我们终于看到了人类手指和脚趾是如何生长的

人类的手指和脚趾不会像你想象的那样向外生长。取而代之的是，我们灵巧的手指被“雕刻”在一个更大的基础芽中。

现在第一个人类细胞图谱早期肢体发育终于以精致的细节揭示了这是如何发生的。

在此之前，我们对脊椎动物肢体发育的理解主要基于模式生物，如小鼠和鸡胚胎，以及实验室培养的干细胞.

虽然人类有一些相似之处对于其他脊椎动物，它们的生物学显然与我们不同。

早期肢体形成的细节也因技术限制而变得有些模糊，现在已经超越了，并且限制使用人类胚胎进行超过14天的研究，一条规则已经放宽了在严格的道德规定下。

到目前为止，这幅画有四肢初期兴起作为从胚胎体侧面突出的无形肢芽。八周后，如果一切按计划进行，这些袋子已经变成了解剖学上独特的、可识别的四肢，包括手指和脚趾。

这是早期胚胎发育中一个非凡的过程，可以说是我们最定义人体特征：我们长而细长的拇指.

2014年科学家描述在胚胎发育的精确时刻表达的特定分子如何塑造手指和脚趾的形成，尽管这些预测是基于对实验数据的模拟。

现在，由中国中山大学细胞生物学家张宝领导的一个国际团队通过分析来自捐赠胚胎组织的数千个单细胞，对这一过程进行了精细的着色，这些单细胞的发育时间在5到9周之间。

“我们从125,955个捕获的单个细胞中确定了67个不同的细胞簇，并将它们在四个孕早期时间点进行了空间映射，以揭示肢体发育的新视角，”该团队写在他们发表的论文中。

“在这样做的过程中，我们发现了几种新的细胞状态，”他们加.

“我们揭示的是一个高度复杂且受到精确监管的过程，”说Hongbo Zhang，资深作者，中国中山大学细胞生物学家。

“这就像看着一个雕塑家在工作，凿开一块大理石，露出一件杰作。在这种情况下，大自然是雕塑家，其结果是我们的手指和脚趾的复杂性令人难以置信。

正如你在下面的视频中看到的，研究人员绘制了基因表达模式，以了解这些遗传指令如何塑造数字的形成方式。

从朦胧的开始，IRX1（在下面的视频中以水绿色表示）的表达，一种对手指形成至关重要的基因，以及SOX9（在视频中以洋红色表示），一种对骨骼发育至关重要的基因，在发育中的肢体中以五个不同的长度重叠。

在发育约 7 周时，程序性细胞死亡指令在聚集在这些长度之间的未分化细胞中开启（与 MSX1 的表达相关，在视频中以黄色表示），并显示轮廓分明的手指和脚趾。

就像一块大理石被这些基因的表达雕刻成杰作一样，我们的手指和脚趾从头到脚被凿出，因为不需要的细胞会消退。

此过程中的小违规行为可导致肢体畸形，其中每 500 人中就有 1 人与生俱来 - 使它们成为出生时最常报告的综合征之一。

研究人员还绘制了与先天性疾病相关的基因的表达图谱，例如短手指（短指（brachydactyly）） 或蹼状数字 （并指畸形），以更好地了解肢体发育偏离轨道的位置。

“我们第一次能够捕捉到肢体发育的非凡过程，直至空间和时间上的单细胞分辨率，”说莎拉·泰希曼（Sarah Teichmann），惠康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的资深作者和计算生物学家。

她说，创建单细胞图谱“加深了我们对解剖学复杂结构如何形成的理解，帮助我们揭示人类健康发育背后的遗传和细胞过程，对研究和医疗保健具有许多意义。

重要的是，研究人员还表明，人类和小鼠的肢体形成确实遵循相似的轨迹，在激活的基因和细胞类型方面存在一些差异。

该研究已发表在自然界.

宝宝起名