大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?

来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/12/25 13:18:17
大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?简单回答:因为人体的内脏分布是左右不对称的.得,你肯定不满意,

大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?
大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?

大自然为何将人的心脏放在左边?动物也是如此吗?
简单回答:因为人体的内脏分布是左右不对称的.得,你肯定不满意,
这不是废话吗,为什么人体的内脏分布就不对称?回答:这是在人体
发育的过程中就决定的.废话,冲这回答你又有得说了,人体的眼睛,
耳朵,四肢等等包括整个体态都是左右对称的,为什么单单在发育过
程中内脏的分布就会左右不对称呢?
你算是问到一个重要的发育生物学问题了,就是生物体的左右不对称
性是怎么产生的.比如脊椎动物的发育,胚胎的整个体态在早期一直
是保持左右对称的,到了肠胚期,内脏的原胚比如早期的心脏,肠道
等的位置开始表现出在胚胎中的左右不对称分布.在一个原本左右对
称的胚胎里,像内脏发育这样的左右不对称性是怎么建立的?既然早
期的胚胎左右完全对称,凭什么胚胎能知道那是左边,那是右边?
这个问题很难,很难,很难.伟大的发育生物学家们直到1995年,才
搞出一点名堂.他们发现,有几种蛋白,在肠胚期胚胎里的表达是左
右不对称的,进一步的研究发现,早期心脏发育时从胚胎的中心位置
翻转到左侧这个过程,正和这些蛋白在胚胎里的表达位置有关系.这
算是在分子水平,首次阐明了胚胎的左右不对称性.
可是,这仅仅是个开始,进一步的问题马上就来了:又是什么机制导
致这些蛋白在胚胎中的表达会左右不对称呢?要解答这样的问题,该
着遗传学家登场了.遗传学家们的拿手好戏就是找突变体.心脏总长
在左边不是?那好,带着变态心理的遗传学家们就反着来,他们在带
着各种各样基因突变的老鼠里仔细找,看看有没有那个基因突变,会
让老鼠的内脏分布从左右不对称变成随机分布.
遗传学家们的运气不错,果然找到一种带有叫做iv基因突变的老鼠,
其内脏的分布是左右随机的.这说明什么呢?说明iv基因很可能和左
右不对称性的建立有重要关系,一旦没有了iv基因的功能,胚胎就无
法建立左右不对称性,胚胎在发育时分不清左右,内脏的分布也就左
右随机起来了.
遗传学家们费老鼻子劲儿克隆了这个iv基因,期间的千辛万苦和血泪
历史我们就不提了.长话短说,他们发现这个基因表达的是一个叫做
“左右dynein”的蛋白,简称LRD(left-rigth dynein).这个LRD是干
什么的?原来有些细胞的表面会长出叫纤毛的结构,纤毛会不断的朝
一个方向摆动或旋转,而这个LRD就和纤毛的运动有关系,没有了LRD,
细胞上的纤毛就不动了.
等一等,你觉得必须提醒我了,伙计,跑题了吧?我们在谈动物的左
右不对称性,你怎么扯到纤毛上去了?
精彩的部分就在这里.一开始,遗传学家们也蒙了,这细胞动
纤毛和心脏长左边,八杆子也打不着啊.这玩遗传学也真是 a box of
chocolates,you never know what you gonna get.不过几个聪明的哥们
不泄气,把老鼠的胚胎看了一遍又一遍,终于发现了门道.
原来,很多胚胎细胞也长有纤毛,更关键的,肠胚期胚胎有个对体态
形成和发育有关键作用的结构叫node,长在胚胎表面的中线上.在组
成node的细胞的表面,有很多纤毛,这些纤毛全都按反时针方向摆动,
让细胞表面的液体产生一个向左的流动.
不要小看这个流动!因为早就知道胚胎细胞会分泌很多信号蛋白到细
胞表面的液体中,纤毛所导致的这个单向液体流动,会让细胞表面液
体里包含的某些信号蛋白集中在胚胎表面的左边而不是右边.而胚胎
左侧信号蛋白的相对浓度高于右边,正是胚胎最早的左右不对称性来
源.在这个基础上,左右两边的胚胎细胞就会受信号蛋白的不同调控
而表达出不同的蛋白,再进一步导致两边脏器发育的不对称性.LRD
缺陷的老鼠,node的纤毛不动了,细胞表面的液体也就静止了,液体
里的信号蛋白的分布就会变得左右均匀,于是胚胎的左右不对称性就
建立不起来了.
当然,我这里介绍的只是粗略的粗略,大概的大概,要弄清所有的细
节,发育学家们和遗传学家们还有很多工作要做.但可以说,对脊椎
动物发育的左右不对称性是怎么建立的,我们终于开始有了一个大致
完整的框架:胚胎上有node,node上有细胞,细胞上有纤毛,这些纤
毛都朝同一个方向摆动,而正是这些几乎看不见纤毛的单向摆动,成
为了胚胎打破左右对称格局的原动力,从而最终决定了你的心脏只长
在左边而不是右边.一个复杂的发育生物学问题,最后归结为纤毛运
动这样一个小小的生物力学(biomechanical)问题.自然设计的美妙,
是让上帝也要惭愧的.
参考文献:
Fluid Flow and Broken Symmetry.C.D.Stern.Nature 418:29-30 (2002)