受精卵的第一次分裂居然是這樣的（一）

我們每個人的生命都起源于1顆小小的受精卵。還記得教科書上是怎么描述受精卵的第一次分裂的嗎？當精子進入卵子，形成受精卵后，父源染色體和母源染色體融合，通過一個名為“紡錘體”的結構將染色體牽引、平均分配到卵母細胞和第一極體中去，完成第一次分裂。此前人們始終認為，這次分裂僅由一個紡錘體控制。然而，科學家在頂級學術期刊《科學》上公布了一項顛覆性的發現：哺乳動物小鼠在受精卵第一次分裂時，父源和母源染色體并沒有融合，而是各自為政，分別通過兩個紡錘體各自控制染色體的分離。這一發現讓我們重新認識了受精卵的分裂，也為我們解釋早期胚胎某些發育異常提供了依據。

正常的受精過程是：精子進入卵細胞后，雙方的遺傳物質會被包裝成兩個獨立的雄原核和雌原核，然后兩個原核慢慢的靠近融合成下圖所示。

（圖：一枚人類受精卵）

以前的觀點（父母染色體“先合再分”）

受精之后，受精卵的分裂其實是有絲分裂，伴隨著核膜崩解，父母的染色體從細胞核中釋放出來，隨后，融合和復制了的父母染色體在一套紡錘體的控制下，平均地將遺傳物質分配到兩個分裂的細胞中。長期以來，人們認為受精卵洗后的細胞分裂時，父母染色體就是這樣“先合再分”的。

紡錘體是由許多細長的微管蛋白組裝而成。有絲分裂的前期，微管蛋白在染色體周圍迅速自發形成雙極紡錘體結構，并在細胞分裂時牽引、分配染色體。紡錘體容易受溫度的影響而解聚，而紡錘體的完整性保證了細胞分裂的準確性。

（動圖來源《科學》：細胞分裂時的紡錘體和染色體）

技術突破下的重大發現

20多年前，科學家在觀察二細胞期胚胎時便注意到，父源、母源染色體分別占據細胞核內的兩個半月形區，就像古時的傳統新婚，初入洞房，還有一些陌生和矜持。受顯微技術發展的限制，科學家們一直是霧里看花、不明所以。這是因為受精卵和早期胚胎對光很敏感，一旦光照過強，就會影響發育。

可喜的是，新的成像技術終于讓科學家們揭開了其神秘面紗。歐洲分子生物學實驗室（EMBL）的 Jan Ellenberg 和 Lars Hufnagel 團隊開發出最新的成像技術——激光片層掃描顯微系統。該技術能夠對活細胞進行實時、3D成像。這種新方法并不需要給整個區域打光，而是可以針對性地照亮感興趣的區域。這樣就顯著降低了光源亮度，活細胞受到的影響也降低了，從而可以觀察到活細胞的動態變化。

研究團隊用不同顏色的熒光染料來分別標記父源染色體和母源染色體。結果，人們首次在顯微鏡下觀察到，在哺乳動物小鼠的受精卵分裂過程中，父源和母源的染色體并未融合，而是各自為政、在兩套紡錘體控制下分頭行動的，而真正的融合發生在兩細胞時期，也就是“先分再合”。這一結果發表在2018年的頂級期刊《科學》上。

父源（綠色）、母源（粉色）染色體在第一次有絲分裂是分開的

（動圖來源《科學》）

受精卵分裂時的兩套紡錘體

（圖片來源：《科學》）

新發現與現實的碰撞

科學家們認為，兩套紡錘體的形成可能部分解釋了為什么哺乳動物在早期發育階段會有非常高的錯誤率，兩套紡錘體出錯的概率肯定高于一套嘛，如果兩套紡錘體的排列受到干擾，可能出現下面兩種情況：

一、受精卵的遺傳物質可能會被牽拉向3個或4個方向，而不是2個，而這種錯誤會導致異常卵裂，比如1個受精卵直接分裂成3個細胞；

三極紡錘體導致異常卵裂

（彩圖來源：《科學》）

二、第一次有絲分裂容易產生多個細胞核的子細胞，產生非整倍體胚胎或是胚胎發育受阻的風險增加。

未能正確排列的紡錘體會產生多核細胞

（彩圖來源：《科學》）

針對這些后果，我們在胚胎發育的機制上有了新的認知，也可以從這個角度尋找新的分子靶標。接下來的重要一步是檢驗在人體中是否也有這個機制，因為這可以為疾病的治療提供有意義的信息，比如解決不孕不育問題。