實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)
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實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)(experimental embryology)，用實(shí)驗(yàn)方法干擾胚胎，研究胚胎的各部分在發(fā)育中的相互作用，從而探討胚胎發(fā)育中的因果關(guān)系的胚胎學(xué)分支學(xué)科。
起源和發(fā)展 胚胎學(xué)從描述發(fā)育中的胚胎的形態(tài)，發(fā)展到探討發(fā)育的原因，進(jìn)而產(chǎn)生出實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)。這之間有一段相當(dāng)長的孕育過程。敘述性的胚胎學(xué)雖然積累了大量的描述胚胎發(fā)育的資料，但是對于在胚胎學(xué)研究的早期就提出的問題：為什么會由一個相當(dāng)簡單的卵子，發(fā)育出一個完美無缺的個體，并沒有給出正確的解答。由于受當(dāng)時思潮的影響只能用先成論或漸成論解釋個體發(fā)育的原因（見胚胎學(xué)）。這兩種學(xué)說，或是從唯心論出發(fā)，或是從機(jī)械唯物論出發(fā)，都是使胚胎發(fā)育去湊合哲學(xué)觀點(diǎn)。它們以這種或那種形式此起彼落交替地統(tǒng)治著人們的思想，阻礙了胚胎學(xué)的發(fā)展。這種情況一直延續(xù)到19世紀(jì)末期。在這之前，雖然有過К.M.貝爾這樣的、第一個從胚胎學(xué)的事實(shí)和現(xiàn)象出發(fā)，而不是從概念出發(fā)的胚胎學(xué)家，但當(dāng)時未能沿著他的方向發(fā)展下去。
實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)在19世紀(jì)末期的產(chǎn)生，可以說是由于重新著手研究漸成論和先成論的問題。在這方面A.魏斯曼起了間接作用。A.魏斯曼從遺傳的角度考慮，提出種質(zhì)學(xué)說，認(rèn)為在個體發(fā)育中，細(xì)胞核的分裂是不均等的，細(xì)胞核物質(zhì)的分布是不等質(zhì)的。這是在新形式下復(fù)活的典型的先成論。W.魯?shù)紸.魏斯曼的影響，并且認(rèn)為這是可以用實(shí)驗(yàn)證明的。1887年他在蛙卵的二細(xì)胞時期殺死一個分裂球，發(fā)現(xiàn)剩下的一個分裂球發(fā)育成半個胚胎──胚胎一側(cè)。他認(rèn)為這證明了胚胎細(xì)胞核的不均等分裂，剩下來的分裂球的發(fā)育是自主分化，盡管這個實(shí)驗(yàn)是有缺點(diǎn)的，但卻開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)之先河。
W.魯?shù)呢暙I(xiàn)在于他使胚胎成為可以用精確的實(shí)驗(yàn)方法研究的對象，找到一個簡單的、近代的研究途徑，而且他還提出因果分析的宗旨，為實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)制定了整套的研究規(guī)劃。
W.魯把他建立的學(xué)科稱為發(fā)育機(jī)制學(xué)。 機(jī)制（me-chanik）一詞雖來自康德哲學(xué)，但不是狹義的物理學(xué)上的力學(xué)概念而是廣義地理解為事物的前因后果，強(qiáng)調(diào)發(fā)育中的因果關(guān)系。他認(rèn)為，這一學(xué)科是研究產(chǎn)生有機(jī)體形態(tài)的原因和因素，以及這些因素如何起作用和作用的強(qiáng)弱。這一學(xué)科又可分為：①個體發(fā)育機(jī)制學(xué)，包括單個有機(jī)體的發(fā)育、維持和退化以及親代性征的遺傳；②系統(tǒng)發(fā)育機(jī)制學(xué)，研究種系發(fā)生史上產(chǎn)生出生物界各門類的原因。由此可見，在W.魯?shù)囊?guī)劃中，既包括發(fā)育也包括遺傳，既包括個體發(fā)育，也包括系統(tǒng)發(fā)育。
后來人們覺得這名詞容易產(chǎn)生過分機(jī)械的錯覺，而且也無法精確地翻譯成其他國家的文字，因而往往用實(shí)驗(yàn)動物學(xué)、發(fā)育生理學(xué)、實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)來代替，這些名詞幾乎都成了同義語。但是實(shí)驗(yàn)動物學(xué)顯然不合適，因?yàn)檫@是一個與敘述性動物學(xué)相對應(yīng)的名詞，含義過于廣泛，說不出這個學(xué)科的特點(diǎn)。發(fā)育生理學(xué)和W.魯?shù)脑獗容^接近，因?yàn)榘l(fā)育生理學(xué)把卵子看做一個體系，并在一系列刺激的作用之下轉(zhuǎn)變?yōu)槌审w，因此可以說發(fā)育生理學(xué)是研究卵子或胚胎對刺激的反應(yīng)。在這里可以把刺激看作是前因，所引起的反應(yīng)看作是后果，當(dāng)然胚胎不象成體那樣以運(yùn)動或分泌對刺激起反應(yīng)，而是以細(xì)胞分裂、細(xì)胞組合和分化對刺激起反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)雖然把對象局限于胚胎，就其范疇來說比W.魯最初規(guī)劃的小得多，但是自從遺傳學(xué)獲得單獨(dú)的發(fā)展之后，所謂的發(fā)育機(jī)制學(xué)，其內(nèi)容上實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的內(nèi)容，當(dāng)然也包括胚前的和胚后的發(fā)育。
隨著相關(guān)學(xué)科的進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的研究逐漸深入到從分子或細(xì)胞的水平探討發(fā)育的問題，追究發(fā)育中的胚胎的各部分為什么相互影響，從而發(fā)展成發(fā)育生物學(xué)。
方法 可以分為缺損、分離（或外植）、移植和標(biāo)記等，這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，使用什么方法主要取決于要解決什么問題。
缺損方法 用化學(xué)的、機(jī)械的辦法殺死一部分細(xì)胞，或者干脆拿掉一部分細(xì)胞來檢查、研究胚胎各部分的行為或各部分間的相互關(guān)系。W.魯首先利用此法，殺死一個分裂球，觀察另一個分裂球的發(fā)育。但W.魯在解釋結(jié)果的時候沒有考慮到殺死細(xì)胞的存在。此法給胚胎學(xué)做出了卓越貢獻(xiàn)，曾經(jīng)用來論證胚胎具有高度自我調(diào)節(jié)能力。但在應(yīng)用中需注意某一部分的缺失給鄰近環(huán)境造成的影響。
分離或外植 就是把所要研究的部分拿到體外培養(yǎng)。在某種意義上講，分離實(shí)驗(yàn)是缺損實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充。因?yàn)槿睋p是研究拿掉后被保留下來的部分，而分離則是研究那拿掉的部分在體外的行為，研究它的分化取決于周圍條件影響的程度。如果一部分細(xì)胞從它正常的體內(nèi)環(huán)境分離出來，它能繼續(xù)分化到什么程度？是否會分化出在正常胚胎中注定要形成的構(gòu)造？如果不，它會向什么方向分化？什么因素決定這個方向？1910年美國人R.G.哈里森第一個使用這個方法，把神經(jīng)母細(xì)胞離體培養(yǎng)在凝固的淋巴液中，這種培養(yǎng)基并不妨礙神經(jīng)軸突的產(chǎn)生。同時，分離培養(yǎng)可以排除那些曾誤認(rèn)為能產(chǎn)生神經(jīng)軸突的細(xì)胞。他證明了軸突的來源并且觀察了在體外生長的情況。如今廣泛應(yīng)用的組織培養(yǎng)技術(shù)就是在這個實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。應(yīng)用此技術(shù)應(yīng)注意把分離物培養(yǎng)在中性的、或不發(fā)生異常影響的培養(yǎng)基里，其結(jié)果才能和正常體內(nèi)的情況相比較。
20世紀(jì)初，H.A.E.德里施使用此法把兩細(xì)胞時期的海膽卵子分開，分開的裂球可以各自發(fā)育為完整而較正常略小的幼蟲。在這種意義上，1903年H.施佩曼結(jié)扎實(shí)驗(yàn)也是分離實(shí)驗(yàn)。他用頭發(fā)結(jié)扎蠑螈卵子，使兩個裂球分開，它們可以各自發(fā)育為正常而較小的胚胎。這兩人的實(shí)驗(yàn)都指出早期胚胎的可塑性。證明了卵裂時期的細(xì)胞核在質(zhì)上是均等的，對于早期的實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)起了有力的推動作用。
移植法 把胚胎的一部分細(xì)胞移植到一個新的環(huán)境──胚胎的另一部位。這方法最初用于了解胚胎細(xì)胞的決定狀態(tài)；如果胚胎細(xì)胞被移植到一個比較中性的部位，可以象在原來部位那樣分化，則可認(rèn)為在移植時細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)已經(jīng)決定了。另一方面，根據(jù)移植的部位和被移植細(xì)胞的發(fā)育情況，移植部分可以影響鄰近細(xì)胞，但也受到鄰近細(xì)胞所散發(fā)出來的因素的影響，分化方向受到移植細(xì)胞和宿主細(xì)胞之間的相互作用的制約。因此，這方面促進(jìn)了對細(xì)胞和環(huán)境之間相互影響的分析，這是它所特有的優(yōu)點(diǎn)。1924年H.施佩曼和H.曼戈?duì)柕掳言缙?a href="/w/%E5%8E%9F%E8%82%A0%E8%83%9A" title="原腸胚">原腸胚的背唇移植到另一同期胚胎的將來形成腹唇的部位，移植塊可以象在原來的部位一樣內(nèi)陷，并且和宿主的細(xì)胞一起，組成一個在宿主腹方的次級胚胎。移植塊不僅按照原來的預(yù)定命運(yùn)形成脊索、肌節(jié)等，并且還影響宿主的細(xì)胞使之產(chǎn)生神經(jīng)組織。由此他提出組織者的學(xué)說，開創(chuàng)了誘導(dǎo)作用的研究。
標(biāo)記法 用無毒的染料，使胚胎局部地染上顏色，觀察著色部位的發(fā)育命運(yùn)；或者在含有不同色素顆粒的物種之間以及在細(xì)胞核大小不同的物種之間，或者甚至在同位素標(biāo)記的和未標(biāo)記的胚胎之間，進(jìn)行同位或異位移植，觀察移植部分的發(fā)育情況，都屬于這范疇。尤其是局部活體染色法，因?yàn)榛旧蠈τ谂咛]有干擾，所得到的資料，對于解釋某些用其他方法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是必不可少的。
1925年德國人W.福格特首先使用這一方法，并且使之完善。他仔細(xì)地分析了胚胎各部的運(yùn)動;各個胚層如何在運(yùn)動中形成，使人對胚胎發(fā)育有了動態(tài)的概念──胚層的形成主要原因不是由于細(xì)胞的分裂或局部生長，而是由于運(yùn)動。他還根據(jù)染色的結(jié)果繪制出各種器官在發(fā)育早期在胚胎表面的分布情況──各部分的發(fā)育命運(yùn)圖（見胚胎預(yù)定命運(yùn)圖）。
但是活體染色也有很大的局限性，如果胚胎細(xì)胞缺乏對染料有特殊親和力的內(nèi)含物，例如硬骨魚類和雞的早期胚胎，染料很容易擴(kuò)散出去，使結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性。在這種情況下，就需要采用其他方法，例如細(xì)胞核大小不同的物種之間的同位移植等。
因?yàn)榕咛ナ腔畹?，有些又有很大的可塑性，所以單?dú)使用一種方法得到的結(jié)果，可能有一定的局限性，把不同方法得到的結(jié)果相互印證、相互補(bǔ)充才能得到比較準(zhǔn)確的結(jié)論。例如從胚胎上割取一部分細(xì)胞，離體培養(yǎng)研究這些細(xì)胞的發(fā)育是分離法，但是對供主胚胎來說是缺損法。離體培養(yǎng)中的部分所形成的結(jié)構(gòu)不一定和在原位完全一樣，可能多些也可能少些。在施主胚胎上，往往由于胚胎的可塑性，很難判斷缺失的部分是否就是被拿掉的部分。如果有了局部活體染色作基礎(chǔ)，知道被拿掉的部分在原地將來應(yīng)當(dāng)形成什么，就比較容易論斷了。
成就 利用這些方法，實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)首先在海膽類和兩棲類取得令人振奮的成就。從19世紀(jì)末到20世紀(jì)40～50年代中探討過的問題，包括受精、受精卵的胚區(qū)定位、細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核在發(fā)育中的作用、卵裂過程中裂球間的相互關(guān)系、形態(tài)建成運(yùn)動與胚層形成、胚層間的相互關(guān)系、組織中心或組織者的分析、器官發(fā)生的分析以至關(guān)于器官再生的研究。器官發(fā)生的范圍尤為廣泛，因?yàn)樗鼛缀醢ㄋ械钠鞴?，不僅包括在較早的發(fā)育時期分化的，也包括在較晚時期才開始形成的。
從研究的對象講，那就不僅限于海膽和兩棲類這些常用的生物學(xué)研究的材料。環(huán)節(jié)動物、軟體動物、昆蟲、原索動物、魚類、鳥類都有代表。但關(guān)于哺乳動物的研究幾乎是空白。直至60年代以來，隨著哺乳類離體受精，卵和胚胎的移植等技術(shù)的進(jìn)步，過去在兩棲類等較低等動物胚胎上行之有效的實(shí)驗(yàn)分析方法，如裂球的分離、融合等也成功地應(yīng)用到哺乳類早期發(fā)育的分析，并證明在發(fā)育原理上是同兩棲類一致的。
盡管實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的精確性，而且在研究中相當(dāng)重要，但是這一學(xué)科的成就，不全靠技術(shù)，還應(yīng)該歸功于學(xué)者們客觀地研究胚胎的巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。他們能夠利用手頭所能有的或者所能設(shè)想出來的方法，正確地對胚胎提出問題，并且讓胚胎以自己的語言或者說以研究者所能理解的方式來回答所提出的問題。因?yàn)榕咛栴}的回答，能夠使人理解到什么程度，取決于所問的問題是否簡單明了。因此這些問題必須簡化成簡單的、使胚胎能夠回答的問題。魯在設(shè)計(jì)殺死兩個裂球之一，二者取一，觀察它的發(fā)育的時候做到了這點(diǎn)；哈里森在設(shè)計(jì)離體培養(yǎng)神經(jīng)母細(xì)胞，觀察其體外發(fā)育，以及H.施佩曼在設(shè)計(jì)結(jié)扎的實(shí)驗(yàn)，以判斷卵裂核的分裂是否均等時，也都做到了這點(diǎn)。這就要求人們對事物進(jìn)行周密仔細(xì)的觀察和深思熟慮的思考。觀察與反思，K.E.von貝爾的名著的副標(biāo)題，仍是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)興旺發(fā)達(dá)的根本。在思想方法上從人們帶著框框主觀地去觀察問題發(fā)展到讓實(shí)驗(yàn)客觀地回答問題，是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)之所以能興起和發(fā)展的主要原因。
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