▎藥明康德內容團隊編輯

所有的哺乳動物都遵循著類似的胚胎發育過程：它們會以同樣的順序，經歷同樣的胚胎發育事件，連使用的基因和分子信號都幾乎如出一轍。可是，不同的哺乳動物，胚胎發育過程卻快慢有別。人類要“十月懷胎”，小鼠卻只要不到一個月的時間。這是為什么呢？

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在今日上線的最新一期《科學》雜志上，兩篇論文對這個問題進行了回答。而科學家們找到的答案，則讓我們對胚胎發育有了新的認知。

第一項研究來自英國弗朗西斯·克里克研究所。科學家們專注于運動神經元的發育，并指出這種神經元在小鼠中只需要3-4天就可以形成，而在人類中卻需要約2周。為了找到背后的原因，研究人員們使用來自小鼠和人類的干細胞，作為研究對象。

在實驗室的培養中，他們也觀察到這些干細胞分化成運動神經元的速度有所區別，人類細胞花的時間更久，約是小鼠的兩倍。這個結果表明，發育速度的快慢，關鍵更有可能來自細胞內部，而非來自外部環境的信號。

那么，是不是因為小鼠和人類的基因不同，導致了發育過程的快慢呢？研究人員們將人類的基因片段引入小鼠細胞內，并沒有拖慢小鼠的發育過程。這個結果也表明，發育快慢并非取決于關鍵基因序列或是其調控元件。

▲本研究的圖示（圖片來源：參考資料[1]）

有意思的是，后續研究發現，在人類和小鼠細胞中，蛋白降解的速度有著明顯差異。在正常細胞中，蛋白就會不斷降解，產生的氨基酸會被循環利用，合成新的蛋白質。在小鼠細胞中，蛋白降解的速度是人類細胞中的2倍。模擬結果發現，這足以解釋兩者發育的速度差異。

“在胚胎發育的過程中，人類和小鼠的運動神經元使用同樣的基因與分子，只是人類的這一過程會更久。人類胚胎里的蛋白質比小鼠中的更穩定，因此放慢了人類發育的節奏。”本研究的第一作者Teresa Rayon博士說道。這就好像兩支樂隊拿到的是同樣的樂譜，但卻依照不同的節拍進行演奏。

遺憾的是，目前我們不知道是什么影響了蛋白質在這些細胞內的穩態。這也是科學家們未來研究的方向。

在第二項研究里，來自日本理化學研究所生命機能科學研究中心的團隊也比較了小鼠和人類的胚胎發育速度，想要找到背后的原因。他們同樣使用了來自小鼠和人類的干細胞，誘導它們分化成其他的細胞類型。通過抑制外部的信號，或是將細胞隔離生長的方法，研究人員們確認，影響發育速度的關鍵不在外部，而在細胞內。

起初，他們把注意力放在了一種叫做HES7的關鍵調控基因上。但同樣，他們交換了人類與小鼠細胞內的相應基因，卻沒有觀察到發育周期的變化。

“沒有觀察到基因帶來的變化，讓我們考慮細胞內生化反應不同的可能性。”本研究的通訊作者Miki Ebisuya教授說道。于是，他們開始觀察HES7蛋白的降解速率與表達情況在這兩種細胞內是否不同。后續的研究證實了他們的猜測——無論是小鼠的HES7蛋白，還是人類的HES7蛋白，在人類細胞中的降解速度都要更慢。此外，HES7基因的轉錄和翻譯成蛋白的過程，以及HES7的RNA剪接的速度也有所不一。

▲發育過程中，“慢”有時也有其價值（圖片來源：Image by Pexels from Pixabay）

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研究人員們指出，這些結果表明人類與小鼠細胞內的環境，是決定生化反應速度的關鍵因素，也導致了發育速度的不同。

《科學》雜志對這兩篇論文的評語指出，全局的生化反應速率，在決定發育速度的過程中扮演了重要角色。這些發現也由此讓我們對發育過程有了新的認知。

參考資料：

[1] Teresa Rayon et al., (2020) Species-specific pace of development is associated with differences in protein stability, Science, DOI: 10.1126/science.aba7667

[2] Mitsuhiro Matsuda et al., (2020), Species-specific segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds, Science, DOI: 10.1126/science.aba7668

[3] Uncovering the clock that sets the speed of embryo development, Retrieved September 17, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/tfci-utc091420.php

[4] Humans develop more slowly than mice because our chemistry is different, Retrieved September 17, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/r-hdm091720.php?

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的人类为啥比小鼠发育更慢？同日两篇《科学》找到意想不到的原因的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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