第1章　一細胞問題

世界上究竟是先有雞，還是先有蛋？

——古老的謎題

嬰兒是從哪里來的？

這是一個關乎個人且人人都會有的疑問，或早或晚，我們都會在人生的某個時刻思考這個問題。當然，答案也是五花八門的，其中最常見的一個是我們在上學時聽到的——生命始于一個細胞，它由卵子和精子結合產生。細胞一次又一次地發生分裂，直至形成一個包含數萬億個細胞的完整人體。

總體而言，這種對胚胎發育（也被稱為“胚胎發生”）的描述還算準確。但如果我們退一步，考慮到這個過程中發生的每一個步驟都必須準確無誤，那么你我能夠順利來到這個世界上簡直是一個奇跡。隨著受精卵的分裂，它的子代細胞逐漸聚合成各式各樣的結構（器官），這些結構之復雜，以至于我們至今都無法用工程學的手段在生物體外復現同樣的過程。每次分裂，細胞都會忠實地復制自己的DNA，然后平均分配給每個子細胞。隨著時間的推移，這些子細胞，以及子細胞的子細胞，便開始有了完全不同于母細胞的新身份——血液、骨骼、皮膚，等等。

細胞費盡心力的最終產物是一副身體，這副身體做好了面對無數突發情況的準備——缺水少糧、掠食者的威脅、病原體，以及毒物。在這個過程中，出錯的機會多得數都數不清，可細胞絕少犯錯。每天，世界上都有數以十億計的動物完成從一個細胞到完整個體的發育旅程，這個數字里包括30多萬的人類。胚胎發育是第一次，也是最重要的一次成人禮，事實上，它為地球源源不斷地輸送著新生命。

為什么如此奇妙的發育能這么順利且持續地發生？細胞是怎么知道應該如何發生特化、在何時分裂、去哪里，以及如何行動的？控制發育的關鍵因素是基因還是環境？物種怎樣確保每一代個體的發育過程都完全相同，如何限制錯誤的發生，以防自己走上滅絕的道路？還有最了不起的一點，一個能動、能呼吸、能消化、有感覺、會推理的完整的動物個體，究竟是如何從區區一個細胞發育而來的？我們可以把最后這個疑問稱為“一細胞問題”。

同樣的問題有各種各樣的版本，人類同這些問題的角力可以追溯到古代，但在19世紀中期以前，我們缺少最低精度直接觀察胚胎的技術手段。由于這個原因，在這個時間點之前，絕大多數與發育相關的概念都是不完備或者根本就是錯的。如今，有了強大的分子工具，我們發現自己正處于一個前所未有的時代：我們可以用基因、細胞和分子來解釋發育，并借用這些概念來描繪自己誕生的復雜過程。

無限嵌套

我們先來看一個思想實驗。假設你暫時忘卻了某些概念，你既不知道什么是胚胎，也不知道世上有細胞或者基因。取而代之的是，你對人類的認識建立在直觀的感官上：人是一個牢不可破的整體，由大大小小的身體部件構成。除了眼睛能看到的部分（頭、軀干、四肢、眼睛、耳朵、嘴巴、牙齒、指甲、毛發，等等），你對其他一切都一無所知。在這樣的情況下，試想你會如何看待人的起源，如何從一個成年人追溯到嬰兒，然后再往前追溯……姑且不論你想象出來的東西是什么。

就個人而言，我覺得這個思想實驗很難。問題恰恰在于已知的信息太多，尤其是我已經知道人體是由細胞構成的了，僅僅這一條就把胚胎發育同作為組織和軀體基本單位的細胞緊密地聯系在一起了。所以，（對我來說）要假裝不知道胚胎是由細胞構成的這個事實是非常困難的，就像我要假裝不知道沙丘是由細密的沙粒構成的一樣。學習往往是一條單行道。

為了繞過這種認知帶來的障礙，我轉而讓6歲的女兒來思考這個問題，據我所知，她在學校里應該還沒有學習過任何相關知識。

“莎拉，”我問道，“小嬰兒是從哪里來的？”

莎拉對這種非常規的問題（指能夠啟發思考的科學、哲學和形而上學的問題）已然習以為常，她總是愿意配合，因為她知道這樣做會讓老父親心花怒放。（即便如此，我依然覺得由我來問女兒小嬰兒是從哪里來的，而不是她問我，這件事本身就很逗。）

“是從媽媽的肚子里來的。”她回答。

“對，沒錯兒，”我說，“當小嬰兒還在媽媽的肚子里時，我們管它叫胚胎。”

“哦。”她回答道，一臉不在乎的樣子。

我繼續說道：“那么，莎拉，現在你來告訴我，你覺得胚胎在媽媽肚子里的時候是什么樣子？”

這次，她想了想才開口：“它長得像一個小小的小嬰兒，比雞翅還要小。”

“啊，很有意思，”我說，“那再往前呢？胚胎在最開始的時候，在剛剛開始生長，還沒有變成一個小小的小嬰兒的時候，它是什么樣子？”

這個問題的答案似乎太顯而易見了，惹得莎拉笑出了聲。

“在那之前，它像一個小小小小嬰兒。”

認為我們的前身是某種“預成的胚胎”——在受孕發生的那一刻，所有的部位便已經就位，只等這個縮成一團的小人兒長大——這種觀點被稱為“先成論”。你可能覺得這種說法既愚蠢又淺薄，但從我女兒的回答來看，它一點兒也不牽強。事實上，認為動物個體始于一種預先存在的微型幼體（如同那種只有在放大鏡下才能看清的相片）或許是一種最符合直覺的看待發育的方式，尤其是如果你完全不知道什么是細胞、基因或者進化。

古希臘人花了很多時間爭論胚胎的本質，而絕大多數人都支持先成論。直到公元前4世紀，亞里士多德加入這場論戰。他推論道，如果生物的軀體真的在發育開始之前就已經形成（從一開始便是完整的），那么觀察者理應看到所有的結構同時出現，而不是一塊一塊地被零散組裝起來。為了驗證這一點，亞里士多德檢查了數十個處于不同發育階段的雞胚，注意到雞的心臟總是比其他器官更早出現（并開始搏動）。亞里士多德總結認為，軀體的各個部位在發育過程中是依次出現的，并非由原先就有的結構膨大而成。他的認識是正確的。后來，這種現象被稱為“后成說”，表明動物的生長是逐步推進的，后出現的部位需建立在先前已有的部位之上。亞里士多德有理有據的推論讓支持先成論的人啞口無言，在隨后的2 000年里，后成說作為一種范式，始終占據著主導地位。[1]

諷刺的是，到了17世紀中期，顯微鏡的興起導致先成論再次受到人們的青睞。世界上第一臺單鏡片顯微鏡是由荷蘭紡織品商人安東尼·范·列文虎克發明的，他本想尋找一種更好的方法，來評估布匹的絲線紡織質量，所以研究出了一套制作鏡面的技術，使鏡片的放大倍數達到史無前例的水平。到了1670年，列文虎克已經完全沉迷在打磨鏡片的愛好里不能自拔，他幾乎把能夠找到的每一件樣本都放到自己的顯微鏡下觀察。憑借新式顯微鏡強大的屈光能力，列文虎克看到了一個令他大受震撼的小人國世界：一個此前人眼看不見的微型生命的世界。

列文虎克是世界上第一個親眼看到微生物的人——原生動物、真菌和細菌，這些與我們生活在一起卻又看不見的無處不在的生物——在他的眼里，它們就像微小的市民，游蕩在一座迷你的城市廣場上。列文虎克把它們稱為“animalcules”（顯微動物），因為他認為這些生物只是動物的微縮版本，它們也有感覺，也像宏觀的動物一樣，有結構復雜、功能齊全的內臟。隨著列文虎克的顯微鏡變得越來越強大，他能夠看到的生物也越來越小，生物的微小程度仿佛沒有下限。

你可能會以為，有了能夠看透卵子和精子內部結構的顯微鏡，又親眼看到各種極其微小的生物卻沒有找到任何迷你的完整個體后，先成論的觀點就該不攻自破了。可是，對一個名叫尼古拉·馬勒伯朗士的法國牧師來說，列文虎克的發現反而令先成論重新煥發生機。馬勒伯朗士認為，列文虎克的發現帶給人們的啟示是：我們的感官具有欺騙性。倘若我們的身邊生活著一大群生物，沒有顯微鏡我們就看不見它們，那么世界上一定還存在其他看不見的世界等待著我們去發現。馬勒伯朗士主張，隨著性能越發強大的設備被發明出來，我們將會看到更深層的世界，顯微鏡的使用者終將找到相關證據，證明卵子里有預先存在的完整生物體。

實際上，馬勒伯朗士的先成論觀點并不局限于單一的卵子。在他的設想里，每個藏身于卵子內的完整個體肯定也攜帶著屬于自己的卵子，而這些卵子里又有預先存在的個體，以此類推，無窮無盡。換句話說，在馬勒伯朗士假想的世界里，每個卵子都包含了一系列預先形成的個體，這是一種無限嵌套的“種子里的種子”，猶如俄羅斯套娃。既然此前從未有人覺察到列文虎克發現的顯微動物，那么誰又能說隨著時間的推移，我們不會再在顯微動物身上有類似的發現呢？

雖然馬勒伯朗士的觀點有很濃的哲學和神學色彩，但他的理論還是讓人們開始重新審視亞里士多德的研究手段及結論。[2]令人沒有想到的是，這種反思居然也推動了先成論的再次興起。最具影響力的證據來自17世紀的荷蘭博物學家楊·斯瓦默丹。斯瓦默丹以解剖昆蟲的高超技藝著稱，他偶爾會在有錢人云集的私人聚會上展示自己的解剖本領。斯瓦默丹對未成熟的生命形態尤其感興趣，比如蛆、毛毛蟲和蛹，他在解剖這些結構時發現了非常驚人的現象：這些幼蟲或者蛹似乎長著成蟲的器官，就算不是五臟俱全，也八九不離十了。腿、翅膀、腹節，還有觸角，這些器官早在蛾子或者蝴蝶誕生之前就存在了，只不過它們都擠作一團，仿佛在等待某種啟動生長的信號。[3]

斯瓦默丹的解剖研究并沒有回答生物的機體究竟形成于發育的哪個階段，即便如此，他觀察到的這個現象卻為機體結構是預先存在的說法提供了支持。支持者紛紛表示贊同，這些人中有18世紀的多位權威博物學家，比如馬爾切羅·馬爾皮基、拉扎羅·斯帕蘭札尼、查爾斯·博內特及阿爾布雷克特·馮·哈勒。從此以后，先成論再次成為解釋胚胎起源的主流理論。

不僅如此，列文虎克的另一個發現還讓先成論復興的故事變得更加跌宕起伏。這位荷蘭磨鏡匠注意到人類的精子長著一條尾巴，而且能像蝌蚪一樣游泳，這似乎表明它們擁有某種生命力，甚至意味著它們很可能擁有靈魂。所以人們認為，“預成的胚胎”可能就在精子里，而不是相對靜態的卵子里。這個發現導致支持先成論的人分裂成兩個派別，分別是“卵源論”，支持者相信假想的生物體隱藏在雌性個體的卵子內；以及“精源論”，支持者相信微小的生物體存在于雄性單倍體的精子內。這兩個派別的爭論極其激烈，甚至淹沒了那些質疑先成論本身是否成立的聲音。

在喧鬧的爭吵中，神職人員和上流人士同樣表達了他們對先成論的支持。對教會來說，用這種無始無終的眼光看待胚胎與胚胎的傳承關系無異于在塵世和天界之間建立起了某種關聯。如果馬勒伯朗士宣揚的種中之種理論是正確的，那就意味著每種生活在過去、當下和未來的生物都是在某一個神跡顯靈的時刻被創造出來的。這是對上帝在夏娃的卵巢（如果你是精源論者，那么這里就應該是亞當的睪丸[4]）里種下了全人類的生動例證。而在貴族看來，先成論讓他們一脈相承的特權有了合理的解釋，因為它賦予了事物與生俱來的秩序：每位國王都是國王的子嗣，而每個百姓則生來就是百姓。憑借宗教、科學和社會內涵，先成論對身居高位的人有某種特殊的吸引力，并在將近兩個世紀的時間里成為胚胎發育的主流模型。

拼圖游戲

時間來到了19世紀中期，兩個理論的出現再次讓天平倒向了亞里士多德那一邊，或者說至少讓先成論和后成說變得勢均力敵。第一個理論是細胞學說，它認為細胞是生命的基本單位，地位相當于化學中的原子或者物理學中的光子。“細胞”（cell）一詞是英國博物學家羅伯特·胡克在1665年提出的，當時他把一塊栓皮放到了高倍鏡下觀察，結果看到栓皮由一個又一個的亞單位組成，這種單位與蜂巢里的巢室（cell）及修道院里僧侶們居住的單人隔間（cell）很像。胡克推算，每立方英寸[5]的植物組織含有超過10億個這樣的單位。但胡克和他之后的人都不認為這個發現有什么重大的意義，他們只覺得自己看到的東西很有趣，但無關緊要（在這里提醒一下那些將來要當科學家的讀者，絕大多數重要的科學發現起初都平平無奇，很容易被忽視）。

1839年，德國植物學家馬蒂亞斯·施萊登和德國解剖學家特奧多爾·施萬重提了胡克的發現，提出細胞是生物學里不可分割的最基本單位，“活物”的概念不適用于任何比細胞小的東西。他們宣稱，動物和植物是由細胞構成的復合體，與列文虎克看到的單細胞顯微動物屬于不同的類別。用今天的眼光看，他們的觀點是不言而喻的事實。自列文虎克發現細胞以來的兩個世紀里，生物學家一直把目光聚焦在細胞上，鮮有意識到細胞其實是宏觀整體的組成部分，可謂只見樹木，不見森林。一連串新的問題接踵而至：細胞有什么功能？它們是如何工作的？老的細胞如何產生新的細胞？到了19世紀50年代，這種從細胞的角度看待生命世界的方式引發了重新審視每個生物學假說的浪潮。

第二個顛覆性的理論是自然選擇。查爾斯·達爾文洞察到，地球上種類繁多的動物是巧合而非設計的產物。其實早在達爾文之前，生物學家就接受了進化的概念，即隨著時間的推移，新的物種會慢慢出現。但是，他們在這個過程發生的細節上爭論不休。法國博物學家讓-巴蒂斯特·拉馬克提出的進化學說將進化看作用進廢退的結果：經常使用的部位會變壯，不用的部位則會萎縮。作為證據，拉馬克最經典的例子是長頸鹿，他宣稱這種生物之所以長著長長的腿和脖子，是因為它們的祖先在非洲的熱帶草原上努力去吃高大的金合歡樹的葉子。在拉馬克的觀念里，新物種的誕生是需求使然。

而達爾文石破天驚的觀點則認為，是競爭而非適應驅動著新物種的形成。[6]他認為，大自然總是在不斷地產生新的變異：偶然出現的偏差改變了生物的大小、外形，或者某些部位的功能。他推論，絕大多數情況下，這些變異等同于錯誤，它們會導致后代在繁殖時處于下風。但在少數情況下，這樣的偏差能提高后代生存和生育的概率（也就是相對“適合度”），使它們在與同類的競爭中占據上風，擁有選擇的優勢。在達爾文看來，適者生存，不適者淘汰，新物種的誕生與需求沒有關系。

隨著細胞學說和自然選擇學說這兩大重要思想在19世紀的講堂和科學界逐漸流傳開來，一個顯而易見的問題出現了：進化是如何在細胞的層面上發揮作用的？因為所有的生物學特征——包括與進化有關的那些——都必須通過受精卵才能被傳遞給下一代。于是，深入探究生物性狀的傳承方式便成了當務之急。

但研究這個問題有一個障礙：此前還從來沒有人問過類似的問題。在那個時代之前，生物學一直由自然主義主導，自然主義的傳統是實地觀察，然后圍繞觀察到的現象，利用演繹法構建理論。雖然這種研究方法孕育出許多重要的觀點（或許最偉大的成果要數自然選擇），但它并不要求在現實世界中驗證這些觀點的可靠性。每個經受住時間考驗的自然主義理論的背后，都有幾十個理論最后消失在歷史的長河里。（我會在后文介紹達爾文提出的遺傳模型，那就是一個漏洞百出的失敗理論。）

進入20世紀，傳統的自然主義被一種在實驗基礎上認識動物世界的新方法所取代。為了更好地理解自然主義和這種新研究方法（我們可以稱之為“實驗生物學”）的區別，你可以參考下面這個比喻。假設你得到了一臺機器（比如一口擺鐘），并被要求探明它的工作原理。自然主義的做法（觀察和演繹）能告訴你相當多的東西。你可能會注意到時鐘的三根指針分別在以固定的周期移動，而且每根指針的轉動都與另外兩根指針相關。如果你觀察得足夠細致，就會發現時針、分針和秒針之間存在1∶60的比值關系。但是，如果有人問你時鐘為什么會走字——是什么讓指針動起來或者將它們聯系起來的機械結構是什么樣子——那么光靠觀察的你就只能猜測了。回答這個問題的唯一途徑，同時也是理解時鐘工作原理的唯一辦法，是將它拆解，直接查看其內部結構，動手擺弄里面的零件，直至弄清它們各自的原理。

于是，科學家不再只是用眼睛觀察胚胎，而是會親自動手，他們通過人為干擾胚胎某個部分的功能，探究它會如何影響整個胚胎。信奉自然主義的博物學家從來都只會去山林曠野鉆研如何更新和修正分類的標準，他們對這種在與世隔絕的實驗室環境里研究細胞的做法究竟能否帶來重大發現，普遍持懷疑的態度。不過，同所有顛覆性的技術一樣，實驗生物學即將徹底改變科學界。

胚胎發生始于受精。受精是兩個配子細胞（精子和卵子，它們相當于“半個細胞”）融合產生單細胞胚胎（合子細胞）的過程。早在亞里士多德之前，人們就已經知道，新的動物個體（比如一只小雞）形成所需的所有東西都被裝在受精卵里。而后來的細胞學說則讓人們意識到，生物體體積的增長是細胞數量增加的結果，由此可見，細胞一定擁有分裂的能力。到了19世紀晚期，顯微鏡學家找到了直接觀察細胞分裂現象的方法，這讓他們看到，當細胞一分為二時，細胞里有一種微小的細線（后來被稱為“染色體”）發生相互分離，然后分別進入兩個新生的子細胞內。

胚胎發生早期的細胞分裂（此時的合子不斷分裂，變成由數百個細胞組成的細胞團）與在其他任何生命階段發生的細胞分裂都不一樣。[7]絕大多數情況下，細胞的生長都先于分裂，這保證了分裂后得到的子細胞與母細胞的體積大致相當。但是在胚胎發生的最初幾個小時，分裂后得到的子細胞并沒有明顯的生長，分裂的過程僅僅是母細胞的中間形成一層新的膜，就這樣把細胞一分為二，變成兩個新的、體積減半的子細胞。同樣的過程不斷重復，每發生一次這樣的卵裂，細胞的體積縮小1/2，直到胚胎變成一個球形的細胞團，我們把此時的結構稱為“囊胚”。

這些觀察引發了一連串與發育及合子內指導發育的指令的本質有關的疑問：在細胞經歷分裂時，這些指令經歷了怎樣的變化？每次發生卵裂后，發育指令是如何被分配到兩個子細胞（卵裂球）里的？是每個子細胞分別獲得一部分，就像兩個撲克牌手輪流從同一副牌里抽牌，還是每個細胞都能得到一整套完全相同的指令，相當于每個牌手都領到整副牌？最后，也是最引人入勝的問題，發育的指令究竟是以怎樣的形式、被存放在什么地方？

19世紀晚期的德國動物學家奧古斯特·魏斯曼主張每個子細胞會分別抽走一部分牌。他相信每個卵細胞都含有許多微小的信息物質，并把這種決定生物性狀的因子稱為“種質”[8]——它們四散分布在卵細胞內的各個區域。魏斯曼推測，每一團信息物質都在卵細胞的不同位置，它們相當于圖紙，分別編碼了相應的組織。倘若真是如此，那就意味著通過卵裂產生的每個子細胞只能獲得發育所需全部指令中的一部分指令，就像工廠的流水線工人只需負責組裝一種零件一樣。

從許多方面來看，魏斯曼的觀點（后被稱為“發育的鑲嵌模型”）是向先成論的回歸。細胞學說的出現導致原版的先成論不再有說服力：如果細胞真的是生命的最小單位，那么卵子里就不可能有更小的生命形式——“種中之種”是不存在的。但是，這并不意味著指導發育的“信息”不能夠以某種先成的形式存在。魏斯曼的理論正是抓住了這一點，他認為這樣的信息分布在卵子的不同區域。在他看來，合子就像一幅事先設計好的拼圖，每一塊的命運早已由它來自卵子的哪個部分決定。對此，后世的生物學家斯蒂芬·杰伊·古爾德曾說：“如果卵子真的是一種毫無組織性的同質化結構，并且沒有任何預先形成的成分，那么除非有一種神秘的力量在指導發育，否則如何能呈現出這么奇妙的復雜性？”[9]

半個胚胎

還有其他證據可以支持發育的鑲嵌模型。19世紀末的生物學家們已經發現了細胞器，但他們并不清楚這種類似細胞內臟的亞結構到底有什么用，比如直到后來才被證明是負責存放遺傳物質的細胞核。類似的亞結構還有很多，它們的外觀和形態各不相同：線粒體、高爾基體、內質網，等等。這很容易令人聯想到，只要有一種或者多種細胞器在子細胞中分配不均，就可以導致子細胞在發育的道路上分道揚鑣。

1888年，德國內科醫生威廉·魯檢驗了魏斯曼的鑲嵌模型理論。作為反對自然主義的領軍人物之一，魯相信單靠觀察永遠也不可能使我們洞悉生物學的全貌。與從來都只是根據組織和細胞的行為表現編織理論的博物學家不同，魯試圖理解隱藏在動物發育背后的每一個環節，為了達到這個目的，最好的辦法莫過于實驗。魯堅持認為，只有在環境條件受控的實驗室里，我們才能像研究機械裝置的工作原理那樣，將生物樣本拆開并擺弄里面的部件。魯的信條是：“猜想必須接受現實的檢驗。”

魯的思想體系還有第二個核心——他不相信動物擁有任何奇異的特質（例如活力、靈魂，或者精神），能使它們區別于非生物。魯將自然界的一切事物看作物理和化學的產物，萬物都遵循基本的物化定理。他相信，雕琢青蛙和人類的力量與塑造群山和溪澗的力量沒有區別，兩類事物的差別僅在于復雜的程度。可是，一細胞問題卻讓魯犯難了。他難以想象當一個細胞變成幾十億個細胞之后，這些細胞要如何才能準確無誤地找到自己的位置，有條不紊地執行正確的功能，并且最終構成一個完整的動物個體。最讓他感到疑惑的是：我們應該如何用物理和化學定律來解釋一種似乎擁有自我組裝能力的實體？

魏斯曼的鑲嵌模型為我們提供了一個頗為誘人的答案。如果卵子本身就是預裝好的——每個區域都對應著日后動物身上的某個部位——那么，胚胎不可思議的發育能力就可以解釋了。根據魯的設想，信息物質被保存在卵子的不同區域內，正是這種空間分布引導著胚胎跳完了一支發育之舞。不過，鑲嵌模型只是一種假說和理論，魯需要對它加以證明。

最終，魯想出了一種名為“細胞消融實驗”的檢驗方法。這個實驗需要殺死發育早期的部分細胞，然后觀察剩余細胞會發生怎樣的變化。魯推斷，假設魏斯曼的理論是正確的，那么在受精卵繼續分裂時，只有一部分發育指令會隨著幸存的細胞一起，被傳遞給子細胞。也就是說，如果兩個子細胞中有一個死亡，那么剩下的那一個由于沒有完整的全套指令，應當只能發育成胚胎的一部分。而如果事實正好相反，發育的鑲嵌模型是錯誤的，那么或許幸存的細胞也能繼續正常發育，就像什么事都沒有發生一樣，完全無視另一個細胞遭遇的不幸。

魯選擇用蛙卵做這個實驗，蛙卵不僅體積大，而且能在環境條件受控的實驗室里完成受精。他仔細地透過顯微鏡的目鏡觀察，等待合子開始它們的第一次卵裂，這個過程啟動的征兆是一道小小的褶皺出現在剛剛形成的受精卵的某一端。一旦第一次卵裂結束，魯就用一根燒紅的針（針尖遠比細胞小）刺死兩個子細胞中的一個。隨后，他又用同樣的方式一個接一個地處置其余的胚胎：為了看看幸存的那個細胞會有怎樣的表現，魯活像一個細胞連環殺手。

第二天，魯檢查了受損的胚胎，他看到的結果印證了魏斯曼的理論：雖然死亡的那個細胞只剩下一個外形扭曲的空泡，另一個細胞卻繼續生長和成熟，它仍舊以原本該有的樣子按部就班地發育，周圍發生的變化并沒有對它造成明顯的影響。這個實驗的結果是，培養皿里到處都是模樣怪異的“半胚胎”：這些胚胎只有一半是正常發育的，另外一半始終死氣沉沉。魯隨后更進一步，他把針刺細胞的時間延遲到了第二次卵裂結束之后，也就是等到有4個細胞的時候。這次實驗的結果與他第一次實驗的結果一致：如果只刺死其中一個細胞，再讓剩余的三個細胞繼續發育數個小時，那么最后得到的將是一個少了1/4的“3/4”胚胎。反過來，如果在同樣的階段刺死4個細胞中的3個，讓剩下的那個細胞繼續發育，那么最終得到的是一個“1/4”胚胎。無論魯怎么對待胚胎，幸存的細胞都會規規矩矩地做它們原本應該做的事，似乎根本不在乎鄰居的悲慘遭遇。[10]

乍看之下，魯的實驗結果的確是支持鑲嵌模型的有力證據。如果不是細胞擁有某種“預先設定好的”程序，還有什么能夠解釋幸存細胞這種不受外界因素影響的發育現象呢？懷有類似想法的人不止魯自己。在大約相同的時期，法國生物學家洛朗·沙布里用海鞘做了實驗。海鞘是一種形似馬鈴薯的無脊椎動物，經常附著在船體和海床的巖石上。沙布里發現，如果把海鞘的細胞打散，它們依然會沿著既定路徑繼續發育。這再次證明，胚胎中的每個細胞都在生物整體的發育中扮演了不可替代的角色。[11]魯的結論同魏斯曼一樣，他也認為指導發育的藍圖以一種看不見的形式存在于卵細胞的三維空間內，而且這種分布與空間位置嚴格相關。但是，魯在得出這個結論的過程中有一個致命的疏忽，而同科學中的許多發現一樣，我們能夠意識到這個疏忽純粹是出于意外。

能夠自我復制的機器

這個故事的主角名叫漢斯·杜里舒，一名剛剛獲得博士學位的22歲科學家。杜里舒對外面的世界充滿好奇，1889年，完成論文的他去了遠東地區旅行。在那里，用一種整體視角看待自然世界的哲學深深地影響了杜里舒，這與他在德國從小耳濡目染的觀念完全不同。返程途中，杜里舒在意大利的那不勒斯稍加停留——這座位于維蘇威火山山腳的城市被當時的亞歷山大·仲馬稱為“天堂之花”。那不勒斯原本只是杜里舒旅途中的一個停靠站，沒想到他在那里一待就是10年。

那不勒斯不僅是19世紀晚期最具活力的歐洲城市之一，在當時，它剛剛修建了一座生物醫學研究中心，名為意大利國家動物學研究站。這個研究站開創了一種新的研究范式，科學家可以在那里租用實驗臺和實驗設備，就像藝術家租借工作室和創作材料。這種科研模式取得了巨大的成功，來自世界各地的科學家蜂擁而至，他們都想遠離競爭激烈的大學生活，享受自由自在的科研（不過，能否獲得離崗外出的許可本身就很考驗運氣）。除了新模式，研究站的地理位置也好得不能再好了——它與那不勒斯灣咫尺之遙，許多科學家的研究對象都是海洋生物，而研究站的位置讓他們能夠輕松取得實驗的素材。

杜里舒家境優渥，所以他不需要到大學里擔任教職，這份自由無疑讓研究站的同行眼紅和憤懣，因為他們注定要回到各自的崗位，承擔煩瑣的教學任務。雖然杜里舒選擇留在意大利的主要原因是他看中了動物學研究站日益顯赫的名聲，但那不勒斯的夜生活可謂錦上添花。他充分利用自己未婚的優勢，以那不勒斯為跳板，游歷了整個地中海地區、北非和亞洲。

無論從哪個方面來看，杜里舒和魯都是兩路人，魯脾性嚴肅，對杜里舒沉迷的那些玩樂沒有絲毫的興趣。而在科學領域，二人同樣南轅北轍。魯做研究時一絲不茍，技藝超群，注重每一個細節。只要研究有需要，魯會毫不猶豫地為解決科學問題專門制造新的設備或者發明新的技術。就實驗操作而言，魯能以無人可及的精湛技術完成最精巧的實驗：在實驗科學的圈子里，這種本領被譽為“妙手”。

相比之下，杜里舒的手就沒有那么妙了。杜里舒的動手能力很差，而且不像魯那么耐心和機敏。所以，他經常尋找捷徑，專挑那些不需要精密的配件或者對手眼協調性要求沒有那么高的實驗。然而諷刺的是，正是因為能力不濟，杜里舒才看到了魯沒有看到的東西。

與絕大多數當時的同行一樣，杜里舒也為魯似是而非地證實了發育的鑲嵌模型雀躍不已。他急切地希望能夠重復魯的實驗，以免自己在研究站顯得不夠入流。但是，魯的實驗方法難度很大，杜里舒沒有能力（也不愿意）效仿，因此他想到了一種更簡單的辦法。杜里舒決定用海膽代替蛙，海膽是一種渾身長滿尖刺的動物，巴掌大小，身上長著數千根類似觸角的感覺器官。和蛙一樣，海膽的卵也很大，這讓研究它們的早期胚胎變得很容易。海膽的另一個優勢是它們棲息在海灣，所以入手的難度不大。但是，杜里舒選擇這種海洋生物最根本的原因是看中它們的生命力。“海膽的卵能夠承受任何實驗操作而不死亡。”他后來坦言。

除了研究對象，杜里舒還修改了魯的實驗策略：他沒有用針刺死細胞，因為那需要極高的操作技巧，他僅僅把胚胎的細胞打散，像現代版的所羅門王一樣，將原本完整的胚胎一分為二。理查德·赫特維希和奧斯卡·赫特維希是杜里舒在研究站交到的朋友，兄弟二人在早些時候發現，只要劇烈地搖晃海膽的胚胎，就能使細胞相互分離。理論上，這種操作能讓杜里舒以相對簡單的方式驗證發育的鑲嵌模型，唯一的區別在于：魯是在精準刺殺一個細胞后觀察另一個細胞的命運；而杜里舒則是先讓細胞相互分離，然后觀察每個細胞的變化。

1891年夏天，杜里舒正式開始實驗。在收集了數十個海膽后，他取出了它們的卵子和精子，然后將二者放入試管內混合，促使受精發生。杜里舒事先已知合子完成第一次卵裂所需的時間，等這個時間一到，試管里到處都是只含兩個細胞的胚胎。這正是杜里舒等待的時機。他用力地搖晃試管，把胚胎震得散架，原本成對的細胞相互分離，紛紛變成落單的細胞。在接下來的數個小時，經歷粗暴對待的胚胎細胞繼續有條不紊地分裂，最后每個細胞都形成了一種類似葡萄的細胞團——囊胚。隨后，杜里舒用輕柔的方式將這些胚胎轉移到盛著新鮮海水的培養皿里，它們有一晚上的時間靜靜地發育和成熟。

杜里舒本以為自己會在第二天早上看到一些雖然畸形但外形（極有可能）依稀可辨的組織，畢竟這是在重復魯的半胚胎實驗，只不過把蛙卵換成了海膽卵。然而到了早上，培養皿里可以用熱鬧非凡來形容：外形正常的海膽幼蟲——除了體型較小，沒有任何特別之處——在培養皿里快活地游來游去。每個被杜里舒搖散的細胞似乎都幾近正常地完成了發育，這樣的結果實在過于離奇。[12]杜里舒把同樣的實驗重復了數次，每次的結果都一樣。隨后，杜里舒又效仿魯的做法，把搖晃試管的時間推遲到了海膽的受精卵完成第二次卵裂之后。可驚人的結果再次出現，每一個胚胎細胞都獨立地發育成了新的動物個體，這與魯在用蛙卵所做的實驗里得到“1/4”胚胎和“3/4”胚胎的結果大相徑庭。

杜里舒的實驗結果終究還是傳到了魯的耳朵里，可這位受人敬仰的教授卻不愿意相信。（杜里舒直言不諱，聲稱魯的理論必須被推翻，這樣的態度很可能讓魯十分抗拒。）在魯的實驗里，細胞的命運是一種事先就已經確定或者說自主的性質，它似乎不會被周圍發生的事所影響。而在杜里舒的實驗里，細胞的命運如何卻要看具體情況，它取決于細胞究竟是單獨存在，還是與其他細胞綁定在一起。這兩個實驗的結果是不相容的。造成二者不同的原因會是蛙和海膽的物種差異嗎？還是其中一人的實驗有錯誤？兩人的結果有可能同時成立嗎？

兩位科學家像對待一臺復雜的機器一樣對待胚胎，他們試圖理解胚胎的運作機制，仿佛它是一口鐘，或者一輛車。但是，胚胎不同于普通的機器，它是一臺在被切分成一半或者1/4后，仍能自我重建的機器，我們要如何理解這樣的事物呢？

發育的過程是不可預測的，這場旅途充滿了不確定性，時刻都危如累卵。每當細胞發生分裂，它都要讀取、復制和翻譯數以十億計的DNA字母，這樣的過程在動物個體成年之前會反復上演無數次。絕大多數細胞內的分子反應都無比精準，準確率往往在99.9%以上。但龐大的絕對體量（發育的過程涉及數十億細胞）意味著錯誤在所難免。（假設細胞每次分裂的時候需要完成10億次操作，那么即使錯誤率是0.01%，最后也會出現10萬個錯誤。）面對無可避免的錯誤，大自然的應對手段是可塑性：GPS（全球定位系統）在你走錯一個路口后能重新規劃路線，而生物體的可塑性相當于這種路線修正系統的發育版本。以海膽為例，細胞在胚胎被晃散后改變了自己的發育路徑，它們不再只作為海膽的一部分，而是各自獨立發育成新的海膽個體。杜里舒的發現堪稱可塑性的經典例子，而你可能已經猜到了，這也是同卵雙胞胎、三胞胎，乃至更多胞胎產生的方式之一。

可是，魯的發現又該如何解釋呢？他明明沒有在細胞身上看到這種隨機應變的能力。是因為可塑性沒有發揮作用嗎？

讓我們再仔細地回顧一下魯的實驗設計。當用燒熱的針刺死細胞時，魯的假設是細胞的殘骸本身并不會產生任何影響。如果這個假設是錯誤的呢？[13]有沒有可能，即使死亡的細胞失去了發育的潛力，也依然在對周圍的同伴施加影響？讓人萬萬沒有想到的是，答案竟然是肯定的。即便已經被魯殺死，毫無生氣的細胞殘骸居然還能從陰曹地府捎來口信。而它們發送的信息是：“我還在這里呢！”在魯的實驗里幸存下來的那些細胞就這樣相信了同伴的話，對實際上并不存在的另一半發來的信號言聽計從，它們克制著自己的發育潛力，確保自己只形成半個胚胎，而不是整個胚胎。[14]

通過搖散胚胎，使細胞分離，杜里舒在無意中避開了這個問題：幸存的海膽細胞不再受相鄰細胞的掣肘，它們可以用內置的GPS重新規劃路線，恢復先前單細胞合子擁有的發育潛力。

在魯和杜里舒做實驗的那個年代，細胞具有可塑性還是一個違背直覺的概念。細胞怎么可能突然就“改變自己的主意”呢？身為觀點的提出者，杜里舒比任何人都清楚這個想法的麻煩之處。胚胎發生這樣的過程對精度的要求實在是太高了，不管重復多少次都不會出半點兒差錯，所以很難想象細胞的命運居然會和偶然性扯上關系。苦于無法理解細胞是通過什么方法實現隨機應變的，杜里舒只得設想其他的解釋。他訴諸隱德來希，這個術語最早由亞里士多德提出，意思是“生機”或者“靈魂”。杜里舒用它來解釋那些他無法理解的現象。除了某種神秘的力量在暗中引導，還有什么能讓細胞的行為發生如此戲劇性的改變？到了1910年，杜里舒徹底摒棄了實驗生物學，轉而把研究哲學、心靈學，甚至通靈當成自己的事業。雖然杜里舒在魏斯曼的鑲嵌模型上找到了漏洞，但他沒能提出取代鑲嵌模型的理論。在很多人的眼里，后來的杜里舒似乎已經喪失理智了。

組織者

1896年，27歲的德國生物學家漢斯·施佩曼染上了結核病。這場病來得很不湊巧，施佩曼當時正在給一項橫跨醫學、動物學和物理學的研究收尾。康復期很長，為了打發無聊的時光，這位臥床不起的生物學家時常讓護工給他帶一些科學資料。施佩曼如饑似渴地閱讀一切能送到他手上的東西，突然有一天，他看到了一本題目十分簡短的冊子《種質：一種遺傳理論》。這正是魏斯曼的論文，這位著名的生物學家在論文中論述了自己對遺傳和發育的見解。在此之前，施佩曼并沒有關注過胚胎學或者一細胞問題，但讀完這篇論文后，他被深深地吸引了。施佩曼看完了魏斯曼所有的作品，緊接著開始讀魯的文章，然后是杜里舒的文章，再然后是別人對三人研究的評論。

閱讀完所有材料后，施佩曼產生了與杜里舒相同的疑問，正是這個問題驅使后者放棄了實驗科學：一個人要如何才能研究一種似乎可以自我復制的機器（也就是胚胎）？除了刺死個別細胞或者讓細胞們相互分離，還有沒有其他可以研究胚胎細胞究竟做了什么“決定”的實驗手段？這個問題在施佩曼的腦海中揮之不去，病還沒好，他就開始在病床上琢磨各種可能的方法，想著一旦身體好轉，自己或許就能填補這個空白。

施佩曼思考的成果是一種被稱為“細胞移植”的實驗方法，顧名思義，這種方法是將細胞從一個胚胎轉移到另一個胚胎上。在轉移的過程中，細胞在受體胚胎上的落點可以隨意挑選，既可以落到與原先相同的位置，也可以落到完全不同的新位置。施佩曼推斷，通過觀察這些細胞在融入另一個胚胎后的表現，就能知道它們的命運究竟是固定（確定的）還是不固定的（可塑的）了。這個實驗猶如蕭伯納創作的戲劇《賣花女》，可憐的賣花女孩伊萊莎·杜利特爾被富人選中，從倫敦的街頭搬進了語言學家亨利·希金斯富麗堂皇的家中。這出戲劇的關鍵矛盾是，杜利特爾能否融入新的環境（答案是可以）。作為一名生物學家，施佩曼對細胞移植的看法同希金斯對女孩的看法類似：他認為細胞移植是一種區分手段，可以用來確定胚胎細胞是否是預設好的——它是只能遵循固定的發育路徑，還是具有可塑性，能夠適應新的環境。

身體康復之后，施佩曼開始利用蠑螈的胚胎將這些想法付諸實踐。與魯一樣，施佩曼有一雙靈巧的手，他非常擅長處理脆弱的實驗樣本。[15]事實證明，這種素質不可或缺，因為細胞移植需要操作者具備最頂尖的手眼協調性。施佩曼還專門制作了用來固定和移動胚胎的實驗工具：他用頭發絲繞成的環切割和分離胚胎組織，用側面開口并套上橡膠的微量移液管將移植組織推入受體胚胎。這些操作必須在嚴格的無菌環境里執行，因為細菌的污染很容易導致一整天的努力白費。除此之外，操作者全程都得盯著顯微鏡的目鏡。

在接下去的20年里，隨著施佩曼不斷改良自己的實驗技術，以及數百例細胞移植實驗的完成，他逐漸看出了一種穩定的模式：被轉移的細胞幾乎總是會融入新的環境，它們落到哪里，就相應地變成什么。當施佩曼把供體胚胎背側的細胞移植到受體胚胎的腹側時，這些細胞就會變成“肚皮”，仿佛它們生來就位于胚胎的腹側一般。其他的實驗得到的結果與此一致。無論是從哪個部位提取的組織，無論它們的落點位于哪里，組織里的細胞都能不費吹灰之力地融入新環境，猶如成功躋身倫敦上流社會的伊萊莎·杜利特爾，這無疑是細胞具有可塑性的表現。

施佩曼還發現了第二個與細胞可塑性相關的重要特征，即移植物的可塑性取決于供體胚胎的年齡。只要被移植的組織來源于年輕的胚胎（換句話說，囊胚），它就能融入新的環境。如果移植的時間再晚一些，一旦胚胎已經開始成熟，那么細胞就很容易延續它們在供體胚胎里的發育路徑。也就是說，隨著胚胎的年齡增長，細胞的發育路徑會變得越來越固定。

如此說來，其實可塑性是年輕細胞的特權。

如果不是法蘭克福大學一名22歲的學生希爾德·曼戈爾德，那么這個故事講到這里就應該結束了。施佩曼曾以訪問教授的身份到法蘭克福大學演講，出于偶然，曼戈爾德恰好聽到了他的講座。施佩曼對細胞移植實驗的技術難度直言不諱，但聽完描述的曼戈爾德不但沒有望而卻步，反而興奮不已，她迫切地想要學習這種技術。曼戈爾德提出想去施佩曼的實驗室攻讀博士學位，她的愿望實現了。隨后在1920年，曼戈爾德搬到了弗賴堡，開始與施佩曼一起做研究。

曼戈爾德做顯微手術的手藝精湛，于是，施佩曼讓她負責一個需要用到淡水水螅的課題，這種動物以驚人的再生能力著稱。曼戈爾德的任務是將這種淡水水螅的內表面翻到外面，然后觀察它會有怎樣的表現，這個實驗需要高超的操作技巧。在經歷一年的沮喪和挫敗后，曼戈爾德沒有取得任何進展，她懇請施佩曼換一個新的課題。起初，施佩曼很猶豫，但當他發現就連自己也無法完成這種顯微操作后，便答應了曼戈爾德的要求。

蠑螈胚胎的背側會形成一道凹陷，這個區域被稱為“背唇”，曼戈爾德的新課題與構成背唇的一小塊細胞有關。施佩曼此前的研究已經證實，背唇是原腸作用發生的起點——在原腸作用期間，胚胎將經歷劇烈的變化。我將在后文對原腸作用做更多的介紹，眼下，你只需要知道在這個階段，細胞會運用各種各樣的手段，使背唇從一道小小的凹陷變成一個巨大的洞，最終吞沒周圍的細胞，把它們包進胚胎的內部。施佩曼對構成背唇的細胞很感興趣，因為它們似乎違背了年輕細胞具有可塑性的規則。與囊胚里其他能在移植后適應新環境的細胞不同，背唇細胞可謂我行我素，不論落到哪里，它們只會做一件事，那就是開一個孔，為原腸作用的啟動做準備。顯然，這一小塊組織有某種獨特之處，而曼戈爾德的任務就是深入研究這種特性。

為了徹底弄清究竟發生了什么，曼戈爾德需要分別追蹤移植細胞和非移植細胞的行為表現，這意味著她不得不借助某種手段，來區分供體和受體。施佩曼本人恰好有解決這個難題的方法，他此前的一項研究必須用到兩種親緣關系較近的蠑螈：其中一種蠑螈（學名為Triton taeniatus）的色素細胞顏色很深，另一種蠑螈（學名為Triton cristatus）的色素細胞顏色很淺。由于這兩種蠑螈屬于近親，所以它們能接受彼此的胚胎移植物，但色素的深淺差異使得研究人員能明確區分每個細胞究竟來自供體還是受體。

1921年春天，曼戈爾德用這兩種蠑螈的胚胎完成了數百例移植實驗。絕大多數實驗素材都遭到了細菌的污染，最后只有一例移植物活到了發育成熟。但是，僅僅這一例就足以說明問題了：令人驚訝的是，移植物所在的那一側長出了第二個胚胎，導致整個胚胎的模樣猶如連體嬰。曼戈爾德在檢查連體胚胎的細胞顏色時又發現了另一個驚人的事實。她原本的預期是，這個錯位的新胚胎是由移植物發育而來的，可實際上，她看到新胚胎同時包含了供體和受體的細胞。這只能說明一件事：移植細胞誘導了周圍的受體胚胎細胞，改變了它們的發育方向，使它們參與了鏡像胚胎的形成。這種細胞的命運發生改變的現象被稱為“胚胎誘導”，如果還是用伊萊莎·杜利特爾的故事來打比方，這種現象就像是把一個生活在倫敦西區的貴族強行變成倫敦東區的工人。

從此以后，沒有人再懷疑這一點：在發育過程中，細胞會以一種只有它們才懂的交流方式“交談”。杜里舒的實驗結果已經暗示了這種誘導現象的存在，而現在，科學家能直接對其開展研究了。在海膽和蛙的實驗里，相鄰細胞發出的信號起到了阻止雙胞胎產生的作用；而在蠑螈的囊胚里，情況正好相反，一小塊細胞發出的信號促進了雙胞胎的形成。

為了彰顯背唇細胞擁有的特殊能力，施佩曼給這一小塊不起眼的組織取了一個響亮的名字：組織者。[16]組織者的發現不僅奠定了“誘導”概念在胚胎學中的核心地位，還讓施佩曼獲得了1935年的諾貝爾獎。至于這個關鍵實驗事實上的完成者、施佩曼的學生曼戈爾德，她既沒有看到自己的研究產生的深遠影響，也沒能一同站上諾貝爾獎的頒獎臺：1924年9月，由于廚房的汽油加熱器發生爆炸，這位26歲的母親悲劇地離開人世。去世時，她的論文才剛剛發表。[17]

美國體系與歐洲體系

作為20世紀最出色的生物學家之一，悉尼·布倫納曾說發育的推進只有兩種模式，它們分別是歐洲體系和美國體系。歐洲體系只注重血統——一個細胞的來源遠比這個細胞目前位于哪里更重要；相比之下，美國體系更倡導平等主義——一個細胞所處的位置遠比它是從哪里來的更重要。按照布倫納的說法，歐洲體系認為細胞“奉父母之命行事”，而美國體系則認為細胞“根據鄰居的話采取行動”。

布倫納的比喻是為了凸顯可塑性與確定性的區別。一個身份由血統決定的細胞（歐洲體系）沒有多少選擇的余地，它在誕生的那一刻就注定會走上某條確定的道路。相反，一個沒有受到類似限制的細胞（美國體系）就有很多選擇，它未來會走上哪條道路由它的經歷決定。胚胎里既有命運確定的細胞，也有未來可塑的細胞。在發育早期，整個胚胎的性質更傾向于可塑性，而到了發育后期，這種平衡則逐漸倒向確定性。隨著年齡增大，細胞會像很多人一樣，變得越來越保守和固執。

其實換個角度，布倫納的比喻無非是先天和后天之爭的另一種表述：這個爭論的焦點在于，我們的生物學屬性究竟是早就確定、與生俱來的，還是不確定的、可以被外界影響的。到這里為止，我介紹的所有內容——先成論與后成說的爭端，以及現代生物學語境中確定性和可塑性的分歧——無不體現了先天與后天的張力。但經驗和常識告訴我們，事實并不是非此即彼。

美國體系和歐洲體系都有適用的時候，有的情況以美國體系為主，有的情況是歐洲體系占上風。可塑性賦予了胚胎細胞調整路線和適應錯誤的能力，而錯誤在發育過程中是不可避免的。但是，如果每個細胞的命運都完全由其他細胞的行為決定（細胞的一切都離不開其他細胞），胚胎結構的形成根本無從開始。確定性，或者說可塑性的喪失或缺失，才是胚胎結構的來源，它為細胞提供了可靠的參考框架，就像路標一樣，讓它們知道前進的方向。為了使發育能夠正常推進，必須有一部分細胞始終保留適應變化的能力，另外一部分細胞義無反顧地承擔起固定的使命：細胞不得不在隨機應變和服從命令之間做出妥協。因此，我們的發育過程就像一個悖論：受精卵天生就知道如何從一個細胞發育成動物個體，但在這條固定不變的道路上，它又保留著變通的能力。從這個角度來說，杜里舒是對的，胚胎的確跟任何機器都不一樣。

正是這個悖論讓過去的人們產生了動物預先就存在于卵細胞內的想象，包括我女兒設想的“小小小小嬰兒”。無論是魯還是杜里舒，他們都沒能參透這種固定性和靈活性之間的沖突，至于施佩曼，縱使他幾乎每天都在親眼看見先天和后天兩種對立的現象，可對背后的原理，他也不完全清楚。事實上，確實有一種高深莫測的力量在推動胚胎的發育，只不過并不是杜里舒認為的“生機”或者“靈魂”。給發育注入動力及裁定確定性和可塑性應當保持何種平衡的，其實是化學和物理法則。杜里舒（還有2 000年前的亞里士多德）感受到了一種神秘的外部力量，其真面目是進化這只看不見的手：它用了數十億年的時間，才為每一個合子設計了可以隨身攜帶的發育藍圖。

實際上，解決一細胞問題的方法就藏在我們的基因里。

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[1]亞里士多德直接繞過了這些部位是如何形成的問題，而提出精子和卵子結合后會產生一種看不見的力量——這種力量被他稱為“生機”或者“靈魂”。

[2]到了這個時候，亞里士多德已經開始在思想家中失寵，人們認為他的研究手段太過陳舊，這為旗鼓相當的新觀點的出現創造了條件。參見Clara Pinto-Correia's The Ovary of Eve(Chicago：University of Chicago Press, 1997), 25。

[3]以今天的眼光看，斯瓦默丹的觀察是正確的，但他對現象的釋義是錯誤的。斯瓦默丹檢視的是正在“變態”的昆蟲，這個階段就在成蟲誕生之前。此時，昆蟲的許多器官的確已經形成，只等成蟲在破繭而出后繼續長大。

[4]Pinto-Correia,The Ovary of Eve,65.

[5]1立方英寸≈16.39立方厘米。——譯者注

[6]Charles Darwin,On the Origin of Species by Means of Natural Selection (London: John Murray, 1859).

[7]最早分析細胞分裂的人是另一位德國科學家華爾瑟·弗萊明。弗萊明發現，用某些染料處理細胞后，能使不同的亞細胞結構（細胞器）變得更容易觀察。他通過觀察細胞分離過程中染色體的行為，詳細地梳理出分裂的過程。我們在高中的生物學課上學到的有絲分裂的各個時期（前期、中期、后期和末期），正是弗萊明研究的成果。

[8]August Weismann, The Germ-Plasm: A Theory of Heredity, trans. W. Newton Parker and Harriet Ronnfeldt (New York: Scribner, 1893).

[9]Stephen Jay Gould,Ever Since Darwin(New York:W.W.Norton,1992), 205.

[10]Wilhelm Roux, “Contributions to the Developmental Mechanics of the Embryo. On the Artificial Production of Half-Embryos by Destruction of One of the First Two Blastomeres, and the Later Development (Postgeneration) of the Missing Half of the Body”(1888),in Foundations of Experimental Embryology, ed. Benjamin Willier and Jane Oppenheimer (Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1964).

[11]Laurent Chabry, “Contribution à l’embryologie normale tératologique des ascidies simples”, Journal de l’anatomie et de la physiologie normales et pathologiques de l’homme et des animaux 23(1887):167-321.

[12]Hans Driesch, “The Pluripotency of the First Two Cleavage Cells in Echinoderm Development. Experimental Production of Partial and Double Formations”(1892),in Foundations of Experimental Embryology,ed.Benjamin Willier and Jane Oppenheimer (Englewood Cliffs, NJ: PrenticeHall, 1964).

[13]后來，美國科學家杰西·麥克倫登用杜里舒的方法檢驗了蛙細胞的發育潛力，他讓細胞分離，而不是刺死它們，結果蛙細胞的表現與海膽細胞一模一樣。這個實驗證明兩種結果的差異并非因為物種的不同。Jessie Francis McClendon, “The Development of Isolated Blastomeres of the Frog's Egg”,American Journal of Anatomy 10(1910):425-430.

[14]杜里舒的實驗結果與法國科學家沙布里得到的實驗結果也不一致，后者對海鞘的細胞做了分離。杜里舒的每個細胞都發育成了新的動物個體，而沙布里的細胞卻自發地組合在一起。二者的差別源于兩位科學家使用的物種不同（這和魯的情況不一樣）——事實證明，物種的選擇也非常關鍵。有的動物（特別是無脊椎動物，比如海鞘及某些軟體動物），胚胎的細胞在胚胎發生的早期階段表現出我行我素的特點，即無論如何都會沿既定的方向發展。類似的行為在脊椎動物中很少見，更不是海膽胚胎發育的驅動力。盡管如此，決定性和可塑性是所有動物都有的兩種特點，只是程度不同，它們的平衡由發育階段、物種和環境共同決定。

[15]這個評價略顯克制，施佩曼的移植實驗非常巧妙，為胚胎學做出了巨大貢獻。施佩曼在最早的實驗中使用的胚胎更年輕，但他的操作手法同樣熟練。他的最著名的一個實驗是用女兒的頭發勒住了蠑螈的早期胚胎（只是結扎，沒有勒斷）。

[16]施佩曼和美國胚胎學家沃爾特·劉易斯在幾十年前一起研究過蛙的眼睛發育，他們在那時候就發現了誘導的跡象。雖然施佩曼和曼戈爾德的組織者實驗是最有名且最典型的誘導現象，但胚胎在發育的過程中會產生許多其他的組織者，它們是發起組織的中心——一群能夠改變命運，構建有序結構的細胞。參見Viktor Hamburger,The Heritage of Experimental Embryology:Hans Spemann and the Organizer(New York:Oxford University Press,1988)。

[17]Hans Spemann and Hilde Mangold, “Induction of Embryonic Primordia by Implantation of Organizers from a Different Species (1924)”, trans. Viktor Hamburger,International Journal of Developmental Biology 45(2001):13-38.