在大約5.5億年前的一片淺水中，一條夷陵蟲(chóng)正在水底蠕動(dòng)。盡管它的長(cháng)相與人類(lèi)，乃至我們熟悉的許多動(dòng)物絕無(wú)相似之處，但這位5.5億年前的生命先驅已經(jīng)擁有了現代絕大多數動(dòng)物的共同特征——兩側對稱(chēng)。

以脊椎動(dòng)物為例，無(wú)論擁有的是四肢、鰭還是翅膀，它們都整齊地排列在軀干兩側，而且大小、位置和形狀都基本相同。長(cháng)期以來(lái)，我們對身體外形的兩側對稱(chēng)習以為常，這樣的特性甚至可能在潛移默化中成為了我們審美的重要標準。

然而這樣廣泛存在于動(dòng)物間的基本結構，實(shí)際上是胚胎形成和發(fā)育過(guò)程中一系列復雜過(guò)程的結果。最近，發(fā)表于《自然》的一項研究發(fā)現，我們擁有對稱(chēng)的身體外形，不僅是由基因等生物分子導致的，機械力也發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

一生中真正重要的時(shí)刻

在生命最初的階段，胚胎就像一個(gè)圓圓的球，由許多細胞組成。不用說(shuō)兩側對稱(chēng)了，連頭尾和背腹都分不出來(lái)。但很快，隨著(zhù)胚胎內的細胞流動(dòng)，胚胎內逐漸形成了不同的胚層，也出現了頭尾和背腹的區別。這個(gè)階段被稱(chēng)為原腸胚時(shí)期。

關(guān)于原腸胚形成，英國發(fā)育生物學(xué)家劉易斯·沃爾珀特曾有一句廣為流傳的名言：“你一生中真正最重要的時(shí)刻，不是出生，不是結婚，也不是死亡，而是原腸胚形成?！蓖瑯?，我們兩側對稱(chēng)的外形也是在這個(gè)時(shí)期奠定了基礎。

在原腸胚后期，胚胎開(kāi)始伸長(cháng)，在背部形成神經(jīng)管。神經(jīng)管和下方的脊索共同構成了我們的“中軸線(xiàn)”——這就是我們身體的對稱(chēng)線(xiàn)。就在神經(jīng)管的兩側，對稱(chēng)分布著(zhù)兩條被稱(chēng)為“準體節中胚層”(PSM)的組織。隨著(zhù)胚胎的發(fā)育，從胚胎靠近頭部的位置開(kāi)始，左右兩側的PSM中的細胞會(huì )同時(shí)開(kāi)始聚集成團，當這兩個(gè)細胞團完全成型、脫離PSM后，一對體節就形成了。

一直以來(lái)，體節被認為是脊椎動(dòng)物兩側對稱(chēng)的基礎。當前一對體節形成后，下一組細胞又會(huì )在相鄰位置聚集成團，形成下一對體節。如此周而復始，體節就按從頭到尾的方向，一對接一對地形成。學(xué)界曾認為，在一些呈周期性振蕩的生物分子(通常被稱(chēng)為分節時(shí)鐘)的調控下，每一對體節的形成時(shí)間、位置和形態(tài)都受到了嚴格的控制。只有保證了體節在最初形成時(shí)的對稱(chēng)，才能進(jìn)一步發(fā)育出我們兩側對稱(chēng)的身體。

體節的“自我糾正”

最近，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的3位生物工程學(xué)家和物理學(xué)家發(fā)現，體節也會(huì )長(cháng)歪，只是被“捏”了回來(lái)。而把它“捏”回來(lái)的并非任何基因等生物分子，而是一種我們熟悉的機械力——表面張力。

起初，研究者只是在觀(guān)察斑馬魚(yú)胚胎體節的形成過(guò)程。他們發(fā)現，體節的形成并沒(méi)有那么規則，經(jīng)常會(huì )出現兩側體節“各長(cháng)各”的情況：剛形成的體節不僅長(cháng)度不一致，而且形狀也不對稱(chēng)。

但是在短短1小時(shí)后，體節似乎就迅速完成了“自我糾正”，均勻分布在神經(jīng)管兩側。在這個(gè)過(guò)程中，胚胎里究竟發(fā)生了什么？

研究者首先試圖確認生物信號的影響。為此，他們檢測了體節中細胞數量的變化。然而，無(wú)論體節的縱向長(cháng)度是增加還是減少，所有體節中的細胞數量都增加了，而且細胞數量的變化與體節縱向長(cháng)度的變化之間沒(méi)有顯著(zhù)的關(guān)系。

另一個(gè)重要的信號是，研究者發(fā)現，即使兩側體節的縱向長(cháng)度發(fā)生了變化，它們的總體體積依然保持不變——當體節的長(cháng)度改變后，它的高度和寬度也會(huì )做相應調整。

這樣一來(lái)，就像是有一只看不見(jiàn)的手，把兩邊的體節像揉橡皮泥一樣，捏成了對稱(chēng)的形狀。那么，這只“手”是什么？研究者給出了一個(gè)猜測——表面張力。

表面張力并不罕見(jiàn)

我們對表面張力并不陌生，清晨凝聚在葉片上圓圓的露珠、牛奶表面聚集在一起的谷物圈，都是在表面張力的作用下形成的。

研究團隊曾進(jìn)行過(guò)一系列實(shí)驗，來(lái)證明表面張力與生物體形態(tài)之間的關(guān)系。例如，研究者觀(guān)察到，實(shí)驗室培養的體細胞外形呈現出與露珠相同的圓形外觀(guān)。

但想要證明表面張力是否真的擁有決定體節形態(tài)的能力，還需要進(jìn)一步實(shí)驗驗證。研究者首先破壞了一些能夠影響表面張力的蛋白質(zhì)，從而削弱了體節的表面張力，他們發(fā)現神經(jīng)管兩側的體節明顯無(wú)法形成對稱(chēng)的形態(tài)。作為對比，他們還干擾了胚胎的分節時(shí)鐘，結果發(fā)現盡管體節的長(cháng)度發(fā)生了變化，體節依然能夠維持兩側對稱(chēng)的形態(tài)。

“我們得出的結論是，表面張力可以幫助糾正體節長(cháng)度和對稱(chēng)性的錯誤，”研究共同作者桑達爾·納加納坦總結道。盡管他們只針對斑馬魚(yú)胚胎進(jìn)行了實(shí)驗和深入研究，但研究者依然認為，這一發(fā)現很可能具有普遍意義?！氨砻鎻埩υ谒形锓N的發(fā)育組織中都很常見(jiàn)，這種自我糾正過(guò)程也可能發(fā)生在其它脊椎動(dòng)物身上?！?

接下來(lái)，研究者還希望能夠繼續研究，解決更多關(guān)于身體對稱(chēng)性起源的問(wèn)題?！拔覀兊墓ぷ鹘忉屃吮砻鎻埩θ绾斡绊戇@些基本結構的形狀和對稱(chēng)性，接下來(lái)，要解釋四肢的具體形成過(guò)程將是一個(gè)重大挑戰?！倍页藢ΨQ(chēng)性之外，納加納坦和同事也在試圖理解動(dòng)物的不對稱(chēng)性，“比如心臟和胃為什么并不對稱(chēng)，在人體發(fā)育過(guò)程中，這種不對稱(chēng)性又是如何與對稱(chēng)性相協(xié)調的?！?