心臟為什么長(zhǎng)在左邊

“出門向左轉(zhuǎn)，沿著大街一直向前走就到了。”

這是一句很常見的指路語，我們每個(gè)人大概都說過?？墒悄阌袥]有想過，對(duì)方是如何知道哪邊是左的？

這不是抬杠，而是發(fā)育生物學(xué)必須回答的一個(gè)很重要的問題。眾所周知，所有高等動(dòng)物都始于一只受精卵，我們可以把它想象成一個(gè)圓球，沒有左右之分。之后這個(gè)受精卵開始分裂，形成復(fù)雜的胚胎。人類胚胎發(fā)育前期都是左右對(duì)稱的，直到第六周的時(shí)候，未來將會(huì)發(fā)育成心臟的那根管子才開始向左彎曲，然后胃和肝臟分別向身體中軸線的兩側(cè)漂移，大腸則在右側(cè)長(zhǎng)出一個(gè)闌尾，再后來肺部也分出了左右，右肺長(zhǎng)出三個(gè)肺葉，左肺只長(zhǎng)出兩個(gè)。但是，腎臟和女性卵巢等少數(shù)器官卻沒有區(qū)別，依然左右對(duì)稱。

這個(gè)過程聽上去很簡(jiǎn)單，可是這些不同的器官是如何知道自己該往哪里長(zhǎng)的呢？答案比你想象的要復(fù)雜得多。

從數(shù)學(xué)上講，任何一個(gè)三維物體的前兩維都是不需要參照系就可以建立起來的。讓我們想象一個(gè)圓球，隨便找出一點(diǎn)當(dāng)作頭，對(duì)應(yīng)的部位就是尾，這很容易理解。接下來，我們?cè)偃我庹页鲆稽c(diǎn)當(dāng)作正面，對(duì)應(yīng)的一側(cè)就是反面，這也毫無問題。但是第三維就不那么容易建立了，如果沒有參照系的話，我們是無法確定左右的。

為了說明這一點(diǎn)，請(qǐng)把自己想象成一個(gè)圓球，身處一個(gè)左右完全對(duì)稱的物體內(nèi)，請(qǐng)問你將如何知道自己是在左側(cè)還是右側(cè)呢？事實(shí)上，如果沒有其他參照物（比如自己的手）的話，這是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。

別小看這個(gè)問題，對(duì)于一個(gè)正在發(fā)育階段的胚胎來說，這可是個(gè)大麻煩。如果一個(gè)胚胎內(nèi)的細(xì)胞分不清左右，只能隨機(jī)地選擇身份的話，那么我們?nèi)祟悓⒂幸话胄呐K在左，另一半心臟在右。事實(shí)顯然不是這樣，這說明胚胎細(xì)胞以某種神秘的方式判斷出了自己所在的位置。

當(dāng)然了，科學(xué)是不承認(rèn)“神力”的，既然大部分人的心臟長(zhǎng)在左側(cè)，這就說明生命找到了一個(gè)合適的參照系。

化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，自然界存在一類“手性分子”，它們完全可以為左右之分提供一個(gè)初始參照系。世界上最簡(jiǎn)單的手性分子就是以碳原子為中心的氨基酸，它很像一座金字塔，碳原子就是位于塔心的法老陵墓，它通過四個(gè)化學(xué)鍵分別連著金字塔的四個(gè)角，每個(gè)角上各有一個(gè)不同的原子團(tuán)。這四個(gè)原子團(tuán)的排列方式有兩種，互為鏡像，彼此不能重疊。區(qū)分這兩種分子最直觀的方法就是讓它按照一定規(guī)則旋轉(zhuǎn)起來，你立刻就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩種分子的旋轉(zhuǎn)方向是不同的，一個(gè)順時(shí)針，一個(gè)逆時(shí)針。

氨基酸是生命最基本的結(jié)構(gòu)單位，已知地球上的所有生命使用的氨基酸都是左手性的，很可能就是這些氨基酸提供了最初的參照系。事實(shí)上，人類胚胎發(fā)育過程中的左右之分正是通過旋轉(zhuǎn)的方式確立的。

研究發(fā)現(xiàn)，在人類胚胎發(fā)育到第六周之前，雖然看上去仍然是左右對(duì)稱的，但實(shí)際上胚胎左右兩邊的分子構(gòu)成已經(jīng)出現(xiàn)了差異，而這種差異是由一個(gè)名為“節(jié)點(diǎn)”的小裝置實(shí)現(xiàn)的，它就像一個(gè)小坑，位于胚胎的中軸線上。坑內(nèi)有幾百個(gè)微小的纖毛，以每秒大約10圈的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)小坑并不是垂直向上的，而是向胚胎的尾部?jī)A斜。于是，隨著纖毛的轉(zhuǎn)動(dòng)，胚胎細(xì)胞周圍的液體便開始從右向左流動(dòng)，導(dǎo)致左右兩側(cè)出現(xiàn)了差異。事實(shí)上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)只需要兩根纖毛的轉(zhuǎn)動(dòng)就足以導(dǎo)致胚胎左右不對(duì)稱了。

此后發(fā)生的事情存在兩個(gè)理論。著名數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈早在上世紀(jì)50年代就提出過一個(gè)形態(tài)發(fā)生理論，該理論認(rèn)為纖毛的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致胚胎左右兩側(cè)的蛋白質(zhì)濃度從高到低出現(xiàn)了一個(gè)梯度，正是這個(gè)濃度梯度決定了左右兩側(cè)發(fā)育情況的不同。

這個(gè)理論存在了半個(gè)多世紀(jì)，甚至被寫進(jìn)了胚胎學(xué)教科書。但是近年來不斷有人挑戰(zhàn)這個(gè)理論，比如新加坡南洋理工大學(xué)的蘇迪普托·羅伊博士發(fā)表了一篇論文，提出“節(jié)點(diǎn)”周圍的纖毛能夠直接感知到液體的流動(dòng)，不需要蛋白質(zhì)的濃度梯度就足以觸發(fā)左右兩側(cè)的不對(duì)稱發(fā)育。

研究不對(duì)稱發(fā)育的機(jī)理除了理論上的意義外，在臨床上也有價(jià)值。我們都聽說過“反轉(zhuǎn)人”，他們體內(nèi)的臟器位置和正常人正相反。如果全部臟器都反轉(zhuǎn)了倒也沒有問題，可不少人發(fā)生了不完全反轉(zhuǎn)，也就是心臟和其他臟器的步調(diào)不一致。一旦出現(xiàn)這種情況，病人很可能有生命危險(xiǎn)，必須提早預(yù)防。