生命的形狀是如何形成的

一切都從一個單獨的細胞開始。從樹木到水母再到人類，各種令人眼花繚亂的形狀和結構，都能從這一個細胞發育出來。我們對這種過程熟視無睹，覺得理所當然，完全沒想到這有多麼不同尋常。

那麼，生物體到底是怎麼把外在形態呈現出來的呢？一個答案說，這都記錄在DNA里。通過研究一些奇特的變異現象，比如蒼蠅在應該長觸角的地方長了腿，生物學家已經確定出了發育過程中涉及到的許多基因。

然而實際上，我們像是一群孩子弄到了一艘外星飛船，東按按西摸摸，成功摸索出了各個開關的用途。我們也許能把飛船開起來，對它的原理卻一點也不懂。如果飛船壞了，想要修理或是重新建造一艘，我們肯定不會。

同樣，雖然對於哪個基因控制生長我們了解得不少，對於這些指令如何通向最後的形態，卻知之不多。細胞或是分子到底做了些什麼，才讓生命體的外形發生了變化？這仍然是個巨大的謎題，也許是生物學中最大的一個。

不過，藉助新工具的幫助，我們已經窺到了一點門徑。而且這項工作擁有無限的可能性。比如，我們對器官形成過程了解得越深入，對其進行修復或是替換就越容易。最終，我們也許能夠創造出一些動物或是植物，具有自然界中不曾發現過的形態。

雖然自古以來，亞里士多德之類的思想家就已經思考過發育之謎，但是，直到上個世紀後半葉，生物學家才開始著手對付這個難題。20世紀60年代，生物學家路易斯·沃伯特（Lewis Wolpert）闡述了一種設想，即複雜的形體規劃能夠通過胚胎中簡單的化學物質濃度梯度而建立。這種化學物質叫做形態發生素。不同的基因在不同的位置激活，依據便是其所處環境中的形態發生素含量。

在接下來的數十年中，編碼形態發生素的基因被發現了，沃伯特的想法也在很大程度上得到了證實。通過鼓搗這些控制形體藍圖的基因，生物學家也取得了一些成就——比如，如何把一朵花產生花粉的器官變成花瓣。

但是，那時研究的重點是編製發育過程中涉及的「控制」基因的目錄，而不是闡明發育如何一步一步運作。這些控制基因會啟動建造某個特定身體部分的程序，但是在大多數情況下，沒有人知道啟動之後會發生什麼。西班牙巴塞羅那基因組調控中心的系統生物學家詹姆斯·夏普（James Sharpe）說：「生物學家被基因迷惑住了，他們基本止步於此，甚至沒有留意到這裡還有個關於形態的問題。」

以動物的肢體為例。長出肢體，不管是小雞的翅膀還是鼴鼠的腳掌，第一步都是長出一個一個突出的、伸長的部分。多年以來，生物學家認為這種形狀產生的原因很簡單，就是肢體頂端的細胞分裂要比底端快，僅此而已。不過，從沒有人證明過這一點。

要徹底揭開形態之謎，我們還有很長的路要走。不過，藉助植物學家設計的各種關於結構發育的簡單計算機模型，我們開始能夠預測某一特定變化如何影響到形態。至少在理論上，這樣的模型有朝一日將能夠幫助我們設計出具有特定形狀的植物。

當然，通過人工育種來影響農作物、花卉、魚、狗、馬和其他許多生命體的形態已經有數千年的歷史了。例如，如果想要一種短腿狗，就用兩隻腿短的狗交配。不過絕大多數的育種工作都是摸索著來的，其中的機制並不清楚。而深入了解基因、形態發生素以及機械力之間的相互作用對生物形態的影響，將會打開許多新的可能。

對於機械力作用的不斷深入的了解，已經幫助我們提高了組織工程學的水平。通過理解細胞對壓力作用的反應方式，研究人員可以在實驗室里培養出更好的替代組織，加快病人傷口癒合。例如，如果經常擠壓，人造軟骨就會更加堅韌，這和人們行走時對軟骨的影響相同。

隨著生物學家開始對形體發育進行更加細緻詳盡的研究，關於可能創造出新世界的想像，開始變得十分具有吸引力。這個新世界將不拘一格而又奇妙非常，擁有各式各樣的新形態。現在，通過巧妙的處理，人們已經能夠把植物改造成各種不同尋常的外形，用小箱子套住生長中的果實製造出方形的西紅柿，通過園藝造型讓樹木呈現出椅子的形態，甚至用樹根製造出活著的橋。但是，如果關於這些形狀的指令都可以編碼進種子的基因，一經播種便會迅速生長出來，那又會怎樣呢？我們能創造出帶把手方便搬運的西瓜，開出鮮艷蘭花的雛菊，或是可以長成預置好的房子的樹木嗎？如果掌握了形態發育的一切原理，我們有可能創造出能夠長成預置房屋的樹木嗎？

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