在生命形成的最初，人的胚胎看似一个弯曲的管子。不过到大约第27天时，4个胞芽从它的两侧凸出来。在接下来的几天里，这些胞芽渐渐地伸展成为平整的“茎”，开始长出手指和脚趾。慢慢地，四肢骨骼也开始成形，肌细胞、肌腱、血管和神经都找到了各自的位置。直至胚胎已长出了手，小腿也准备蹬一蹬了。
对发育生物学家来说，研究四肢的发育就可以弄清有关胚胎的奇妙之处：为数不多的细胞如何能生成复杂的身体结构？事实上，生物学家对四肢发育的理解要比身体其他任何部位透彻得多。
寻找肢体发育的规律
近一个世纪以来，生物学家们一直在研究四肢发育的问题。如今他们正在研究构建四肢的基因是如何组织成一个网络的――这个网络几乎总是用同样的模式构建出同样的肢体结构。
在研究肢体发育中，生物学家一直在探索多样化的肢体――从鸟的翅膀到鲸的鳍状肢――是如何进化的，同时也在寻求一些新的发现。有迹象显示，或许有一天它们会再生出肌腱，甚至包括全部的肢体。对于生物学家而言，他们最重要的发现是了解到四肢发育的规律是如何适用于胚胎的其他部分。
这是一个30天大的人类胚胎，已能看见胳膊和腿的胞芽
“研究四肢发育会使你明白你的脸是怎样发育而来，或心脏如何生成的。”哈佛医学院的发育生物学家克利福德·塔宾(Clifford Tabin)说。
几个世纪以来，医生和博物学家都观察到了胚胎的发育过程。但直到20世纪早期，发育生物学家才通过实验了解到各种交互作用的力量。
发育生物学家把动物的胚胎剪成小片或把几部分移植在一起，观察胚胎的发育会发生什么变化。肢体是胚胎中最容易研究的部分。“肢体完全暴露出来，易于操作，并且对一些低等动物而言，肢体也是最适宜研究的，”芝加哥大学生物学家尼尔·舒宾(Neil Shubin)博士说，“不管你对它做什么，胚胎仍是好的。移动心脏对胚胎有很大影响，但肢体操作没有什么关系。”
鸡成为生物学家最钟意的研究动物。“你可以小心地在蛋壳上开一个小口，过后再用胶带把小口封上，”英国巴斯大学切瑞尔·迪克尔(Cheryll Tickle)说，“胚胎还会继续发育，而你也能观察到后来的发展变化。”
1940年代，约翰·霍普金斯大学的生物学家约翰·桑德斯(John Saunders)通过切片实验发现，在整个肢体的发育中，肢芽的两个部位有着神奇的能力。
其中的一个就是沿着外缘形成的半透明的嵴，这里是生成手指的部位。桑德斯博士发现，如果剪掉这个嵴，整个肢体就停止了发育；如果他把嵴移植到另一个肢芽上，那么它就长成两条前肢。这片组织被称为外胚层嵴尖。
桑德斯还发现了肢芽下缘的一个区域(这是后来生成小指的部位)。这个区域不知用什么方法发出信号，告诉细胞如何沿着小指――拇指轴线排列，这样就发育成了各个手指，这个区域就是通常所说的极化活性带。
当桑德斯把极化活性带移植到肢芽的拇指一侧时，就产生了第二套指头，这套指头的排列方式跟正常的那套指头一模一样。
“我们现在弄清楚了大多数基因，发现这的确是一个体系，在这个体系中我们能看到更加复杂的现象，”瑞士巴塞尔大学的罗尔夫·泽勒(Rolf Zeller)说，“我们正在探索各个不同的基因是如何协同起来的。”
研究人员已经发现，在胚胎生成的最初四周，沿着胚胎侧面，形成了一系列节片。每一节片都能发出相应的化学信号，在将来形成肩和臀的部位，这些化学信号“授意”外部的细胞生成很小的袋囊。
随着袋囊的生长，它形成了嵴；随着肢芽的生长，嵴会渐渐远离它的基部细胞，而基部细胞收到的生长因子会变少。缺乏了生长因子的刺激，细胞的生长也将变慢，并开始发展成软骨细胞。
与此同时，即将发育成小指的细胞开始制造“音猬因子”。这种因子会不断扩散，传到后来中指形成的部位。实验表明，长期接触“音猬因子”的肢芽细胞变为小指，无法接触“音猬因子”的肢芽细胞则变成拇指。
肢体各个部位的发育都有不同“分工”，这要归功于多组基因。每组基因都能记下三维空间中任一坐标，并且相互配合。
新肢体的发育及复制过程
肢体发育的医学应用
如今，有关肢体发育，研究人员仍有很多问题需要弄清楚。“人的指节和肱骨最初形成时是一样大，”塔宾博士说，“为什么后来肱骨长得比指节大那么多？我们还有待于进一步了解。”
为了找到那些对肢体发育必不可少的基因，迪克尔博士和其他研究人员正在筛选肢芽细胞中所有表现出活性的基因。她相信，不久以后，科学家们就将描绘出从肢芽到肢体的完整路径图。“现在要做的，仅仅是让更多的人埋头于这项研究。”
塔宾同样对此表示乐观。“可以肯定地说，我们将会达到目标，”他说，“我们能够弄清楚从开始到结束的整个过程。”
不过，塔宾也指出，很久以前科学家就发现了肢体生长的完整模式，他们留下了许多深刻的见解。例如，现在很清楚的是，关系到肢体发育的基因对构建身体其他部位也是很重要的。
“在胚胎内部，同样的分子被反复使用，”塔宾说，“没有人会预想到，如此少的信号可以形成一个胚胎。如果一个信号是构建心脏的，那么我们不会期望它也能构建肢体。但是，它的确构建了肢体！”
揭开肢体发育的奥秘还有助于找到治疗损伤和先天性肢体缺陷的方法。最近，科学家们正在寻找引发肌腱发育的信号。这些信号或许也能够在培养皿中促使肌腱组织的生成，它将通过外科手术被植入人的胳膊或腿中。
甚至这种情况也是有可能的：我们可以充分应用这些信号，把干细胞转变成肢芽，并最终生成完全发育成熟的胳膊和腿。
“这些都将会发生，我对此很乐观，”塔宾博士说，“如果你拥有正确的起始条件，对细胞有合理的期望，那么你就完全可以放手了。这是一个自组织的系统，你不必复原它，也不必担心必须把肌肉分成两部分，这些都是自动生生的。”
资料来源 The New York Times
责任编辑 绍 衡