大家應該早已聽說過，卵子是一個相對簡單的細胞；在受精以後，它才開始分裂出更多的細胞，從而慢慢塑造出動物複雜的形態、外貌。不過，最初的受精卵只是一個簡單的球體，無分上下左右前後，那麼它們又是如何發展成各種複雜的形態呢？外來的力量又是如何影響胚胎的發展？今天就和大家分享一下這個課題。
停止細胞分裂 眼部六神無主
比如說，胚胎是如何慢慢分辨出頭部和尾巴的？為了研究這個課題，生物物理學家Otger Campàs將帶磁性的納米粒子注射進斑馬魚的胚胎之中，再利用磁場改變這些粒子的形狀，從而量度斑馬魚細胞面對外力時的反應。他的研究團隊發現，胚胎成長中的尾巴部分，有點兒像大家所說的「流體」狀態：細胞之間的結構相對鬆散，可以自由移動，細胞組織亦好像空氣和水一樣，很容易就可以改變它們的形狀；愈遠離尾巴，細胞組織就愈剛硬。
這種「鬆散、剛硬」的轉變，並不是因為細胞與細胞之間有什麼額外的物料。在更詳細的察看之下，尾端鬆散的細胞之間原來有更多的空間，而在較剛硬的部分，細胞之間的空間則較少。這其實就好比密度不同的咖啡豆：一個袋子之中假如只有小量咖啡豆，那些咖啡豆自然可以自由流動；但是當填滿咖啡豆之後，這個袋子卻可以變成無比堅硬。
這種「硬度」的不同，並不只是存在於斑馬魚的尾巴之中。爪蟾（xenopus）是在非洲撒哈拉沙漠以南棲息的水生青蛙，而胚胎在發展視覺的時候，眼部的神經自然得與腦部連接上。物理生物學家Kristian Franze就發現，爪蟾胚胎眼部神經與腦部連接的路徑，正好就是腦部組織較鬆散的部分。
至於腦部的組織鬆散與否，也是由細胞的密度決定：當Franze的研究團隊利用其他方法停止了胚胎的細胞分裂，以致細胞的數量不能隨便改變之後，腦部組織之中的硬度也因此變得均勻，不再有哪裡特別鬆軟；與此同時，眼部神經也變得「六神無主」，不能成功連接到腦部之中了。
拉扯加速分裂 解釋癌症好壞
能夠因應外來的影響而產生更多的細胞，是一個對生命很有用的能力。比方說在動物成長的當兒，皮膚也要懂得相應地增長。幹細胞生物學家Mariaceleste Aragona就在實驗中發現，當老鼠的皮膚受到拉扯的刺激，皮下的某類幹細胞就會因而加速分裂，以求能夠提供更多的細胞去長出更多的皮膚。
對皮膚是如何增長有更多的理解，其實也幫助我們了解為什麼有些皮膚癌是良性的，而另一些卻又是惡性的。
研究發現，皮膚幹細胞可以發展成兩種腫瘤：一種在增長的時候，同時也會令皮膚的底層加厚，因此這種腫瘤大多留在皮膚之中，屬於良性。
相反，另一種卻會令皮膚的底層變薄，同時腫瘤的表面也較堅硬，所以這種腫瘤容易穿破皮膚進入身體，帶來惡性的影響。
對於基因如何影響生命，近年我們有了不少的理解。不過對於細胞成長的細節，我們也需要了解更多，尤其是基因如何影響細胞的成長，更值得我們多加研究呢。●杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。