第六章第五节发育之谜
“熊在冬天交配。几个月后，母熊隐退到洞穴中去产仔，产出三或四个幼仔。在出生时
，这些幼仔是不成形的肉团，只发育出了爪，母熊把它们舔成了熊的形状。”这一近乎传奇
的说法是老普利尼(罗马博物学家，公元23～79年）的猜测，反
映了人们对发育现象的困惑和探究。熊在冬眠前怀孕，由于哺乳动物的胎儿不能将丰富的脂
肪酸转化为能量，如果熊的胎儿在孕期仍像一般的哺乳动物那么生长，母熊在冬眠期间又无
法通过摄食得到能量补充，那它就只能靠消耗体内的蛋白质来供给胎儿的发育，换句话说，
消耗自己的肌肉组织。但这样的话，对母熊将追成致命的损害。所以，孕期被缩短了，胎儿
还未充分发育就被生了出来，看似一个“不成形的肉团”。但这个“肉团”在母体外发育成
熊的形状，却并非母熊舔成，而是通过基因控制之下的一系列发育过程而达到的。
相反的观点是一位瑞士解剖学家提出的渐成论，主张婴儿各种组织器官是在个体发育过程
中逐渐形成的。这两种相反的观点曾进行过长
期论战，最后以渐成论的胜利而告终。确实，所有的生命最初都来自于一个单细胞，然而它
们的成体却迥然不同，是什么因素在主宰着这一神秘之链的开启或关闭？这就是发育之谜。
果蝇的双胸与双腹突变
发育现象肯定受遗传基因的控制。由此看来，基因主要担负两大功能，决定某一具体性
状的表达，比如开红花还是开白花；在合适的时间、合适的地点启动或关闭基因的表达。前
者是经典遗传学，后者就是发育遗传学。
如果说经典遗传学的发展，已大大拓深了对基因的第一类功能的认识，那么，对基因
自身的调节机制，发育遗传学仍是一筹莫展。胚胎学已经提示，刚受精的卵是一个球形。它
迅速分裂成为2个、4个、8个，直到16个细胞时期，胚胎还是对称的，其中所有的细胞都是
相同的。以后，细胞开始分化，胚胎变得不对称，具有头尾之分和背腹区别，再后形成体节
，每个体节还会经历不同的发育过程，这取决于它们沿着头尾轴所处的位置。从遗传学的角
度来看，究竟是什么基因控制了这些事件的发生？它们有多少？它们是相互协作的还是彼此
独立的？一系列的问题都有待解决。显然这还是一片有待开垦的处女地。
不过，前人已有若干足迹留在这片充满魅力的土地上。这就是双胸和双腹突变的发现。正常
的果蝇胚胎是一个长形卵，不久它们沿着一条轴划分为明确的节段。胚胎的一端分化为头部
，另一端形成腹部。可是在双胸突变中，胚胎两端都分化为胸部，而在双腹突变中，胚胎两
端都分化成腹部。此外还有一种突变，它会造成果蝇出生时长有两对翅膀，即在本该长有平
衡棍的地方，竟也长出了翅膀，这就是“同源异形”突变，
这种突变最初由摩尔根和他的学生布里奇斯于1915年发现。美国遗传学家刘易斯对这一现象
做了深入细致的研究。
沃哈德与韦乔斯开始合作
上述突变现象以及从遗传学的角度所提出的问题，深深地吸引了当时还十分年轻且默默无闻
的女科学家沃哈德。她想知道在这些突变的背后，究竟蕴藏着什
么样的机制，它又是如何控制发育过程的正常进行的。在1973年的一次会议上，沃哈德遇见
了吉林，她鼓足勇气向他询问有关双腹突变的问题，并要求到他在巴塞
尔的实验室工作。1975年，沃哈德如愿以偿来到那儿。正是在巴塞尔，沃哈德与美国遗传学
家韦乔斯相遇。当时沃哈德已获得博士学位，正在学习果蝇发育遗传学，并以此作为博士后
研究课题；
在这之前，沃哈德曾向EMBL提出过申请，但未获批准，因为EMBL认为她缺乏独自建立一个果
蝇实验室的能力。也许是由于韦乔斯在遗传学方面更富有资历吧，他们的共同申请获得了成
功。这使得沃哈德一开始就存在一种必须依赖韦乔斯的感觉，对于一个富有才华且有个性的
研究人员来说，这种感觉当然不妙。但随着工作的展开，他们的合作逐渐走上正轨，他们的
事业终于成为一个不可分离的整体。
探索研究方法
纵观科学史，一些关键性的突破往往取决于概念框架的更新，而不是经验事实的积累。
在今天，胚胎的早期分节与成体中结构的关系似乎已成定论。然而在当时，几乎无人相信在
这条道路上探索能有所收获。由于分子生物学的思想和方法已经成为热点，在沃哈德周围的
人大多热衷于DNA研究，去克隆一些有趣的基因。说到研究胚胎突变问题，他们认为，无非
是搜索卵和观察描述胚胎发育过程，这是多么乏味陈旧的工作。更由于实验手段尚不成熟，
致使在活的胚胎中，难以看到关键结构的形成，如节段和极性等。砍柴先须磨刀，因为相应
的方法还未就绪，也使一些人不愿问津这个领域。
然而，沃哈德和韦乔斯却以初生牛犊不怕虎之勇气，闯入了一个荆棘丛生但魅力无穷的
新领域——发育遗传学。他们有一个坚定的信念，这就是可以通过研究突变胚胎来理解果蝇
发育。
由于受双腹突变的诱惑，沃哈德和韦乔斯一开始就企图确定，在卵子形成中发育的形式是
如何被母体效应基因所决定的。但不久，他们就意识到，研究母体效应基因的工作量实在太
大，因为那意味着对基因的跟踪筛选要涉及3代以上。于是，他们很快调整了策略，决定
从对合子的突变研究开始，这样工作相对容易展开。不过整个发育过程，究竟涉及多少基因
，当时还无人知晓。一般的猜测认为，那数量一定可观，这就足以使不少人望而生畏了。
发育基因在生物界的普遍性
沃哈德和韦乔斯的工作首次证实，发育所涉及的基因能被分成若干不同的功能区域。这是一
个良好的开端，它激励了其他科学家在其他物种中去寻找相似的发育基因。随后的研究表明
，相似或相同基因也存在于高等生物乃至人类当中，并且证明它们也控制着胚胎发育过程中
体节的形成。
然而，果蝇作为一种昆虫有相当特殊的性质，它在许多方面与脊椎动物不同，以致人们
有理由提出怀疑，由果蝇中得到的结论能应用于脊椎动物吗？这就是经典方法的局限性，由
它所得出的结论往往具有物种的局限性。
所幸的是，DNA重组技术以及基因克隆手段的出现，允许对不同动物中DNA或蛋白质顺序
进行比较，由此得到两个重要结果：(1)可把基因控制的产物如转录因子、蛋白质激酶、信
号分子等与其他动物作比较；(2)在许多情况中，果蝇和脊椎动物蛋白质的相似性，不仅仅
局限在它们的生化特性上，而且还扩散到发育过程中具有真正的同源功能上。
从中得出的结论是惊人的：身体结构的基本特征，在不同动物中具有很大的保守性。这
种保守性表明，存在着一个共同的、基本的身体结构模式，它起源于两侧对称的动物的祖先
，可见调节机制有多么古老，它在进化上竟横跨6亿年之久。
不久以后，分子生物学的克隆技术使得在分子层次上，对突变基因的功能做出鉴定成为可
能。许多基因产物是转录因子，于是就解释了它们如何控制随后的发育事件，这种控制过程
与信号散布、接受或解释有关，借此，细胞才能彼此协调。现大约已有150个与发育有关的
调节基因得到鉴定。
