實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)
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實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)(experimental embryology)，用實(shí)驗(yàn)方法干擾胚胎，研究胚胎的各部分在發(fā)育中的相互作用，從而探討胚胎發(fā)育中的因果關(guān)系的胚胎學(xué)分支學(xué)科。
起源和發(fā)展 胚胎學(xué)從描述發(fā)育中的胚胎的形態(tài)，發(fā)展到探討發(fā)育的原因，進(jìn)而產(chǎn)生出實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)。這之間有一段相當(dāng)長(zhǎng)的孕育過(guò)程。敘述性的胚胎學(xué)雖然積累了大量的描述胚胎發(fā)育的資料，但是對(duì)于在胚胎學(xué)研究的早期就提出的問(wèn)題：為什么會(huì)由一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的卵子，發(fā)育出一個(gè)完美無(wú)缺的個(gè)體，并沒(méi)有給出正確的解答。由于受當(dāng)時(shí)思潮的影響只能用先成論或漸成論解釋個(gè)體發(fā)育的原因（見胚胎學(xué)）。這兩種學(xué)說(shuō)，或是從唯心論出發(fā)，或是從機(jī)械唯物論出發(fā)，都是使胚胎發(fā)育去湊合哲學(xué)觀點(diǎn)。它們以這種或那種形式此起彼落交替地統(tǒng)治著人們的思想，阻礙了胚胎學(xué)的發(fā)展。這種情況一直延續(xù)到19世紀(jì)末期。在這之前，雖然有過(guò)К.M.貝爾這樣的、第一個(gè)從胚胎學(xué)的事實(shí)和現(xiàn)象出發(fā)，而不是從概念出發(fā)的胚胎學(xué)家，但當(dāng)時(shí)未能沿著他的方向發(fā)展下去。
實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)在19世紀(jì)末期的產(chǎn)生，可以說(shuō)是由于重新著手研究漸成論和先成論的問(wèn)題。在這方面A.魏斯曼起了間接作用。A.魏斯曼從遺傳的角度考慮，提出種質(zhì)學(xué)說(shuō)，認(rèn)為在個(gè)體發(fā)育中，細(xì)胞核的分裂是不均等的，細(xì)胞核物質(zhì)的分布是不等質(zhì)的。這是在新形式下復(fù)活的典型的先成論。W.魯?shù)紸.魏斯曼的影響，并且認(rèn)為這是可以用實(shí)驗(yàn)證明的。1887年他在蛙卵的二細(xì)胞時(shí)期殺死一個(gè)分裂球，發(fā)現(xiàn)剩下的一個(gè)分裂球發(fā)育成半個(gè)胚胎──胚胎一側(cè)。他認(rèn)為這證明了胚胎細(xì)胞核的不均等分裂，剩下來(lái)的分裂球的發(fā)育是自主分化，盡管這個(gè)實(shí)驗(yàn)是有缺點(diǎn)的，但卻開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)之先河。
W.魯?shù)呢暙I(xiàn)在于他使胚胎成為可以用精確的實(shí)驗(yàn)方法研究的對(duì)象，找到一個(gè)簡(jiǎn)單的、近代的研究途徑，而且他還提出因果分析的宗旨，為實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)制定了整套的研究規(guī)劃。
W.魯把他建立的學(xué)科稱為發(fā)育機(jī)制學(xué)。 機(jī)制（me-chanik）一詞雖來(lái)自康德哲學(xué)，但不是狹義的物理學(xué)上的力學(xué)概念而是廣義地理解為事物的前因后果，強(qiáng)調(diào)發(fā)育中的因果關(guān)系。他認(rèn)為，這一學(xué)科是研究產(chǎn)生有機(jī)體形態(tài)的原因和因素，以及這些因素如何起作用和作用的強(qiáng)弱。這一學(xué)科又可分為：①個(gè)體發(fā)育機(jī)制學(xué)，包括單個(gè)有機(jī)體的發(fā)育、維持和退化以及親代性征的遺傳；②系統(tǒng)發(fā)育機(jī)制學(xué)，研究種系發(fā)生史上產(chǎn)生出生物界各門類的原因。由此可見，在W.魯?shù)囊?guī)劃中，既包括發(fā)育也包括遺傳，既包括個(gè)體發(fā)育，也包括系統(tǒng)發(fā)育。
后來(lái)人們覺得這名詞容易產(chǎn)生過(guò)分機(jī)械的錯(cuò)覺，而且也無(wú)法精確地翻譯成其他國(guó)家的文字，因而往往用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)、發(fā)育生理學(xué)、實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)來(lái)代替，這些名詞幾乎都成了同義語(yǔ)。但是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)顯然不合適，因?yàn)檫@是一個(gè)與敘述性動(dòng)物學(xué)相對(duì)應(yīng)的名詞，含義過(guò)于廣泛，說(shuō)不出這個(gè)學(xué)科的特點(diǎn)。發(fā)育生理學(xué)和W.魯?shù)脑獗容^接近，因?yàn)榘l(fā)育生理學(xué)把卵子看做一個(gè)體系，并在一系列刺激的作用之下轉(zhuǎn)變?yōu)槌审w，因此可以說(shuō)發(fā)育生理學(xué)是研究卵子或胚胎對(duì)刺激的反應(yīng)。在這里可以把刺激看作是前因，所引起的反應(yīng)看作是后果，當(dāng)然胚胎不象成體那樣以運(yùn)動(dòng)或分泌對(duì)刺激起反應(yīng)，而是以細(xì)胞分裂、細(xì)胞組合和分化對(duì)刺激起反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)雖然把對(duì)象局限于胚胎，就其范疇來(lái)說(shuō)比W.魯最初規(guī)劃的小得多，但是自從遺傳學(xué)獲得單獨(dú)的發(fā)展之后，所謂的發(fā)育機(jī)制學(xué)，其內(nèi)容上實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的內(nèi)容，當(dāng)然也包括胚前的和胚后的發(fā)育。
隨著相關(guān)學(xué)科的進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的研究逐漸深入到從分子或細(xì)胞的水平探討發(fā)育的問(wèn)題，追究發(fā)育中的胚胎的各部分為什么相互影響，從而發(fā)展成發(fā)育生物學(xué)。
方法 可以分為缺損、分離（或外植）、移植和標(biāo)記等，這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，使用什么方法主要取決于要解決什么問(wèn)題。
缺損方法 用化學(xué)的、機(jī)械的辦法殺死一部分細(xì)胞，或者干脆拿掉一部分細(xì)胞來(lái)檢查、研究胚胎各部分的行為或各部分間的相互關(guān)系。W.魯首先利用此法，殺死一個(gè)分裂球，觀察另一個(gè)分裂球的發(fā)育。但W.魯在解釋結(jié)果的時(shí)候沒(méi)有考慮到殺死細(xì)胞的存在。此法給胚胎學(xué)做出了卓越貢獻(xiàn)，曾經(jīng)用來(lái)論證胚胎具有高度自我調(diào)節(jié)能力。但在應(yīng)用中需注意某一部分的缺失給鄰近環(huán)境造成的影響。
分離或外植 就是把所要研究的部分拿到體外培養(yǎng)。在某種意義上講，分離實(shí)驗(yàn)是缺損實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充。因?yàn)槿睋p是研究拿掉后被保留下來(lái)的部分，而分離則是研究那拿掉的部分在體外的行為，研究它的分化取決于周圍條件影響的程度。如果一部分細(xì)胞從它正常的體內(nèi)環(huán)境分離出來(lái)，它能繼續(xù)分化到什么程度？是否會(huì)分化出在正常胚胎中注定要形成的構(gòu)造？如果不，它會(huì)向什么方向分化？什么因素決定這個(gè)方向？1910年美國(guó)人R.G.哈里森第一個(gè)使用這個(gè)方法，把神經(jīng)母細(xì)胞離體培養(yǎng)在凝固的淋巴液中，這種培養(yǎng)基并不妨礙神經(jīng)軸突的產(chǎn)生。同時(shí)，分離培養(yǎng)可以排除那些曾誤認(rèn)為能產(chǎn)生神經(jīng)軸突的細(xì)胞。他證明了軸突的來(lái)源并且觀察了在體外生長(zhǎng)的情況。如今廣泛應(yīng)用的組織培養(yǎng)技術(shù)就是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的。應(yīng)用此技術(shù)應(yīng)注意把分離物培養(yǎng)在中性的、或不發(fā)生異常影響的培養(yǎng)基里，其結(jié)果才能和正常體內(nèi)的情況相比較。
20世紀(jì)初，H.A.E.德里施使用此法把兩細(xì)胞時(shí)期的海膽卵子分開，分開的裂球可以各自發(fā)育為完整而較正常略小的幼蟲。在這種意義上，1903年H.施佩曼結(jié)扎實(shí)驗(yàn)也是分離實(shí)驗(yàn)。他用頭發(fā)結(jié)扎蠑螈卵子，使兩個(gè)裂球分開，它們可以各自發(fā)育為正常而較小的胚胎。這兩人的實(shí)驗(yàn)都指出早期胚胎的可塑性。證明了卵裂時(shí)期的細(xì)胞核在質(zhì)上是均等的，對(duì)于早期的實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)起了有力的推動(dòng)作用。
移植法 把胚胎的一部分細(xì)胞移植到一個(gè)新的環(huán)境──胚胎的另一部位。這方法最初用于了解胚胎細(xì)胞的決定狀態(tài)；如果胚胎細(xì)胞被移植到一個(gè)比較中性的部位，可以象在原來(lái)部位那樣分化，則可認(rèn)為在移植時(shí)細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)已經(jīng)決定了。另一方面，根據(jù)移植的部位和被移植細(xì)胞的發(fā)育情況，移植部分可以影響鄰近細(xì)胞，但也受到鄰近細(xì)胞所散發(fā)出來(lái)的因素的影響，分化方向受到移植細(xì)胞和宿主細(xì)胞之間的相互作用的制約。因此，這方面促進(jìn)了對(duì)細(xì)胞和環(huán)境之間相互影響的分析，這是它所特有的優(yōu)點(diǎn)。1924年H.施佩曼和H.曼戈?duì)柕掳言缙?a href="/w/%E5%8E%9F%E8%82%A0%E8%83%9A" title="原腸胚">原腸胚的背唇移植到另一同期胚胎的將來(lái)形成腹唇的部位，移植塊可以象在原來(lái)的部位一樣內(nèi)陷，并且和宿主的細(xì)胞一起，組成一個(gè)在宿主腹方的次級(jí)胚胎。移植塊不僅按照原來(lái)的預(yù)定命運(yùn)形成脊索、肌節(jié)等，并且還影響宿主的細(xì)胞使之產(chǎn)生神經(jīng)組織。由此他提出組織者的學(xué)說(shuō)，開創(chuàng)了誘導(dǎo)作用的研究。
標(biāo)記法 用無(wú)毒的染料，使胚胎局部地染上顏色，觀察著色部位的發(fā)育命運(yùn)；或者在含有不同色素顆粒的物種之間以及在細(xì)胞核大小不同的物種之間，或者甚至在同位素標(biāo)記的和未標(biāo)記的胚胎之間，進(jìn)行同位或異位移植，觀察移植部分的發(fā)育情況，都屬于這范疇。尤其是局部活體染色法，因?yàn)榛旧蠈?duì)于胚胎沒(méi)有干擾，所得到的資料，對(duì)于解釋某些用其他方法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是必不可少的。
1925年德國(guó)人W.福格特首先使用這一方法，并且使之完善。他仔細(xì)地分析了胚胎各部的運(yùn)動(dòng);各個(gè)胚層如何在運(yùn)動(dòng)中形成，使人對(duì)胚胎發(fā)育有了動(dòng)態(tài)的概念──胚層的形成主要原因不是由于細(xì)胞的分裂或局部生長(zhǎng)，而是由于運(yùn)動(dòng)。他還根據(jù)染色的結(jié)果繪制出各種器官在發(fā)育早期在胚胎表面的分布情況──各部分的發(fā)育命運(yùn)圖（見胚胎預(yù)定命運(yùn)圖）。
但是活體染色也有很大的局限性，如果胚胎細(xì)胞缺乏對(duì)染料有特殊親和力的內(nèi)含物，例如硬骨魚類和雞的早期胚胎，染料很容易擴(kuò)散出去，使結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性。在這種情況下，就需要采用其他方法，例如細(xì)胞核大小不同的物種之間的同位移植等。
因?yàn)榕咛ナ腔畹?，有些又有很大的可塑性，所以單?dú)使用一種方法得到的結(jié)果，可能有一定的局限性，把不同方法得到的結(jié)果相互印證、相互補(bǔ)充才能得到比較準(zhǔn)確的結(jié)論。例如從胚胎上割取一部分細(xì)胞，離體培養(yǎng)研究這些細(xì)胞的發(fā)育是分離法，但是對(duì)供主胚胎來(lái)說(shuō)是缺損法。離體培養(yǎng)中的部分所形成的結(jié)構(gòu)不一定和在原位完全一樣，可能多些也可能少些。在施主胚胎上，往往由于胚胎的可塑性，很難判斷缺失的部分是否就是被拿掉的部分。如果有了局部活體染色作基礎(chǔ)，知道被拿掉的部分在原地將來(lái)應(yīng)當(dāng)形成什么，就比較容易論斷了。
成就 利用這些方法，實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)首先在海膽類和兩棲類取得令人振奮的成就。從19世紀(jì)末到20世紀(jì)40～50年代中探討過(guò)的問(wèn)題，包括受精、受精卵的胚區(qū)定位、細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核在發(fā)育中的作用、卵裂過(guò)程中裂球間的相互關(guān)系、形態(tài)建成運(yùn)動(dòng)與胚層形成、胚層間的相互關(guān)系、組織中心或組織者的分析、器官發(fā)生的分析以至關(guān)于器官再生的研究。器官發(fā)生的范圍尤為廣泛，因?yàn)樗鼛缀醢ㄋ械钠鞴伲粌H包括在較早的發(fā)育時(shí)期分化的，也包括在較晚時(shí)期才開始形成的。
從研究的對(duì)象講，那就不僅限于海膽和兩棲類這些常用的生物學(xué)研究的材料。環(huán)節(jié)動(dòng)物、軟體動(dòng)物、昆蟲、原索動(dòng)物、魚類、鳥類都有代表。但關(guān)于哺乳動(dòng)物的研究幾乎是空白。直至60年代以來(lái)，隨著哺乳類離體受精，卵和胚胎的移植等技術(shù)的進(jìn)步，過(guò)去在兩棲類等較低等動(dòng)物胚胎上行之有效的實(shí)驗(yàn)分析方法，如裂球的分離、融合等也成功地應(yīng)用到哺乳類早期發(fā)育的分析，并證明在發(fā)育原理上是同兩棲類一致的。
盡管實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的精確性，而且在研究中相當(dāng)重要，但是這一學(xué)科的成就，不全靠技術(shù)，還應(yīng)該歸功于學(xué)者們客觀地研究胚胎的巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。他們能夠利用手頭所能有的或者所能設(shè)想出來(lái)的方法，正確地對(duì)胚胎提出問(wèn)題，并且讓胚胎以自己的語(yǔ)言或者說(shuō)以研究者所能理解的方式來(lái)回答所提出的問(wèn)題。因?yàn)榕咛?duì)問(wèn)題的回答，能夠使人理解到什么程度，取決于所問(wèn)的問(wèn)題是否簡(jiǎn)單明了。因此這些問(wèn)題必須簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的、使胚胎能夠回答的問(wèn)題。魯在設(shè)計(jì)殺死兩個(gè)裂球之一，二者取一，觀察它的發(fā)育的時(shí)候做到了這點(diǎn)；哈里森在設(shè)計(jì)離體培養(yǎng)神經(jīng)母細(xì)胞，觀察其體外發(fā)育，以及H.施佩曼在設(shè)計(jì)結(jié)扎的實(shí)驗(yàn)，以判斷卵裂核的分裂是否均等時(shí)，也都做到了這點(diǎn)。這就要求人們對(duì)事物進(jìn)行周密仔細(xì)的觀察和深思熟慮的思考。觀察與反思，K.E.von貝爾的名著的副標(biāo)題，仍是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)興旺發(fā)達(dá)的根本。在思想方法上從人們帶著框框主觀地去觀察問(wèn)題發(fā)展到讓實(shí)驗(yàn)客觀地回答問(wèn)題，是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)之所以能興起和發(fā)展的主要原因。
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