)。

但(dan)想要證(zheng)明表面張(zhang)(zhang)力是否真的(de)(de)(de)擁有決定體(ti)(ti)節(jie)形態(tai)(tai)的(de)(de)(de)能力，還(huan)(huan)需要進一步(bu)實驗驗證(zheng)。研(yan)究者首先破壞了(le)一些能夠(gou)影響(xiang)表面張(zhang)(zhang)力的(de)(de)(de)蛋(dan)白質，從(cong)而(er)削弱了(le)體(ti)(ti)節(jie)的(de)(de)(de)表面張(zhang)(zhang)力，他們發現(xian)神(shen)經管(guan)兩(liang)(liang)側的(de)(de)(de)體(ti)(ti)節(jie)明顯無(wu)法形成(cheng)對稱的(de)(de)(de)形態(tai)(tai)。作為對比，他們還(huan)(huan)干(gan)擾了(le)胚胎的(de)(de)(de)分節(jie)時鐘，結果發現(xian)盡(jin)管(guan)體(ti)(ti)節(jie)的(de)(de)(de)長度(du)發生了(le)變化，體(ti)(ti)節(jie)依然能夠(gou)維持(chi)兩(liang)(liang)側對稱的(de)(de)(de)形態(tai)(tai)。

“我(wo)們得出(chu)的結論(lun)是，表面張(zhang)力可以(yi)幫助糾(jiu)正體(ti)節長度和對稱(cheng)性的錯誤，”研(yan)究共同作者桑達爾·納加納坦總結道(dao)。盡管他們只針對斑(ban)馬魚胚胎進行(xing)了實驗(yan)和深(shen)入(ru)研(yan)究，但研(yan)究者依然認為(wei)，這一發(fa)現很可能具有(you)普遍意義。“表面張(zhang)力在所(suo)有(you)物(wu)種的發(fa)育組織(zhi)中都很常見，這種自我(wo)糾(jiu)正過程也可能發(fa)生在其它脊(ji)椎動物(wu)身上。”

接下來(lai)(lai)，研究者還希望能夠繼續研究，解(jie)(jie)決更多關于身體對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性起源(yuan)的(de)問(wen)題。“我們的(de)工作解(jie)(jie)釋了表面張力如(ru)何影響(xiang)這(zhe)些(xie)基本(ben)結(jie)構的(de)形狀(zhuang)和對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性，接下來(lai)(lai)，要解(jie)(jie)釋四肢的(de)具體形成過程將(jiang)是一個(ge)重(zhong)大挑戰(zhan)。”而且除了對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性之外(wai)，納(na)加納(na)坦和同(tong)事也(ye)在(zai)試圖理解(jie)(jie)動物的(de)不對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性，“比如(ru)心(xin)臟和胃為什么并不對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，在(zai)人(ren)體發(fa)育過程中，這(zhe)種不對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性又是如(ru)何與對(dui)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性相(xiang)協調的(de)。”