受精卵的第一次分裂居然是这样的（一）

我们每个人的生命都起源于1颗小小的受精卵 。还记得教科书上是怎么描述受精卵的第一次分裂的吗 ？当精子进入卵子 ，形成受精卵后 ，父源染色体和母源染色体融合 ，通过一个名为“纺锤体”的结构将染色体牵引 、平均分配到卵母细胞和第一极体中去 ，完成第一次分裂 。此前人们始终认为 ，这次分裂仅由一个纺锤体控制 。然而 ，科学家在顶级学术期刊《科学》上公布了一项颠覆性的发现 ：哺乳动物小鼠在受精卵第一次分裂时 ，父源和母源染色体并没有融合 ，而是各自为政 ，分别通过两个纺锤体各自控制染色体的分离 。这一发现让我们重新认识了受精卵的分裂 ，也为我们解释早期胚胎某些发育异常提供了依据 。

正常的受精过程是 ：精子进入卵细胞后 ，双方的遗传物质会被包装成两个独立的雄原核和雌原核 ，然后两个原核慢慢的靠近融合成下图所示 。

（图 ：一枚人类受精卵）

以前的观点（父母染色体“先合再分”）

受精之后 ，受精卵的分裂其实是有丝分裂 ，伴随着核膜崩解 ，父母的染色体从细胞核中释放出来 ，随后 ，融合和复制了的父母染色体在一套纺锤体的控制下 ，平均地将遗传物质分配到两个分裂的细胞中 。长期以来 ，人们认为受精卵洗后的细胞分裂时 ，父母染色体就是这样“先合再分”的 。

纺锤体是由许多细长的微管蛋白组装而成 。有丝分裂的前期 ，微管蛋白在染色体周围迅速自发形成双极纺锤体结构 ，并在细胞分裂时牵引 、分配染色体 。纺锤体容易受温度的影响而解聚 ，而纺锤体的完整性保证了细胞分裂的准确性 。

（动图来源《科学》 ：细胞分裂时的纺锤体和染色体）

技术突破下的重大发现

20多年前 ，科学家在观察二细胞期胚胎时便注意到 ，父源 、母源染色体分别占据细胞核内的两个半月形区 ，就像古时的传统新婚 ，初入洞房 ，还有一些陌生和矜持 。受显微技术发展的限制 ，科学家们一直是雾里看花 、不明所以 。这是因为受精卵和早期胚胎对光很敏感 ，一旦光照过强 ，就会影响发育 。

可喜的是 ，新的成像技术终于让科学家们揭开了其神秘面纱 。欧洲分子生物学实验室（EMBL）的 Jan Ellenberg 和 Lars Hufnagel 团队开发出最新的成像技术——激光片层扫描显微系统 。该技术能够对活细胞进行实时 、3D成像 。这种新方法并不需要给整个区域打光 ，而是可以针对性地照亮感兴趣的区域 。这样就显著降低了光源亮度 ，活细胞受到的影响也降低了 ，从而可以观察到活细胞的动态变化 。

研究团队用不同颜色的荧光染料来分别标记父源染色体和母源染色体 。结果 ，人们首次在显微镜下观察到 ，在哺乳动物小鼠的受精卵分裂过程中 ，父源和母源的染色体并未融合 ，而是各自为政 、在两套纺锤体控制下分头行动的，而真正的融合发生在两细胞时期 ，也就是“先分再合” 。这一结果发表在2018年的顶级期刊《科学》上 。

父源（绿色） 、母源（粉色）染色体在第一次有丝分裂是分开的

（动图来源《科学》）

受精卵分裂时的两套纺锤体

（图片来源 ：《科学》）

新发现与现实的碰撞

科学家们认为 ，两套纺锤体的形成可能部分解释了为什么哺乳动物在早期发育阶段会有非常高的错误率 ，两套纺锤体出错的概率肯定高于一套嘛 ，如果两套纺锤体的排列受到干扰 ，可能出现下面两种情况 ：

一 、受精卵的遗传物质可能会被牵拉向3个或4个方向 ，而不是2个 ，而这种错误会导致异常卵裂 ，比如1个受精卵直接分裂成3个细胞 ；

三极纺锤体导致异常卵裂

（彩图来源 ：《科学》）

二 、第一次有丝分裂容易产生多个细胞核的子细胞 ，产生非整倍体胚胎或是胚胎发育受阻的风险增加 。

未能正确排列的纺锤体会产生多核细胞

（彩图来源 ：《科学》）

针对这些后果 ，我们在胚胎发育的机制上有了新的认知 ，也可以从这个角度寻找新的分子靶标 。接下来的重要一步是检验在人体中是否也有这个机制 ，因为这可以为疾病的治疗提供有意义的信息 ，比如解决不孕不育问题 。