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生物似乎很清楚自己應該長多大，它們也“知道”身體的每個部位能長多大。比如，人的肝臟會維持在合適的大小以完成它的工作；果蠅的翅膀會對稱地長在身體兩側，相同的大小保證了穩定地飛行。在日常生活中，我們也希望身體各部分比例協調。假如有個一條腿比另一條腿粗得多的人出現在你面前，你一定會注意到這件事情。

但儘管我們感覺這種協調似乎是理所應當的，但科學家並沒有完全理解它背後的機制。身體的各個部位是怎麼知道何時要開始生長，何時該停止生長的呢？

在一些情況下，細胞似乎遵循着某種內在程序的指示，這些程序就是來自基因的活動。在其他一些情況下，細胞似乎會對來自其他細胞和環境的不和諧信息做出反應，根據需要開啓或關閉生長。更多時候，似乎兩者兼而有之。

長期以來，科學家一直試圖理解這種生長發育機制。早在20世紀30年代，動物學家Victor Twitty和Joseph Schwind就在蠑螈身上進行了一系列實驗，他們交叉移植了兩種蠑螈的肢芽，這兩種蠑螈分別是體形較小的Ambystoma punctatum，和體形更大一些的Ambystoma tigrinium，是兩個親緣關係很近的物種。

研究人員發現，從小蠑螈身上取下一個肢芽，移植到大蠑螈身上，大蠑螈最終會有三個大肢和一個小肢。反之亦然，如果將大蠑螈的一個肢芽移植到小蠑螈身上，小蠑螈則會帶有三個小肢和一個大肢。

　　○ 在20世紀30年代的經典實驗中，科學家交叉移植了兩種體形不同的蠑螈的肢芽。結果發現，肢的大小由被移植的組織自身控制。從某種角度上來說，蠑螈的肢芽似乎“知道”自己應該長多大。| 圖片設計：雯雯

它們對蠑螈眼睛的移植也獲得了同樣的結果。這似乎表明，有關大小的信息已經在很早期的階段就植入到了那些細胞之中，而這與動物個體身上發生的事情沒什麼關係。

但很快，發育生物學家發現，器官和結構達到最終尺寸的方式遠不止一種。Twitty和Schwind在其他實驗中發現，營養作爲一種外部調節，也會影響四肢的大小。

在20世紀60年代的一個著名實驗中，生物學家Donald Metcalf將成年小鼠的脾臟切除，然後將6或12只胎鼠的脾臟移植到成年小鼠體內。他發現，每個被移植的脾臟都長到了正常脾臟大小的一部分，而所有脾臟加在一起的總重量幾乎相當於一個正常的脾臟。這個實驗表明，脾臟組織有一種獨特的方式，能夠了解它和身體的關係，從而維持身體機能的正常。

　　○ 20世紀60年代的實驗表明，被移植的小鼠脾臟能感知周圍脾臟組織的多少，並限制自身的大小。結果就是，小鼠的脾臟組織量總是合適的。圖中上面的小鼠有一個正常大小的脾臟（約80-160mg），而下面的小鼠則被移植了6塊脾臟組織（每塊約21mg），這6塊加起來的總和（126mg）與一個正常脾臟相似。| 圖片設計：雯雯

Metcalf還發現，如果移植的是胸腺，結果又完全不一樣，每一個被移植的胸腺都會長到成年小鼠胸腺的完全尺寸。

幾十年後，賓夕法尼亞大學Ben Stanger在小鼠肝臟和胰腺中發現了相似的生長差異。形成肝臟的細胞利用環境線索來確定發育中的器官應該生長到多大，而形成胰腺的細胞則遵循自己內在的自主軌跡，它們總是達到預先“編程”的大小，不管周圍發生了什麼。

Stanger認爲，這既是先天的，也是後天的。在生物學中，很多事情都不是非此即彼的。

如果從更微觀的水平來看，細胞分裂、細胞生長和細胞存活這些細胞過程，與組織生長有關，它們必須協調配合。每個細胞過程都是由特定的調節通路控制的。

科學家已經瞭解了一些基於反饋的程序中的細節，這些程序可以引導生長。例如，動態調節肝臟大小的分子過程似乎與腸道中的組織有關。當膽汁酸水平下降，也就是出現肝功能下降的跡象時，腸道組織會產生一些調節因子，讓原本肝臟生長的剎車閘鬆開，這被稱爲Hippo信號通路。結果就是，相關細胞的生長再次啓動，讓肝臟生長到適當的大小。當膽汁酸水平上升到正常水平時，Hippo信號通路恢復，肝臟生長就再次停止。

科學家已經發現，Hippo信號通路在很多組織器官中都能控制細胞數量和大小，它在個體發育和穩態的問題上的作用極爲關鍵。而在一系列惡性腫瘤中，通路會出現顯著異常。Hippo信號通路因此成了當今非常受歡迎的一個研究課題，它也被認爲是癌症治療和再生醫學中的關鍵。

哥倫比亞大學醫學中心的遺傳學家和發育生物學家Laura Johnston表示，在早期的蠑螈移植實驗中，那些器官的細胞自主編碼了生長調節，在這種細胞大小的指令被內置在細胞裏的情況下，仍然還有許多謎團沒有被揭開。

Johnston本人進行的重點研究是一種被稱爲“細胞競爭”的現象，這種細胞間的相互作用導致了不合適或不需要的細胞死亡。它似乎起到了穩定器官大小的作用。

對那些形成果蠅翅膀的細胞的研究中，當研究人員阻斷細胞死亡機制時，他們發現事情出現了變化。在一般的果蠅種羣中，通常會看到翅膀的大小呈鐘形曲線分佈，也就是說，大部分果蠅會長出大小合適的翅膀，而翅膀過大或過小的果蠅比較少。而機制阻斷後，這種分佈曲線不復存在。翅膀過大和過小的果蠅數量增加了。她說，這就好像“如果細胞不能產生這些競爭的相互作用，那麼調節大小的精確性就會喪失”。

肝臟如何長到它應有的大小，四肢如何成比例地發育，這些看似簡單的基本問題背後，往往隱藏着生命最核心的謎團和信息。這些問題也有着非常實際的影響和應用。今天，許多生長研究，包括對Hippo信號通路的無數探索，都是爲了理解和治療癌症。從某種意義上來說，癌症就是發育出了問題，它顯然與生長有關，所以我們需要了解生長本身。對器官生長同樣感興趣的還有那些想用幹細胞來設計組織的研究人員。如果我們想要某種東西在體內生長，我們至少要知道，它們什麼會停止生長。