“干细胞动物园”里有张发育时间表

“干细胞动物园”包括来自人类、小鼠、狨猴、犀牛、牛和兔子的细胞。图片来源：欧洲分子生物学实验室

科技日报北京6月20日电 （记者张梦然）欧洲分子生物学实验室团队揭示了生化反应速度的差异是导致小鼠和人类时钟差异的原因。为了确定这一发育原则，研究人员利用“干细胞动物园”重现了除小鼠和人类之外的4种哺乳动物的节段时钟。研究成果发表在最新一期《细胞·干细胞》上。

人类的孕期持续约10个月，而小鼠只有20天，犀牛则长达17个月。许多哺乳动物物种在胚胎发育过程中经历了相同的阶段，但发育速度却大不相同。另一个在时间上因物种而异的例子是脊椎动物体轴（脊柱）的形成。椎骨和肋骨的身体节段的形成称为体节，由被称为节段时钟的机制控制。节段时钟是一组振荡的基因，每个振荡控制一对体节的形成。振荡的频率因物种而异，与小鼠相比，人类的振荡频率要长2到3倍。

研究人员此次创建了一个“干细胞动物园”，就像来自多个物种的干细胞库，用于研究和比较不同发育事件。团队从狨猴、兔、牛和犀牛4种哺乳动物身上收集了胚胎干细胞和诱导多能干细胞，将其添加到现有的人类和小鼠细胞库中。这是一次前所未有的多样化物种抽样研究。

小组重点分析了4个新增物种的节段时钟的差异。他们将胚胎和诱导多能干细胞分化为体前中胚层样细胞，这些细胞将产生脊柱、肋骨和骨骼肌。令人惊讶的是，每个物种的平均体重与其节段时钟周期之间没有相关性，同样，妊娠长度与节段时钟周期也无关。

相反，节段时钟周期却与胚胎发生的持续时间密切相关，这或许意味着节段时钟可作为一个很好的系统来理解跨物种的胚胎发育时间。

研究确认，这4种哺乳动物在生化反应速度上也表现出差异，与节段时钟周期高度相关。这表明生化速率的变化，可能是控制发育节奏的一般机制。其为理解不同物种发育速度差异背后的机制提供了具体线索。

犀牛比狨猴重一万倍，但它们俩共享祖先传下来的发育机制。哺乳动物内置的基因调控机制是高度保守的。这与基因振荡的物种特异性时间形成鲜明对比，而基因振荡是身体正常发育的基础。是什么导致了这些关键的时间差异一直是一个谜，但正在慢慢解开。科学家正在触及复杂生命最底层的编码机制，其中一定有一些奇异之处，是我们完全没有预料的。