出生月份决定人生的原理(你出生前九个月的历史比出生后的几十年还有意思)

本书作者是英国爱丁堡大学实验解剖学教授杰米·A·戴维斯,他一生致力于研究哺乳动物器官的自我构建发育过程。在本书中,杰米带我们走入生命开始最初的那九个月,去了解人体从一个单细胞成为一个完整的人,所经历的一段不平凡的旅程。

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一、绘制草图,受精卵如何发育成婴儿的雏形。

人体的发育始于受精卵,它不需要停下来先让细胞生长,就可以直接通过持续的分裂形成一个多细胞实体。细胞复制DNA后和蛋白结合形成染色体,然后在收缩蛋白的作用下彻底一分为二,形成两个子细胞。

细胞能够精准定位中心并均分染色体的关键,是细胞中的微管蛋白。微管具有不稳定性,只有在结合了某些特殊蛋白后,才会变得相对稳定,每条染色体都有一个特定的区域含有微管结合蛋白,生长中的微管如果碰到了染色体的这个区域,就会变得稳定,中心体通过微管连接着染色体来到未来子细胞的中心。细胞还利用微管的稳定性,来确保每个子细胞获得的染色体不会重复。

细胞分裂的过程完美诠释了“适应性自组织”的发育原则,也就是简单的组分遵循某些简单的规则,就可以共同形成大规模的、精致的装置。细胞利用微管对机械力的感应和不稳定性来确保正确的完成分裂,这套机制被一次次地重复利用于受精卵细胞的分裂,直到分裂成由64个子细胞组成的胚胎,这时候细胞小到不能再小,急需从外部获取营养物质用于生长,必须有部分细胞专门获取营养供其他细胞所需。至此,胚胎中的细胞发育开始分化,变得各不相同。

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胚胎从几何规律中获得发育信息,胚胎中有些细胞完全被其他细胞包围而处于内部,另一些细胞的部分细胞膜对着外部空间,浸润在输卵管和子宫的液体中。细胞有一套复杂的机制可以感知到自己是否有表面对着外部空间,那些部分暴露在外的细胞,会激活之前处于沉默的一些基因,发育成胚胎中最早分化的组织:滋养外胚层,专门为胚胎其他部分提供营养。

滋养外胚层发育成熟后,开始将营养液体不断泵入胚胎,原本被包裹的内细胞团,又有部分细胞接触液体,感知信号后发育成致密的下胚层,将来发育成支持组织——卵黄囊,早期为胎儿供血和输送养分。剩余部分细胞则发育出新的细胞层——上胚层,将会发育成整个婴儿。

下胚层形成之后,中部细胞的一部分基因被激活,这部分细胞会移动到下胚层边缘并聚集在一起,它们分泌的DNA结合蛋白可以短距离扩散,从而影响上胚层的发育进程,上胚层中距离聚集点较近的部分发育成婴儿的头部,距离最远的位置不受DNA结合蛋白的影响,将发育成为身体的下半部分,胚胎由原本辐射对称的圆球发育成椭圆形。这个结构叫做:原条。

在形成原条之后,上胚层继续发育,分化成三个完全不同的胚层:内胚层、中胚层和外胚层,这个阶段的胚胎也称为原肠胚。

一个单细胞的胚胎在4周左右的时间里,通过自我组织,利用简单的发育规则,把自己变成了由几千个细胞组成的、具有简单身体结构的群体。胚胎有了头尾区分明确的身体主轴,神经管贯穿背部长轴,消化道在前方延伸,胚胎已经发育出了可辨识的基本结构。

二、增加细节,构建生命体的复杂组织。

发育出器官是胚胎在“增加细节”环节需要完成的任务,包括:内脏器官、血液系统、四肢、生殖系统、神经网络等。

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心脏是最早形成的器官,主要来源于中胚层的头部外缘,这里的细胞分化成为心源细胞,并吸引其他类型的心肌细胞,融合发育形成心脏;肺、肝脏、胰腺和胆囊则起源于内胚层发育出的肠道分支,分支接收到中胚层细胞发出的信号,不断增殖完善,最终发育出完整的器官;而脾脏、生殖腺、肾脏,以及泌尿系统则完全源自于中胚层,经历管道合并、聚集细胞发育而来。

血液系统由中胚层的细胞发育分化而来,而人体血管网络的发育会持续一生,尤其是那些把血液带到组织深处的毛细血管,会根据身体组织对氧气的需求快速做出响应。

人体胚胎出现四肢的迹象最早表现在怀孕后的第24天,紧贴在外胚层下方的细胞,接收到中胚层发出的信号后快速增殖,在胚胎侧面形成小突起。小突起持续地增殖分化,发育出骨头、肌肉等各种组织。

三、精雕细琢,培养胎儿离开母体后的学习和适应能力。

婴儿离开母体后,需要学习去了解周遭的一切,并形成自己的意识。1960年,加拿大神经科学家唐纳德·赫布发现学习的核心机制:通过改变神经元细胞已有连接的强度。

神经元细胞之间连接强度的改变,并不是唯一的学习方式,神经元之间的联系方式也可以被破坏,扩展新的连接。以视觉系统的发育为例,婴儿在出生并睁开眼睛之后,大脑就开始根据视觉神经元突触放电与接收细胞放电的一致性,重塑连接模式。大脑通过不断修正视网膜神经元细胞的连接,成功地将外部世界表现一致的输入联系到一起,让它们控制同样的神经元。

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通过改变神经元细胞之间的连接强度,和对连接的更改重组,奠定了语言、联想等高级学习能力的基础,帮助婴儿出生之后在复杂多变的外部环境中不断学习适应。

婴儿脱离子宫来到外部世界,发展心智的同时还要和微生物打交道,有些微生物对人体有益,有些则有害,他们不得不学会“交友”与“迎敌”。

然而不是所有的细菌都是有益的,婴儿必须要学会“迎敌”,人体的防御系统分为三道防线。

被动防御,包括物理和化学防御,包括皮肤、黏膜等。

主动防御,由具有迁移特性的吞噬细胞组成,时刻监测细菌并快速移动吞噬细菌。

适应性免疫系统,这是脊椎动物独有的模式。在身体每次面临新的病原体威胁时,体内的B淋巴细胞和T淋巴细胞会被激活、增殖和分化,并参与消灭抗原的抵抗过程。而后被激活的T细胞和B细胞会保留快速反应的能力,面对特定的对手时能迅速反应,从而防止我们再次感染疾病,提供持久的防御和保护。

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在精雕细琢环节,人体通过与不可预测的环境进行互动,快速对神经系统进行了适应性重组,对外界的微生物构建出了“交友”和“迎敌”的机制,为自己在离开母体之后的健康成长保驾护航。

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