在兩棲類動物中,卵周質的一定區域具有特殊色素和花紋,叫做灰月區。早在30年代末,就有人指出灰月區對胚胎發育具有重要意義。後來克梯斯(Curtis)進行了灰月區的移植實驗,發現割去了灰月區的周質並不妨礙細胞分裂,但卻能阻止細胞分化和胚胎中任何結構的發育。如果對胚胎再移植一個灰月區,使其具有兩個灰月區,則可造成腹部結合著的聯體雙胞胎畸形。那些在正常胚胎中將要形成內髒的部分,由於移植灰月區的結果,就變成肌肉和神經細胞了。可以從這些結果推斷,卵細胞表麵的灰月區對基因活動具有重要的調控作用,並從而控製著胚胎的分化。

卵細胞表麵所荷載的周質場能調控核內基因所荷載遺傳密碼的解譯過程,決定著卵的發育方式、定向和極性,也就是通過卵裂麵、卵裂方向、卵裂球的大小與移動等來決定未來胚胎的體軸、頭尾、背腹等方位。由此可見,受精卵的發育信息不僅儲存在細胞核和細胞質內,而且還有相當一部分儲存在細胞表麵的周質場。因此動物的發育信息可區分為基因信息、胞質信息和周質信息。發育過程的時空順序就是由這三種信息的相互作用和相互製約而決定的。周質信息主要是位置信息,故被稱為“定位密碼”。在胚胎發育過程中,周質場的定位密碼最早起作用,但也最早失去作用。以後,基因信息就起主導作用了。

六、脫分化:生命的α態

細胞的分化狀態是靠基因調控機製來維持的。處於特定分化狀態的細胞,其中特定的基因被激活,轉錄特定的mRNA,從而合成特定的蛋白質,表現特定的生物學功能。如果細胞複製DNA的功能占優勢,轉錄mRNA的活動就受抑製,細胞便表現為以分裂增殖為主的脫分化狀態。

著名的美籍匈裔生物化學家和生物物理學家、諾貝爾獎獲得者森特—喬其(A.Szent-Gy rgyi),現已年逾八旬,仍然身體健朗,思想活躍,老當益壯,置身於科學的最前線。1976年他曾出版《電子生物學與癌——癌的一種新理論》一書,提出α態和β態的概念,在生物學界引起很大的興趣。森特—喬其所說的α態和β態,前者就是細胞分裂增殖的脫分化狀態,後者是表現各種特定生物學功能的分化狀態。

如果β態的細胞失去調控進入α態,而且不能再恢複調控功能的話,就會成為脫分化狀態的癌細胞。近年來發現的致癌基因(oncogene),它們編碼“癌蛋白”,其作用機理很可能就是使得細胞控製α態和β態的調控機製喪失功能,從而使細胞進入失調的α態而發生癌變。

在植物的組織培養中,利用2,4-D等植物激素可以誘導植物細胞脫分化而進入α態,形成類似於動物癌瘤的愈傷組織。但這種α態可以受到調控。當愈傷組織轉接至含有激動素等物質的培養基上時,又可以誘導出苗——進入β態。

由於60年代以來基因調控研究的發展,使人們對生物學中細胞分化這個重大的疑難問題的了解有了長足的進步。今天我們已經能夠從原則上說,細胞分化是基因選擇性激活和(或)抑製的結果。但在胚胎發育過程中,究竟是哪些基因被激活?其先後順序如何?從基因的選擇性激活到轉錄mRNA和轉譯蛋白質,

究竟怎樣造成形態分化?目前所知仍然甚少。研究者們正從分子生物學的水平,應用分子雜交、DNA分子克隆與重組技術等等進行深入研究。如果高等生物的基因調控機製也能像對細菌的乳糖操縱子了解得那樣清楚的話,細胞分化機理之謎也就能得到較完滿的解決了。