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所以这都是在 早期没有实验研究或者一件检测观察的情况下,
对这个问题的探讨,然后真正作为一个科学比较严谨的科学问题探讨, 是德国的
Roux,Roux 他把自己的研究称为
"发育成因学","发育成因学"的德文 经常被学英文的人翻错,
因为中间有个 mechanik 所以都翻成这个
力学,这个但是 Roux 在用这个字的时候,
说清楚了他是用了康德的对 mechanik
的定义是自然的 因果关系,所以他的学科应该叫发育成因学,而不是发育力学。
他说发育的时候细胞间有两种可能性,
一个部分就单个部分,胚胎的单个部分 他自己就知道自己应该分化成什么东西,
变成什么组织,变成什么细胞组织、 器官,这叫做
不同部件的自分化,或者叫自分化。
另外一个是不同部分之间,它们之间有相互作用, 然后影响分化,它当时叫
"部件的分化性相互作用"。
这个就很简单,要么你自己知道干什么,要么你跟你
其它的邻居相互作用知道干什么,也就是说
你以后去做什么职业是你的决定, 跟你的同学都没关系,还是你跟你的同学相互与作用,然后影响你给我做什么,
实际上就是这么简单一个问题,这个问题明确提出来,而且它进行实验研究,
所以他和他前后的一批人开创的是实验胚胎学,
也是今天的发育生物学的在实验研究上的先驱。
实际上,在他的老师就开始 对胚胎有比较仔细全面的观察,
而且其他的人也开始了做一些实验, 所以他并不是第一个开始做胚胎实验的人,
他是早期开始做实验胚胎学的人之一, 但是他除了做实验以外,他认为要提出一个问题,
这些实验是为了回答一个问题,通过分析
这些实验的结果,思考这些实验的结果来检验
一个理论,所以在这样的情况下, 把他
Roux 作为实验胚胎学的鼻祖,
实际上是他们这一群人开创的学科叫"实验胚胎学"。
实验胚胎学早期用的,常常是用两栖类的
胚胎做研究,用两栖类的原因 是因为容易观察,容易实验,
理论上当然用鱼也可以,所以也有人用鱼做,
用两栖类和鱼的好处,都是因为 它们的整个胚胎发育是在体外进行的,
我们可能谈到过 鱼是两个人游在一起,然后把精子、
卵子全部排在体外, 然后精子、 卵子在很近的情况下受精,两个人是很文雅,
其实两栖类是看得过去,吃相难看,但是 实质上也是一样,它整个的精子、
卵子都是在体外,只是 两个动物是抱在一起的,雄性的两栖类是把雌性的卵给挤
出来,挤出来以后在体外受精,所以体外整个受精
过程,特别是胚胎发育过程是全部可以观察到,
那在这样的情况下,就很容易在实验室做这个实验, 因为它的培养液就是河里的水,塘里的水,池塘里的水就可以了。
不需要调其他条件,当然你如果调一调以后发现在实验室里面 可以更恒定的、
更稳定的做这些实验,然后 在这样的情况下,你挑其中
卵细胞比较大的,所以以后整个胚胎看的过去比较大, 这样看起来容易的,所以他们早期挑的不用显微镜都可以看得见的。
当然有些东西你用显微镜可以帮助你,倒用不用显微镜可以看的, 今天用的比较多的是非洲爪蟾的
胚胎发育,非洲爪蟾用的多的一个原因是因为它 在这些里面特别恒定,特别大,它的直径有一个毫米,
所以挑选大的容易培养的
容易观察的,这个培养包括体外就不用加任何东西, 培养的人不用加什么食品进去就可以了,
不用加营养品进去就可以了,只要有一定的离子浓度就可以了,
然后很容易观察,所以这样的话,两栖类用的比较多 做研究,这是
非洲爪蟾,绝大部分动物都是雌性要比雄性要大,
这个人是比较奇葩的一个动物,反过个体反过来了, 如果你看早期发育的时候,比如
用非洲爪蟾为例子,一个细胞,这是一个卵细胞,
它有着色深和着色浅的两部分,着色浅的那一部分
比重还比较大,丢在杯子里它一般在下面,着色深的部分一般在上面,
所以如果从侧面看,这是一个细胞时期的 卵,如果它可以受精,
其中有一个精子进到卵细胞里面去, 然后就形成受精卵,受精卵在室温下
对于蛙来说,它是特定的时间,它进行第一次分裂,
在室温下一般是90分钟第一次分裂,然后后面 的分裂是特定时间的同步分裂,
二十分钟还分裂一次后面,然后一直分裂到
几千个细胞的时候,它的细胞分裂 才开始不同步,也就是说在前面只要有一个细胞分裂,其它的细胞都同时分裂,
然后在特定时间以后,它细胞分裂开始
不同的细胞开始不一样了,这些分裂
是完全可以预计到的,所以一个细胞变两个细胞,两个变四个,四个变八个的时候,它知道它- 的分裂平面在哪里,
早期这些胚胎叫做 blastula,
blastula 走到一定时期的时候,这叫
中期的囊胚期的转变,然后变成后期的囊胚期, 囊胚期结束以后,变成肠胚期 Gastrulation。
肠胚的意思肠胚形成是 本来是一个球面的细胞,
而其中有一些细胞开始往里面 iii
整个这一圈都走进去,然后走进去的这些细胞往里面走, 就肠胚形成,所以在前面的时候,
这些细胞没有细胞的运动,只有分裂,在肠胚形成的时候, 有细胞运动,肠胚
形成过程整个这些细胞往里面走,整个一圈都往里面走,走进去。
然后过了几个小时以后, 靠胚胎背面的形成的是神经板,
神经板以后会形成神经管,它是这样 围着转起来形成一条管,神经管。
是因为这以后是整个中枢神经系统所在地,在
非洲爪蟾的胚胎24小时会形成
有前与后,或者是头尾,有腹,
有背,有腹这样一个比较好的结构,
所以在对于蝌蚪来说,
它整个胚胎期在前面24小时就经历了它一生最大的变化,以后
有一段时间是几天内长大变成蝌蚪,以后再有很长时间长成一个
再大一点的蝌蚪,然后对于蛙来说,它在
过了好多个月以后,才从蝌蚪 要变成蛙,然后以后蛙再长,
后面又是有很大变化的,但是前面的发育
是在24小时之内,一些大的主要的结构就已经都开始奠定基础了。
所以这是简单的说早期胚胎发育过程。
这个发育过程当然在鸟类,在人类、 哺乳类
跟蛙是有差别的,但是在原则上是没有差别的。
在机理上也是几乎差不多的。
从鸟到人 都是一个细胞变两个细胞,两个细胞变四个细胞这样分裂下去,然后又形成不同的
胚层,内胚层和外胚层,然后中间有细胞的相互作用,有细胞的分化, 就是从蛙到人是一样的。
虽然蛙不是哺乳动物, 但是哺乳动物的大部分原则最后跟蛙也是相似的。
而在研究上,以早期 或者现在,你永远是选一个你能够进行研究的
材料,你有办法进行研究,而在没有办法的时候 先留留在那里。
也就是说早期的时候,你没办法对哺乳类 进行实验胚胎性的研究,因为你只要一打开来看
子宫一打开,胚胎一拿出来,它就长不下去了,马上过不了多久就会死掉。
所以你只能 看不同时间死掉的,而 蛙的胚胎,你可以活着看很长时间。
因为我们知道这个早期怎么发育,我们再重新看 Roux
选择的问题,一个是 说胚胎的不同部分,它自己就知道自己怎么分化的。
另一个就是说,胚胎部分,部分和部分有相互作用,所以自分化和相互作用
是相对的两个问题。
然后 他说我们不仅有问题,我们要进行实验研究。
所以他 1888 年 发表了论文,他说我做了一个实验。
我要问细胞间,细胞是自己分化还是相互作用?
那么我不可以看一个 他当时用的不是非洲爪蟾,是另外一种这个两栖类。
我在看这个胚胎一个细胞分裂成两个细胞的时候,
我把其中一个细胞给杀了,
那你看剩下来的那个细胞它变成什么? 有两种预计,我如果杀掉
两个细胞之一的时候,剩下来的那个要么就
只变成身体的一半,或者是它变成整个身体的全部。
如果它只变成身体的一半的话,那么就说明
它是自己干自己的事,跟另外一个人无关,死了跟不死跟它没有影响。
如果是它变成全身,那么说明 原来那一半细胞是抑制了它,原来那个细胞抑制了它,所以它
只能正常变成一半,当原来那个细胞不在的时候,它可以变成全体。
所以它有想法、 有实验、 有预计 然后他要观察和分析。
所以这是他的实验。
他的实验,1888年,这个时候麦克斯韦方程式都有了。
这个做生物的人还在做这个很简单的实验。
拿一个铁铁丝烧热一点,这个
把其中一个细胞给,他认为杀死了,然后他
观察,发现剩下来的那个细胞变成了 是胚胎的一半,而不是全部。
所以他从这个结果 推论说,说明原来这个细胞到底是活的还是死的
对活着的这个细胞毫无影响,说明它们之间
没有相互作用,至少在两个细胞期它们是没有相互作用的。
这是他原来 研究结果的,他们画的结果。
所以他说至少早期的胚胎里面的细胞
是自分化而没有相互作用,至少他没有检测相互作用。
Hans Driesch
也是德国科学家,他为了验证 或者检测
Roux 的作用,Roux 的结论是不是对的, 他换了一个动物做。
他说你那种做的做法 有道理,但是有一个问题,那个细胞到底死了没死?
你说你用针头一刺,它就死了,你只是
一种说法,到底死了多少
死了以后它还有没有别的东西可以出来,这个怎么判断? 所以他说我做了另外一个实验。
我不做让两个细胞里面一个细胞死掉, 我假设我可以把两个细胞分开来,然后看它们
是分别形成半个动物还是形成一整个动物。
我这个实验比你那个所谓杀死那个说不清楚有没有杀死 要清楚一点。
所以 他在他们那个时候,这个寒冷的法
德国人经常跑到意大利南部,到 Naples
去 说是做实验,说不定也是在度假,他一边度假,
看人家有些人在做海胆,叫 Sea Urchin。
Sea Urchin 在前面就已经有人知道, 这个摇一摇有时候会,比如说会分开来。
所以 他说我就拿一堆海胆,早期的胚胎,
在它分类成两个或者四个细胞的时候,拼死老命摇 摇了以后一部分分开来,我把那些分开来的来
继续培养下去,看它是形成半个还是整个胚胎。
这是从 Gilbert 教科书上拍下来的照弄下来的照片, 这是现代拍照的彩照。
Sea Urchin 分裂成四个细胞的时候 你不动它,它就会最后形成一个整个的 Sea Urchin。
这是这个黑白照片。
那么实验就是说在两个细胞的时候,你把它摇,分开两个 然后变成几个。
当然你还可以在四个细胞的时候,拼死老命摇 当它变成四个的时候,你可以,它可以变成半个每
四分之一个还是整个。
结果无论是在两个细胞的时候摇成 分开的两个,还是在四个细胞的时候一摇变成四个,
发现这两个或者四个最后形成的都是整个 Sea Urchin。
它只是原来的体积的二分之一或者四分之一,但是它全身的结构都有。
这样倒过来推,原来两个细胞
或者四个细胞为什么形成的是一个胚胎,不是形成四个胚胎两个胚胎?
是因为两个细胞四个细胞之间有相互作用,所以才使它们协调起来变成一个, 所以细胞间是有相互作用的。
把它们摇开来了以后分开来以后,它形成两个或者四个胚胎, Driesch
把这个叫做调节现象 Regulation。
实际上反过来说明是原来一个的时候,多个细胞之间有相互作用。
所以他们两个人得出的结论是相反的。
但是他们都是同一个思路上做研究,所以我们要有想法,
我们要用实验来验证或者推翻这个想法, 然后提出概念,建立理论,建立一个学科。
所以这样就脱离了以前的
简单的思辨,也脱离了简单的观察。
所以从 他们两个人的承前启后来说,Roux
是启迪了 实验胚胎学应该怎么做的思路,开创了这条途径。
Driesch 实验设计的更严密,分析的更好。
所以实验胚胎学是这样诞生的。
至于他们两个人之间有哪些观点一样不一样,这是一个有趣的事情。
但是并不影响整个这个大局。
这个实验当然还可以换其他模式, 所以
Hertwig 兄弟俩都喜欢做胚胎学,他们说与其这样
摇,摇的分开的比例是很低的,那我不如拿一根线去把它们两个细胞中间一拉,拉开了
拉一根丝线这样做,你也可以拉一根头发去这个把那个细胞给拉开来。
所以这些实验,Hertwig 兄弟做了,他做的时候没做成。
然后美国的以后叫遗传学家,前面是做发育生物学的 Toms Morgan,
德国的 Endres,意大利的 Herlitzka 他们都用丝线来做那个实验,而且都做成了。
Hans Spemann 就是在这样的背景下 开始做实验胚胎学。
所以他也学会了用丝线或者用头发
来做分开,正在分裂的
胚胎的实验,他用的是他自己女儿的头发,有人把它拍了照留下来。
然后他除了做早期一个细胞两个细胞,两个细胞的时候分裂的时候,
他还做过后期的,后面的其实他也做过,这样一拉,
你可以一拉以后全部拉开,你可以一拉以后不全部拉开,
拉到它们分开一部分不全分开,然后这样的结果
就可以拉出很多这个,它们叫双胞胎一样的 蝾螈,他当时用蝾螈做的实验。
然后 他不光
可以外观看到,他可以做切片,可以看里面是不是有两根神经管,有没有两套两套脑袋,两套- 神经系统?
然后做,这就是他,Spemann 在 1901 年 前后发了一系列文章。
他其中发现一个现象, 发现如果是按照胚胎以后会变成
左右两半的时候,中间一拉 在早期的时候可以预计以后会变成左右两半,但是在这中间一拉
这一拉如果全拉开,拉分开这两个细胞
会变成两个完整的胚胎,虽然大小是原来一半,但是是完整的胚胎。
他说我不那样拉,我拉不是左右,
而是拉腹背,预计以后一半是变成腹侧,一半是变成背侧的时候,
这样一拉,拉开来,早期的胚胎,
它形成的结果是一个完整的胚胎
和一个只有腹侧结构,没有整体的胚胎。
所以并不是一个胚胎在早期的时候完全 没有差别的,是有差别的,左右没有差别,
腹背有差别。
所以这是 Spemann
拉了好几年以后,拉了各种方式 知道的。
他这个拉的时间叫 constriction
这个,主要是分裂的平面如果以 胚胎未来的左右相应,那么可以得到两个完整的胚胎。
如果是跟腹背相应,只有背侧的可以得到整个,腹侧得不到。
所以他提出来 腹侧和背侧是有差别的。
他的德国文章翻译是说,可能
在胚胎里面,有些地方可能存在一些物质, 而这些物质是影响其它细胞的分化。
但是我这些实验说不清楚这是什么东西, 就是说这个可能性是有的,所以这是他
早期做实验,做这些 Constriction 实验得出的结果。
他说有可能只有背侧有分化型物质,而腹侧没有,
这些分化物质是怎么起作用的? 他也进行了讨论。
但是这都是他早期在 做 Constriction 实验的时候对这些现象的一些探讨。
所以他观察到的现象比其他人要多,他进行的探讨比人家要多,但是这一部分都是没有结论的。
这是在 1901 年左右的工作。