生命的成形

认识你自己~结构即信息，位置即命运。 01 从宇宙到生命 从宇宙到生命，我们所能看到的复杂系统都只是由许多较为简单的部分彼此交互而形成，然而这份交互却并不简单，只有以正确的方式交互，彼此融合才产生了令人目眩神迷的伟力。我们可以认为宇宙中每一颗星球是无关紧要的，也可以认为社会中每一个人民是无关紧要的，甚至可以认为生命里的每一个细胞也是无关紧要的，但我们永远不能认为星球之间的联系是忽略的，人民之间的联系是无力的，细胞之间的联系是无用的。 我们不能抛开联系去单独地对待个体，而对于复杂系统而言尤其如此。比如水经过相变结成冰的过程，只要加入更多的分子连接，复杂系统便自然地从非常简单的系统中浮现出来，随着改变而产生的有趣现象也在相变的一瞬间同时发生，系统只需增加少许连接，便可从原状态转换成另一种状态。同样，当我们强制断开系统中相当一部分个体的连接，系统的秩序也可能会出现一种无法预料的变化，即使科学也无法预测的变化，正如人体部分细胞断开连接后可能会直接导致生命的直接死亡。 那么生命从何处而来呢？从正确的连接而来。只要有了时间伟力的加持，自动连接而成的化学物质网络必然将在不断地自我迭代下诞生真正的生命，人类在这里出现只是偶然。那么生命又如何发育而来呢？也是从正确的连接而来，每一个细胞之间通过信息交互决定分化路径，才构建了堪称神奇的人体，而这份神奇是一种不为人熟知的必然。 生命的发育，从胚胎开始。世界就像是一个无限深度网络，我们总可以下探到更为细微的领域，也总可以上推到更为广阔的连接，我们对于人类胚胎的理解也是如此。这份理解绝非来自某一特定研究，而是综合了从各个学科得到的信息。与发育直接相关的是胚胎学和新生儿科学，这些学科研究提供了与之相关的解剖和功能信息。遗传学和毒理学为发育生物学带来了更广阔的视野，这帮助我们找到那些正常发育所必需的分子通路。生物化学和分子生物学会帮助研究这些通路的作用细节，甚至可以追溯到空间尺度上小到生物分子的原子之间的相互作用。细胞生物学致力于说明分子通路如何联合起来控制每个细胞的行为。以更大的维度来论，生理学、免疫学和神经生物学揭示了众多细胞之间交流与合作的种种细节。 简单的东西如何变得复杂？这些很容易出错的机制是怎么完成精确的构造过程的？人类发育是否太过复杂，甚至超出了发育完全的人能够完全理解的范畴？这些都与“涌现”（emergence）和“适应性自组织”（adaptive self-organization）这两个概念有关。这两个名词分别位于更高层和更低层，是同一个问题必不可少的两方面。那些关注高级行为的人喜欢用“涌现”：由简单的组成和规则发展出复杂的结构与行为。“适应性自组织”是一种基于单个组分、由下而上的描述：简单的组分遵循某些简单的规则，就可以共同形成大规模的、巧妙或精致的东西。 在科学家们长期的努力探索之后，我们不得不接受这样的事实：在胚胎发育过程中，并没有什么“总负责人”。简言之：生命体合成出蛋白质，仅仅是因为活跃的基因通过mRNA指定了这个制造过程。而这些基因之所以活跃，只是因为已经存在启动它们的蛋白质。这是一个循环逻辑：哪里都不受控制，因为哪里都有控制。这份控制就是自反馈机制，这也是复杂系统借由简单规则塑造复杂事物的底层逻辑，当然，必须要有外在能量的稳定持续输入。生命，逆熵而行。 让我们开启胚胎的发育之旅，去认识自我复杂秩序的诞生。而我们致力于理解自身的起点时，必须准备好超越那些基于人类工程的平凡类比，学会从胚胎自身逐渐发育的角度来看待它。这将是一场踏入陌生领域的旅程，需要摒弃那些有关工程的比喻，采用新的思考方式。毕竟不是我们建造了胚胎，而是它们造就了我们。 02 生命的草图 A、卵裂（孕后1~3天） 一个胚胎的发育，从受精卵开始。人们必须从这个毫无架子的细胞开始，创造出一个复杂的自己：就如谚语所说，用自己的靴带提起自己的靴子。 受精卵通过一分为二、二分为四、四分为八地分裂自身就可以形成多细胞的胚胎，并不需要停下来先让细胞生长，这种增殖方式就是卵裂。在这一过程中，细胞需要解决DNA的复制和精准分配问题。一旦单细胞胚胎中细胞的46条染色体完成复制，它们就要被转移，从而确保来自父亲和母亲的各一个副本都被精确地分配到了每个子细胞中。这个任务可以分解为以下几个子任务：（1）明确两个子细胞的中心位置；（2）让所有染色体排列在两个中心的正中间；（3）将复制好的染色体从中间拉开，让每个副本进入一个子细胞；（4）分离子细胞。其中每个过程都由分子驱动，但要在比单个分子尺寸大得多的规模上协调合作。 细胞分裂过程中的绝对主角是中心体和从中心体上生长出来的蛋白微管，中心体会通过微管的生长自发地移动到细胞的中心；然后，利用微管与染色体的随机连接机制，带着染色体一起来到未来子细胞的中心，微管在生长过程中会识别两个中心体的拉力状态，来实现姐妹染色体的精准分离；当分离完成，微管就会在信号蛋白的引导下在分裂处放置收缩蛋白，直到细胞一分为二。 胚胎一旦达到16细胞期，就有足够的细胞组成新的形状，细胞也开始变得各不相同。 B、分化与着床（孕后5~14天） 细胞分化意味着，一开始那些毫无二致的一群细胞不再毫无差异：一些细胞专门做这个，另一些做那个。这将让胚胎面对一个根本问题：分化出不同的细胞需要建立新的秩序和传播新的信息。创造差异性（也意味着新信息的产生）就把一个严肃的逻辑问题摆在了人类胚胎面前：如何在没有模式的地方创造模式？胚胎解决这个问题的方案堪称优雅：从几何规律中获得信息。这个和生命大分子最早的诞生有异曲同工之妙，那时候生命大分子从岩石等物质表面的晶体几何结构上形成自己的构造起始。 那具体怎么做呢？细胞通过探测自己的表面处于自由状态还是与其他细胞相接触的状态，来决定是否演化为滋养外胚层，它不需要任何的计划，类似于混沌系统中的控制边界，根据边界信息的区别决定细胞分化的方向，特定基因在进入特定时间周期后，由外界条件自动激活，恰如软件程序中的根据状态变量来触发对应事件。 在发育早期，胚胎一次又一次地利用“自由表面”的技巧，因为这样可以把几何结构转化成新的信息。在每次应用中，单纯的局部影响就可以带来大规模的变化，不需要任何细胞纵观全局、运筹帷幄。胚胎一旦有了不同的组织，再创造差异就简单了。 在这个过程中，人类的胚胎需要完成一件至关重要的事情，那就是附着在子宫壁上。这一过程，本质上是一种寄生，但是母体不仅容忍了后代的寄生，甚至鼓励这种寄生，这也是母体完成繁殖的唯一方式。 C 基本结构成形（孕后15~17天） 生命里最重要的时刻，不是出生、结婚或死亡，而是原肠胚的形成。在这个阶段的末尾，胚胎会成为一个头尾和背腹分明、左右明确区分的修长身体，有三种完全不同类型的组织（内胚层、中胚层和外胚层）按照确定的顺序排列，中央脊索贯穿身体，动物的基本结构已经成形。多胞胎的形成也是在这个时期。 在胚胎早期发育过程中，细胞的分裂和生长是对称的，但是人类的身体是左右不对称的，胚胎的发育是如何打破这个左右对称的呢？根据正反两方面的科学研究与观测，人类身体尺度上的不对称性最终起源于分子尺度上的不对称性，是蛋白复合体推动纤毛运动所导致的，这直接导致了早期胚胎左右两侧的液体的不均衡流动，造成了两侧的胚胎发育环境的差异，从而引起了两侧的发育信息不一致。这说明了，微观的简单机制可以决定宏观的复杂表现，分子的性质可以直接转译成整个身体中相对应的性质。类比的说，宏观世界的不确定性都根植于微观量子理论的不确定上。 D、神经管发育 （孕后20~28天） 在胚胎变成一个较为成熟的胎儿之前，神经系统并没有开始起到什么重要的控制作用。但是它们远在很多其他内部脏器形成之前就已开始发育。导致这种顺序的原因可能有以下几种。一种可能，它是神经细胞的基础结构：因为跨越了身体的大部分，所以不得不在其他器官前生长。还有一种可能是从演化上看，它是身体上最古老的结构之一，在比鱼类更古老的祖先身上就已经出现。虽然有一些例外，但总体看来，胚胎中新结构的出现顺序，常常与它们在演化历史上出现的顺序保持一致，而后者通常可以从不同生物相似的早期胚胎发育形状来进行佐证。 为什么不同动物胚胎的相似程度，远高于成体之间的比较？正在于胚胎早期的发育主要是生存系统，而胚胎晚期的发育则是对于环境的适应性区分。决定地球动物生存的底层逻辑可能就是地球这个星球的特殊禀赋，所有的动物共享一套底层基础架构，而在此之外的部分，才是各个生物为占据不同生态位所采纳的调整方案。 在不到四周的时间里，一个单细胞的受精卵通过自我组织，把自己变成了由几千个细胞组成的、具有简单身体结构的群体。这个过程完全依靠自我引导，首先利用简单的“几何诡计”从相同中创造出不同，接下来以这些新生细胞类型之间的差异作为信息源，创造出更多的差异、更多的信息和更多的组织。所有这些过程都由相对简单的机制协调完成，遵循的是相对简单和局部的规则。达到一定复杂度后，胚胎就有了足够的内部信息，可以开始更快速地进一步建造复杂得多的结构。 03 细节的雕琢 A 命运的对话 胚胎首次面临把一群完全相同的细胞转变成内细胞团和滋养外胚层的时候，它利用的是细胞环境的天然不对称性：有自由表面的细胞成了滋养外胚层。在进行自组织、分化成不同类群的过程中，神经管和体节同样利用了环境的不对称信号。而当来到胚胎进一步发育，胚胎必须将自身分割成不同的类群，并向不同的的方向进行特异性分化，以特定的顺序，形成骨骼、肌腱、肌肉和血管等不同的组织结构。到了这个阶段，涉及的信息主要不是来自自由表面这种几何特性，而是其他组织释放的分子。相邻的组织利用这些分子进行深度对话，使细胞分化成许多不同的类型，并且精准地组织在一起。 神经管利用来自它上方和下方组织的不对称信号，可能还有从体节中获得的信息，把本来相似的细胞群精细地分割成不同的区域。随着脊髓不断发育成熟，每个区域都会形成不同的神经组织。神经管的细胞并不只是被动地接收信号，它们自身也会产生信号。神经管发出的信号以相反的方向传递，塑造着邻近的组织。这样的信号绝非以单行道传递，而是真的会进行对话，既有声明，也有回应，而它们的语言就是蛋白质生物化学。而为了避免体内信息的混乱，同样的信息对于不同的细胞具有的作用完全是不一样的，这有效的保证了信息的准确识别和响应。 语言的意义不仅仅取决于信息本身，还十分依赖接收者的内部特点。 生物学上如此，社会学上也是如此。所以，什么是组织共识？可能正在与我们对于主要信息的内部理解是趋同的。 在整个胚胎中，邻近的组织利用来自彼此的信号、根据距离信号源的远近把自身分化成不同的细胞类型，这个过程的直接后果就是原本一整个区域的细胞分化出了不同的细胞类型，而它们之间形成了新的边界。如果这些不同类型的细胞又能产生不一样的信号蛋白，那么这些细胞又可以利用同样的技巧，创造出更多不同类型的细胞区。这非常类似于计算机程序中的信号标记变量，所有的细胞都内置同样的程序，但是由于外界环境参数以及时间空间的差异，每一部分细胞获取的信号标记变量种类与数值都不一样，从而触发不同的演化路径，并且计算机的信号编码长度可以决定表达的信号种类数量，这种复杂性会随着演化的进行而进一步增加。 在组织与组织依赖彼此传递的信号的系统中，形成特定细胞类型的细胞被自动定位，每个细胞的分化由周围邻近细胞产生的信号诱导，即使这个组织本身并不在最适合形成某个组织的位置。这个系统的组织模式使得它能够持续地适应环境，每个阶段都在纠错，因而错误不会积累。所以除非错误特别重大，要不然胚胎就会持续利用细胞之间的对话成功地调控发育过程，依赖的是实际的发育状况，而不是“应该”如何。县官不如现管，所以自组织的最佳机制是依据周围的实际情况来标定自身，这样虽然各有各的区别，但总体的各项机能参数都能基本正常，而且发育的基础就是相互交流与配合影响，可以说，在整个发育过程中，人体所有的细胞都在通过对话来磨合协作技巧。人体尚且如此，那我们这个社会呢？ B 细胞的迁徙 细胞尺度上的迁移，不得不在形状持续改变的环境中导航，必须在没有眼睛、大脑的帮助，也没有向父母学习的机会下进行，它们的行为比鸟类的迁徙更惊人。而细胞是如何正确进行转移”的问题分解成以下两个小问题来理解：细胞如何完成移动？细胞又如何找到正确的方向？ 推动细胞向前爬的动力涉及好几个相关联的机制。一个从内部推动细胞的前部，另一个与下部表面建立新的联系，第三个利用这种联系拉动细胞的其他部分前进，以防它被前行细胞的前部落下。这些机制的细节极其值得研究，因为它们提供了一个非同寻常的例子来说明简单的组分如何组织自身、成为复杂的高层次系统。同样，在动力的两个作用方之间，对某个细胞有高度吸引力的组织，却可能对另一个细胞产生强烈的排斥，而这取决于这些细胞携带的黏附复合体和受体。这个例子再次说明，对信号的解读取决于解释者：我们仅仅识别信号本身完全不够解释它的含义。正是通过这种方法，不同类型的细胞在胚胎中找到了属于自己的路。 以神经管中的“神经嵴细胞”的迁徙为例。迁移的神经嵴细胞的成熟，由目的地的组织分泌的蛋白所引发，这是一种巧妙控制错误的方法。如果最终的安顿和成熟都由迁移细胞内部的某种东西决定，那么，即使它们没有按时到达目的地，最终还是会开始成熟，人体也就会由此塞满各种怪异的“小岛”。这些小岛就是那些没有到达正确的位置，却依然决定发育成某种组织的细胞。这显然不是什么好事。让细胞的成熟过程依赖正确目的地所发出的信号，这一机制保证了那些还没有找到目的地的细胞继续找寻，而不是中途停下就开始成熟。 这是一种条件触发机制，可以看到胚胎细胞的整个分化过程始终受到吸引力和排斥力，两个相反力的精确调节决定了细胞的迁移路径和分化结果，而最终的结果由细胞所处的具体生化环境与边界条件来决定，从而每一个人的胚胎细胞的具体分化都与众不同，而又与人类整体到的DNA蓝图相匹配。按照模块化编程的方式来解释，主程序都是一样的，但是输入参数的不同直接导致了每一个细胞的输出结果不一样。而胚胎细胞分化最重要的一点在于，除了最初的环境由母体决定外，后期的内部分化主要由细胞群体之间的信息交流来进行自组织和自调节，而这也就是混沌系统在控制边界的前提下，由外界不断输入稳定能量的条件下产生生化组织秩序的原理。 从而，先天并不能决定发育结果，这也是上天给我们的平等恩赐。我们在母体内部的发育，也是先天和后天并存的结果，哪怕母体供应的营养和环境条件一致，我们也终将发育成为不同的个体。 C、管道成形 一个能够正常运作的血液系统需要以下几个组成部分：血液中的液体成分，用于运载大多数营养物质和毒素；自由漂浮在液体中专门用于携带氧气的血细胞（因为氧气不能溶解在液体内运输）；能把血液带到各个组织的封闭管道系统；一个能为血液提供动力的“水泵”，让血液能在提供有用物质和使用这些物质的组织之间流动。 研究人员发现，成血管细胞迁移到胚胎中线变成大血管之前，已经为变成动脉抑或静脉做好了准备。命运不同的细胞在表达蛋白时会有微妙的差异。人们发现，决定细胞会成为动脉型成血管细胞或静脉型成血管细胞的是Hedgehog蛋白家族。如果细胞接收到高浓度的信号蛋白，它就会早发育、早迁移、参与形成动脉；如果只接收到中等浓度的信号蛋白，它就会迟发育、迟迁移，参与形成静脉。这些构建动脉和静脉的细胞表达出的信号蛋白能够让它们识别出和自己一样的细胞，并聚集在一起。那些已经准备成为静脉的细胞迁移的路径稍有不同，形成血管的过程基本一致。两条静脉沿着身体长轴与动脉平行延伸，但距离中线稍远（自然是这样，因为距离中线越远，Hedgehog信号就越少，环境对静脉就越友好）。在组织中，动脉和静脉发散出的细小分支连接在一起，形成毛细血管网络。此处的血管壁极薄，营养物质和氧气都可以通过。在这一阶段，心脏成形，也是第一个具有功能的胚胎器官。 很多时候，命运的齿轮已经开始转动，在我们还不知道的时候。正如细胞发育不是由自身决定的，同时也是由周围环境决定的，进一步来说，主要由周围环境决定的。我们现在的样子是环境在我们身上留下的印记，它也必然成为了我们自身的一部分，这也造就了每一个不同的我们，每一个我们都具有独特的禀赋。 人体胚胎血管的很多细节发育特征，时刻提醒我们：人类这种适应了陆地生活的四肢和身体，是在漫长演化中由鱼类的基础胚胎经过一系列复杂的演化改变而形成的，绝非源自从头开始的、注定发育为人的一种设计。也许，只是演化出可以从根本上改变鱼类的早期胚胎而又不会完全毁了这个胚胎的突变实在太难（几乎可以说不可能）。因此，得以留存下来的都是小规模的、能带来有利细节改变的突变。 我们人类的基因演化总是基于过去的基础逐步进行的，我们不可能从一穷二白的基础上凭空建立起演化生物复杂性的高塔，而只能在先祖鱼类基础胚胎上一步又一步的地改造啊改造，不断适应这个越来越复杂的环境。那么成熟是什么呢？也正如我们的胚胎演化一样，接纳自己，步步为营。 D 器官形成 人类这样的大型复杂动物，基本特征之一就是内部的解剖结构并不是连续的细胞，而是划分为不同的器官，每个器官都会执行特定的任务。身体这种围绕着单个器官组建起来的模块化特征，也反映在发育上：每个器官的发育都依赖局部交流。仅有极少的关键决定要参考周围组织的信号，例如何时开始发育、何时结束发育，以及器官体积应该长到多大。内部细节主要由内部进程决定。 每个器官会经历的发育事件都会以特定的顺序发生，最后每个器官都会发育出自己特有的解剖结构。每个发育事件都源于非常基本的机制，如制造管道、合并管道、让细胞聚集到一起，等等。不同的器官往往会利用完全相同的分子机制来控制这些事件。定制化是在基础模块标准化的前提上完成了个性化定制，同样，器官的发育也是在完全相同的分子机制的控制下完成了各自特殊的解剖结构的演化。同样的模块化主程序思路，配以不同特殊功能需求的子程序模块，来搭建属于自己的定制化软硬件，形成不同功能的器官。 以肾脏为例，与其他内脏器官一样，肾脏的发育在很大程度上由细胞间的对话控制，通过扩散信号蛋白来交流。细胞会做出什么样的行为，特别是它们会发出什么样的信号，都由它们接收到的信号决定。因此，这个系统中到处都互相依赖。无论是在容忍错误还是允许演化变化上，这种方式带来了高度的适应性。通过肾脏的演化可以看到，可以被计划和预先设计的只有规则，细节蓝图是不可设计的，这只能是自主演化的结果，来源于规则适用条件的相互影响造成了生命的多样性与复杂性。 由于复杂系统之间控制信号的指数非线性相关，能够被良好控制的前提是就是相互反馈约束，且一定是双向的，及时的局部控制一定起着重要作用，集中控制和单向控制的结果一定是崩溃或者毁灭。 E 性别差异 在生殖细胞开始发育后，一组体节细胞开始产生一种名为WT1的蛋白质。WT1在细胞中有着令人眼花缭乱的各种作用，但其中最重要的一种功能就是结合特定的DNA序列，和其他DNA结合蛋白合作开启某些基因。WT1激活的大多数基因存在于每个人的染色体上，但是其中有一个SRY基因位于Y染色体。如果一个胚胎含有Y染色体，那么WT1就会让染色体上生产SRY蛋白。如果胚胎没有Y染色体，自然就不会有SRY了。而后来的一切差异就始于此。 当SRY表达，它会诱导体内的SOX9-FGF的雄性级联锁定，这就将注定发育为男性；而如果没有这个SRY表达，那么WNT4将被激活，诱导类似的雌性发育锁定。性别决定的路线之争，从有性生殖的方式来说，这是生命最重要的事情，所以一旦选择方向，就会自动启动对应的锁定强化机制，确保路线的完整实施。在这个过程中，性染色体只是一个信号的引子，有这个信号会触发对应的性别锁定机制：雄性SOX9-FGF锁定，雌性WNT1-WNT4锁定。其中默认锁定机制是“雌性WNT1-WNT4锁定”，那么其实一个有趣的推论就是，最早的生物必然就是母体，有性生殖只是后续的进化产生。 “所有命运馈赠的礼物，早已在暗中标好了价格”。在一切还没有显露出来的时候，我们的性别身份已经注定，后续看起来一切那么大的变化只是顺其自然，而一切的源头只是早期那微不可查的一点细节，那就是Y染色体上SRY基因的表达。 F 神经系统 在胎儿发育出的所有器官中，中央神经系统毫无疑问是其中最惊人的。在发育完成之际，数百亿个细胞紧密联系，每个细胞可与上千个细胞相互连接。在人类的大脑中，每立方毫米内可以有大约一亿个细胞连接。 发育中的大脑是如何产生错综复杂的发育信号的，对此我们仍然所知甚少，但它反映的机制和前述胚胎整体的机制是一致的。随着中枢神经系统的发育，来自周围组织的信号以及细胞本身的蛋白质决定了基因的开启和关闭。这其中有些基因产生的蛋白质又作为邻居细胞的信号，影响它们的基因表达。原本简单同质的系统，就这样变得复杂且充满异质性。神经系统更复杂的地方在于，一旦生长锥从神经元上发出，并根据周围的信号导航制造出轴突，这些轴突本身就会成为一种信号源，或改变周围细胞的基因表达，或指导其他细胞的轴突行进。和胚胎整体相似，发育中的神经系统也是一片自我创造之地，在复杂之上加载复杂：历史决定现在。 04 生命的成长 A 细胞凋亡 生命的中心是死亡。人类生命中充斥着各种讽刺，其中之一就是对死亡的依赖：健康的躯体由无数细胞的死亡塑造而成。这种死亡不是意外或受损死亡，这是细胞故意的死亡，细胞激活蛋白开启程序性的自我毁灭。据估计，在胎儿正常发育过程中，半数以上的胚胎细胞最终会消灭自身。 以运动神经元为例，在正常的发育初期中，运动神经元的产生远大于肌肉的生产量，由于神经元生长环境存在着细胞自杀通路，在随后的成熟过程中，只有那些和肌肉连接得最好的神经元才能得到足够的因子而关闭神经元的自杀通路，从而存活下来。先过量地增殖细胞，然后建立最优连接的细胞才能生存下来——这种过程令人不禁想起达尔文演化论核心的适者生存：动物会过量繁殖，其中只有适合度最高的个体才能生存下来。这两个过程并不严格相似，但都涉及在随机差异中挑出“最优”个体的选择手段。在达尔文演化论中，这种差异性来自后代互相竞争的小动物所携带的基因。而在胚胎中，这种差异主要是轴突与肌肉连接的准确性。 优胜劣汰，适者生存。在咱们身体的正常发育过程中也体现的淋漓尽致。每个人都是自我最优异的状态，在超出全球所有医生和相关研究人员的认知范畴外，达到了一个最好的平衡，在我们面临的真实环境边界以及物质与信息交互状态下的最好的平衡。那么胚胎这么做的目的是什么呢？利用这样的系统，胚胎减少了轴突发育中对路径寻找精确性的要求，对错误的容忍度有了很大提升。复杂性的增加必然伴随着一定程度的自组织，以求得更细致精准的适应边界状态，增加局部组织的功能完整性，以保障整体的存活率。 毕竟，人体的每一个细胞都是能量消耗大户，我们不能为成熟的身体准备过多的冗余；但我们又必须与这个世界保持一定程度的调适，这就需要我们根据外在条件来定制化自身，这种做法通过前期过量增值的饱和式连接以适应世界，又通过后期的主动性冗余凋亡保证我们躯体的高效运行。我们自身的成长也一样，我们早期广泛探索，而后期以有限的资源来聚焦目标，才是生命的成熟和成长。对于生命的雕琢，才是生命得以绽放精彩的最佳手段。 B 制造意识 大多数大脑中的神经元能接收来自数千个细胞的突触。成年人的大脑里有上百亿个神经元，每个神经元又有近千个突触，所以每个大脑可以说有数万亿个突触。通常来说，来自一个突触的信号不足以让接收神经元放电，或是放电程度特别低；但来自多个突触的神经元可以叠加起来，让接收神经元活跃起来。这意味着神经元放电可以是对它们接收到的所有信号的综合响应，基本上就是让大脑综合各种信息来决定其活动。 以婴幼儿的视野逐渐变得清晰为例。在细胞与大脑上丘以及其他脑区域建立联系时，眼睛某一特定区域的轴突分支会与正确的细胞建立联系，但同时也会连接到错误的细胞。在这种情况下，视力会变得相当模糊，不能发挥眼睛最大的功能。所以在婴儿出生并睁开眼睛时，大脑就开始根据活跃程度，重塑连线模式，在这个过程中，不断强化那些响应一致的神经连接，而弱化那些响应不一致的神经连接。这一过程被不断重复，而神经传递的视野也就逐渐清晰。 在神经连接的过程中，几乎所有重要的环节都需要基因和环境的共同参与。由特定基因合成的蛋白质，它们的活动会建立起神经机制，会根据它们所处的环境决定自身的连接方式。基因缺陷和“坏”环境都会导致心智缺陷。“好”基因会为构建健康的心智提供潜能，但只有在童年时期，在环境中提供刺激去建立起正确的连接，这种潜能才能发挥出来。对人类等社会性动物来说，这些刺激不仅包括简单的听觉和视觉经验，还有丰富的语言、互动、游戏与情感体验。现在我们知道（从客观的MRI扫描图像中），那些频繁遭受严重的言语攻击或虐待的儿童和在更友爱的环境中长大的儿童，在生理上存在差异。频繁遭受体罚等暴力侵害或性虐待的儿童也是如此，只是差异会出现在不同的脑区。这些扫描图像就直观地展现了小说家博伊尔·本布里奇在书中写的：你可以长大成人，却永远不能从童年阴影中恢复过来。 C 躯体伸展 骨骼就如引领生长的主人，设定好身体的总体大小，其他绝大多数组织紧随其后。由垂体调控的生长激素和性激素控制着骨骼的生长，生长骨中的自组织的生长板可以解读这些信息。其他组织对骨骼和其他类型的生长带来的压力变化做出响应。有些器官还能通过感知自身带来的生化效应来察觉自己相对于身体的大小，但并非每种器官都是如此。没有任何一种机制要求细胞明白自己身在何处，也不需要细胞手执蓝图或详尽的说明书，只需要在“接收到这个和那个信号时加快分裂”这种简单的规则。身体的大小、每个部分的比例以及对称性，都源于这些简单、盲目、局部的规则。从这个角度讲，一个体内细胞数量已经超越银河系行星的男孩，在控制发育上所用到的基本规则，与自己还是一个微小胎儿时别无二致。 05 复杂世界的真实 复杂秩序的诞生，来源于简单而又清晰规则的自组织，以数量繁多的连接和反馈构成了这个复杂秩序的表象。 胚胎发育的核心正在与信号回路，不仅是信号，还有反馈回路，即过程产生的结果又会返回来控制过程。反馈回路的存在让细胞间的交流变成了真正的对话，发出去的信号直接或间接地获得其他信号的回应，细胞间的行为变得极度互相依赖。所以生物能在没有手持蓝图的外部建筑师一边建一边比对的情况下进行自我构建，这可能是关键。砖头不可能意识到自己参与的建筑工程的进度，也不能根据自己的所知改变行为。但细胞可以。它们不能像建筑师那样后退几步，像端详自己的手艺那样“看到”整个胚胎，但是它们探查到的信号足以让它们做出正确的行为。 从更大的尺度上讲，文明的核心机制，如语言发展、经济原理、食物分配原则，甚至是科学探索的方法，都源于大量人员的互动，没人持有纵观全局的外来者的特权。所有人都只是基于有限的局部知识行动。然而，虽然偶有经济动荡，人类文明总体还是可以说井井有条，相当稳定。实际上，也有人尝试以一己之力来创造语言或经济模式，但都被证明并不像传统模式那么高效，即每个人都只根据有限的环境条件相应地进行自组织。总有圣人想代表世界发言，但世界只是微笑不语。 胚胎发育的过程都是多个环境参数共同作用的结果，其负反馈调节机制决定了在到达目标点的平稳问题，平衡是宇宙基本之道。任何宣称效率很高的单一调节机制都不可避免的会出现系统振荡，从而很容易因为自身的禀赋缺陷而造成失稳。这个真实世界的一切，远远超出人们的想象。现实比虚拟更加的不可揣测，毕竟，所有的虚拟都基于人们对于已知的拓展，而真实往往都基于我们还没有认知到的事情。 所有的宏观世界问题都来源于细微作用机制，而这就是复杂世界的真实。我们必须从宏观表象下深入微观机理之中，才可以窥见复杂世界的真实。 06 认识自己，敬畏世界 在生命演化之旅中，所有在地球上广泛存在的生命都被迫学会了和同伴们相处，经由时间的打磨，每个物种都开始习惯并适应其他物种的生活方式，相互之间形成了协作运行的链条，努力的把生命的循环织成一张连接紧密的大网，让生命的能量得以在网络中不断循环，点亮每一处灯火，共同抵御来自自然环境的变化。 这是一个去中心化的生命循环机制，地质纪年的生命演化让每个物种都最适合扮演自己的生态位，而很难染指其余物种的王座。每一个广泛存在物种的存在必要性都由其余物种予以联合保证，极致的利己博弈的稳定状态就是在利它的平衡位置小幅波动。 同样，对于生命自身，也有这个这种坚定地维护自身平衡的力量，每一个细胞和器官都在自己的位置上扮演者自己的角色，它们共同构成了我们这个恢弘而又复杂的人体，以简单却又清晰的微观构成方式，形成了我们每一个人的复杂秩序。生命的神奇体现在很多方面，最为特别的一个是来自于生命受到的重大限制：生命的运转不能停下来，不能为某种需求从头开始构造。发育中的胚胎无论发育到哪个阶段，都要兼顾维持自身的生存。每一个人的成熟也正在于接纳自己，理解自身的局限。小孩子才总是喜欢从头开始，而大人们总是选择步步为营。 我们知道这条路只能走一次。更好地理解我们如何来到这里，了解我们构建身体时所经过的那些让人讶异的过程，只会让我们在看到每个人的自我创造时带上更多的尊重与敬畏，无论这个人是陌生人，是朋友，还是自己——那个独一无二的自我。 单纯的混沌是不值得被尊敬的，但偶然诞生的人类这个秩序，以及这个秩序下诞生的每一个我们，值得被敬畏。

《生命的成形》作者杰米·A.戴维斯为英国解剖学教授，本书汇集了人类胚胎发育近年来的重要研究进展，涵盖了演化生物学、胚胎学、新生儿科学、遗传学、生理学、免疫学、畸形学等多学科领域的发现。 作者以“适应性自组织”为核心逻辑，详细描述了从微观分子到宏观形体等方方面面的发育过程与原理，还探讨了生命在进化过程中的优化机制，包括细胞死亡、意识形成、身体比例调控和微生物作用，并从发育的角度重新认识人体机能的种种局限与可能。 1、 遇见奇怪的科技 构成生物的三种重要成分是：蛋白质、mRNA和DNA。目前，生物结构中已知最重要的分子是蛋白质，蛋白质是由一个个氨基酸组成的长链。它们之间能够产生相互作用，氨基酸链也因此倾向于折叠成复杂的形状，折叠过程极其错综复杂，以至于人们目前还没有能力在已知氨基酸序列的情况下，精确推断出蛋白质的最终结构。不同的蛋白质，其氨基酸序列不同。 氨基酸根据另一种生物分子信使RNA（也称mRNA）指定的顺序添加到不断增长的蛋白质链中。RNA是一种复制了遗传信息的不同媒介，或称为“转录本”​​。正式读取基因编码的任务由蛋白质执行。不同的基因，其附近的短序列也各不相同。不同的基因会由相应的DNA结合蛋白结合并启动，只有细胞需要的那些基因会被读取出来。生命体合成出蛋白质，仅仅是因为活跃的基因（通过mRNA）指定了这个制造过程。这是一种会受到外部影响驱动的改变，改变特定蛋白质激活基因的能力：打破细胞当前的稳定状态，使其转向新的稳定状态。 蛋白质通常有一定的电荷模式。当电荷模式或形状互补，不同蛋白质上的裂隙和凸起就可以非常牢固地结合在一起。如果一种蛋白质只能与其他蛋白质结合，就会形成有确定大小和形状的蛋白复合体。转录和翻译基因的蛋白质就是这种类型。 多层级的调控加入化学上的自我装配过程，形成了能够组织结构来适应环境和生命所需的系统。适应性自组织是解释这个现象的关键。发育中的胚胎无论发育到哪个阶段，都要兼顾维持自身的生存。 第一部分 草图 2、 从单细胞到多细胞，本章将致力于讲述细胞的分裂机制。 这是转变为复杂形式的重大第一步。复杂生命体在不同的地方进行不同的活动。身体被规划为各司其职的器官，器官又进一步划分为不同的组织。人类的发育始于受精卵，直径大约为0.1毫米。受精卵通过分裂自身就可以形成多细胞的胚胎，并不需要停下来先让细胞生长。这种增殖方式就是卵裂。胚胎通过卵裂推迟了通过获取食物来保证生长的时间，直到成为一个多细胞实体，能够划分出专门用于获取食物的一部分。 未分裂的细胞有46条染色体，但每个分裂出的细胞也需要46条染色体。因此在每次细胞分裂前，染色体总需要复制一次。另有一套机制来保证细胞分裂后可以把染色体平均分配到子细胞中，还要保证每个子细胞都获得了完整的染色体。实现正确分配这套机制是动植物的重要特征，已经存在了25亿年。 每条DNA单链都携带了足够的信息，足以决定与其配对的链条的序列。新链条上的核苷酸序列由原始链的DNA序列决定，以保持特有的结构。完成复制后，DNA会结合蛋白质，一同构成染色体。这些过程高度依赖适应性自组织。 早期发育的重要事实是：所有细胞都具有同等的形成身体每个部分的能力，也就是说任何细胞都既不掌管全局，也不注定会变成身体的哪一部分。胚胎一旦达到16细胞期，就有足够的细胞组成新的形状，细胞也开始变得各不相同。真正的发育开始了。 3、 造就差异 在发育早期，胚胎一次又一次地利用“自由表面”的技巧，因为这样可以把几何结构转化成新的信息。 细胞在最初的几次分裂中根本不会使用自己的基因，取而代之的是利用卵细胞从母体那里继承来的分子储备，受精卵分裂出的细胞会均分这些储备。细胞分化意味着，一开始毫无二致的一群细胞不再毫无差异。 卵裂成32或64个细胞后，细胞就变得很小，其中一些细胞完全处于内部，被别的细胞包围。细胞不需要知道自己在胚胎内的精确位置：它们唯一需要探测的是，自己是否具有自由表面。那些有一部分暴露在外的细胞会激活一些基因，成为胚胎中最早分化的组织：滋养外胚层。它们需要操心的是，构建出给胚胎其他部分提供营养的结构。滋养层细胞和内细胞团变得不同，内部形成一个充满液体的空腔。 在胚胎启动自我分化程序、把自己打造成一个婴儿之前，内细胞团的所有细胞都有形成身体中任何细胞的潜力，这类细胞通常被人们称为“干细胞”。在一个普通的胚胎中，内细胞团只在很短的时间内具备这种多能性。它们很快开始分化，变得各不相同。 其中一面直接与液体接触的细胞形成新的细胞类型：下胚层，并形成卵黄囊。内细胞团剩下的与下胚层接触的部分也会变得与之前不同，形成上胚层。那些之前覆盖其上的细胞则会发生分离，因而形成新的空间：羊膜腔。上胚层将形成整个婴儿，其他的一切都会变成在子宫中供养生命的组织。现在的胚胎，就是原肠胚形成的起点。 4、 形成身体计划：生命里最重要的时刻，是原肠胚的形成。本章所有的研究都是引用在动物身上开展的相关研究。科学家不被允许在体外培养原肠胚。本章提到的发育事件都在2～3天内（即受孕后的15～17天内）发生，这彻底改变了胚胎的性质。 发育靠的是每个细胞对自身周围环境简单、自主的反应。原肠胚已经有了很多个支持组织，比如胎盘，还有两个充满液体的腔体：羊膜腔和卵黄囊。这个胚盘的边缘各部分还没有明显区别。第一个能（在实验动物中）检测到的变化发生在下胚层，细胞开始启动新的基因，包括一种合成DNA结合蛋白的特定基因：Hex。位于下胚层中部的细胞启动了Hex基因的表达，移动到胚盘的边缘，聚集在一起。由于打破下胚层辐射对称结构的过程所产生的蛋白质会干扰上胚层中的信号发送过程，上胚层的对称性也被打破了。上胚层已经可以对来自支持结构的信号做出响应，正是这些信号让它们准备好发展出身体后部的结构。这些上胚层细胞会产生一种信号蛋白，吸引周围的细胞向着它移动。这种吸引力和细胞移动标志着另一种极为重要的结构开始生成。这个结构叫：原条。 下胚层边缘的AVE细胞在决定原条产生位置时所发挥的初始作用非常重要。越来越多的细胞加入原条，条形越来越长，原本正圆形的胚盘变成了椭圆形。椭圆的长轴是身体长轴形成的第一个标志，从身体的头部顶端一直延伸到脊椎的最远端。原条最开始形成的部分靠近圆的外缘，这里将是臀部的位置。AVE会指定原条在上胚层的哪个部位形成。 原条的细胞聚集到像谷地一样的凹陷中，要么推开下胚层的细胞挤进去、变成内胚层的一部分，要么停留在两个胚层之间，形成中胚层。留在上胚层的细胞形成了外胚层。这个阶段的胚胎被称为原肠胚。几乎所有的动物都有这三个基本的胚层。 从原条处下潜的细胞创造了内胚层，脊索就在内胚层的中线处形成。脊索不止提供支持作用。它由特定类型的细胞构成，能够分泌特有的蛋白质，具有成为组织胚胎发育信号源的潜力。原条/原结系统还有另一个重要的功能：打破镜面对称关系。人类身体尺度上的不对称性最终起源于分子尺度上的不对称性，是蛋白复合体推动纤毛运动所导致的。原结的左侧长久地浸在从纤毛下方不断抽取的新鲜液体中，胚胎的左侧和右侧在基因表达上出现了轻微的差别。 5、 大脑之初 脊髓的头端其基本结构转变成了一系列膨大的结构，总和就是脑。神经系统远在很多其他内部脏器形成之前就已开始发育。神经系统完完全全来自外胚层中一条位于背部正中、连接了头尾的条带。 细胞连接—微丝系统提供了一种在外胚层和神经板之间穿梭的完整力学网络。细胞个体的动作会导致整个细胞层弯曲。神经系统开始形成的第一个标志是胚胎形状发生显著的改变，原肠胚形成后，随着两侧细胞不断流动、改变相邻的方式，又短又粗的胚胎迅速变得又细又长。这使得细胞直接向中心线迁移，为成为神经组织做好准备。被两侧普通外胚层细胞隔开的那些会响应普通外胚层发出的信号，后来成为边缘条带。细胞增殖产生向内的推力，把原来的边缘聚到一起。沟”就变成了“管”​。目前已知一种基于细胞黏附分子的机制可能参与其中。 人类神经管的闭合是一个较易出问题的过程。比如如果叶酸含量过低，细胞增殖的速度就会过低，脊柱裂的风险会因此增加。 本章这一伸长过程也是另一个重要的身体管道—消化道的形成过程。随着胚胎不断发育，这个管道会越来越长，未来发育成食管、胃、小肠上段的原始前肠，以及发育成后半段肠道的原始后肠的部分，逐渐清晰可辨。 胚胎已经发育出了三个主要的组织胚层和一条脊索，背侧有神经管，腹侧是肠管，它已经有了脊索动物的基本结构。不到四周的时间里，一个单细胞的胚胎通过自我组织，把自己变成了由几千个细胞组成的、具有简单身体结构的群体。 6、 分割 将身体分成很多体节是许多动物的共同特征，这些体节基本相似，但又因为所处身体位置不同而具有一定的特化特征，这也是人类解剖结构中一个重要而隐秘的特征。人体的体节最明显地体现在骨骼上，特别是脊椎。在人类的发育过程中，可见的分节特征最开始出现在神经管两侧的中胚层上。 体节是一个个依次出现的，人体胚胎大约每6小时形成一个体节。体节会随着发育过程的推进逐渐向底部发展。让原本不分节的组织出现体节，是通过改变细胞的黏附特性而实现的。胚胎需要用某种机制告知机体：一次只让一小段区域内的细胞发生转变。保证一个体节完成转变后，下一节段才开始进行。在发育早期，胚胎的体积很小，可以利用AVE发出信号的浓度梯度来定义头—尾轴的位置。之后，利用短距离的梯度创造一个体节，然后再沿着胚胎把一个体节长度的浓度梯度向下移动并如法炮制。蛋白质网络会互相控制对方的合成，有时可以直接或间接地抑制自身的合成。 “视黄酸的产生、FGF的产生、体节钟和胚胎向尾部生长”，四种机制在局部的细胞尺度上发挥作用，它们联合起来，在时间和空间上决定了一个细胞是否开始向新的体节转变。这个过程所需的空间信息就在DNA自身的分子尺度上，由4个基因簇承载。这类基因被称为HOX基因，它们共有13种基本形式。在4.6亿年的演化长河中，有颌类动物从未改变HOX基因簇上的基因顺序。HOX基因簇在原肠胚形成阶段就开始活动，影响身体模式形成。 第二部分 增加细节 7、 命运的对话 目前，身体已经有了可辨识的基本结构，但所有细节都尚待涌现。脊索会分泌一种蛋白质：音猬因子。脊索产生音猬因子，这种信号分子向临近神经管的组织扩散。这让接受了信号的组织分化成底板细胞，并开始自己产生音猬因子。神经管其他部分细胞的响应取决于它们接收到的音猬因子的浓度，而这与它们距离底板的高度密切相关。神经管细胞对音猬因子的反应，就是这些细胞开始向神经细胞转变的象征，后成为几种基本神经细胞中的一种。 随着底板合成，音猬因子呈现出浓度梯度。这导致附近的细胞自组织形成明确的分区。底板细胞和脊索共同合作，塑造了神经管的下半部分（腹侧）结构。经管背侧那些接收了来自外胚层信号的细胞，产生新的信号蛋白：WNT和BMP。WNT和BMP蛋白同样从产生它的细胞向外扩散，产生浓度梯度。这种梯度会引导神经管背侧分化。与神经管一样，体节也需要创造出内部差异，而它们利用的也是来自不同邻居组织的信号。体节会对各类信号做出反应，使得细胞分化为结缔组织和骨骼。 在本来单调的胚胎上创造出细节是大量细胞互相对话的结果。人类大约有五十分之一的基因会生产出以某种方式参与细胞信号传导的蛋白质。一种蛋白质能够扩散、创造出可用的浓度梯度范围，这是由生物物理学和生物化学定律决定的。对大多数蛋白质而言，这个范围大约是0.05毫米。 8、 内部旅程 目前，我们的讨论都集中在身体主干上的神经嵴细胞。细胞很早开始就具备了运动能力。推动细胞向前爬的动力涉及好几个相关联的机制。从内部推动细胞向前的机制是基于蛋白微丝的精细网络而运作起来的，机械力作用在细胞层。蛋白微丝的主要成分为肌动蛋白。膜区纤维成核蛋白的激活和加帽蛋白的失活创造出了不对称的环境，保证新的微丝向膜生长。细胞表面的黏附复合体位于细胞前缘的微丝分布的后方；肌球蛋白缆线在它的后方。 关于细胞运动，目前的猜想是，胚胎使用两种方法：一种是给细胞提供具有不同黏附特性的表面，让细胞选择；另一种是增加位于细胞前沿的纤维成核蛋白的活性。无论是细胞前沿还是细胞的主体，这些部位向黏性表面的移动都会更高效，细胞也就自然而然地被引导向这一侧。 不同类型的细胞会分泌出不同的分子组合，所以即使路过的是相同的表面，不同的细胞仍然会选择不同的方向。对信号的解读取决于解释者。让细胞的成熟过程依赖正确目的地所发出的信号，这一机制保证了那些还没有找到目的地的细胞继续找寻，而不是中途停下就开始成熟。正确的导航要依赖许多正确的细胞在正确的时机产生特定的物质。 必须从互动网络的层面，而不是通过单个基因去理解人类的发育。 9、 管道 如果从一个很小的尺度上观察，细胞内部充满了运动。这是基本的物理定律所带来的。分子的随机运动自然而然地创造出了一种机制，可以把食物、氧气和构成身体结构的原材料等溶解后带到需要的地方。但需要创造出一种高效的系统，把营养物质带到身体深处，且所到之处，与细胞的距离要短到足够让随机热扩散完成剩下的任务。解决这个问题需要以一种液体为传递载体，即血液的循环。 正常运作的血液系统需要以下几个组成部分：血液中的液体成分；专门用于携带氧气的血细胞；封闭管道系统；提供动力的“水泵”​。成血管细胞形成于中胚层的外缘部分，这些细胞向中央流动，聚集在神经管两侧，形成棒状结构。这些棒状开始变成中空状，形成管道，但主动脉之间在这个阶段互相独立，并不相通。它们的产生和增殖都受一种信号蛋白VEGF驱动，由中胚层和下方的内胚层分泌。 有音猬因子的条件下，成血管细胞互相连接，形成细胞网络。脊索产生Noggin蛋白会防止成血管细胞组成的棒状结构在胚胎中间合并在一起，保证它们在中线两侧分别形成棒状结构，之后再形成左右主动脉。而成血管细胞迁移到胚胎中线变成大血管之前，已经为变成动脉抑或静脉做好了准备。命运不同的细胞在表达蛋白时会有微妙的差异。 心脏是胚胎最早形成的器官之一，也是第一个具有功能的器官。怀孕19天后开始形成。心源细胞也来自中胚层的外缘，当左右边缘在肠道底部接触，心源细胞聚集形成位于消化道腹侧的单一区域。之后，心源细胞开始迁移，相互识别并增强彼此之间的连接。在平行的心脏管道的形成处，肠道的腹侧并没有脊索，因此就没有阻断信号。这两条管道相遇并融合在一起，形成了单一的、直径较大的管道：原始心脏。早期的心脏管道仅由铺设血管的细胞构成，几天以后，心脏就开始吸引其他类型的细胞。这些细胞形成心肌和其他心脏所需的组织。 心肌细胞不需要连接任何神经系统，仅仅依赖自身就可以完成收缩。在大静脉和心脏的连接处，血管直径和弹性会迅速转变。这足以反弹压力波，高效完成泵血任务。 在后续的发育过程中，基础心脏管道经历了复杂的折叠、接合和连接的改变，变成了具有多个瓣膜和四个腔室的复杂器官。一旦主动脉、大静脉和心脏发育齐备，胚胎就开始启用两种制造血管的新方法：已经存在的动脉或静脉上发展出侧支，伸入组织，会在侧支相遇的地方相互连接，生成让血流通过的连续管道；或运用套叠分支，能在保证血液流动的情况下产生新的分支，血管的顶部和底部分别有一个区域向内折叠，直到相互接触。细胞的黏着模式发生重构。 第一批血细胞就来自那些原本属于动脉壁的细胞。刚刚离开主动脉的细胞还不是血细胞，只是血细胞生产线上的干细胞。经过一长段时间，骨髓形成，造血干细胞再次迁移，并终生定居在骨髓中。新血管唯一需要做的就是探测缺氧组织的求救信号，并向着发出信号的地方生长，且对血流本身也十分敏感。 对循环系统持续自主的重塑避免了任何湍流热点的产生，从而使得血流始终温和流动，保证了把心脏在湍流中损失的力量降到最少。 10、器官的形成 根据器官的发育方式，躯干的内部器官可以分为三种主要类型。第一种类型仅包括心脏；第二种类型包含肺、肝脏、胰腺和胆囊，肝脏都是第一个形成的，它们都起源于内胚层的肠道和起源于中胚层的实质组织协作完成，神经嵴细胞也参与了部分器官的形成；第三种躯干内器官完全来自中胚层，其中包括脾脏、生殖腺、肾脏、子宫及泌尿生殖系统。每个器官会经历的发育事件都会以特定的顺序发生，最后每个器官都会发育出自己特有的解剖结构。 以肾脏为例，肾脏是发育自中胚层的器官中的典型代表。它们最初形成的可见标志是由几百个中胚层细胞构成的紧实细胞团。成形后的细胞团被称为生后肾间充质，其一个功能是分泌信号蛋白GDNF，这个蛋白会扩散到邻近的组织。实验证实，GDNF能够吸引管道分支。 肾脏把所有的小分子都过滤到一个临时等候区，再利用特异的运输系统把身体所需的有限几种分子重新吸收回来。过滤由几十万个工作单元肾小球来完成。滤网过滤出的液体会进入肾单位，并被新产生的液体推动着前进，进入并通过一个有着树状结构的收集管，形成尿液到达膀胱。 肾脏是发育自中胚层的器官中的典型代表。最初形成的可见标志是由几百个中胚层细胞构成的紧实细胞团，被称为“生后肾间充质”（间充质）。实验证实，GDNF能够吸引管道分支，器官就进入了自主阶段，输尿管芽和间充质缺一不可。信号诱导管道不断生长并继续产生更多分支，这些分支又会长出新的分支。帽状间充质细胞与分支管道之间相互支持，这株管道之树会成为肾脏的尿液收集系统。血管必须形成分支系统，把血液带入千百个过滤单元。这个系统到处都互相依赖。器官只需利用内部组织间的互相交流就可以发生适应身体大小的重大改变，甚至很多是形状上的变化。 脊椎动物演化的一大特征就是很多新器官的产生。这些器官经常借用更早期演化出的器官自带的控制系统，相对独立、互相隔离的控制系统意味着，它们可以互不打扰地控制自身。因而，不同的器官可以重新利用相同的系统，从而减少每次演化出新结构时必须全新配套创造出来的东西。身体在发育过程中广泛采用了这种利用灵活交流而非提前规划好的方式。 11、伸展手臂（和腿） 从演化历史上和发育过程看，脊椎动物的四肢要比躯干和头部的基本解剖结构出现得晚得多。人类胚胎出现四肢的迹象最早表现在怀孕后的第24天，此时躯干的主要结构已成形。四肢发育始于胚胎侧面两个小小的突起，位置比心脏稍往前一些，将来会发育成手臂。另一头的相对位置上也会发育出两个类似的突起，是腿的雏形。躯干中胚层发出的信号诱导了整个过程，对应手臂和腿部水平的中胚层细胞开启了新基因的表达。外胚层会在其位置增厚条形，然后会因为下层细胞的增殖而形成一个肿块样的肢芽，继而变成桨叶状的早期体肢。 肢芽中的大多数细胞都有发育出骨头、肌腱等各种组织的能力，依靠的是探测肢体内部几个固定位置发出的不同信号分子的浓度梯度。肢体逐渐伸长，大多数细胞增殖都发生在尖端附近的渐进带，正在发育的四肢两端的细胞会接触到不同（或不同浓度）的信号分子。信号比例假说目前看是较为合理的，虽然还有很多细节尚待探索。 12、Y染色体 两性的胚胎最初并没有解剖上的差异，胚胎有两种潜在的发育途径，胚胎组织选择遵循其中一条来完成发育。哺乳动物中最先在男女之间做出的选择是性腺。体细胞和生殖细胞系起源于胚胎的不同位置。生殖细胞系中的细胞是唯一有能力把遗传物质贡献给下一代的细胞，它们是整个生殖系统的重点所在。而生殖腺的其他细胞都属于体细胞。 约在原肠胚形成前，生殖细胞系变得可以识别，它们停留在原条后部的上胚层中，约有50个细胞。当身体的基本结构完成，它们才再次进入体内，在这过程中，生殖细胞系的细胞还在增殖。决定个体性别的是性腺的体细胞。 性别决定过程要用到一系列蛋白的相互作用。如果一个胚胎含有Y染色体，那么WT1就会让染色体上生产SRY蛋白，SOX9蛋白的第一个功能就是维持自身的持续产生，它的表达激活了一个基于FGF信号蛋白的信号通路，这个信号通路会反过来激发SOX9的表达，胚胎已注定成为男性。它们的形状和生化特性变得适于给精子的制造过程提供支持和营养，并联合性腺中的其他细胞构建睾丸。而在雌性体内，WT1的表达最终会导致WNT4的表达，后者会引导性腺的细胞发育成卵巢。 这些细胞发出的信号会让生殖细胞系进入一种特殊的分裂：减数分裂。减数分裂是精子和卵细胞形成的关键过程，其产生的子细胞并不拥有原来细胞的全部染色体。每个子细胞只会携带每个染色体的一个版本，精子和卵细胞结合又会让细胞的染色体数目恢复正常。 进入减数分裂阶段后，每个细胞几乎是完全随机地交换染色体片段，因而一个个体产生的精子或卵细胞，个个都不相同。染色体的DNA在演化过程中不断突变。全身各处的细胞与性腺内的细胞分享着相同的染色体，主要依赖性腺发出的信号来决定发育方向。这些信号由易于长距离传播的小分子——激素构成。这些信号由易于长距离传播的小分子——激素构成。同样的组织发生了不同的形变 ，分别发育出男性和女性的外生殖器。信号发出和应答如果出现不极端的异常，会导致身体上出现不严重的性别模糊。 13、神经线路 中枢神经系统起源于早期胚胎的神经管，神经管由神经沟向内部折叠而成。如果细胞发现自己紧邻神经管中央的空腔，就会表现出与那些位于神经管壁中间的细胞不同的变化，而中间的细胞又会与位于外层的细胞有所不同。在大脑中，非常多的神经元在神经管内迁移，从一个地方换到另一个地方。神经元与周围细胞的联系方式主要是发展出细长的部件：树突和轴突。树突可以接收神经元的输入并进行局部计算，轴突则把神经元产生的信号带到其他神经元和肌肉。 轴突与另一个胞体接触的地方，会形成一种特殊的连接结构：突触。信号就是通过突触传播的。更多的突触传播依赖神经递质的释放。不同类型的神经元使用的神经递质不同。有些药物可以模拟或抑制某些神经递质。神经系统发育中要解决的最重要的问题，就是如何安排这些“线路”​。过程的完成主要有赖于一个结构，位于发育中的轴突顶端：生长锥。 生长锥主要由蛋白质构成，它的中心，肌球蛋白等马达蛋白与微丝互动，让微丝形成能够收缩的束状结构，这个结构会把前方的膜向后拉拽。生长锥上备有特殊的蛋白质复合体，能黏附到它们所附着的细胞表面的特定组分上。为微丝系统有效地提供了锚定，让生长锥前缘有了可以推动的地方。每种复合体会黏附在下表面不同部分的分子上。不同的神经元，即使面对相同的选择也依然能够找到自己独特的生长路径。黏附性的差异性是生长锥依赖的唯一一种导航信号。生长锥的不同生活阶段可以改变自身表达的蛋白类型。 随着中枢神经系统的发育，来自周围组织的信号以及细胞本身的蛋白质决定了基因的开启和关闭。这其中有些基因产生的蛋白质又作为邻居细胞的信号，影响它们的基因表达。这种方式对错误的容忍力极低，任何早期失败都可能导致后续不成比例的严重后果。所以，有关神经的基因缺陷都会给脑功能带来严重的影响。许多精准连接的形成依赖的是在已经连通的神经系统中传播的信号，它们不断完善模式、增加连接强度，持续人的一生。 第三部分 精雕细琢 14、死亡造人 健康的躯体由无数细胞的死亡塑造而成。细胞选择死亡原因之一是它参与构成的组织是身体建造过程中所必需的，但不是最终产物的一部分，类似于脚手架，比如细胞选择性死亡在消除鸭的足蹼过程中就有重要性。细胞选择性死亡也经常在永久性组织中出现，主要是为了去除过量的细胞，比如正在发育的脊髓中的运动神经元。 超量的细胞群体中，细胞为了有限的存活因子而相互竞争，只有那些与信号源建立了最强连接的才会存活下来。“营养假说”​主张，所有细胞的生存都依赖于来自其他细胞的有限量的存活因子。细胞这种依赖其他细胞发出的信号而生存的特性，也在改变临床治疗：医生操纵细胞生存信号的能力越来越强。 15、制造意识 大脑发育自神经管。人脑的基本形状由一系列的膨大和折叠塑造而成。人类的端脑大幅增长，在大脑的其他部位上延伸，直到覆盖所有区域，然后继续形成更多的褶皱，在有限的空间内形成更多表面。神经生物学对人类意识的运作还知之甚少，还不能给出完整的解释。但关于“学习”，可以给出某个框架。 学习过程依赖的是神经元受到刺激后对连接的改变。来自多个突触的神经元可以叠加起来，让接收神经元活跃起来。这意味着神经元放电可以是对它们接收到的所有信号的综合响应，基本上就是让大脑综合各种信息来决定其活动。 有两种改变神经元之间连接的方式。第一种是保持连接的解剖结构不变，只在生化上改变它们传播信号的效果，其优点是可以迅速发生。另一种是破坏已有连接，扩展新的连接，从而改变线路连接模式，这一种慢一些。第一种学习方式的运作机制是：改变已有连接的强度，学习就可能自动发生了，比如巴甫洛夫的条件反射。许多系统的突触都涉及一种神经递质：谷氨酸。接收神经元有两种针对这种神经递质的受体：AMPAR和NMDAR，NMDAR的活动控制着AMPAR激活接收细胞的能力。 无论是在人类还是低等动物中，大脑连接本身可以改变。这种根据活动更改连接的能力，给自己提供了根据信号之间的关系变成硬连线的机制，把外部世界表现一致的输入联系到一起，让它们控制同样的神经元。同时，一起放电的神经元也连接到了一起。比如，对语言的理解部分依赖于在现实中的物品、位置和对应词汇之间建立起稳定的神经联系。那些和联想学习相关的脑区与需要回想大量地理信息的生活方式之间有一定关系。它展示了另一种大脑根据环境改变自身的方式。 大脑构建过程中，活跃的基因并不规定特定的最终解剖结构，基因制造的蛋白质联合起来，根据上游或下游信号的一致性，加强、减弱或摧毁连接。通过持续地比较输入和输出，这些系统一点点地改造大脑、改变信号的连接方式，以三维结构的神经连接记录着学到的东西。 几乎所有重要的环节都需要基因和环境的共同参与。由特定基因合成的蛋白质，它们的活动会建立起神经机制，会根据它们所处的环境决定自身的连接方式。 16、比例之魅 成长过程中，身体的各部分都控制着自己的大小，让彼此保持正确的比例。也就是以这种方式，身体基本上接近保持对称。骨骼生长依靠的是细胞增殖与成熟的自我组织，这两部分会发出信号互相交流。垂体是分泌多种激素的复杂器官，而控制身体大小的最关键激素是生长激素。生长激素不会直接影响细胞的生长和增殖，它会让一些细胞产生另一种长距离信号分子：胰岛素样生长分子—I，生长控制异常的个体通常不会保持正常的比例。身体的各个部分会分别对生长激素、IGF-I和其他激素做出自己的反应。 循环系统中的生长激素可以刺激骨骼生长，骨骼会随着生长变得对激素越来越不敏感。四肢骨的生长并非发生在整个骨头上，而是集中在靠近骨的一端的特定区域：生长板。骨头的生长速度主要由生长板外侧的增殖速度，以及细胞与增殖区分离、开始成为软骨的速度决定。随着软骨的成熟，其中的成软骨细胞死去，被成熟骨质连接处的成骨细胞取代。这些细胞侵入软骨，将其转化为骨质。与此同时，增殖区又分裂出更多的细胞，整个过程不断重复，让骨头稳定增长。 ​性激素是青春期爆发式生长的驱动力，但激素达到极高水平后，会干扰生长板的自组织，使它关闭，生长也就停止了。生长激素由垂体直接分泌，性激素则从受垂体调控的腺体分泌。因此，虽然骨骼是组织生长的主人，但还是要接受垂体的指挥。 证据证明，机械张力能驱动增殖。试验中，角落里的那些细胞会受到强烈的机械力。这些细胞比位于中间、未受到张力的细胞分裂得更快。张力与拉扯很可能是细胞分裂不足的信号，挤压和聚集可以告知细胞可以停止增殖，其中机制还尚未可知。 17、交友与迎敌 关于微生物。最近的研究显示，人类与有益微生物之间由于长期联盟，已经演化出了完善的交流方式，使得这两种不同的有机体可以作为一整个系统发挥作用。以肠道为例，细菌只要身处消化系统，就会开始分泌一种能被小肠细胞检测到的分子。这种小分子与前面提到的身体自身用于交流的分子信号有很大的差别，与细菌日常代谢的关系更紧密。 小肠对这种分子的响应，以微妙的方式改变了自身的新陈代谢。在健康的肠道中，每克组织内含有数十亿到上百亿的细菌，分泌一种酶，作用于人体自身分泌的酶所不能处理的东西。第二个作用是让食物更安全，细菌分泌的酶类攻击的另一些分子具有潜在的毒性或者会致癌。有些肠道细菌可以生产一定数量的维生素K，人类自身并不能合成。还有些微生物会生产叶酸。阴道内也有丰富的有益菌。阴道乳酸杆菌以黏液为食，同时分泌乳酸，让环境中的酸性强到不宜于大多数微生物生存。 共生菌进入婴儿的口中后，就会在孩子吞咽口水或奶水时被一起吞下，通过胃部一路到达肠道。蛋白质—糖复合体由于个头太大而不能直接通过细菌细胞表面的摄取通道。细菌如果想以其为食，必须首先获得能够切割其中化学键的酶，并且需要不同的酶来切割糖链末端不同的糖类。比如多形拟杆菌会产生一种可以将岩藻糖从糖链末端释放出来的酶，而肠道得到的好处是可以帮着处理食物内难以消化的那些成分，将能够吸收的营养释放出来。共生菌的信号让肠道给糖链添加岩藻糖基、产生内部信号激发毛细血管生长、分泌能杀死对手细菌的化合物。 “友好的细菌”只有待在安全的地方时才是朋友。我们的防御系统分为三道防线。第一道是被动防御，包括物理防御和化学防御，比如皮肤、粘膜、细胞壁；第二道防线是主动防御，由具有迁移特性的各种“吞噬细胞”完成，它们起源于骨髓。第三道防线，是脊椎动物独有的：从经验中学习，这道防线增加的是几种细胞以及至关重要的一组高度特异性蛋白——适应性免疫系统。适应性免疫系统中，受体发挥着与神经元间连接部分类似的功能，创造大量的可能性，然后利用通过的信号流量决定消除和保留哪些产物。最关键的受体源生自脊椎动物独有的一类细胞：T细胞。人体只有大约2.5万种基因，而适应性免疫系统需要产生数百万种不同的TCR（T细胞受体），所以每个T细胞用于编码TCR的基因，仅在决定结合偏好性的那段上呈现完全随机的序列。而每个细胞只能产生一个版本的TCR，这些TCR都不会被身体成分强烈激活，但又总会对至少某种身体成分呈现微弱的响应。另一类很相似的细胞是发育自骨髓的B细胞，它也用同样的方法产生B细胞受体（BCR）。如果B细胞与BCR识别出的细菌片段结合，它就会把片段呈递给T细胞。如果有T细胞识别出片段，细胞间的交流就会激活B细胞,从而产生抗体。大脑和适应性免疫系统这两类主要的学习系统合作，是人类的第四道防线。 适应性免疫最初的启动是建立在对细菌的产物，还有应激和死亡组织产生的警示信号基础上的。学习方面既会依赖细胞增殖​，还会依赖大多数子细胞很快死掉之后，部分细胞长久存活下去的能力。记忆细胞会比第一次参与抵御的细胞敏感得多。适应性免疫的学习反应是接种疫苗这种医疗技术的基础，也不需要事先在遗传上了解它将面对的敌人的化学细节。 仅与共生菌接触、没有发生应激的肠道细胞会分泌两种蛋白，诱导附近的吞噬细胞进入冷静状态。当肠道细胞接触到搞破坏的细菌时，它们就会转而发送警告信号。 18、维修模式 生物总需要修复，一部分原因是所有的生物都有受到外部破坏的可能，也因为我们的组成材料天生就很脆弱。器官维护自身的方式是从内部持续地一点点修复，其原因可能有三：很多器官起源于胚胎或胎儿中的某些组织，并不存在于成年人的身体；身体的很多部分老化与磨损的速度非常快；新旧器官的交换在空间和运筹调度上会遇到极大的困难。 一些情况下，组织运用“同级置换”，这个系统的关键问题是所有的细胞都广泛、平等地受到保护，所以代价高昂。利用干细胞的活动来维护，比同级替换系统有着显著的优势。比如，在肠道中，解决细胞损耗的是肠道干细胞。在小肠中，整个内表层由指状的小型柱状结构覆盖，这种结构被称为小肠绒毛，小肠绒毛之间的位置向下折叠形成狭小的凹陷，即隐窝。隐窝的底部由潘氏细胞构成，这种细胞能特异性地分泌可以杀死细菌的蛋白质，隐窝特有的位置让它不容易受到机械损伤，又有黏液保护它不受化学侵害，比小肠绒毛安全得多。肠道干细胞就栖居在隐窝深处。 肠道干细胞都在维持自己种群的同时释放部分细胞，这些细胞开始沿着隐窝向上转移。它们一边移动一边分裂，每个细胞决定了将来会成为哪种肠道细胞。小肠细胞损失的速度与个人健康状况和饮食习惯有关。尚不知晓到底采用什么机制来检测自身所需的分裂速度，但确定的是其中的信号是WNT蛋白。围绕着干细胞的细胞就是WNT信号的源头。角膜也如此，角膜一旦形成，干细胞会产生替代磨损角膜的结构，增殖的细胞从干细胞区离开，呈辐射状向着瞳孔的正中心。 肠道和角膜细胞都是处在较恶劣环境中的组织：成熟细胞大幅磨损，干细胞增殖速度较快。许多组织所在的环境更安全，成熟细胞可以存活数月或数年。这些组织的干细胞只会偶尔增殖，但在受到感染或损伤后的大规模修复中能发挥至关重要的作用，比如肾脏细胞。 大量的血液干细胞和发育中的血细胞构成了骨髓的一大部分。造血干细胞群缓慢增殖，既维系自己的数量，也产生最终会成熟的子细胞。已经确定将来会形成红细胞的细胞携带的表面受体可以对促红细胞生成素产生响应。促红细胞生成素主要由肾脏的部分区域产生，检测到的浓度越低，肾细胞制造和分泌的促红细胞生成素就越多。只有肾脏这一个来源，但是疾病会扰乱系统，导致发出假信号。 干细胞的损伤监测系统并非完美，即使是干细胞，偶尔也会发生突变。 第四部分 展望 19、观点 科学的“艺术”中最重要的，就是掌握从有限的实例中发现真理的技巧。在发育的每个阶段，基于蛋白质的机制都会检测来自环境的信号，这些信号可能是机械性的（张力、自由表面）​，也可能是生物化学的（来自其他组织的分子）​。这些信号，连同信号的内部状态共同决定了细胞的下一步行动。 细胞之间的信号只有两个目的：增加复杂性和纠正错误。发育灵活性的核心在于信号回路：不仅是信号，还有反馈回路，即过程产生的结果又会返回来控制过程。反馈回路的存在让细胞间的交流变成了真正的对话，细胞间的行为变得极度互相依赖。 发育机制中一个惊人的特色就是它的嵌套结构，后者将原先形成的组织收罗其中，来完成更精细的事件。合理地利用关于异常发育和其起因的信息，已经（也将继续）极大地帮助我们理解正常的发育过程。 现在很可能已经找到这个领域的基本规则：基因控制、细胞交流和细胞运动等。但是科学的发展史警告我们，共识不等于事实。从细胞交流网络的连接模式中可能更适合找出真正新鲜的真相：不是分子信号的连接细节，而是整体的模式，也就是“连接图”​。已有的认识已经开始应用于建立新的医疗手段，比如干细胞疗法、或运用间充质干细胞作为填充移植器官的结缔组织可以避免免疫排斥等。 本书并未止步于理论探讨，而是将发育生物学与医学实践结合。作者指出，理解胚胎的自我修复机制，可为再生医学提供灵感；而发育过程中的“容错性”则解释了人类某些先天疾病的根源。跨学科的视野，让读者意识到生命科学不仅是实验室中的研究，更是关乎人类健康的核心议题。作为国际生物发育学权威专家，戴维斯整合了演化生物学、拓扑学等多学科成果，既呈现经典认知如“原肠胚形成”的里程碑意义，也展望了未来的可能，“生命是一片自我创造之地”，所谓奇迹，正是我们自己。

相比于一般的科普读物，稍微晦涩的点，不过耐着性子读还是可以读下去的。生命的成形不是开始就有定好的蓝图，而是在生长过程中不断通过信号互相协作完成的，这太让人惊讶了。类比到大模型的注意力机制，从而实现能力的泛化涌现。细胞蛋白质的协同机制和自组织性也许可以给AGI一些启发。

读下来这本书不是简单的科普，里面讲的一些内容还是相对比较深的，也花了一些时间仔细琢磨，最大的收获可能是这一点：这本书讲到身体的自组织对于生物个体的发育是非常重要的，虽然知道个体发育和基因有关系，但基因只告诉了应该用什么材料，怎么建造等，但自组织系统告诉我们在哪建造，什么时候建造，建造多少。在个体发育方面，这两者只能说是相辅相成，一个硬币的两面。而不能用传统的基因决定的论来审视和理解个体的出现、发育和维持。读完以后的唯一感觉就是意犹未尽，好多内容还想知道细节，需要去找更多的书来看，这本书算是引入了门，而且还是比较深的那种…让人产生一种智力上的愉悦感。非常推荐阅读

这是一本非常有趣的关于发育生物学的科普书，兼具深度和广度。深度来源于专业知识和前沿的研究；而广度来源于作者把生命当做一个复杂系统的独特视角和诸多生动有趣的类比。 一个印象比较深的类比是关于人体发育和建筑建造过程的类比，建筑可以分成很多步骤，从局部逐渐构建出整体；然而对于生命体的发育过程却有一个非常强的约束条件，从受精卵开始的任何时刻都必须保证生命体是一个完整的活着的个体。

《生命的成形》 本书汇集了人类胚胎发育近年来的重要研究进展，涵盖了演化生物学、胚胎学、新生儿科学、遗传学、生理学、免疫学、畸形学等多学科领域的发现。 作者以“适应性自组织”为核心逻辑，详细描述了从微观分子到宏观形体等方方面面的发育过程与原理。 通过数学、物理学、控制论等抽象思维，从拓扑学等角度深入思考完整的发育是如何实现的，以及人为什么会发育出现在的种种生理机制与形态。 此外，本书还探讨了生命在进化过程中的优化机制，包括细胞死亡、意识形成、身体比例调控和微生物作用，并从发育的角度重新认识人体机能的种种局限与可能。 通过这些内容，我们读者不仅可以深入了解生命形成的复杂过程，还能拓展对生物学原理和应用的理解。

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【2023得到听书笔记📒】20230301#生命根本就没有设计图，在适应性自组织的指导下，基因决定的只是生命成形的过程，它不在乎结果。这也能给我们的生活和工作上以很多启示。 1.生命的发育过程 （1）发育过程 与工程机械的构造过程不同细胞遵循规则，各自行事，却形成了复杂且协调的人体（2）三个特点 基因不直接控制发育过程，而以循环、分散的方式指导身体的发育生物分子自我组装，形成更大规模的结构生命运转一旦开始就不能停止，绝对无法为某种需求重新开始构造（3）生命孕育自身的方式——核心规则——“适应性自组织”（以简单的组分通过简单的规则自发组织形成无比复杂的生命） 2.适应性自组织 （1）怎样实现 1）适应性自组织主要靠细胞间的信息交流来实现 2）胚胎发育的各阶段细胞检测外来信号：有化学信号，也有物理信号 3）根据信号内容和自身状态决定下一步的行动，同时反馈出自己的信号进一步影响其他细胞 （2）有何意义 1）增加复杂性：分裂（分化产生足够多数量和种类的细胞） 2）不断纠错：细胞间信息交流过程中产生的错误 3）通过细胞间的信息交流触发某些临界点，启动细胞特定基因，复杂性也会随之增加 3.生命如何自我成形——生命自我成形的主要过程 1）胚胎头尾方向的确定同时也确定了人身体相应的生长方向 2）神经管的构造，胚胎后背中央的那一长条细胞，成熟时会向内挤压，形成深沟（深沟会闭合呈管状进入胚胎内部，就形成最原始的神经管） 3）器官和四肢的形成 器官：例如肾脏——间充质与管道细胞间互传信号，双方迅速增殖，并形成一个具体的肾单位，无数个肾单位和管道网络，共同构成了肾脏四肢：怀孕的第24天——胚胎躯干主要结构成形，这是胚胎两侧会出现2个小小的突起，随着细胞不断增殖，突起会逐渐伸长形成四肢4）性别的分化：男女差异，都来自男性Y染色体上一个名叫SKY的特定基因 💡 生命的发育过程有三个特点，一是基因并没有直接控制发育的过程，而是以一种循环、分散式的方式指导身体的发育，二是生物分子可以自我组装，三是生命一旦开始就不能停止。生命发育的核心规则是“适应性自组织”。正是通过适应性自组织的引导，生命才能凭借一些简单的组成部分和一些简单的规则，构建起极其复杂的人体。无论是胚胎头尾方向的确定、神经管的构造、器官和四肢的形成，还是性别的分化，适应性自组织的力量始终贯穿其中。生命根本就没有设计图，在适应性自组织的指导下，基因决定的只是生命成形的过程，它不在乎结果。

生命是一个奇迹，我们大多数人未曾善用它。 生命是一次等数亿年才成行的旅行——假如宇宙耗时138亿年，地球诞生46亿年。 在此之上，才有生命。 在此之上，才有了我。 我是我们之一，每一个我们都是我。

从单一受精卵如何发育到婴儿，看这本就够了。发育的方法并非是规划出来的，而是依靠自组织方法，道生一，一生二，二生三，三生万物。胚胎发育自组织的底层逻辑是基因，因此依靠受精卵就能发育出复杂的人形。关于xx基因，要理解是必要性，而不是充分性。基因是复用的，不会一个基因对应一个广义的功能，如单翅基因。各种基因如何互动完成广义的功能是人类以后需要再探索的。