Name: 生命的成形
ISBN: 9787559656988

作者: [英] 杰米·A. 戴维斯
出版社: 北京联合出版公司
出品方: 后浪
原作名: Life Unfolding: How the Human Body Creates Itself
译者: 谭坤
出版年: 2022-3
页数: 368
定价: 72.00元
装帧: 精装
ISBN: 9787559656988

豆瓣评分

9.5

26人评价

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69.2%
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评价:

内容简介 · · · · · ·

◎编辑推荐

简单的受精卵如何涌现出复杂的结构、行为与意识？

在容易出错的机制之下，人体如何精确地构造自身？

☆超越基于人类工程的平凡类比：从胚胎的第一视角来看待发育的动态变化。没有计划说明、没有工程图纸、没有外部指令，自组织、自维持、自修复——胚胎是一片自我创造之地，在复杂之上叠加复杂：历史决定现在。

☆生命科学也是复杂性科学：以系统论超越还原论，频频尤里卡！围绕核心原则“适应性自组织”，不拼贴信息碎片，用简练的逻辑厘清知识的来龙去脉，让读者真正读懂发育的原理，理解生命的成形由来。

☆又一位不把读者当外行的作者：语言和内容一样精彩。新鲜、认真，非常难得。

一个人出生前九个月的历史，可能比出生后的几十年更有意思！

◎内容简介

为什么女性备孕阶段就要开始补叶酸？青春期很多孩子经历过的骨折，为什么很多发生在手臂长骨上？人体为什么能在该长手臂的地方长手臂，手...

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◎编辑推荐

简单的受精卵如何涌现出复杂的结构、行为与意识？

在容易出错的机制之下，人体如何精确地构造自身？

☆又一位不把读者当外行的作者：语言和内容一样精彩。新鲜、认真，非常难得。

一个人出生前九个月的历史，可能比出生后的几十年更有意思！

◎内容简介

为什么女性备孕阶段就要开始补叶酸？青春期很多孩子经历过的骨折，为什么很多发生在手臂长骨上？人体为什么能在该长手臂的地方长手臂，手臂又为什么能长出上臂、下臂和手，手又为什么是五指而不是其他？我们如何从一颗受精卵发育成一个完整的人体，“我”到底从何而来？

英国解剖学教授杰米·A. 戴维斯汇集了人类胚胎发育近年来的重要研究进展，综合了演化生物学、胚胎学、新生儿科学、遗传学、生理学、免疫学、畸形学等多学科领域的发现，既有经典认知也有前沿革新，以“适应性自组织”为核心逻辑，为我们清晰地描述了从微观分子到宏观形体等方方面面的发育过程与原理。不仅如此，作者还引入了数学、物理学、控制论等抽象思维，从拓扑学等角度来思考：完整的发育是如何实现的？人为什么会发育出现在的种种生理机制与形态？受到损伤之后再修复、罹患疾病之后再康复——我们又如何可以从发育的角度去重新认识人体机能的种种局限与可能？

◎媒体推荐

清晰地解释了创造出复杂结构的简单相互作用，严谨且充满了令人惊讶的细节事实。

——《新科学家》（New Scientist）

详尽地阐述了胚胎学的内容。虽然文字颇学术，但核心内容是作者反复强调的几个基本发育原则……从遗传学到肿瘤学，作者还将胚胎学与临床实践相联系。本书既实用又很能带给人启发。

——“医生书架”博客（The Doctors Bookshelf）

在线试读：

豆瓣阅读

得到

作者简介 · · · · · ·

◎著者简介

杰米·A. 戴维斯（Jamie A. Davies），英国爱丁堡大学实验解剖学教授。从1995年开始在爱丁堡大学运营自己的实验室，研究重点是哺乳动物器官的自我构建过程，以及如何利用这些知识为有需求的人构建新的组织或器官。他在哺乳动物发育领域已经发表了约90篇研究论文，出版过一本重要的专著《形态发生机理》（Mechanisms of Morphogenesis），并参与编辑了三本关于发育、干细胞和组织工程领域的专著。他是英国皇家医学会研究员和高等教育学院研究员，也是《器官发生》（Organogenesis）期刊的主编。

◎译者简介

谭坤，就职于大理大学东喜玛拉雅研究院的科研人员，想做个下得海上得山，还能享受文字的生态学家。

审校：郭怿暄，毕业于北京大学基础医学专业，目前在美国犹他大学从事发育和表观遗传学研究。

目录 · · · · · ·

前言
1遇见奇怪的科技 ……………………………………………………………………3
第一部分草图
2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
3造就差异……………………………………………………………………………35
4形成身体计划 …………………………………………………………………… 46
· · · · · · (更多)

原文摘录 · · · · · · ( 全部 )

人类的发育始于受精卵，它作为细胞可以说大得异乎寻常，直径大约为0.1毫米，是人的裸眼刚好可以看到的尺寸。成年人身体里的细胞大多数都小得多，直径只有0.01毫米，体积只有卵细胞的千分之一。这意味着受精卵通过一分为二、二分为四、四分为八地分裂自身就可以形成多细胞的胚胎，并不需要停下来先让细胞生长。这种增殖方式就是卵裂。它极为有用，因为胚胎通过卵裂推迟了通过获取食物来保证生长的时间，直到成为一个多细胞实体，能够划分出专门用于获取食物的一部分。 (查看原文)

闻夕felicity 1赞 2022-04-26 17:17:20

—— 引自章节：2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………
由于没有生长，细胞一分为二几乎就等于子细胞均分了细胞内的蛋白质等所有分子。也就是说如果净体积不变，细胞内部的蛋白质和营养物质浓度也没有发生变化。在这些常规表现中，DNA是一个明显的例外：未分裂的细胞有46条染色体（23条来自父亲，另外23条来自母亲），但每个分裂出的细胞也需要46条染色体。因此在每次细胞分裂前，染色体总需要复制一次。此外另有一套机制来保证细胞分裂后可以把染色体平均分配到子细胞中。这不仅要确保每个子细胞得到46条染色体，还要保证每个子细胞都获得了完整的染色体：一半来自父亲，一半来自母亲。实现染色体正确分配的这套机制是动植物的重要特征，已经存在了25亿年。但在200万年前左右，能够尝试理解这套机制的动物才出现在地球上。 (查看原文)

闻夕felicity 1赞 2022-04-26 17:17:20

—— 引自章节：2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………

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我来说两句

短评 · · · · · · ( 全部 11 条 )

生命的成形的书评 · · · · · · ( 全部 10 条 )

【Notae】生命的成形：一次惊叹之旅

大多数中国人至少也接受了初中教育，了解过最基本的生物学知识，包括但不限于生态圈、物种繁殖、组织器官、细胞构成、循环系统、神经系统，以及简单、基本的生物实验和观察方法。为了保证教材所必须的权威性和稳定性，这些知识全都经历了漫长时间的检验，绝大多数仍是学界的基... (展开)

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后浪 2022-04-01 10:16:56

人体内的奇怪科技——胚胎 vs 工程，系统论思维下的发育

几乎所有的工程项目，比如组装机车、建造房子都有一个共同特点，那就是首先会有一个明确的计划，通常是一张图纸或者其他类型的计划书，其中会包括明确的预期目标。计划书会详细描绘出项目完成时的构造，但计划本身并不是实体成果的一部分。每个项目都必须有人统筹全局，一个总... (展开)

1 1回应

后浪 2022-03-24 16:59:28

出版后记

《生命的成形》的英文书名为 Life Unfolding，后一个词（unfolding）既可以指作者对个体发育过程的展开，也可以表现生命从单个细胞到复杂身体的成形过程。从形体结构上看，发育像极了折纸，每一个变化好比一道道折痕，作者讲述的是这些“折痕”的由来。出版方能力有限，未能在... (展开)

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阳光灿烂 2022-04-11 22:19:31

我明白了社会为什么由血缘关系为主构成，也明白了为什么要在阳光灿烂的日子里佩戴墨镜

这题目是不是看起来挺扯的？可我真的是从这本书里悟得了这两个问题的答案。对我来说这两个答案都非常重要。《生命的成形》。首先我必须承认这本书学术性很强，对于我这种普通读者来说有一定的难度，我刚打开的时候，整个人都是懵的，大片的术语奔袭而来，我有一种买错了书... (展开)

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慧姐爱读书 2022-04-26 21:06:25

漫谈生命的成形，聊聊疫情期间备孕

假如你正在疫情期间备孕，那么这是一篇跟你聊天的文章。先谈一谈我：38岁大龄，刚结婚，两双老人催着生娃；职业是IT企业高管，长期生活不规律；在疫情期间，打过疫苗，现在所在的城市正在一天一核酸、严控疫情、医院不便去、我在家办公的当口上。这个时候备孕，说不焦虑是不... (展开)

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自有我在 2022-06-16 11:16:13

人体从一个单细胞，发展出整个复杂的躯体，这是怎样的神秘过程呢？

生命的形成是一个极为神秘的事情，从一个单细胞到成为一个完整的身体，都经历了什么呢？人类的身体是宇宙中最复杂的单一实体，一个成人的身体有1万亿个细胞组成，超过了银河系星星数量的十倍，可见构成我们身体是一个多么复杂的系统。如此复杂的系统，确是由一个细胞发展而来... (展开)

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闻夕felicity 2022-05-05 23:46:17

挑战不可能

这是我第一次读科普读得感觉自己在考医学院，但仍觉得非常值得。这本书并不容易读——从受精卵到一个活生生的人，有多少细微的步骤和影响因子参与其中、发生了多少次曲曲折折的变化，哪怕是同一种蛋白质信号，都无数次在不同阶段对不同细胞发挥着因天时地利而不同的作用。而细... (展开)

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周止右 2022-04-29 16:54:27

完整的发育到底是如何实现的

这篇书评可能有关键情节透露

之前我不太理解例如一些妈妈意外怀孕，在不知情的情况下使用了烟酒，但检查结果出现之后及时停掉，对胎儿的影响并不那么大，所以就去阅读了一些关于妊娠风险的说明。资料显示，怀孕前2周出现的风险最低，是因为这一时期是受精卵期。受精卵还没有附着在母体的子宫内壁上，胎盘和... (展开)

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雾凇 2022-05-14 19:16:49

生命发育过程中的大道至简

这篇书评可能有关键情节透露

上大学的时候曾经选过一门北医开的跨校选修课《生命科学与人类繁衍》，授课老师是一位主攻不孕不育治疗和试管婴儿培养方向的医生。每个周末穿过狭窄黑暗且放着堆有陈旧标本和人体教学模型的歪斜架子的楼道，在老式的大阶梯教室，听这位老师语重心长地讲两性的生理知识、胚胎的... (展开)

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曾经巫山难为云 2022-05-08 18:29:05

解构生命

这是读过的书中最难啃的一本。英国解剖学教授杰米·A. 戴维斯尽管用平实的文字、轻松地语调和近乎通俗的语言，为读者打开了生命的微观世界，但其间涉及到生物学、胚胎学、遗传学、生理学、医学等多学科的专业知识、理论和学说，由此竖起一道学识的高墙，对我等普通读者来说自然... (展开)

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读书笔记 · · · · · · (共25篇)

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14死亡造人

闻夕felicity (此时正是修行时)

据估计，在胎儿正常发育过程中，半数以上的胚胎细胞最终会消灭自身。正因为这种消亡是细胞自己的“选择”，这一过程也被称为“细胞选择性死亡”。①细胞选择死亡的一个原因是它参与构成的组织是身体建造过程中所必需的，但不是最终产物的一部分。这类组织与工人在建筑桥梁时使用的脚手架类似，一旦完工，不再需要外力支持，脚手架就被移除了。第10章和第12章中提到的临时肾，大致属于这种类型。1在鱼类等“低等”动物中，这种肾...
2022-05-05 13:30:43 1人喜欢

据估计，在胎儿正常发育过程中，半数以上的胚胎细胞最终会消灭自身。正因为这种消亡是细胞自己的“选择”，这一过程也被称为“细胞选择性死亡”。①细胞选择死亡的一个原因是它参与构成的组织是身体建造过程中所必需的，但不是最终产物的一部分。这类组织与工人在建筑桥梁时使用的脚手架类似，一旦完工，不再需要外力支持，脚手架就被移除了。第10章和第12章中提到的临时肾，大致属于这种类型。1在鱼类等“低等”动物中，这种肾脏直到成年也留在原处并发挥功能。而如第12章所述，哺乳动物的成年个体会用“新型”肾脏完成排泄。和鱼类一样，哺乳动物的血细胞以及血管是从包含了原始肾脏的组织发育而来。雄性还会把临时肾的一部分引流系统重塑成生殖管道。因此，虽然成年的哺乳动物不再需要这些组织原本就有的排泄功能，但是在胚胎发育期还是要把它们制造出来。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215
一种非常重要的细胞选择性死亡，可见于手脚的形成过程。2这一切都始于船桨样的组织，内部间质细胞压缩形成骨骼，而所有的骨骼上覆盖的外胚层像连指手套似的形成一个整体（第11章）。接下来，手指间的细胞开始自杀，让外胚层只覆盖到手掌的位置。于是，连指手套变成了分指手套。3以鸟类胚胎为材料进行的实验证明，细胞选择性死亡对指头的形成很重要。发育中的鸡胚，其脚趾之间会发生大量的细胞选择性死亡，塑造出修长的、完全分离的足趾，这样的足适合刨土觅食。而在鸭胚中，足趾之间的细胞很少会死去，所以它们会长出蹼足，趾间有坚实的双层皮肤和结缔组织，非常适合游泳。如果用药物阻止鸡胚足趾间的细胞选择性死亡，它们也会长出蹼足（图70）。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215
左图展示的是鸭脚的正常发育，肢芽的足趾间只发生极少的细胞选择性死亡，保留了趾尖足蹼。中图展示的是鸡脚的正常发育，和人类一样，足趾间的细胞大量选择性死亡，发展出没有蹼的足。最后的图展示了被研究人员阻断引发细胞死亡的信号之后鸡脚的发育，结果产生了类似于鸭脚的鸡脚。这说明，细胞选择性死亡很可能对清理足蹼至关重要〔只能说“很可能”，不能说“确证”，因为我们没办法确定，这种用来阻断细胞选择性死亡的方法没有同时作用于其他我们尚不知道的、与肢体发育相关的过程：借用唐纳德·拉姆斯菲尔德（Donald Rumsfeld）的名句，这种“对未知的未知”，是解释生物实验时永远存在的问题〕。除了类似拆除脚手架的这种类型，细胞选择性死亡也经常在永久性组织中出现，主要是为了去除过量的细胞。许多发育中的组织一开始都会产生过量的细胞，然后利用周围组织发出的信号决定保留哪些细胞，以及保留多少。一个过量制造细胞的例子，是正在发育的脊髓中的运动神经元。运动神经元是连接身体体壁和四肢肌肉的神经，它们负责腿部、胳膊和躯干的动作。我们以控制胳膊的神经元为例，来讲解其中的发育原则（这个原则适用于所有运动神经元）。在正常的发育过程中，负责控制胳膊运动的脊髓区域会产生比成年个体所需多得多的神经元。5，6这些神经元发出轴突进入发育中的上肢，致力于和发育中的肌肉纤维建立联系。不久以后，一大波细胞就会出现选择性死亡，显著减少神经元的数量。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215
们初窥细胞选择性死亡的奥秘是在一次鸡胚实验中，7，8，9在这个实验中，人们移除了鸡胚的一个前肢（翅膀）芽，另一个肢体芽保留。起初和正常的胚胎一样，脊髓两侧都生成了大量的运动神经元。而当细胞的死亡时刻来临，与肢体连接的那侧脊髓，其中的运动神经元发生了正常的、中等程度的运动神经元损失。而被移除了肢芽的那侧脊髓，大量细胞损失。这一经典实验让人们意识到，运动神经元在生存与死亡之间的选择，也许与它们是否和目标肌肉建立起连接有关。这种推测后来又有了其他支持：人们观察到，植入额外的肢体能够大幅减少同侧运动神经元的死亡，这与额外的肢体需要更多的神经元来支配的推测一致。改变目标肌肉的数量就可以改变运动神经元的死亡比例，正常的发育过程也涉及部分神经元的死亡，这说明，即使在正常的发育过程中，肌肉的生产量也会跟不上运动神经元的产生。研究人员小心翼翼地对发育中的肌肉进行生化分析，发现肌肉只生产了数量有限的神经存活因子。10最初，运动神经元没有这些因子也能活，但在成熟过程中，它们只有得到足够数量的因子才能存活。细胞中原本就存在促自杀通路，这个通路仅在周围信号的影响下才会关闭。正常胎儿的手臂肌肉所产生的存活因子不足以让所有运动神经元生存，只有那些和肌肉连接得最好的神经元才会得到足够的因子。其他细胞就会因为没有足够的因子控制促自杀通路的关闭而消亡。在这种超量的细胞群体中，细胞为了有限的存活因子而相互竞争，只有那些与信号源建立了最强连接的才会存活下来。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215
先过量地增殖细胞，然后建立最优连接的细胞才能生存下来——这种过程令人不禁想起达尔文演化论核心的适者生存：动物会过量繁殖，其中只有适合度最高的个体才能生存下来。②这两个过程并不严格相似，但都涉及在随机差异中挑出“最优”个体的选择手段。在达尔文演化论中，这种差异性来自后代互相竞争的小动物所携带的基因。而在胚胎中，这种差异主要是轴突与肌肉连接的准确性。在这两个案例中，那些最优的个体存活了下来，其他的都会消亡。利用这样的系统，胚胎减少了轴突发育中对路径寻找精确性的要求，对错误的容忍度有了很大提升。细胞竞争目标来源的存活信号的规则，绝非只存在于脊髓的运动神经元中。在感觉神经元，甚至在大脑深处的许多区域中都可以见到。重要的是，它也存在于神经系统以外。事实上，这种规则应用得非常普遍，普遍到从中延伸出了一种“营养假说”；11这种假说主张，所有细胞的生存都依赖于来自其他细胞的有限量的存活因子。有个科学家对此深信不疑，他在第一次做相关的报告时，承诺如果有人找到反例（异常和早期胚胎细胞除外），他就会赠予一笔可观的奖金。到现在还没有人拿到这笔钱。无论是从非常短的时间尺度，还是相当长的时间尺度来看，营养假说都适用于人类。短时间看，无论是细胞一开始就长错了地方，还是不小心走错了来到了自己不该来的地方，都会因为远离了原本应该与它互动的细胞而置自己于死地。这些细胞这样才不会变成大麻烦。在更长的时间尺度上，这使得动物有可能演化出复杂的身形。我们首先假想两种身形相同的动物，一种起初就只产生了和肌肉数量刚好相当的运动神经元，而另一种和我们实际发育中遇到的一样，一开始会产生过量的神经元，然后再去除冗余的那些。现在想象一下这些动物的环境发生了改变，出现了能给长着强大上肢的动物利用的全新的生态环境，比如适于擅长挖掘或有腾跃能力、能在树枝间穿梭的动物。如果第一种类型的动物想要具有强大且功能健全的前肢，每个个体身上必须同时出现两种突变：一种让手臂本身变得强大，另一种需要让控制手臂的运动神经元以恰到好处的数量增加。对第二种类型的动物来说，只需要产生能让手臂变得更强壮的突变即可，因为这些肌肉产生的存活因子会自动让足够多的运动神经元存活下来，保证手臂的正常功能。产生一种突变的概率已经很低，在同一个个体内同时出现两种突变的概率更是微乎其微，很可能不得不经历漫长的等待。因此，使用这种过量增殖—靶标依赖性存活策略的动物演化得更快，也能更快适应环境，更可能在演化竞赛中赢得一席之地。所以，像小鼠和人类这些有着无数演化创新的复杂动物都在这样的原则之上构建起来，也可以说不足为奇了：如果动物没有采用这种策略，那么在有限的地球历史中，它们可能还没来得及演化出来。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215
细胞这种依赖其他细胞发出的信号而生存的特性，也在改变临床治疗：医生操纵细胞生存信号的能力越来越强，他们已经开始利用这种方法来延长患者寿命。虽然从理论上说，癌细胞已经丧失了正常的生长机制，但许多仍然保持着对生存信号的依赖性。这种依赖性也是治疗这类肿瘤的突破点，因为这让人们不使用传统化疗等大规模伤害性手段也能杀死癌细胞。非必需组织内的肿瘤最适合用这种治疗方法，因为即使治疗过程让一部分正常组织选择了死亡，也不会威胁病人的生命。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215
如果将这种方法应用在那些生存所必需的组织中，则要冒着治疗过程中因为阻断了生存信号而让正常组织死亡的风险。由于癌细胞的结构通常较为混乱，且远离生存信号源，因此我们还是有可能找到特定的药物剂量让信号减少到刚好足够供应那些距离信号源较近的正常组织，同时不足以支持大多数距离信号源较远的、无序的癌症细胞。这种对生存信号的操纵，将来有望和其他疗法联合起来，成为对抗一系列癌症的重要治疗手段。
引自 14死亡造人……………………………………………………………………………215

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回应 2022-05-05 13:30:43
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13神经线路

闻夕felicity (此时正是修行时)

中枢神经系统起源于早期胚胎的神经管，神经管由神经沟向内部折叠而成（第5章）。头部的神经管将来会膨大，发育成脑，其余部分则形成脊髓。一旦中枢神经系统的神经管的基本结构成形，下一阶段的主要行为就是细胞增殖。细胞增殖的速度比跟上胚胎生长所需的速度快得多，因而那些“多余”的细胞就可以用来增加神经管壁的厚度。这个加厚的过程涉及复杂的细胞组织，包括细胞自身的运动以及细胞核在细胞内的运动，但简而言之，结果就是...
2022-05-05 12:58:40

中枢神经系统起源于早期胚胎的神经管，神经管由神经沟向内部折叠而成（第5章）。头部的神经管将来会膨大，发育成脑，其余部分则形成脊髓。一旦中枢神经系统的神经管的基本结构成形，下一阶段的主要行为就是细胞增殖。细胞增殖的速度比跟上胚胎生长所需的速度快得多，因而那些“多余”的细胞就可以用来增加神经管壁的厚度。这个加厚的过程涉及复杂的细胞组织，包括细胞自身的运动以及细胞核在细胞内的运动，但简而言之，结果就是神经管左右的壁很厚，上下相对较薄。之前的章节已经探索过神经管在两个维度上的模式形成。神经管上的模式形成，由头—尾轴上不同水平激活不同HOX基因的表达组合，通过这个染色体开放过程来控制（第6章）。整个神经管上的模式形成，则由从底板和顶部释放的分子信号的浓度梯度指挥完成（第7章）。神经管侧面新形成的侧壁给神经管在径向上增加了第三个模式形成方向（图64）。如果细胞发现自己紧邻神经管中央的空腔，就会表现出与那些位于神经管壁中间的细胞不同的变化，而中间的细胞又会与位于外层的细胞有所不同。中枢神经系统的某些部分，例如在大脑皮层中，这种层次结构对它的功能而言极其重要；但在另一些结构中，层次的区分就没那么明显。
引自 13神经线路………………………………………………………………………… 196
图64 三种轴，神经细胞能探测它们的位置并据此相应分化。左图是胚胎的主干（没有画出头部），包括神经管和两侧的体节。右图展示的是神经管的透视图，上面标明了三条轴。
虽然用于神经管模式形成的三个轴从理论上讲非常简单，但由于并非每个细胞都会留在原来的位置上，所以这个过程就变得复杂了。特别是在大脑中，非常多的神经元在神经管内迁移，从一个地方换到另一个地方。很多大脑皮层中（也就是通常认为用于“思考”的那个部分）的细胞并非起源于这个位置，而是从脑的其他发育区迁移过去。与此相似的还有嗅球，与嗅觉相关的那个部分的很多细胞也来自别处。1这些细胞的导航机制与第8章中讲过的相同，研究人员已经找到了其中的很多引导分子（还有很多未知尚待人们继续探索）。神经元与周围细胞的联系方式主要是发展出细长的部件：树突和轴突。树突可以接收神经元的输入并进行局部计算，轴突则把神经元产生的信号带到其他神经元和肌肉。轴突的长度可以达到它们发出的神经元胞体本身长度的几万倍。连接人体脊髓基部和脚部的轴突近一米长，而发出这个轴突的细胞胞体的直径仅有百分之一毫米。轴突非常细长，会把不同的部分联系在一起，我们可以把它类比成神经系统的“线路”。与电气工程一样，神经线路也要传播很长的距离，它们也被聚集在一起形成电缆（神经），每条神经中含有几百条“电线”。我们还可以继续类比下去：因为自然状态下的神经信号本身就是电信号。只是轴突中的电流形式比普通电线中的复杂得多，仅靠类比还是不够。在轴突与另一个胞体接触的地方，会形成一种特殊的连接结构：突触。信号就是通过突触传播的。身体某些位置的突触会直接传播电信号。但更多的突触传播依赖神经递质的释放。这是一种生物小分子，在树突和另一个细胞之间的缝隙间传播，激活那个细胞上的受体，然后这些受体会激活接收细胞内的电活动和／或生化活动，交流就此完成。不同类型的神经元使用的神经递质不同。有些药物（有些合法，也有些不是）可以模拟或抑制某些神经递质，这些药物可以通过脑神经的活动来影响大脑的功能，同时不会影响其他部分。
引自 13神经线路………………………………………………………………………… 196
神经系统发育中要解决的最重要的问题，就是如何安排这些“线路”、让它们以适当的方式互相连接，并在适当的地方连接到感觉器官（眼、耳、鼻、触觉感受器、温度感受器等）或动作器官（肌肉、血管、腺体等）。这个过程的完成主要有赖于一个结构，位于发育中的轴突顶端：生长锥。生长锥（图65）主要由蛋白质构成，这些蛋白质驱动细胞迁移的机制与第8章中描述的相同。2生长锥的前缘有微丝构成的网络，是突出来的；这些纤维不断生长，并把前方的膜结构向前推进。这种向前推进有时候会创造出细长的长钉状丝状伪足，它们会伸向距离生长锥较远的地方，再向后收缩。在生长锥的中心，肌球蛋白等马达蛋白与微丝互动，让微丝形成能够收缩的束状结构，这个结构会把前方的膜向后拉拽。如果没有其他力量与这个拉力抗争，那么生长锥的边缘就会回缩，轴突也就不能生长。为了防止这样的情况发生，生长锥上备有特殊的蛋白质复合体，这些复合体能黏附到它们所附着的细胞表面的特定组分上。3它们为微丝系统有效地提供了锚定，让生长锥前缘有了可以推动的地方。它们同时阻止了生长锥中心的肌球蛋白把边缘向后拉：这种拉力转而让被拖着向前的生长锥向着前缘移动。就是通过这种方式，生长锥以及后方的轴突都向前移动了。[插图]
引自 13神经线路………………………………………………………………………… 196
图65 生长锥中的微丝可以形成两种突起结构：板状伪足（前缘）和丝状伪足。支持板状伪足的是具有分支的微丝网络；丝状伪足由成束的微丝驱动。
如果细胞的前进机制真的如上文所述，那么生长锥的前进能力就与它们自身的黏附能力息息相关。无论是在培养皿还是胚胎中，生长锥对表面的选择都至关重要。如果生长锥以下的表面的某一部分比另一部分黏性更强，那么生长锥的中心在前进过程中就会偏向那一侧。黏性更强的一侧也会把新的前缘向前推进。因此，生长锥就转向了这一侧。不同的神经元会产生不同的黏性蛋白复合体，即使是同一类神经元，也会在自身生活史的不同阶段制造不一样的复合体。每种复合体会黏附在下表面不同部分的分子上。不同的神经元就是用这种方法，即使面对相同的选择也依然能够找到自己独特的生长路径。附性的差异性是生长锥依赖的唯一一种导航信号。另一种引导机制是给生长锥的前缘发送装配信号。4如果前缘的不同区域探测到不同的外部信号浓度，那么它们不同的部位向前突起和向后收缩的程度也会产生差异，生长锥会向着突起的方向生长，同时相对远离收缩的那些位置。5有些时候，胚胎内各个区域中的这种差异非常强烈，以至于生长锥出现了“全或无”式的响应：某些区域内完全不会出现某些类型的生长锥。在另一些情况下，浓度差异不那么极端，不同的生长锥也会给出相应的响应，这会让它们实现微妙的分布模式。还有些时候，浓度有一系列梯度，这样的差异会把生长锥引领到远处。这种全或无式的响应，可以在决定神经是否会穿过脊髓中线的系统中观察到。如果一个人正在进行非对称行为（比如左手拿着托盘，同时右手举起茶杯这类动作），那么此时对穿不穿过脊髓中线的控制就十分重要。举起茶杯需要二头肌（以及其他肌肉）的主动收缩。据人们目前所知，左臂和右臂的二头肌所表达的分子并没有什么本质差别。脊髓中那些将来会控制二头肌的运动神经元的生长锥，本身并没有什么左右之别。如果生长锥在走出脊髓之前能够跨越脊髓中线、随意移动，许多本应控制右臂的神经元也会控制左臂，那些本应控制左臂的也是如此，那么左右臂只好同时摆动了。因此，胚胎必须保证不会出现这种情况，要让脊髓右侧的运动神经元只能到达右臂肌群。对感觉神经元来说也是如此。我们之所以能够分辨招呼我们的人是站在左侧还是右侧，是因为大脑与左耳及右耳有精确的连接。我们的大脑的确能够通过精细的加工过程探测并纠正偶尔出现的错误（第15章会提到），但前提是大多数线路都连接得准确无误。
引自 13神经线路………………………………………………………………………… 196
图66 脊髓底板含有信号分子SLIT。这足以排斥那些会发挥功能的ROBO生长锥（a），并阻止它们跨越底板区；而没有发挥功能的ROBO生长锥（b）可以自由穿越。
生长锥的不同生活阶段可以改变自身表达的蛋白类型。那些需要跨越脊髓中线的轴突就是如此。在向着中线生长的阶段，它们会表达受体蛋白，这让它们受到脊髓中线细胞所释放信号的强烈吸引，并向着中线行进。此时的它们几乎不会产生ROBO，而是会产生让ROBO信号失效的蛋白，因而能够跨越中线。但它们在跨越中线的过程中，因为暴露在底板细胞产生的高浓度音猬因子中（第7章），所以经过一段时间的延迟后会开始变得对ROBO敏感，而这段时间间隔正好允许它们完成跨越。7这种新出现的敏感性使得生长锥开始排斥中线，因而它们不会尝试重新跨越中线，而是走得越来越远，向着最终目标行进。8（“ROBO”这个名字出自果蝇的突变“roundabout”，意为环岛；这个突变会让果蝇的ROBO失活，导致生长锥从脊髓中线穿过又穿回，就像自行车骑手在环岛线路上环行。）有些神经细胞只应该与同侧的中枢神经系统相连，所以它们的轴突就不应该穿越底板。轴突的生长锥表达ROBO，所以与底板接触时会受到排斥，也就不能穿越这个不欢迎自己的区域。还有一些神经元对底板发出的吸引信号敏感，同时又会受到底板SLIT的排斥力。由于受到吸引与排斥这两种矛盾的影响，这些神经元便会停留在一个尽可能接近吸引信号源，同时又不会受到太大排斥力的位置。9就像飞蛾在保证自己不被灼烧的前提下，会尽可能地向着火光飞。生长锥与底板之间保持一定的距离，保持平行地沿着脊髓生长。这种轴突会把头—尾轴上不同的身体部位联系在一起，例如连接了大脑和控制肱二头肌（就是让人们举起茶杯的那块肌肉）的运动神经元。像这样采用相对的，而非全或无的排斥的运作方式的，还有一个例子就是眼睛与大脑的连接。成熟的人眼会让图像聚焦在视网膜上，视网膜就是位于眼球后方的曲面“屏幕”。视网膜上覆有感光细胞，打到这些细胞上的光线会因为强度不同而改变膜上的电压。附近直接与这些细胞相连的神经细胞会对电压信号进行处理，再传递到大脑。这些信息处理细胞直接发出轴突与大脑连接。在哺乳动物中，大多数信号都会被传递到头后部一个被称为上丘①的地方。视网膜神经节细胞的轴突在延伸过程中保持互相平行，呈缆线状——这就是所谓的视神经。但它们到达上丘以后就分散了，以一种很特别的方式与脑连接：它们与上丘相连的部位，精确地取决于神经节细胞在视网膜上的位置。这样的排布可以让上丘以脑电活动的形式完全重现视网膜中以光信号构建的图片。
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把视网膜内的信号投影到上丘，并把原本粗糙的图像变得更加精确，这涉及多个机制的相互合作。其中一个强大的机制，缘于上丘细胞携带的排斥分子与生长锥上受体之间的相互作用。如果受体探测到了排斥分子，对应的生长锥前缘就会瓦解。10上丘内的排斥分子浓度并不是均一的，那些从眼睛的侧面最靠近鼻子的位置（鼻侧）所发出的轴突，连接的上丘部分浓度最高。排斥分子的浓度从此处开始逐渐降低，在与距离耳朵最近的视网膜部分连接的地方降到极低。②视网膜神经节细胞的生长锥上的受体水平也不一致：鼻侧的神经节细胞只表达少量的受体，靠近耳朵的部位则会表达大量受体，中间部分的浓度按照一定梯度过渡。耳侧眼睛上发出的生长锥会受到那些大量表达排斥分子的上丘的强烈排斥，所以它们会转向表达排斥分子最少的上丘边缘生长。眼睛中间的生长锥会表达一定数量的受体，因而也会在一定程度上避开表达排斥分子的上丘。由于上丘内的空间有限，耳侧生长锥的受体特别多，所以更渴望与排斥分子数量最低的部分结合，视网膜中间部位的细胞因而无法与它们竞争，只好与排斥分子浓度中等的部分连接。与此相反的是鼻侧的生长锥，它们携带的受体特别少，因而可以容忍有高浓度排斥分子的上丘。总而言之，生长锥通过竞争远离了排斥分子，它们得以在上丘上形成与自己离开视网膜时相同的排布（图67）。
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图67 本图选取了3个轴突来代表数千个轴突，以此来说明视网膜上的图像是如何重绘到上丘上的。起源于耳侧的轴突（图像底端）携带了大量的受体，因而会受到上丘内排斥分子的强烈排斥。由于排斥分子也呈分级排布，这些轴突只愿意连接到排斥分子最少的上丘末端（在图中的最底端）。起源于中间的轴突停留
上述机制让生长锥根据眼睛的水平轴，即鼻—耳轴生长。而在眉毛—脸颊轴的垂直轴上，视神经会用另一套排斥因子与受体来组织生长锥，眼睛的“线路”因此可以准确地投影到上丘。这两个系统中似乎都还存在没有发现的信号系统，它们可能是吸引性也可能是排斥性的，会与上述的排斥机制共同完善这个投影系统。我们对这一系统的理解还处于初始阶段。
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以上对生长锥如何让视神经连接到大脑中正确位置的解释，主要说的是一个局部相互作用的故事。在这个故事里，生长锥从视网膜到上丘的漫长旅行被视为理所当然，这个过程本身非常复杂，并且依赖各种各样的排斥与吸引信号。11从眼睛到大脑之路面临的第一个导航上的挑战，就是让原本在视网膜各处的生长锥找到眼睛后部视神经产生的那个点。实现这种导航一方面依靠生长锥表达从视网膜边缘发出的排斥因子的受体，另一方面依靠生长锥拥有一种受体：朝向视网膜中间视神经即将出现的地方产生吸引分子的受体（图68）。此处的吸引分子也包括音猬因子。如果人们阻断动物胚胎中的视网膜中央产生音猬因子，视网膜神经节细胞的生长锥就不能正确找到这个点，整个导航系统就会变得一团糟。研究人员已经找到一些证据来证明来自眼睛边缘的排斥梯度。它们一旦离开眼睛，生长锥最先面对的是狭窄的“廊道”，这条廊道内壁上的细胞会产生另一种排斥分子。12被这条廊道包围的细胞只有一条路可走：沿着一条窄道进入发育中的大脑，来到近乎中心的位置。随着数千条生长锥涌出正在发育的视网膜，它们把自己的轴突铺设在后方，共同组成缆条状结构，这就是视神经。两只眼睛发出的视神经在大脑的中央交汇，所以它们在此处需要面临路径的选择问题。其中一些会跨越中线去往对侧大脑的上丘，也有一些会突然转向，前往本侧的上丘脑（图69）。这种路径的选择从本质上讲是功能性的，取决于我们看东西的方式。很多动物，特别是作为被捕食者的动物，它们的眼睛都位于头的两侧。这种排布方式的优势是尽可能地减少了两只眼睛所看到的视野的重合程度，让动物能够尽可能地同时看到周围所有的天空和土地；运气足够好的话，它们就可以及时看到捕食者，并有时间逃离或把自己藏起来。如果两只眼睛的视野范围没有重叠，来自两只眼睛的视觉信息就可以分别经过加工。在这类动物身上，视神经就直接穿越大脑中线到达对侧。但是我们人类的眼睛长在面部前侧，目光向前。这是一种典型的捕猎者或者说需要精确判断距离（比如如何从一根树枝荡到另一根）的动物的眼睛。
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图68 视网膜背部的结构近似杯状（非常接近真实的形状）。引导视网膜神经节细胞的轴突来到出口形成视神经的，是像音猬因子这样的分子所产生的吸引力，很可能还有从视网膜边缘发出的排斥信号的作用。
图69 图示为轴突从视网膜到上丘的路径，视觉信号就是这样在上丘中重现的。左图展示的是大脑侧面，显示的是上丘的位置。右图为了清楚展示，把上丘和神经都画得稍大，展示了轴突到达视交叉的过程，它们要在这里决定：穿越到对侧，还是留在本侧。
人类两只眼睛的视野范围在超过一半的区域都是重合的，由于两只眼睛之间有一定的距离，大脑由此可以把看到的处理成三维的图像。……两只眼睛观察同一物体的视觉位置的差异可以让人精确地计算出距离，这就要求大脑的同一区域同时获得来自两只眼睛的信息。为了达到这个目的，相当数量的生长锥必须不跨越中线，而是转向同侧大脑，与来自对侧的生长锥汇合。这种转向也由中线上的细胞产生的排斥分子引导。13部分生长锥能探测到这种排斥分子并给出响应，另一些则不会，这是因为它们具有针对这些分子的不同受体组合。14无论跨不跨越中线，通过这个交叉点以后的生长锥去往上丘脑的路径，都再次由那些防止它们偏离正轨的排斥因子来界定。目标处可能也会发出吸引分子向外传播：15 人们已经发现了对其他生长锥起作用的吸引分子，例如把感觉信息传入大脑皮层的那些分子。列举所有的引导信号固然重要，但这又引出了下一个问题：发育中的大脑是如何产生这些错综复杂的信号的。对此我们仍然所知甚少，但它反映的机制和前文所述胚胎整体的机制是一致的。随着中枢神经系统的发育，来自周围组织的信号以及细胞本身的蛋白质决定了基因的开启和关闭。这其中有些基因产生的蛋白质又作为邻居细胞的信号，影响它们的基因表达。原本简单同质的系统，就这样变得复杂且充满异质性。神经系统更复杂的地方在于，一旦生长锥从神经元上发出，并根据周围的信号导航制造出轴突，这些轴突本身就会成为一种信号源，或改变周围细胞的基因表达，或指导其他细胞的轴突行进。和胚胎整体相似，发育中的神经系统也是一片自我创造之地，在复杂之上加载复杂：历史决定现在。
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在这种发育中，对一种变化的响应是另一种变化的刺激源，这种方式在增加复杂性方面非常强大，然而也带来了相应的风险。某个机制上的一点点差异会在它引发的后续事件中被成倍扩增。因而这种方式对错误的容忍力极低，任何早期失败都可能导致后续不成比例的严重后果。也许就是出于这个原因，有关神经的基因缺陷都会给脑功能带来严重的影响。神经系统早期发育时出现问题而导致大脑异常的一个例子，就是无脑回畸形（lissencephaly）。许多种基因突变都会在神经管加厚时期干扰神经元细胞体的运动，这意味着大脑的多层结构不能正常形成，也就会使得神经元制造的管道表面积太小，以至于大脑不能形成正常的沟回，“无脑回畸形”的病理改变就是大脑表面光滑。16由于不能形成多层结构，大脑就不能正常工作，情况比较严重的儿童会表现出严重的智力发育异常，智商终生都不会超越几个月的婴儿，通常还会伴随肌肉痉挛和癫痫，常常在非常年幼时就因为不能控制呼吸而死亡。在后续进程中，许多种突变会引发生长锥引导上的缺陷，导致它们正常的连接失败或建立异常的连接。L1CAM是大脑中特定细胞表达的一种黏附分子。长有正确受体的生长锥会识别L1CAM并黏附到这些细胞上，沿着这些细胞迁移。影响L1CAM功能的突变会移除这些关键的迁移信号，17，18有这种突变的人的左右半脑之间，以及大脑和脊髓之间会缺少某些连接。他们在运动和其他脑功能方面会出现异常。有些人的突变出现在控制穿越中线的ROBO/SLIT系统所需的蛋白质的编码基因上，这些人的生长锥对ROBO异常敏感，在本应跨越中线的时候不能跨越中线。这些人会出现视力损伤和运动协调问题。
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其一，读者可能认为控制神经系统线路的只有那么两三个分子。但事实绝非如此。神经系统作为一个整体，包含了许多种有引导生长锥功能的蛋白质，不同的生长锥会对不同的蛋白质做出响应。这些蛋白质通常会组合起来发挥功能；即使某个位置只存在两种蛋白质，从数千种备选蛋白中选出两种也会创造出百万种可能的组合。事实上，神经系统可以在一个位置上同时产生几十种蛋白质，可能的组合数量多到写一整行零都不够数。这里的原理和我们现在只用0～9这几个数字就能组合出全世界亿万个独一无二的电话号码类似。我们几乎可以肯定，神经系统就是通过组合使用生长锥引导分子，创造出了这么多特定的连接方式。另一个我们绝对不该有的想法，就是认为我们已经对神经系统发育所知甚多。事实上没有人彻底了解。我们对其中的某些部分有了些许了解，比如本章中提到的部分。也许我们可以说已经掌握了生长锥引导的基本原则。但从这些基本原则到完全理解大脑的每一部分是如何连接的细节，我们还有很长的路要走。还有许多东西需要探索。依靠本章描述的生长锥导航机制，神经系统建立起了基础的连接，但还缺少完整系统里的那些精准连接。许多精准连接的形成依赖的是在已经连通的神经系统中传播的信号，它们不断完善模式、增加连接强度，这个过程可以持续人的一生。由于这个过程主要发生在更晚的时候，主要是人出生以后，我们将在第15章讨论神经系统的完善过程。
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回应 2022-05-05 12:58:40
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11伸展手臂（和腿）

闻夕felicity (此时正是修行时)

四肢发育始于胚胎侧面两个小小的突起。它们所处的位置比心脏稍往前一些，将来会发育成人的手臂。不久后，躯干另一头的相对位置上也会发育出两个类似的突起，这就是腿的雏形。这些突起形成的动力来自那些紧贴在外胚层（它包裹在整个胚胎外层）下方的细胞的持续增殖。事实上，并不是由于这些细胞的复制速度特别快，而是它们在其他细胞都减缓了增殖速度的情况下仍然保持原来的速度：我们看到的结果就是四肢处的增殖速度远远快于身...
2022-05-04 23:37:53 1人喜欢

四肢发育始于胚胎侧面两个小小的突起。它们所处的位置比心脏稍往前一些，将来会发育成人的手臂。不久后，躯干另一头的相对位置上也会发育出两个类似的突起，这就是腿的雏形。这些突起形成的动力来自那些紧贴在外胚层（它包裹在整个胚胎外层）下方的细胞的持续增殖。事实上，并不是由于这些细胞的复制速度特别快，而是它们在其他细胞都减缓了增殖速度的情况下仍然保持原来的速度：我们看到的结果就是四肢处的增殖速度远远快于身体侧面的其他部分。这些细胞并非独立决定保持这种高速增殖，躯干中胚层发出的信号诱导了整个过程。很可能由HOX基因密码（第6章）引导，躯干中对应手臂和腿部水平的中胚层细胞开启了新基因的表达，1，2其中就包括开启制造WNT基因家族的信号蛋白。WNT蛋白会激活FGF信号蛋白家族的制造，3而这会促使可见肢芽的产生。研究人员已经利用戏剧化的实验证实了FGF诱导四肢发育的强大能力。他们把浸有FGF蛋白的凝胶或一种改造基因后能产生FGF的病毒植入鸡胚的侧面，就在将来会发育出翅膀和腿之间的位置：结果就是覆盖在植入物附近的细胞长出了额外的突起，继而生成额外的肢体。一旦这些地方启动了四肢的发育，肢体形成区一个细条状的外胚层（“皮肤”）就会变厚，它下面的中胚层细胞会开始增殖。这样就会向外推出一个桨叶状的肢芽，而肢芽上端会被增厚的外胚层覆盖（图51）。
引自 11伸展手臂（和腿）……………………………………………………………… 165
图51
肢芽中的大多数细胞都有发育出骨头、肌腱等各种组织的能力。这些细胞显然不能随机决定自己成熟后会变成什么类型的细胞，否则四肢就会一团混乱；它们需要根据自己所处的位置做出恰当的决定。那些最终会停留在尖端的细胞应该会发育成手指上的短骨，靠近肩膀的细胞则会发育成肱骨，即上臂的大型骨骼。位于它们之间的其他细胞会分别发育成肘关节或前臂骨；另外如果它们正巧不在发育成骨骼的那条线上的话，就会发育成相应位置上的肌肉和肌腱等。因此，发育中的四肢需要一个强大的系统来保证每个细胞发育成与其位置相对应的组织。据我们现在所知——虽然远称不上真正理解——它们似乎与第7章描述的体节一样，依靠的都是探测肢体内部几个固定位置发出的不同信号分子的浓度梯度。它们的命运同时也受到时间的影响。
引自 11伸展手臂（和腿）……………………………………………………………… 165
在我写作本书期间，学界关于如何明确肩膀—指尖轴这个方向还存在争议：现有的几种假说都有各自的拥护者，但又没有一种假说能得到完全的证明和反驳。从某个角度说，存在这个“争议”是个问题，本章不能确切地给出“答案”，但从另一角度看，这又给了我们一个机会去解释生物学研究是如何推进的。首先列举一下那些不存在争议的事实：第一，肢体逐渐伸长，大多数细胞增殖都发生在尖端附近的渐进带（progress zone）。随着肢体伸长，渐进带会像蜗牛留下痕迹一样把细胞留在身后，留下的那些细胞会继续成熟，形成精巧的组织结构。第二，正在发育的四肢两端的细胞会接触到不同（至少是不同浓度比例的）的信号分子。肢芽顶端的外胚层细胞会产生FGF蛋白。7，8而肩膀部分会有视黄酸（第6章关于体节形成的部分提到过相关内容）从身体的躯干进入肢芽。第三，上臂的可见骨骼前体比下臂出现得更早，而后者又比手部更早出现。
引自 11伸展手臂（和腿）……………………………………………………………… 165
我们有两个主要的模型，它们都得到了某些实验的支持，但又都至少被一个实验证明并不完全正确。科学领域每次遇到这样的问题时，最好的应对策略也许是看一下是不是两种模型拥有某种共同的假设。这个例子中暗含的假设就是有一个唯一的机制决定了整个肩膀—指尖轴的模式。事情可能并非如此。在我们的演化历史中，四肢并非一次性齐备了所有部件。比如，肉鳍鱼类的胸鳍有相当于上臂和下臂的结构，但完全没有“手”，这说明手的发育最可能是后来“加”上去的。这也是有证据支持的，因为陆地动物的上肢发育与鱼鳍有着类似的基因表达顺序，之后才开始发育出鱼身上没有的新部位：手。更原始的无颌鱼类有（对那些已经灭绝的物种来说是曾经有）更原始的鱼鳍。16因而四肢上的不同部分，虽然现在都在肩膀—指尖轴上，却可能由不同的机制主导形成（图54）。有可能信号比例模型是对上臂格局形成过程的正确解释——由身体侧面生产的视黄酸会“保护”应该形成上臂的区域不变成其他的组织。但对下臂来说，在那些身体侧面产生的信号所鞭长莫及的地方，时间模型才是正解：这就可以解释为什么额外的FGF没有让下臂变短，也没有让手掌更长。
引自 11伸展手臂（和腿）……………………………………………………………… 165
人们发现，有一种原本主要作为镇静剂和用于控制炎症的药物能有效地抑制早孕反应，于是当时许多孕妇都服用了这种药物。这种药物就是沙利度胺。然而，1958年时的人们并不知道，实际上直到21世纪，人们才发现这种药物会在人体内分解产生一种分子，这种分子会抑制新生的和未成熟的血管的生长。20这种抑制作用极为高效，如果母亲在胎儿急需血管供给四肢发育的时期服用这种药物，胎儿的四肢就会因为血管不能及时生长而发育失败。最极端的状况是婴儿出生时根本没有四肢，或是只有小小的手或脚直接连在身体上。人们还没有搞明白为什么有些婴儿会在其他部分都发育失败的情况下还是长出了手脚。如果以时间模型来理解，四肢细胞都在渐进带停留了过长时间，发育成手脚倒是正好说得通了。几年后，人们才把在人群中突然出现畸形或者短小四肢的婴儿与沙利度胺联系起来。这种联系在1961年被确证，之后沙利度胺就不再作为治疗晨吐的药物。即便如此，沙利度胺仍然因为能有效地应对包括麻风病在内的很多疾病而被继续使用，全世界每年还是会出现一两例由它引发的畸形。沙利度胺后来也回到了西方世界，因为它能极有效地治疗某些眼部疾病和癌症，这正是缘于它能够减少血管发育的特性。但是医生开处方时会特别小心，不会把这种药物配给那些可能怀孕的人。
引自 11伸展手臂（和腿）……………………………………………………………… 165

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回应 2022-05-04 23:37:53
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2从单细胞到多细胞

闻夕felicity (此时正是修行时)

人类的发育始于受精卵，它作为细胞可以说大得异乎寻常，直径大约为0.1毫米，是人的裸眼刚好可以看到的尺寸。成年人身体里的细胞大多数都小得多，直径只有0.01毫米，体积只有卵细胞的千分之一。这意味着受精卵通过一分为二、二分为四、四分为八地分裂自身就可以形成多细胞的胚胎，并不需要停下来先让细胞生长。这种增殖方式就是卵裂。它极为有用，因为胚胎通过卵裂推迟了通过获取食物来保证生长的时间，直到成为一个多细胞实体，...
2022-04-26 17:17:20 1人喜欢

人类的发育始于受精卵，它作为细胞可以说大得异乎寻常，直径大约为0.1毫米，是人的裸眼刚好可以看到的尺寸。成年人身体里的细胞大多数都小得多，直径只有0.01毫米，体积只有卵细胞的千分之一。这意味着受精卵通过一分为二、二分为四、四分为八地分裂自身就可以形成多细胞的胚胎，并不需要停下来先让细胞生长。这种增殖方式就是卵裂。它极为有用，因为胚胎通过卵裂推迟了通过获取食物来保证生长的时间，直到成为一个多细胞实体，能够划分出专门用于获取食物的一部分。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
由于没有生长，细胞一分为二几乎就等于子细胞均分了细胞内的蛋白质等所有分子。也就是说如果净体积不变，细胞内部的蛋白质和营养物质浓度也没有发生变化。在这些常规表现中，DNA是一个明显的例外：未分裂的细胞有46条染色体（23条来自父亲，另外23条来自母亲），但每个分裂出的细胞也需要46条染色体。因此在每次细胞分裂前，染色体总需要复制一次。此外另有一套机制来保证细胞分裂后可以把染色体平均分配到子细胞中。这不仅要确保每个子细胞得到46条染色体，还要保证每个子细胞都获得了完整的染色体：一半来自父亲，一半来自母亲。实现染色体正确分配的这套机制是动植物的重要特征，已经存在了25亿年。但在200万年前左右，能够尝试理解这套机制的动物才出现在地球上。
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一旦单细胞胚胎中细胞的46条染色体完成复制，它们就要被转移，从而确保来自父亲和母亲的各一个副本都被精确地分配到了每个子细胞中。这个任务可以分解为以下几个子任务：（1）明确两个子细胞的中心位置；（2）让所有染色体排列在两个中心的正中间；（3）将复制好的染色体从中间拉开，让每个副本进入一个子细胞；（4）分离子细胞。其中每个过程都由分子驱动，但要在比单个分子尺寸大得多的规模上协调合作。以上的每一项任务都要完成得恰到好处，虽然在染色体等关键组分上，前期的位点非常多变。因此这些过程高度依赖适应性自组织，为阐明自组织运作的相关原理提供了极好的示例。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
确认细胞中心的机制非常精巧，它也说明了为什么那些看起来微不足道的生化细节对细胞这一生命装置的功能至关重要。这场表演中的明星角色是微管蛋白。这种分子可以互相联合，形成长长的管道：微管。单个微管蛋白的连接方式十分独特，微管蛋白很难自主地聚合在一起，但是往一条已经形成的微管上添加蛋白从而让它变得更长则相对容易。因此，微管一般不是自主形成的，但是一旦形成，就倾向于变得越来越长。微管蛋白的另一个古怪之处在于每个蛋白分子有两种状态：“新鲜”与“陈旧”（新鲜=结合了GTP，陈旧=结合了GDP；GTP会水解成GDP与Pi）。新鲜的分子会逐渐衰退到陈旧状态。只有新鲜的分子可以连接到已有的微管末端。仅当末端的蛋白处于新鲜状态时，微管蛋白才能保持稳定（只要微管的末端保持新鲜，主要部分的蛋白处于哪种状态都无关紧要）。1一旦末端衰退，微管就开始解体，整个过程会沿着微管持续进行，直到进行到末端新鲜态的微管蛋白处才会停止，从而使得微管维持稳定。与那些刚刚衰退为陈旧态的末端蛋白相比，微管主体部分的蛋白很可能早就变成了陈旧态，也就没什么能阻止这条微管解体了。微管会因此发生灾难性的分解。唯一不借助外来分子而使得微管保持稳定的方法，就是让微管保持快速增长的状态，让新鲜蛋白加入得比衰退得快。若无外力介入，微管通常不是快速生长，就是发生灾难性的崩解。而这种始终悬在微管蛋白头上的衰退可能，导致长微管的数量总是比短的少。这种机制对细胞定位自身的中心来说十分重要。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
由于微管蛋白分子很少自主聚集在一起形成微管，而细胞里有专门的蛋白复合体可以催化这个过程。这些复合体都位于一个关键结构——中心体的内部，从中心体延伸出去的微管就像轮胎上呈放射状的辐条。2只要微管生长得够快，末端保持新鲜，这些微管就能一直生长到细胞的边缘。有两种关于微管如何帮助细胞找到中心的理论，一种是“推动”机制，另一种是“牵拉”机制，分别由不同的生物实验支持。至于作用于人类胚胎的具体机制基于的是这两种理论中的哪一种还是两种兼有，我们尚不清楚。 “推动”3靠的是微管生长时所产生的推力，直接推向细胞膜。如果中心体离细胞表面太近，即使是那些很短的微管，也会碰触到细胞膜的表面，然后产生相反方向的力。中心体会就此受到从细胞膜方向传来的强大推力。与此同时，只有那些最长的微管才能接触到细胞另一侧的细胞膜内壁，又由于微管总是有衰退降解的危险，因此这类微管的数量并不会很多。从这一侧推向中心体的微管要少得多，中心体在这个方向上受到的力也就相应小得多。中心体会因为在不同方向上受力不平衡而被推动，逐渐远离细胞膜。仅仅当中心体到各方向的距离相等，受到的推力达到平衡状态，它才会在这个位置稳定下来。换句话说，中心体处于细胞的中心时能达到这种状态（图4a）。研究人员把中心体放在人工制造的盒子中，通过实验证明了中心体的确可以被“推”到盒子中心。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
“牵拉”5，6，7依靠的是小小的分子马达，它们分散在细胞中，能与微管结合，沿着微管向中心体“行走”。走向中心体移动的过程中，每个蛋白质都会对微管产生微小的拉力，原理就如同人在船上向前走时会微微把船往后推。微管越长，上面附着的马达蛋白就越多，微管受到的拉力就越大。8因此，如果中心体更靠近细胞的某一侧，那么向更远侧细胞膜延伸的长微管会比短微管受到更强的拉力，中心体就会受到拉力向着细胞中心移动（图4b）。人们已经在如海胆和蛔虫等简单动物的受精卵中开展了严谨的实验，证明了“拉”的机制对这些细胞内中心体的移动发挥着重要作用。研究人员用激光切断部分微管时发现，中心体会向另一侧弹回，就好像之前是由承受着张力的微管牵拉着一样。9可能在某些细胞中，这两种机制都发挥着作用，长微管产生的强拉力进一步减弱了它们对中心体的推动作用，使得中心体受到的推力更不平衡。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
无论人类胚胎运用的是“推”还是“拉”，抑或是二者皆用，最终效果都一样：中心体都会自发地移动到细胞的中心。它并不需要“知道”细胞的形状，也不需要任何坐标系统指示细胞中心的位置。这个系统会自行组织。这样，一个自主系统可以从任何状态开始，所要付出的代价是它总是需要能量，只有不断地构建新的微管才能保持拉力。而较高的能量需求正是适应性自组织系统的典型特征。对本章主要讨论的细胞分裂来说，中心体需要明确的不是一个细胞的中心，而是哪里会变成两个子细胞的中心，这样染色体才能移动到正确的位置。幸运的是，对细胞来说，定义两个细胞和定义一个一样容易，用到的机制也并无差别；它需要的就是两个中心体。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
中心体由围绕在一对互相连接的、包含微管蛋白的短硬管状结构和周围的“蛋白质云”构成。10短棒结构负责组织其他的中心体材料。细胞准备分裂时，这一对互相连接的结构会相互分开；一旦分开，每个短棒结构都会引导产生一个新的短棒结构与自己配对，这样就会形成两个相距不远的成对的结构。每个结构都会组织中心体材料，让它们围绕在自己周围，促使新的微管形成；这些微管就会把中心体推到细胞的其他部分，形成我们之前描述过的轴辐式系统。当一个细胞内有两个中心体时，它们的辐条就会产生相互作用。按照推动模型理论，从一个中心体发出的微管在推动细胞膜的同时，也会和从另一个中心体放出的微管互相推挤。当细胞里存在另一个中心体的轴辐系统时，中心体就会对自己相对于细胞膜的距离产生“错误的认识”，以为自己偏离细胞的中心，来到离另一个中心体较远的位置（图5）。同样，依照牵拉模型，每个中心体在另一个中心体的方向上受到的拉力相对较小。这两种机制可能同时在人类身体上起作用，产生同样的效果：中心体不会停留在细胞的中心，而是会去到细胞中心与细胞膜之间的中间位置（图5）。通过这个过程，中心体分别找到了细胞将来分裂成的子细胞的中心。这依然是个自发进行的过程，谁也不需要“知道”有关细胞形状的细节。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
从中心体放射出去的微管不仅定义了子细胞的中心，也让复制好的染色体互相分离，从而使得每个新形成的细胞都能得到一套完整的染色体。为了做到这一点，它们首先必须与染色体互相连接。同样，在这一机制发挥作用的过程中，所有的参与者都不需要事先知道其他参与者的位置。这个系统同样利用了微管的不稳定性，即它们生长一段时间后就倾向于出现灾难式的崩溃，微管裸露的一端尤其脆弱。但如果它们镶嵌在某些微管结合蛋白中，就会变得相对稳定。每条染色体都有一个特定区域含有微管结合蛋白。生长中的微管如果偶然碰到了染色体的这个区域，就得到了保护。11在这样一个系统中，微管随机生长，也随机消亡，而与染色体结合的那些则变得稳定。最终，所有的染色体都会与微管结合，并且相当稳定。微管和染色体间的连接简单且随机，但可能足以保证每个染色体都会移动到未来子细胞的中心。不过，细胞分裂需要的远不止这些。它们还需要保证每个细胞拿到每条染色体的一个副本，比如说如果复制自父亲的9号染色体的一个副本连接在某个中心体的微管上，那么该染色体的另一个副本就必须连接到另一个中心体的微管上，如此才能保证每个分裂后的子细胞可以各得到一个副本。每条染色体通过DNA复制得到两个副本，它们之间由特殊的蛋白复合体连接在一起。如果两套不同的微管系统以及它们的马达蛋白开始“拔河”，试图把两份染色体副本拉向不同的中心体，这些蛋白复合体就会受到机械拉力。此时它们会发出信号，让微管变得比不受到拉力时稳定得多。12如果染色体的两个副本，即姐妹染色体连接了来自同一个中心体的微管，它们就不会受到这种拉力，那么微管很快就会降解。相反，如果姐妹染色体连接的微管来自不同的中心体，这些中心体会把它们向不同方向牵拉，它们就会发出强烈的信号让微管处于稳定状态，微管也就更可能存在相对较长的时间。系统不断改变，不断试探，直到所有的姐妹染色体都被拉向相反的方向。13从能量角度看，这个过程代价高昂，但可以完全自主地进行。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
一旦所有的染色体都排列整齐，准备就绪，细胞就可以进入下一个分裂步骤了。原来连接姐妹染色体的蛋白质放开染色体，这些染色体就分别向细胞的两极移动。这个过程必须在染色体排列恰当之后才能开始，否则子细胞可能遗传到不正确的染色体数目，丢失重要的基因。因此，这个系统必须能够防止染色体在没有排列好之前就互相分离。这个系统再一次利用了将姐妹染色体结合在一起的蛋白能够感知张力的能力，即由不同中心体牵拉所产生的相反方向的力。当拉力缺席的时候，蛋白复合体就会持续发出信号：这是一种遍布细胞的特殊小分子，它们会阻止细胞分裂进入下一阶段。实际上，它们就像在用生化语言大叫着“还没好呢！”。只要还有任何染色体没有连接完毕，“还没好呢！”的声音就会一直在细胞内回荡，细胞也就会保持等待。只有当所有的染色体都受到牵拉，所有的信号复合体陷入沉默，细胞才会进入下一阶段。这个系统同样适用于任何数目的染色体。当所有的染色体都恰到好处地排列在待分裂的细胞中心（又名纺锤体），准备就绪，“还没好呢！”的声音就会沉寂下来，细胞就能开始下一阶段的分裂了。接着，连接姐妹染色体的蛋白复合体就会放手让它们互相分离，微管上的马达蛋白就会把染色体分别拉向两个中心体。14一旦所有的染色体开始移动，另一些自主系统就会在由中心体定义的、细胞两极的“赤道”平面上“放置”收缩蛋白（contractileprotein）。这些蛋白交错滑动，形成细胞的“腰部”。腰部不断收缩，直到细胞最终彻底一分为二，变成两个新的细胞。如果把以上提到的这些系统看成一个整体，就会觉得它看起来极其精致且复杂。但如果拆分每个组分单独观察，会发现其实都非常简单。每个组分蛋白只负责一项简单的任务。系统之所以能以一个整体来运作、完成诸如无论自己在哪儿都能准确定位和分离染色体等繁复的任务，其实就缘于简单组分之间的连接，而不要求这些组分自身有多复杂。这个过程的完成尤其依赖参与任务的每个组分，都能得到关于系统完成度的及时反馈，例如染色体是否已经排列整齐。这种对简单组成部分和丰富反馈的应用是生命的特征。我们试图在本章中事无巨细地传达的就是，“愚蠢”的生物分子所构成的系统，如何通过一种由简单造就复杂的模式来解决问题。
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
用来驱动第一次细胞分裂的系统，在胚胎中一次次地发挥着作用。从现在开始，你可以认为这个过程总会发挥作用。这也是生物的典型特征：当某个原理可以发挥作用，就很可能被一次次利用；随着胚胎发育过程的推进，有时候后一次利用也许会比前一次多适应一点儿。第一次分裂一完成，两个子细胞就都开始复制染色体并分裂，如此一来，胚胎中就有了四个细胞。类似的过程会持续一段时间，但不同细胞的分裂时间会有细微的差别，因此从大约16细胞期开始，细胞数不再呈现完美的二倍卵裂。大多数情况下，早期胚胎中通过卵裂产生的细胞会松散地聚在一起。但细胞大约有1/1 200的概率会分开，形成两个细胞团。每个细胞团会形成一个完整的独立胚胎，每个胚胎都会有自己的胎盘和把自己包裹在内的羊膜。这是同卵双胞胎形成的三种方式之一，所占比例也在三分之一左右。早期胚胎可以像这样简单地一分为二形成两个婴儿，这告诉了我们关于早期发育的重要事实：所有细胞都具有同等的形成身体每个部分的能力，也就是说任何细胞都既不掌管全局，也不注定会变成身体的哪一部分（比如头部）
引自 2从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21

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15制造意识……………………………………………………………………………222

雾凇 (公众号：山千黛)

基因缺陷和“坏”环境都会导致心智缺陷。“好”基因会为构建健康的心智提供潜能，但只有在童年时期，在环境中提供刺激去建立起正确的连接，这种潜能才能发挥出来。对人类等社会性动物来说，这些刺激不仅包括简单的听觉和视觉经验，还有丰富的语言、互动、游戏与情感体验。现在我们知道（不是出于特定的政治立场，而是从冷冰冰的、真正的MRI扫描图像中看到），那些频繁遭受严重的言语攻击或虐待的儿童和在更友爱的环境中...
2022-05-09 22:49:39

基因缺陷和“坏”环境都会导致心智缺陷。“好”基因会为构建健康的心智提供潜能，但只有在童年时期，在环境中提供刺激去建立起正确的连接，这种潜能才能发挥出来。对人类等社会性动物来说，这些刺激不仅包括简单的听觉和视觉经验，还有丰富的语言、互动、游戏与情感体验。现在我们知道（不是出于特定的政治立场，而是从冷冰冰的、真正的MRI扫描图像中看到），那些频繁遭受严重的言语攻击或虐待的儿童和在更友爱的环境中长大的儿童，在生理上存在差异。频繁遭受体罚等暴力侵害或性虐待的儿童也是如此，只是差异会出现在不同的脑区。这些扫描图像就直观地展现了小说家博伊尔·本布里奇（Beryl Bainbridge）在书中写的：你可以长大成人，却永远不能从童年阴影中恢复过来。
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8内部旅程……………………………………………………………………………114

雾凇 (公众号：山千黛)

身体躯干上的神经嵴细胞主要有四种命运：生成感觉神经系统，负责把热、痛、触觉和位置信息传递给脊髓和大脑；生成自主神经系统，负责维持不受意识控制的那些器官的运作，比如心跳；生成肾上腺的核心，释放肾上腺素等激素；生成能保护皮肤不受紫外线侵害的色素细胞。 (2回应)
2022-05-08 15:36:48

身体躯干上的神经嵴细胞主要有四种命运：生成感觉神经系统，负责把热、痛、触觉和位置信息传递给脊髓和大脑；生成自主神经系统，负责维持不受意识控制的那些器官的运作，比如心跳；生成肾上腺的核心，释放肾上腺素等激素；生成能保护皮肤不受紫外线侵害的色素细胞。
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4形成身体计划 …………………………………………………………………… 46

雾凇 (公众号：山千黛)

事实上，发育并不依赖细胞是否掌握了相关的复杂信息，因为即使对我们拥有亿万个细胞的大脑而言，这些信息仍然复杂到无法轻易掌握。发育靠的是每个细胞对自身周围环境简单、自主的反应。
2022-05-08 09:48:10

事实上，发育并不依赖细胞是否掌握了相关的复杂信息，因为即使对我们拥有亿万个细胞的大脑而言，这些信息仍然复杂到无法轻易掌握。发育靠的是每个细胞对自身周围环境简单、自主的反应。
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19观点

闻夕felicity (此时正是修行时)

我们讨论过的所有事件的核心，细胞间的交流几乎都是一个重要的主题。在发育的每个阶段，基于蛋白质的机制都会检测来自环境的信号，这些信号可能是机械性的（张力、自由表面），也可能是生物化学的（来自其他组织的分子）。这些信号，连同信号的内部状态共同决定了细胞的下一步行动。这种组分之间的丰富交流与常规工程中的截然不同。在工程的构建阶段，即使是在计算机中，继电器和晶体管之间也没有任何对话；直到机器完成，电源...
2022-05-05 16:50:49

我们讨论过的所有事件的核心，细胞间的交流几乎都是一个重要的主题。在发育的每个阶段，基于蛋白质的机制都会检测来自环境的信号，这些信号可能是机械性的（张力、自由表面），也可能是生物化学的（来自其他组织的分子）。这些信号，连同信号的内部状态共同决定了细胞的下一步行动。这种组分之间的丰富交流与常规工程中的截然不同。在工程的构建阶段，即使是在计算机中，继电器和晶体管之间也没有任何对话；直到机器完成，电源开启，它们才开始广泛交流。由于这种组件之间的丰富交流是生命与非生命世界差异最大的一个方面，也许这是在我们以往构建的模型被淘汰之后，可以为胚胎发育构造出更符合真实情况的模型的合适起点。在前几章展示的例子中，细胞之间的信号只有两个目的：增加复杂性和纠正错误。虽然我们难以精确地量化生物的复杂性，①但在胚胎中，我们可以用“包含了多少种不同类型的细胞以及解剖上有差异的结构（不包括细胞内部结构）”来度量。1用这种方式度量的话，发育经历了从低（一个细胞，一种结构）到高（几百个细胞类型，几千种内部结构）的过程。此外，在最活跃的发育阶段，结构的生长速度几乎呈指数级（图85）。
引自 19观点………………………………………………………………………………297
细胞交流的另一个强大作用在于平衡不同组织的大小比例，纠正由于生化反应中不可避免的热噪声所导致的错误。让我们回忆一下其中用到的方法：一个组织如何让另一个服务于自己的组织生长，例如缺氧的组织呼唤血液供应（第9章）；细胞种群的大小依赖于它们所服务的身体（第16章）；位置不正确的细胞如何选择自杀（第14章）；干细胞的增殖速度受它们自己创造的细胞发出的信号控制。这些无一例外地说明：我们的发育是多么灵活。发育灵活性的核心在于信号回路：不仅是信号，还有反馈回路，即过程产生的结果又会返回来控制过程。第9章展示了一个实例，毛细血管生长带来的氧气抑制了VEGF信号的产生，而后者是促使血管生长的信号。反馈回路的存在让细胞间的交流变成了真正的对话，发出去的信号直接或间接地获得其他信号的回应，细胞间的行为变得极度互相依赖。所以生物能在没有手持蓝图的外部建筑师一边建一边比对的情况下进行自我构建，这可能是关键。砖头不可能意识到自己参与的建筑工程的进度，也不能根据自己的所知改变行为。但细胞可以。它们不能像建筑师那样后退几步，像端详自己的手艺那样“看到”整个胚胎，但是它们探查到的信号足以让它们做出正确的行为。
引自 19观点………………………………………………………………………………297
发育机制中一个惊人的特色就是它的嵌套结构，后者将原先形成的组织收罗其中，来完成更精细的事件。构建有效的感觉神经系统要依靠调节神经连接的强度，其中要用到正反馈的学习回路（第15章）。这就首先要求神经系统先建立好大量的连接，这又进一步要求神经嵴细胞根据对导航信号的解读进行迁移（第13章）。要结合导航与细胞运动，细胞要依赖前缘的自组织回路（第8章），这些回路依赖的是开启物理层面的简单自组装，也就是蛋白单元结合变成微丝（第1章）。
引自 19观点………………………………………………………………………………297
关于人类的发育，还有太多的未知。将来是否仍会有惊人的发现去颠覆我们的全部认识，还是我们已经找到了发育的主要规则，将来的工作只是填补一些细节？科学家们通常认为，我们现在很可能已经找到这个领域的基本规则：基因控制、细胞交流和细胞运动等。但是科学的发展史警告我们，共识不等于事实。维多利亚晚期的大多数科学家都相信：有了牛顿定律、麦克斯韦定律、热力学定律和其他一些知识，他们就掌握了宇宙的基本机制，之后只要再增加些细枝末节就足够了。然而，相对论与量子力学的发现撼动了当时物理学的核心理论。自然总能让我们震惊。如果还有什么能真正撼动发育生物学的范式，那又应该是什么呢？至少从我的角度看，分子水平的研究很难再贡献什么革命性的结果。这类研究确实依然可能带来某些惊喜，例如人们最近发现了RNA干扰以及小RNA在控制基因上的作用，4，5，6之前人们从未注意到这一点；但这仍然没有改变基因控制的基本准则，基因的表达仍然控制着其他的基因，只是这次利用的不是蛋白质而是RNA。基因表达研究上更有前途的，可能是纵观基因表达的全局，记录哪些基因更会同时活跃，它们可能形成了某种关联的系统或“模块”，会共同行使某些功能。与此相关，从细胞交流网络的连接模式中可能更适合找出真正新鲜的真相：不是分子信号的连接细节，而是整体的模式，也就是“连接图”。迄今为止，研究人员通常都逐一研究各个信号，但近期已经有一些先驱转向完整的信号网络，去探索其中的模式。在细菌之类的简单有机体中，“前馈回路”这样的模式一次次出现。7或许在胚胎中，特定的信号网络可能总与某些特定的发育事件相关，其中的分子细节反而不那么重要。如果真是如此，那我们对发育的理解就会上升到新的层次，也就找到了新的方式来探索超出个体生物组织的发育与生物个体本身的发育方式，看看它们是否存在本质上的相似性。我们也可以用同样的方法来比较连接了发育中的生物体内细胞的网络，和那些连接了生态系统内正在发育的生物体的网络。类似的方法也许还可以揭示通用于不同尺度、不同物种的原理。
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基因缺陷和“坏”环境都会导致心智缺陷。“好”基因会为构建健康的心智提供潜能，但只有在童年时期，在环境中提供刺激去建立起正确的连接，这种潜能才能发挥出来。对人类等社会性动物来说，这些刺激不仅包括简单的听觉和视觉经验，还有丰富的语言、互动、游戏与情感体验。现在我们知道（不是出于特定的政治立场，而是从冷冰冰的、真正的MRI扫描图像中看到），那些频繁遭受严重的言语攻击或虐待的儿童和在更友爱的环境中...
2022-05-09 22:49:39

基因缺陷和“坏”环境都会导致心智缺陷。“好”基因会为构建健康的心智提供潜能，但只有在童年时期，在环境中提供刺激去建立起正确的连接，这种潜能才能发挥出来。对人类等社会性动物来说，这些刺激不仅包括简单的听觉和视觉经验，还有丰富的语言、互动、游戏与情感体验。现在我们知道（不是出于特定的政治立场，而是从冷冰冰的、真正的MRI扫描图像中看到），那些频繁遭受严重的言语攻击或虐待的儿童和在更友爱的环境中长大的儿童，在生理上存在差异。频繁遭受体罚等暴力侵害或性虐待的儿童也是如此，只是差异会出现在不同的脑区。这些扫描图像就直观地展现了小说家博伊尔·本布里奇（Beryl Bainbridge）在书中写的：你可以长大成人，却永远不能从童年阴影中恢复过来。
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事实上，发育并不依赖细胞是否掌握了相关的复杂信息，因为即使对我们拥有亿万个细胞的大脑而言，这些信息仍然复杂到无法轻易掌握。发育靠的是每个细胞对自身周围环境简单、自主的反应。
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2022-05-05 16:50:49

我们讨论过的所有事件的核心，细胞间的交流几乎都是一个重要的主题。在发育的每个阶段，基于蛋白质的机制都会检测来自环境的信号，这些信号可能是机械性的（张力、自由表面），也可能是生物化学的（来自其他组织的分子）。这些信号，连同信号的内部状态共同决定了细胞的下一步行动。这种组分之间的丰富交流与常规工程中的截然不同。在工程的构建阶段，即使是在计算机中，继电器和晶体管之间也没有任何对话；直到机器完成，电源开启，它们才开始广泛交流。由于这种组件之间的丰富交流是生命与非生命世界差异最大的一个方面，也许这是在我们以往构建的模型被淘汰之后，可以为胚胎发育构造出更符合真实情况的模型的合适起点。在前几章展示的例子中，细胞之间的信号只有两个目的：增加复杂性和纠正错误。虽然我们难以精确地量化生物的复杂性，①但在胚胎中，我们可以用“包含了多少种不同类型的细胞以及解剖上有差异的结构（不包括细胞内部结构）”来度量。1用这种方式度量的话，发育经历了从低（一个细胞，一种结构）到高（几百个细胞类型，几千种内部结构）的过程。此外，在最活跃的发育阶段，结构的生长速度几乎呈指数级（图85）。
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引自 19观点………………………………………………………………………………297
发育机制中一个惊人的特色就是它的嵌套结构，后者将原先形成的组织收罗其中，来完成更精细的事件。构建有效的感觉神经系统要依靠调节神经连接的强度，其中要用到正反馈的学习回路（第15章）。这就首先要求神经系统先建立好大量的连接，这又进一步要求神经嵴细胞根据对导航信号的解读进行迁移（第13章）。要结合导航与细胞运动，细胞要依赖前缘的自组织回路（第8章），这些回路依赖的是开启物理层面的简单自组装，也就是蛋白单元结合变成微丝（第1章）。
引自 19观点………………………………………………………………………………297
关于人类的发育，还有太多的未知。将来是否仍会有惊人的发现去颠覆我们的全部认识，还是我们已经找到了发育的主要规则，将来的工作只是填补一些细节？科学家们通常认为，我们现在很可能已经找到这个领域的基本规则：基因控制、细胞交流和细胞运动等。但是科学的发展史警告我们，共识不等于事实。维多利亚晚期的大多数科学家都相信：有了牛顿定律、麦克斯韦定律、热力学定律和其他一些知识，他们就掌握了宇宙的基本机制，之后只要再增加些细枝末节就足够了。然而，相对论与量子力学的发现撼动了当时物理学的核心理论。自然总能让我们震惊。如果还有什么能真正撼动发育生物学的范式，那又应该是什么呢？至少从我的角度看，分子水平的研究很难再贡献什么革命性的结果。这类研究确实依然可能带来某些惊喜，例如人们最近发现了RNA干扰以及小RNA在控制基因上的作用，4，5，6之前人们从未注意到这一点；但这仍然没有改变基因控制的基本准则，基因的表达仍然控制着其他的基因，只是这次利用的不是蛋白质而是RNA。基因表达研究上更有前途的，可能是纵观基因表达的全局，记录哪些基因更会同时活跃，它们可能形成了某种关联的系统或“模块”，会共同行使某些功能。与此相关，从细胞交流网络的连接模式中可能更适合找出真正新鲜的真相：不是分子信号的连接细节，而是整体的模式，也就是“连接图”。迄今为止，研究人员通常都逐一研究各个信号，但近期已经有一些先驱转向完整的信号网络，去探索其中的模式。在细菌之类的简单有机体中，“前馈回路”这样的模式一次次出现。7或许在胚胎中，特定的信号网络可能总与某些特定的发育事件相关，其中的分子细节反而不那么重要。如果真是如此，那我们对发育的理解就会上升到新的层次，也就找到了新的方式来探索超出个体生物组织的发育与生物个体本身的发育方式，看看它们是否存在本质上的相似性。我们也可以用同样的方法来比较连接了发育中的生物体内细胞的网络，和那些连接了生态系统内正在发育的生物体的网络。类似的方法也许还可以揭示通用于不同尺度、不同物种的原理。
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