〔提要〕试管婴儿一个接一个诞生于世，然而，你可知道生物科学家在此之前是如何探索的？他们经历了多少坎坷不平的道路？《生命之歌》将为你介绍这动人的研究过程。《发育生物学向何处去？》及《体外授精、胚胎移植和贮藏》将详细论述这方面的发展动向和最新成就，使人耳目一新，颇有参考价值，不失为一组好文章。我们希望从事生物学、医学以及其他对此学科感兴趣的同志都来读一读。

在最近一次会议上，专家们推测发育生物学的过去意味着什么，未来又将是什么。

十年前，生物学研究最热门的领域之一是细菌分子生物学。由于细菌中基因表达的奥秘，开始涌现出一批下定决心的研究人员和更多的生物学家寻找未开拓的研究领域。他们转向高等生物，转向探索发育生物学这一广阔领域里的问题。可是，在这过去十年里发现了什么？发育生物学家的新知识又在何处？这些是在最近一次会议上的讲演者提出的问题。这次会议是9月11日到13日在麻省Woods Hole海洋生物学实验室召开的。

就论文来说，12位演讲者的题目好像几乎没有共同的思路。例如，题目的范围从谷物遗传、嵌合小鼠到果蝇遗传。这种多样性反映了在发育生物学这一标题下的课题范围之广袤。当然，它的核心领域是研究一个受精卵通过一系列分裂如何形成高度专一性的组织和器官。换句话说，正如英国剑桥医学研究委员会的西德尼 · 布伦纳所说，这是一种“怎样去造一只老鼠”的研究。它的医学分支是研究出生缺陷——研究它们是如何和为什么发生的。

发育是如何发生的问题是如此广泛，以致在目前还难以论述。生物学家们代之以注意一些较小的问题，例如少数专门的基因是如何组织和被控制的，细胞是如何相互识别的。这一点显然是这次会议的重点，也说明了12位演讲者的题目为什么这样的五花八门。题目虽然多样化，仍有少数共同之处。这些共同点的基础是格罗斯所描述的“人人都得相信的证实”——即基因直接或间接地调节在发育中所发生的一切。

胚胎学的一个经典问题，现在可以用当今分子生物学强调基因的语言来重新表述。希望在重新表述这些问题时，能得到深入的解答。例如，一个至今仍未解决的难题是细胞决定的机制：是什么使一个细胞进入只有在许多代以后才变得明显的发育途径？一个细胞是怎样和在什么时候“知道”它以后将是中枢神经系统的一部分，而不是心脏的一部分？按照格罗斯的说法，这一问题现在可以重新表述如下：母方基因和在受精卵最初几次分裂中活动的基因，对专一性胚胎细胞的基因的重新安排程序起什么作用？

另一个题目是基因如何在细菌中作用的大量研究，也许不能转用于高等生物中基因的作用。麻省理工学院的霍华德· 格林说，假如前些时候还有一些指导的话，那么未来的发育分子生物学研究必定是充满了意外。

重新表述发育生物学中经典问题的流行倾向，在格罗斯的演讲中表现得最为明显，他追溯了细胞决定学说的历史。大约一个世纪以前，生物学家们，发现，假如把一个胚胎在它生育早期阶段分成两部分，它还会活着并发育成两个正常的胚胎。这使他们相信，早期胚胎中的细胞是未决定的；每个细胞都具有不同的方式发育的潜力。后来，他们发现情况并不如此简单。切割胚胎的平面是重要的，假如切割，的平面不同于早期研究者，那就不会形成二个完整的胚胎。

关于究竟发生了什么情况，引起了热烈讨论，哪一些胚胎细胞是被决定了的，什么时候起它们的命运变成不可逆的？告诉一个细胞去变成什么的所谓形态建成的决定者又是什么？但争论不解决问题，因为没有一个人能够提出一些有可能得到回答的关键问题。格罗斯解释说，由于分子生物学最新发现的结果，这种情况改变了。现在，研究者们相信，他们至少知道了某些分子在早期发育中起了形态建成决定者的作用。他们已能表明，细胞决定作用甚至在卵受精之前就开始了，并通过这些物质作为媒介。

格罗斯曾发现，未受精的海胆卵的细胞质中含有这些决定者。这些物质是没有活性的，而且分布'是不均匀的。当卵受精和分裂时，这些物质变成有活性的，也许改变了基因的表达。因为这些物质在卵中不均匀地分布，两个子细胞从开始就不相同。每个子细胞所含的这些物质的数量不等，所以它的基因活性有质的区别。

格罗斯所研究的物质是母体信使RNA（mRNA）——母亲某些基因的拷贝。他和另一些人发现，这些mRNA大部分是指导组蛋白的合成，这是一类和DNA结合的蛋白质。一旦合成后，组蛋白即移至细胞核，同时DNA片段绕在组蛋白上，形成一串念珠结构，念珠是绕在组蛋白上的DNA片段，线是插入DNA.

格罗斯描述了细胞决定的过程，这是从第一次细胞分裂开始的自然发生过程。在发育早期，组蛋白合成突然增多，这种突然出现同DNA与组蛋白构成的念珠在DNA线上的距离缩短有关。他说：“以前认为在发育期间基因变成有活性，现在正好相反，看来基因是逐渐地变得失去活性。”换句话说，推动发育的动力不是增加基因的活性，而是使之有选择地失去活性。

假如格罗斯的说法是正确的，那么了解基因调控物质如何不均匀地在卵细胞中分布是重要的。剑桥医学研究委员会的约翰· 格尔顿的演讲中提到了这个问题，他认为，从所谓的注射实验也许能找到答案。这种想法是把纯化的分子注射到细胞中，看这些分子在细胞中是否知道到哪里去，如果是知道的，要决定它们又是如何知道的。

格尔顿发现假如他从卵细胞中除去细胞核蛋白质或某些细胞质蛋白质，然后再把它们注射进去，发现这些蛋白质会在细胞里各得其所，回到正确的部位。他说：“你为什么不能改变蛋白质，并看出它们中间什么部分必须寻找回到正确位置上去的路线，目前还说不出理由。”用这些知识，研究者能够提出和检验一些机制，用以解释这些部分如何在细胞中指引蛋白质到它们适当的位置上去。

当人们认为细胞的细胞质是液体时，蛋白质和mRNA在细胞中有特定位置的说法似乎是奇怪的。但是科罗拉多大学的基思 · 波特在演讲中争辩说，细胞质是比液体更粘的胶状物。波特用高电压电子显微镜观察细胞，他看到了立体的图像。他发现细胞质似乎有一个随温度和环境的化学条件而变化的网络结构。构成这种网络结构的是含有收缩蛋白质结构的微丝，在细胞形状变化和细胞分裂时所涉及的管状蛋白质结构的微管。

会议期间经常谈到一个主题是高等生物的分子生物学也许不同于细菌的分子生物学。它是会议最后演讲的主要内容。

布朗预言，当生物学家们最后了解到高等生物中基因如何被控制时，他们将发现不是一种单一的机制。他说，已经发现了使基因发生改变的各种不同机制，也许就包括在控制基因的机制之中。布朗解释说：“这些基因改变机制的特点之一是，它们通常只被高等生物所利用。那是一个比较流行的题目——高等生物和细菌的机制是明显不同的。”

高等生物而不是细菌有各种改变的途径，其中有基因被消除（例如，蛔虫生殖细胞的染色体丢失70%），扩增（在两栖动物中，有几千份的mRNA基因的拷贝），专一性的化学变化和异染色质化，布朗把后者描写为“某些染色体区的并合”。（然而他指出，到现在为止还未能证明如此聚集起来的DNA区是没有活性的。）

高等生物的细胞可以通过改变基因的RNA拷贝，从而改变基因表达，这也不同于细菌的机制。布朗解释说，RNA的一些部分被切除了，RNA也起了化学变化而且变得稳定了，所以能够保持静止直到需要它们时为止。

布朗描述了他所说的这些基因中最简单的基因——编码5S mRNA基因的最新研究，作为他研究高等生物基因时，使他感到惊奇的一个例子。他纯化这种基因，把它们同质粒相结合，使之能在试管中转录。然后他问，这些基因的哪些部分含有转录开始和停止的信号？在细菌中，开始信号在每个基因的这一端，停止信号在另一端。

系统地，布朗从基因的一端开始一点一点切下来，希望类似于细菌的情况，切掉转录开始的信号。“但是我们发现5 SRNA基因不是按那种方式工作的。我们必须弄掉基因的三分之一以上，才能看到起始作用的停止。”然后布朗开始从基因的另一端弄掉一些顺序，希望马上发现终止信号。他再一次必须弄掉大部分基因才能破坏终止。于是、他发现的是基因当中的区域，而不是两侧部位控制着转录的起始和终止。

至于未来，布朗预言：“我们很快就能破译基因控制的DNA部分。我们将能够改变基因的控制，然后看看是什么在控制着这种控制作用。”布朗承认，要决定细胞蛋白质如何改变基因表达将更为困难。但是他并不认为困难是不可克服的。布朗说，对发育生物学来说所有这些意味着在未来五年内，生物学家们将得出细胞决定的分子解释。

布朗的预言在某些方面似乎是十分乐观的，尤其是考虑到高等生物的研究已导致这么多的意外发现。但是当生物学家们面对着高等生物的发育秘密不能那么容易解开的现实时——如巴塞尔大学的沃尔特 · 盖林所说果蝇可不是一种“会飞的大肠杆菌，”——他们也正认识到，他们已经知道怎样去提出发育中的某些主要问题。而且这正是回答问题的第一步。

〔Science 1979年206卷〕