为什么某些物种的怀孕时间特别长？Science揭开胚胎发育时间的奥秘

来源：生物通

为什么某些物种的怀孕持续时间特别长？Francis Crick研究所的研究人员发现了设定胚胎发育速度的时钟，并发现该机制基于蛋白质的制造和拆卸方式。

这一发现公布在Science杂志上，可以帮助我们了解不同的哺乳动物如何进化，并帮助完善再生医学技术。

不同的发育时间表

所有哺乳动物都遵循相同的步骤从胚胎生长到成年。这包括使用相似的基因和分子信号，以相同的顺序进行相同系列的事件。但是，从一个物种到另一个物种，通过这些步骤进展的速度差异很大。例如，运动神经元，也就是控制肌肉运动的神经细胞在小鼠中发育大约需要三天，而在人类中则需要一周以上的时间。

为了了解在不同物种中这种速度的控制因素，Teresa Rayon等人首先从实验室的干细胞中生长出运动神经元，这样他们就可以在不受到环境任何影响的情况下对细胞的发育进行计时。

研究人员使用小鼠和人类干细胞，结果发现了物种之间速度的相同差异。人类运动神经元形成的时间是小鼠运动神经元的两倍以上，因此他们认为答案必须在于细胞本身，而不是周围环境。

此外研究人员还通过将人类DNA序列导入小鼠细胞来检查基因是否起作用。但是，这并没有改变发育的速度，因此答案也不在基因中。

那么答案是什么呢？

在蛋白质中找到答案

研究人员发现蛋白质分解和替换速度的差异解释了这两种物种之间的差异。蛋白质在细胞中不断的变化（制造和分解），在小鼠细胞中发生的速度是人类细胞的两倍。小鼠细胞中这种较快的蛋白质更新速率说明了运动神经元形成的较快速度。

Rayon解释说：“人类和小鼠运动神经元的胚胎发育使用相同的基因和分子，该过程在人类中发挥作用需要更长的时间。蛋白质在人类中比小鼠胚胎更稳定，这减慢了人类胚胎发育的速度。”

“就像小鼠和人类的胚胎正在读取相同的乐谱并演奏相同的曲调一样，但人类中的节拍器滴答声要比小鼠中的节拍器慢。现在我们已经找到了节拍器，我们想了解如何改变其速度。”

这对基础研究和临床的影响

理解控制发育速度的机制对于认识再生医学和干细胞在疾病中的应用具有重要意义。能够加快或减慢干细胞的发育，可以帮助完善用于研究和临床应用的特定类型细胞的生产方法，并且还可以提供与减缓癌症等疾病中细胞生长有关的新见解。

领导这一研究的James Briscoe说：“发育时间的变化，即所谓的异时性，在物种之间体型和大小差异的演变中起着深远的作用。例如，人的大脑更大，因为它的细胞生长在胚胎发育过程中的时间要比小鼠中的同等细胞更长。因此，除实际应用外，了解如何控制胚胎发育的速度有可能帮助我们了解不同物种的进化方式。”

参考文献

Species-specific pace of development is associated with differences in protein stability