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奇点糕

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传说中哲学上有三大终极问题:我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?从科学上来说呢,我们每个人都来自一

个小小的受精卵。

不过一个受精卵是怎么发育成一个人的呢?

编者按

追踪胚胎发育,在果蝇[1]和斑马鱼[2]中已经实现了,不过到了哺乳动物小鼠,困难可就多多了。相比那些卵生生

物,在子宫中发育的小鼠,胚胎体积变化很大,难以追踪。而且小鼠胚胎透光性不好,还对光很敏感,如果用传

统的激光共聚焦显微镜观察,顶多能正常发育24小时。

最近,这些问题都被霍华德·休斯医学研究所的Katie McDole和Philipp Keller

等解决了。他们开发了一套自适应多视点单层光显微系统,追踪观察了小鼠胚胎从原肠胚到早期器官形成的全过

程。此研究发表在Cell上[3]。

话不多说,还是看看小鼠的胚胎发育吧。

胚胎在不断长大,放大倍率也得跟着调整。

胚胎的生长离不开细胞分裂,胚胎中的细胞分裂情况是怎样的呢?

红黄色的闪光就是分裂中的细胞

接下来就是这个研究重点了——单细胞水平的追踪

颜色代表细胞密度

这些细胞都会形成什么组织呢?这么多颜色,不知道该怎么称呼,就按从上到下的顺序好了。

第一对颜色是体壁中胚层,它日后会发育成我们的体腔内壁以及四肢的骨骼、肌肉、血管等。

第二对是脏壁中胚层,它日后会成为内脏的平滑肌、结缔组织等。找人代生孩子多少钱

第三对是体节中胚层,脊柱、肋骨以及上面的肌肉都是从这来的。第四对是头中胚层,日后形成头面部的肌肉

等。

下面三个,绿色的是神经管,将发育成脑和脊髓。红色的是脊索,只在发育过程中存在,最终退化为椎间盘的髓

核。左侧蓝紫色的是生心区,心脏和大血管都是从这里长出来的。

再把细胞分裂的情况加上。

食色性也,再来看看原始生殖细胞的迁移吧,就是那几个红色的。

还有心脏的形成,绿色的是心管祖细胞。

然后就砰砰跳起来了。

脊髓和脑的发育,可以看到胚胎中部先形成一条神经沟,然后神经沟两边从胚胎中部开始愈合,形成神经管。

最后登场的是全场最突出的选手——脊索。左图里,绿色的是神经祖细胞;中图和右图中,紫色的是脊索。

在哺乳动物里,脊椎长出后,脊索退化成椎间盘中的髓核。椎间盘突出,就是髓核突破了周围纤维环的束缚,进

入椎管,压迫神经。

最后看下给我们带来这些视觉奇观的装置吧。

这套装置如此强大,主要是能不断测量胚胎的形状和光学性质,根据监测的数据做出补偿,减少散射,优化分辨

率,减少光毒性。配套的软件系统也是很强大的。

这项研究对致力于器官再生,或者试图在子宫中纠正先天畸形的科学家十分重要。第一作者Katie McDole 表

示:“要做到这些,你首先需要了解器官是如何形成的,你需要实际观察一个真正的胚胎发生了什么。”

对普通人来说,这个研究也让我们能一睹生命最初的过程。如果再考虑到胚胎发育的过程,很大程度上是种系进

化的重演,我们从中看到的又何尝不是生命从单细胞一步步进化到人的历程。

参考文献:

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1. Amat F, Lemon W, Mossing D P, et al. Fast, accurate reconstruction of cell lineages from large-scale fluorescence

microscopy data[J]. Nature methods, , 11(9): .

2.Keller P J, Schmidt A D, Wittbrodt J, et al. Reconstruction of zebrafish early embryonic development by scanned light

sheet microscopy[J]. science, , (): -.

3. McDole K, Guignard L, Amat F, et al. In Toto Imaging and Reconstruction of Post-Implantation Mouse Development

作者 | 奇点糕

at the Single-Cell Level[J]. Cell, .

来源 | 奇点网,授权发布

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