在接下来的数十年中,编码形态发生素的基因被发现了,沃伯特的想法也在很大程度上得到了证实。通过鼓捣这些控制形体蓝图的基因,生物学家也取得了一些成就——比如,如何把一朵花产生花粉的器官变成花瓣。
但是,那时研究的重点是编制发育过程中涉及的“控制”基因的目录,而不是阐明发育如何一步一步运作。这些控制基因会启动建造某个特定身体部分的程序,但是在大多数情况下,没有人知道启动之后会发生什么。西班牙巴塞罗那基因组调控中心的系统生物学家詹姆斯·夏普(James Sharpe)说:“生物学家被基因迷惑住了,他们基本止步于此,甚至没有留意到这里还有个关于形态的问题。”
以动物的肢体为例。长出肢体,不管是小鸡的翅膀还是鼹鼠的脚掌,第一步都是长出一个一个突出的、伸长的部分。多年以来,生物学家认为这种形状产生的原因很简单,就是肢体顶端的细胞分裂要比底端快,仅此而已。不过,从没有人证明过这一点。
孤悬体外
夏普的团队最近检验了这个设想。他们拍下小鼠肢体生长的3D图像,测量不同位置细胞分裂的速度。把数据输入计算机模型后,他们发现,细胞分裂不同速这个说法,根本解释不了肢体的形状。肢体末端的细胞分裂速度仅仅比靠近身体一侧快一倍。在模型中,这种速度差使虚拟肢体像个气球一样膨胀起来,而不是长成一长条(参见《PLoS生物学》,第8卷,e1000420页)。
夏普认为,在肢体的形成过程中,细胞也许会主动向特定方向移动。细胞运动在动物发育中起着重要作用,这一点早已广为人知。而且,夏普的团队注意到,小鸡肢体的细胞中具有长长的突起,被称为丝状伪足,可以帮助细胞移动。丝状伪足排列的方向,通常与最近的外层组织的方向平行。如此一来,在远离肢体末端的地方,丝状伪足排列的方向就可以几乎垂直于肢体长轴的方向。如果细胞沿着长轴方向移动,它们挤进去的时候,就会把一些邻近的细胞推到外侧。