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向左,向右 人体器官不对称之谜

2013年06月25日09:15    来源:光明日报     手机看新闻

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1788年的一天,英国伦敦亨特医学院的学生们在解剖一具男性尸体的时候,发现了一些令人惊异的事情。这个男人的解剖结构是正常人的“镜像”——他的肝脏长在左边,心脏长在右边。惊讶的学生们赶紧跑去找他们的老师,苏格兰医生、病理学家马修·贝利。但这位见多识广的老师同样被震惊了,他后来写道:“即便那些最著名的解剖学家也没有见过这种离奇到吓人的情况。”

这是有关内脏器官反置的首次详细描述。两个世纪后,身体器官的左右之谜仍然迷惑着科学家。如今,英格兰医学研究理事会的发育生物学家多米尼克·P·诺里斯博士与其他一些科学家开始回答这个问题,他们从胚胎发育入手,试图找出人体的左右之谜。

纤毛“搅起”不对称

胚胎发育的最初期是左右对称的,左边是右边的完美镜像。“可以明显看出左右不对称的信号大约出现在胚胎发育的第6周前后。”新加坡分子与细胞生物学研究所的苏迪普托·罗伊说。心脏首先展现出可以看得见的不对称——心脏起初是一个小管,然后向左成为一个环。从这一时刻起,心脏的左右就开始不对称地生长,两边的结构不同了。与此同时,其他器官开始向不同位置移动。胃和肝脏从胚胎的中轴线向右动,大肠在其右边长出阑尾。右边的肺长出三个肺叶,但左边的肺却只有两个肺叶。

实验人员还发现,其实看上去还对称的早期胚胎在其两边就已产生出不同的蛋白质。生物学家指出了这种左右对称被打破的那个起始点:胚胎中轴线上的一个非常微小的节点。这个节点内生长着无数根极其细微的纤毛,它们以1秒10次的速率旋转。

这些旋转的纤毛都是倾斜的,这使得它们具备把人体分成左右两边的能力。最近,美国纽约斯隆—凯特灵纪念癌症中心的凯思琳·V·安德森和她的同事们破坏了使节点中的纤毛能够倾斜的基因。他们在《发育》期刊上发表报告说,这种基因突变让一些小白鼠的胚胎发展成镜像解剖结构。科学家们解释说,胚胎在一个充满液体的环境之中,如果纤毛是笔直的,那么它们就无法使液体向统一方向流动。诺里斯博士打了个比方:“纤毛就像搅拌机。它们不断旋转,把液体推向一个方向——从左边向右边。这就自然而然地打破了胚胎的左右对称。当科学家们使小白鼠胚胎中的这种液体流动方向逆反之后,就长出相反的器官。”

日本大阪大学的科学家报告说,仅两个纤毛的旋转就足以使这一工作完成。一旦液体开始流动,只需要3个或4个小时,胚胎器官是向左还是向右发育就被决定了。在第一个阶段,液体横跨节点流动,直到它到达左边的边缘。边缘的环状纤毛并不旋转,不知道是什么原因,虽然这些纤毛不旋转,但它们对流动却做出了反应。

(责编:席旭(实习)、马丽)
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