為什麼內臟不是對稱的？
為什麼五官四肢是對稱的，而內臟卻不是？
我研究的課題就是左右軸的建立機制，不過不是關於人的。左右軸建立是發育生物學的一個大問題，從1995分子水平研究開始，至今也沒有完全研究清楚。下面就以小鼠為例簡單說下左右形成的一個假說吧~~
- 在發育初期，所有基因的表達都可以說是左右對稱的，直至原腸晚期。這時小鼠的腹側後端會形成一個水滴形的結構，稱為節點（Node）。node裡面分布著定位在細胞表面後端的極性纖毛，這些纖毛順時針轉動，形成向左側的液流。液流帶動某種或者某些神秘的物質（現在還不知道）流向左側，這種左側的定向流就打破了原來左右對稱的模式，引起一系列基因的左右不對稱分布。下圖左顯示Node位置，圖中顯示Node(也叫PNC)形狀及其中分布的纖毛，圖右顯示纖毛在節點細胞的定位及轉動方向。
- 一般認為最先不對稱的基因是Cerberus(Cer),英文原意是三頭怪獸冥府看門狗。受左側液流影響，Cer由原來的對稱表達逐漸變為偏向右側表達，從而抑制右側的Nodal基因，使Nodal在右側的表達消失，偏向於左側表達。Nodal基因可以自誘導，從而使自身在左側的表達不斷增強。同時還可誘導Lefty和Pitx在左側表達。Lefty是Nodal的反饋抑制因子，擴散速度也比Nodal快。當Lefty超過一定濃度時，可以抑制Nodal進一步自誘導，這樣既可將Nodal控制在一定濃度範圍類，不會因為過高而擴散到右側。而Pitx基因身為轉錄因子，可以調控形成內臟器官的基因，從而調控內髒的左右位置。下圖為這幾個基因之間的調控關係，Nodal/Lefty/Pitx這樣的關係稱為Nodal級聯。
- 如果敲除了Cer或者Lefty,或者破壞了Node中的纖毛,Nodal基因會由偏向左側變為紊亂，有些還是偏左，有些偏右，有些兩邊都有，造成的表型之一就是心臟有些還在左邊，有些就在右邊了，有些還跟原來的呈鏡像對稱。還會造成腸的捲曲方向發生改變，肺葉分布改變。當然等待大部分突變小鼠的命運就是死亡。電視劇中不是經常出現這種劇情嘛，壞人拿劍徑直向男主心臟刺去，誰知道居然沒有立即死，然後就被告知，人家的心臟天生就跟你們這些配角不一樣，長右邊呢。其內在的原理就是這個啦。
- 以上只是基於目前的研究成果，研究者提出的關於左右軸形成的其中一個假說，還是有其他假說的。只是我憑記憶連個大概都說不了，就不說了吧（就是懶得翻文獻。。）。
- 至於題主問的為啥外表對稱，內臟不對稱，以下又是我憑記憶扯的。Pitx是調控內臟位置的基因，可能表面的那些器官形成的基因並不受它調控，而且都是左右對稱分布的。當然如果你仔細看，我們的外部器官也不完全對稱呢。生物體之所以這樣進化，可能是因為不對稱的內臟分布更有利於合理安排內臟位置，充分利用狹小的體腔吧。如果都對稱分布，要麼是內臟都兩個，要麼就都排在中線上，這樣我們的軀幹就會過於狹長，內臟也過多，多了的話各種循環調控就更複雜了。
生命體是如此複雜又精確，科技發展至此，我們創造出不計其數的事物，卻創造不了哪怕一個簡單的生命體。我們都應敬畏生命。
人的內臟為什麼不對稱?
外表上看上去左右對稱的人體,內臟卻不是左右對稱的.大多數人心臟位置偏左,肝臟在右側,胃和脾在左側,右肺有三葉而左肺只有兩葉.但有極少數的人的內髒的左右是相反的.胚胎髮育時是如何判斷左右的呢?科學家們在逐漸揭開胚胎髮育時判斷方向的謎團.
內臟逆位的遺傳呈現出了常染色體隱性遺傳的特點,在不同族裔中出現的比例有區別.圖片來源：Jonathan Rosen(文/CARL
ZIMMER)1788年的一天,倫敦亨特利安醫學院 (Hunterian School of Medicine)
的學生在解剖一具屍體的時候發現了一件令人震驚不已的事情.死者的生理結構和普通人的結構呈鏡像對稱——他的肝臟沒有長在身體的右邊而長在了左邊,心臟曾在他的右側跳動而非左側.學生們從來沒有見過類似的事情,便急忙找來了他們的老師,蘇格蘭外科醫師馬修?貝利 (Matthew
Baillie).同樣被震驚到了的貝利爾後寫道：「這可真是連最有名望的解剖學家都難以見到的非凡景象.」從對稱發育成不對稱
貝利的報告是第一份對於這種癥狀的詳細描寫,該癥狀爾後作為內臟逆位 (situs inversus)
漸漸為人所知,大概每兩萬人出現一例.貝利提出,如果醫生們能夠研究清楚這種奇怪的癥狀是如何形成的,那他們也將能得以理解我們的身體是如何區分左右的.大約兩個世紀過去了,人體內髒的左右生長之迷依舊令科學家們著迷.
「我知道什麼靠左什麼靠右,你知道什麼靠左什麼靠右,可是胚胎要怎麼知道呢?」 英國醫學研究理事會(Medical Research Council)
的發育生物學家多米尼克·P·諾里斯 (Dominic P. Norris) 這樣問道.如今諾里斯博士和其他科學家正著手解答這個問題.他們已經確切地找出了胚胎器官開始左右不對稱發育的幾個階段.他們的研究除了能為我們解開這個古老的謎題以外,在相關領域或許還會有更多的建設.
導致內臟逆位的突變能引發包括先天性心臟缺陷等一系列嚴重病症.成功解讀這些突變基因的作用效果或許能使許多相關癥狀的診斷和治療成為可能.
「理解內髒髮育的中軸是如何搭建起來的會為我們理解先天性心臟缺陷帶來許多啟發.」 普林斯頓的分子生物學家麗貝卡?伯丁 (Rebecca Burdine)
這樣講道.我們的身體一開始是對稱著發育的,左側是右側完美的鏡像.「大約在六個星期左右人體內就會出現可觀測到的左右不對稱的跡象.」上個月剛剛在Open
Biology期刊上發表了一篇關於左右不對稱評論文章的新加坡分子與生物細胞研究院的蘇蒂托?羅伊 (Sudipto Roy) 說.心臟是第一個顯現出可見不對稱的器官.從簡單的一個管狀結構開始,它向左彎曲成環,再逐漸在兩側生長出不同的結構,形成泵血所需的心房心室與血管.
同時,其它器官也開始了移動.胃臟與肝臟分別順時針地從胚胎的中線移開.大腸在其右側生長出闌尾.右肺長出三片肺葉,左側只長兩片.
但這些可見的變化都是在胚胎髮育出自己的左右差別相當一段時間之後才出現的.實驗顯示,在看著還是對稱的時候,胚胎就開始向兩側生產不同的蛋白質了.
打破對稱的關鍵點與Nodal蛋白
生物學家們已經找到了打破這個對稱的關鍵部位：胚胎中線上一個叫做節點 (node) 的小凹陷.節點的內部有著數百根被稱為纖毛 (cilia)
的細小的絨毛,它們以每秒10次的速率不斷地迴旋著.這些旋轉的纖毛朝頭部的反方向傾斜開.這個傾斜對於它們為身體劃分左右的能力來講是至關重要的.最近紀念斯隆-凱特靈癌症中心 (Memorial
Sloan-Kettering Cancer Center) 的凱瑟琳·V·安德森 (Kathryn V. Anderson) 和她的同事令節點內纖毛傾斜所須的基因失效.爾後他們在《發育學》(Development)期刊中報告道,基因失效後的變異導致了一些小鼠胚胎髮育成了鏡像對稱的結構.纖毛的傾斜是至關重要的,因為胚胎的周身被包圍在一層薄薄的液體之中;如果這些纖毛是筆直的,它們會向各個方向推擠這液體,從而不讓液體產生任何流動.「這就像攪拌器,」諾里斯博士講道,「液體在裡面一圈又一圈地流動.」傾斜的纖毛將液體從右向左地沿同一方向推擠.當科學家們將這種流動的方向逆轉後,結果胚胎中器官的位置也發生了逆轉.
要開始一個胚胎的正常發育所需要的只是一個非常微弱的向左的流動：日本大阪大學的科學家們發現僅僅兩根轉動的纖毛就足以勝任.
於是這就又產生了一個問題：「如果我們並不需要那麼多纖毛的話,那麼長這麼多纖毛究竟是作什麼用的?」就如諾里斯教授所言,「我們不知道.」
胚胎外的液體一流起來,只需三至四個小時就可以完成對於左右的劃分.至於其間具體的變化步驟,科學家們也只是有一個粗略的了解.
在第一步中,液體流經節點、一直流到其左側的邊緣.邊緣上環繞著不旋轉的纖毛.它們通過某種方式對液流做出反應,可能直接彎曲,也可能由液流傳遞某些蛋白質.「我們還不知道其中詳盡的細節,」諾里斯博士講道,「不知道此刻這些細胞中的運作機制是怎麼樣的.」
先不管這些細節,總之節點邊緣上的纖毛對液流做出了反應——有可能是通過釋放擴散到附近細胞中去的鈣原子實現的.這些細胞會因此釋放出一種叫做Nodal的蛋白質.這種蛋白質會在胚胎的左側擴散開來,並促使其它細胞也釋放自己的Nodal蛋白質,從而使整個胚胎的左側通過這種機制充滿了Nodal蛋白質,而右側則幾乎沒有.「Nodal蛋白質促生Nodal蛋白質,我們就這麼起步了.」諾里斯博士講道.
科學家們如今仍在研究著Nodal蛋白質是如何決定人體生理結構的.近年來,許多研究者們使用胚胎透明的斑馬魚取代了老鼠作為實驗對象;斑馬魚胚胎中的細胞可由基因工程改造為會發光的,從而使器官的形成得以被觀測到.
普林斯頓的伯丁博士研究胚胎細胞圍繞器官遷移時Nodal蛋白質是如何促使斑馬魚心臟的生理結構成型的.「Nodal蛋白質似乎是直接指示左側的細胞比右側更快地移動.」
正如她和她的同事在《科學公共圖書館.遺傳學》(PLoS
Genetics)一月刊中報告的那樣,左側快速移動著的細胞會順時針地拉扯整個心臟.由這個初始的扭動開始,心臟便逐漸發育出明顯不同的左右兩側.有些研究表示,這些早期的信號同樣會影響腦部的發育.科學家們很久以前便認識到人類左右兩側的大腦有著重要的區別.比如右半腦在理解他人精神生活方面有著重要的作用;左半腦則對於注意力的集中來講至關重要.其它脊椎動物也有著左右腦之間的差別,但這種不平衡的結構是如何起源的對我們仍然是一個謎.
「我認為在脊椎動物之中,我們了解最多的就是斑馬魚了.」范德堡大學 (Vanderbilt University) 的生物學家約書亞·T·蓋姆斯
(Joshua T. Gamse) 說.蓋姆斯博士和其他研究者發現,Nodal蛋白質會刺激魚腦中一個小的部位從而使魚腦的左右兩側的生長有所不同.這一點的不同其後會向外發散至大腦的其它部分.但至於人類和其它哺乳動物是否也有著類似的發育模式我們就不太清楚了.不完全內臟逆位的麻煩
在著眼於這些生物信號的同時,科學家們同樣也在研究著那些或許與左右不對稱信號被干擾有關的發育異常.
內臟逆位,貝利在1788年所描述的這種內臟完全反轉的癥狀大概是此類發育異常中最有戲劇性,卻又是最無害的.
「身體的對稱軸完全反轉的人可以很正常的生活,如果不是你的醫生髮現你心臟位置有誤的話,不會有人會注意到.」伯丁博士這樣講道.
這種完全的逆位癥狀要相對安全,因為所有的器官相對還排列正常.「你可以看看鏡子中自己,看著很正常,」諾里斯博士講道,「你不會因為反著看自己,就覺得自己變得不像人類了.」
真正的危險在於不完全的內臟逆位.——「當內臟間變得混亂,彼此之間變得互不相配的時候,」諾里斯教授這樣形容道.
最令人擔心的情況就是心臟受到影響.「如果你把心臟放錯了位置,而其它器官在正確的位置,」伯丁博士講道,「那幾乎一定是致命.」
在其它案例中,心臟正確地長在了身體的左側,但心臟內部的結構——瓣膜與心房心室——長錯了位置.這種癥狀未必是直接致命的,但在以後的生活中會變得危險,需要複雜的手術才能將心臟的結構修改回來.
伯丁博士希望這些關於內臟左右逆位的研究日後可以帶來能預測不易察覺的心臟缺陷的遺傳測試.她還看好嘗試用幹細胞重建受損心臟的應用.
「這將不光是製造『正確的』細胞,」她說,還需要將這些細胞放置在生物體三維結構中正確的位置上,並且給予它們正確的信號,讓它們向著正確的方向生長發育.
「而在這些信號當中,」她說,「左右方向的信號是其中之一.」
不必緊張不安,身體不完全對稱不是什麼問題.
在人們的印象中,人體的左側和右側似乎都是對稱的.因為誰都知道,如果通過鼻子到兩腿中間作一條中軸線,那麼,一雙腳、兩條腿、一雙手、兩隻眼睛和一對耳朵等,就顯得十分對稱.除此之外,毛髮的分布,人體表面的凹凸不平,也是左右對稱的.鼻子和舌頭等雖然是成單的,但是鼻子位於面部的中央,舌頭居於口腔中間,而且它們的形狀也是左右對稱的.
其實,人體的左右兩側並不完全對稱.一個小小的實驗可以證明這一點：拿一張自己的正面照片,依正中線分成左右兩半,然後分別按左半部和右半部復原,結果就會得到兩個與原來不同的人像.
從外到里無一對稱
仔細觀察你周圍的人,會發現人體中的不對稱現象比比皆是.大部分人的額部,左側比右側稍大一些,所以右面頰略微向前突出.有些人的眼睛,一隻大,一隻小;一隻雙眼皮,一隻單眼皮.有的人眉毛一高一低,耳朵一大一小.胎兒在母腹中,到第6個月就會自然地向右傾斜.人的脊柱在胸部多彎向右側,在腰部常向左側彎曲,因而左肩往往比較寬而高.大部分人的右手比左手長.在長度、重量和體積等方面,右腿也超過了左腿.怪不得蒙上眼睛在平地自然步行,過一段時間就會向左彎過去.當你穿上新買的鞋子走路時,往往感到一隻腳的鞋子舒服合適,另只腳卻並不那麼舒服.原來,人的雙腳一大一小,也不對稱.
人的內臟器官也不對稱.心臟的2/3在身體正中平面的左側,1/3在右側.左肺只有上、下兩葉,右肺卻分為上、中、下三葉.肝臟的大部分和膽囊在身體的右側,胰腺的大部分和脾臟卻在左側.
器官的機能也不對稱
人體不光形態構造不對稱,各器官的機能也並不對稱.60%的人,右眼的作用大於左眼.每個人都有兩個鼻孔,左右鼻孔都能呼吸,但對人體的影響卻是不同的.用右鼻孔呼吸時,大腦容易興奮,神經處於緊張狀態.因此,當你進行緊張的學習和工作時,往往用右鼻孔呼吸.左鼻孔正好相反,它是在輕鬆、安寧時進行呼吸的.
美國心理學家沃納.伍爾夫經過多年研究,發現人臉兩側的表情不完全一樣.他認為,右側臉是「開放性」的,能表達一個人想要表達的感情;而左側臉則是「閉關性」的,他流露出下意識的感情,因而左側臉表達的感情是真實的.
美國威斯康星大學的凱.史密斯教授發現,人在講話時,嘴唇、舌頭和兩頰的動作,幾乎都是半邊臉動得特別積極.美國人習慣使用右側臉.而有音樂才能的人,卻習慣於用左側臉.研究證明,不管是貝多芬、舒伯特、柴可夫斯基,還是現代歌唱家、演奏家,幾乎無一例外.
機能不對稱最明顯的例子,莫過於左右手的功能了.大多數人習慣用右手,他們用右手寫字、吃飯、幹活.也有少數人愛用左手幹活,他們的左手似乎比右手更重要,更起作用,通常稱他們為左撇子.
對稱,能給人以一種圓滿、勻稱的美感.
美的「三要素」是簡單、對稱、和諧.
勻稱的人體暗合著黃金律.從外表上看起來,複雜的人體是如此簡單,而外表簡單的人體,卻又處處對稱.你說人體美不美?
據說,「對稱」一詞最早出現在公元前5世紀.古希臘著名雕塑家波利克里托斯在一本討論雕塑中的理想比例關係的著作中就提出來了.
自然界處處顯示出形象對稱性,像人體,乃至鳥、獸、魚、蟲,大都是左右對稱.人體的雙目、雙耳、雙手、雙足,惟妙惟肖,左右兩半部十分對稱.
除了左右對稱外,還有所謂「軸對稱」、「中心對稱」等.肚臍被稱為人體體表的「黃金分割點」,是重要的體表標誌.如果沒有這個標誌,要把人體分成對稱的兩半就困難多了.
然而,人體也是一個複雜的幾何圖形,有點、線、面、三角形、圓形等.在人體的細節上,並非絕對對稱.比如,有的人臉一半大、一半小;有人的眼睛一側大,一測小;有人的眉毛,一高一低,一平一翹;有人的耳朵,一大一小,一尖一圓.有的人儘管看上去似乎左右很勻稱,但留心觀察,仍可找到若干不對稱之處.所以,人體的這種不對稱現象比比皆是,又千變萬化.
其實,不但從頭到腳的外表形態是這樣,而且從外到里、從靜態到動態,也都是如此.
首先看一下頭面部.
頭和面部的左、右側發育,絕大多數是不一致的.如果任取一張臉部的正面照片,依正中線分成左右兩半,然後分別按其左半部和右半部復原,結果可以得到兩個完全不同於原來的人像.
在頭面部的不對稱現象中,有人左側較為發達,也有人右側較為發達.雖然兩側的差別並不大,但畢竟是有差異的.
國外有人調查,其左側較為發達的有外耳、眼及鼻唇溝(即嘴巴兩側斜上方的兩條較深的皺紋);而右側較為發達的有臉、鼻孔.
由於右臉往往比左臉大,因此,人的面部中線常偏向左側,鼻尖也常歪向左方.同樣,嘴巴的兩角,往往右高大低.此外,頭頂部的發旋,約有80%是向右的順時針方向.
再看軀幹、四肢部.
脊柱在胸部多彎向右側;在腰部,則常彎向左側.隨之,左肩往往較高,且似乎較寬.
根據測量,人體上肢左右兩側長度相等的,僅佔18%;大部分人(佔75%)是右側比左側長;剩下的7%,則相反,右側比左側短.
骨骼的測量同樣如此：右側骨骼較左側骨骼的直徑大並較粗壯.下肢與上肢類似,無論在長度、重量及體積等方面,右側常常比左側略大.然而,兩側下肢的差別不如上肢明顯.約有52%的人的右側下肢佔優勢;15%的人的左側下肢佔優勢;兩側相等的,佔33%.至於軀幹和上、下肢的肌肉,一般都是右側較為發達.
人體的內臟器官,同樣普遍存在左右不對稱的現象,並且更為明顯.
解剖學家早已指出,人都是偏心的.心臟的2/3居於身體正中平面左側,l/3在右側;右肺分為上、中、下三葉,左肺則分上、下兩葉;右肺較左肺寬而短,且右肺重於左肺;右肺與左肺的重量之比,男子為10：9女子則為8：7;肝臟的大部分及膽囊在身體右側;胰腺的大部分及脾臟在左側;胃在中等程度充盈時,大部分位於身體左側.胃的上緣較短,叫胃小彎,凹向右上方;胃的下緣較長,叫胃大彎,凸向左下方;兩隻腎臟,左腎細長,右占寬短,且左腎較右腎梢重、位置略高;左、右兩個大腦半球也不完全對稱.大腦半球前上方的額葉,右側較左側略大;而後下方的枕葉,則左側較右側稍大.此外,男子的睾丸,左側常比右側略大,且在陰囊中的位置較低,約低1厘米.
既然人體的外表形態和內部構造均存在不對稱現象,那麼,與此相應的功能方面,同樣存在不對稱,最明顯的例子是手.大多數人是右利手,日常生活中習慣使用右手.少數人是左利手(俗稱左撇子)和混合利手.
同樣,下肢功能的不對稱也有很多表現.例如,多數人習慣用右腳踢球,用左腳邁出第一步;在蹺二郎腿時,往往用左腿作支柱;兩腿安靜站立時,總是一側膝關節過伸,作為支撐腿,另一側稍屈作為支架,然後輪替交換,即所謂不對稱站立.
再如,當你用放大鏡或顯微鏡,或通過一小孔、裂縫觀看某一物體時,多數人喜歡用右眼.由此可見,人的大腦兩半球功能也是不對稱的,往往是左側佔據優勢,即稱為優勢半球.
研究這些不對稱現象,對於醫學、藝術和人類學都具有很大價值.只有通過對正常人的不對稱現象研究,才能顯示出人體的異常不對稱：哪些是先天性變異或畸形;哪些是後天性的病理改變.這對臨床醫學診斷將有很大幫助.像有的人的嘴巴明顯歪向左側,這就不是正常的不對稱了,而是由於他的右側面神經癱瘓,從而形成該側面部肌肉鬆弛,加之健康側(左側)面部肌肉的收縮,結果把嘴巴拉向左側,造成了歪嘴巴.又如,一側短肢、一側多囊腎,這也不是正常的不對稱,而是屬於一種畸形.
同時,繪畫、雕塑和人類學的人像復原等,如果不具備正常的不對稱知識,那就難以想像能創作出自然逼真、栩栩如生的作品來.
總的來說,人體是對稱的,不對稱的只是一些細微的差別,一般都是正常的現象.左、右兩側的差別,有的明顯,有的不明顯.因此,當發現自己身上有某些不對稱時,或看到別人身上存在不對稱時,不必大驚小怪
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相關參考文獻來源如下：
果殼 編譯自：《紐約時報》,Growing left,growing right
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