从外观看,人在大体上都是左右对称的,显然,这种外观对称应该是美感的一个必要条件,但是,人的这种对称美,却没做到表里如一,因为人的内脏就不是左右对称的。例如心脏、肝脏等分布在体内的一侧,而肺尽管同时分布在两边,但仍然左右不对称,只有肾、卵巢等少数器官大体上才是左右对称分布的。那么这种不对称是怎么产生的呢?


如果考虑到人从受精卵开始的发育过程,那么这个问题就显得更加奇怪了。因为受精卵本身是一个完全对称的球状体,然后它对称地连续进行一分为二的分裂,形成一团球形的细胞聚合体。那么是在什么时候,胚胎在其外表保持左右对称的情况下,其内部开始出现左右不对称的呢?产生这种不对称的机制又是怎样的呢?


要得到这个问题的答案,只有一步一步地追溯胚胎从单个受精卵,发育到出现不对称形态为止的整个过程。由于在最初的受精卵分裂阶段,子代细胞基本保持相互一致,也就是说,子代细胞无论是形态、结构、还是组分,特别是其中所包含的蛋白质种类都是一样的。我们知道,生命的基本功能构件就是蛋白质,如果两个细胞有差异,那么其中所包含的蛋白质一定有种类上的差异。而一个细胞里面所包含的蛋白质,完全是由其相应的基因所包含的DNA序列信息,被细胞内部的蛋白质加工厂阅读,然后再翻译为蛋白质的氨基酸序列信息,从而最终使得基因获得表达而生产出来。那么蛋白质种类的差异,肯定是源于基因表达的差异,也就是说,如果两个子代细胞,它们进行表达的基因有不同,就会导致其蛋白质工厂所生产的蛋白质种类不同,从而决定了它们的结构和功能出现歧异。


显然,对于一个开始完全球对称的胚胎来说,肯定存在一个关键性的发育步骤,使得该胚胎左右两边的子代细胞、出现基因表达的差异,从而进一步使得整个胚胎的左右出现形态和结构的不对称。所以研究这个问题的一个思路,就是从早期胚胎仍然处于左右对称的时期开始,监测左右两边细胞的用来装配蛋白质的mRNA序列以及相应蛋白质产物,看何时出现差异,然后再顺藤摸瓜找到导致这种差异的源头基因是什么。


目前研究人员已经找到了这样一些基因,它们只是在早期胚胎的某一边获得了有效表达,然后它们所编码的蛋白质就能够充当关键的信号分子,诱导该边的胚胎生长出与其对称位置不同的形态结构来。研究人员在鸡胚胎的发育过程当中,发现了第一个非对称表达的基因shh,它所编码表达的蛋白质就是一种非常重要的信号蛋白分子。随后,又陆续在鸡胚胎里面发现了另外7个基因,它们都参与了鸡胚胎的非对称发育。更重要的进展是,发现了这8个基因及其所编码的蛋白分子具有环环相扣的关联性,可以说它们的作用是一环扣一环。而鸡胚胎的左右不对称发育正是由这一系列基因及其编码蛋白相互作用与调控的结果。


研究人员通过人为干预这些基因的启动程序,就能够有效地改变心脏生长的位置或朝向。


此外,还有其它更多的基因也都参与了这个非对称发育过程。


除了鸡之外,在其他脊椎动物身上是不是也存在类似的非对称发育控制机制呢?目前已经有研究人员在老鼠和两栖类动物的胚胎发育过程中,都发现了类似的非对称发育调控机制。因此,我们应该能够估计得到,这样的机制一定也存在于人类。


不过,即使我们已经能够追溯到基因,也还只是部分地回答了这个问题。如果非要打破砂锅问到底的话,最早的基因非对称表达又是谁下的命令呢?我们还是很难说清楚,究竟是由什么决定了心脏非得要生长在左边。