科学家发现男性铅笔的生长起源

一说到铅笔，大家都知道不同物种铅笔的形状、尺寸、位置乃至数量都相差甚远，就比如说蛇和蜥蜴都有两条铅笔，而鸟和人类则只有一条铅笔。

日前，研究人员不仅在铅笔外部构造的形成方式上有所发现，而且还确认了不同物种的铅笔生长位置之所以不同的原因。在数次试验中，这个由遗传学家组成的团队甚至还能通过扭曲细胞发送的信号，从而达到改变铅笔生长位置的目的。

构成蛇与蜥蜴铅笔的组织来自其后腿，而哺乳类动物的铅笔则是从其躯干末端的尾芽上(基本上就是尾巴的意思了)生长出来的。虽然这些铅笔的位置不同，但是它们的功能和遗传学原理是类似的。

Researchers from Harvard found that the embryonic cloaca, which eventually develops into the urinary and gut tracts, sends signals to nearby cells to form external genitalia. The genitals begin as buds (pictured at the bottom of this snake embryo) and the location of the cloaca determines which tissues receive the signal first

根据《自然》杂志上的报道，这些由Clifford Tabin带领的研究人员来自哈佛医学院遗传学分部，他们发现在胚胎中有一特殊部位能够控制铅笔的生长位置——胚胎泄殖腔，这个最终将发育成尿道和肠道的部位会发出信号，使得周围组织及细胞生长形成铅笔的外部结构。泄殖腔的位置决定最先接收到信号的组织位置。在蛇和蜥蜴的胚胎中，泄殖腔的位置靠近以后会发展成对称四肢的侧向中胚层。而在哺乳动物的胚胎中，泄殖腔的位置靠近“尾芽”，该部位位于哺乳动物的躯干末端。

Reptiles grow two penises near their hind limbs, while a single mammal penis is below the trunk. This is because the cloaca is located in these respective regions. Pictured is an 11-day old python embryo. The right hemipenis (genitalia) bud and limb-bud can be seen near the tail end of the embryo - in the centre of the spiral

为了证实这些发现，研究人员把一组鸡胚胎的泄殖腔组织移植到了上下肢的肉芽附近，而把另一组鸡胚胎的泄殖腔移植到了尾部旁边。之后研究人员发现在这两组鸡胚胎上，移植过来的泄殖腔附近的细胞都对泄殖腔发出的信号产生反应，并开始发育成铅笔。

Tabin教授表示：“虽然哺乳动物和爬行动物的铅笔因为生长组织不同的缘故显得不大一样，但是它们有一致而‘深远的同源关系’，换句话说就是他们生长发育的遗传反应十分类似，而且这些反应都源自相同的分子信号”。

“从这次实验中我们可以知道，通过对信号源进行渐进式的改变，我们便能从非同源关系的基质上培养出功能类似的组织结构。”研究报告撰写者Patrick Tschopp说道，“不仅如此，实验的结果还能有助于解释四肢和铅笔在生长发育中使用类似基因调节程序的原因。”

在另外一项学术研究中，来自佛罗里达大学的研究人员利用荧光记号的方式对鸡胚胎中的不同细胞进行了标记。之后，他们便能跟踪观察这些细胞的生长发育。通过这种方法，他们发现那些最后变成铅笔或者阴蒂的细胞在开始时，会先在胚胎两侧生成两组细胞。随着胚胎的生长和卷曲，它会慢慢从一个平面变成一个立体的胚胎，之后两组细胞便能够相遇并结合在一起，形成一个肉芽，然后逐渐发育成铅笔/阴蒂。

During tests, researchers grafted cloaca tissue next to the limb buds in one group of embryos, and beside the tail buds in a second. They found that in both cases, cells closer to the grafted cloaca responded to the signals and began forming genitals. This image shows large hind limbs developing either side of the penises in a lizard