神奇的双头动物：那些出现基因突变和细胞置换的“小怪物”

在墨西哥湾发现的双头公牛鲨幼体

出生时长有两个头的动物十分罕见

　　 北京时间11月2日消息，据国外媒体报道，早在多年以前，科学家就记录了一些双头动物的罕见例子。比如，20世纪40年代，凯布尔（L E Cable）就描写了一条长着两个头的海龙胚胎。他将其称为“小怪物”。更近的例子是，伦敦帝国学院的发育生物学家阿布赞诺夫（Arkhat Abzhanov）在实验室中观察到了许多双头动物。借助现代遗传学的知识，他对导致这一现象的基因突变和细胞置换过程进行了观察。类似的例子或许曾为古代传说的写作者提供了灵感。

　　事实上，双头甚至三头动物不是就会在自然界或人工圈养环境中出现。有趣的是，这种现象似乎并不局限于某一类动物。就以鱼类说起。2013年，有人在墨西哥湾发现了一只双头公牛鲨幼体。

　　2014年，人们在土耳其的一个沙滩上发现了海洋哺乳动物的例子——一只双头海豚。这两个例子似乎都是连体双胞胎，即从同一个受精卵发育而来，但没有在受精之后完全分开。人类中也有这样的例子。通常情况下，连体后代不只是长有两个头，而是具有双份的特定内脏器官，甚至是肢体。

　　一组著名的实验显示，限制受精卵部分分裂——导致产生连体双胞胎的原因——是可能的。20世纪初期，一位名叫汉斯·斯佩曼（Hans Spemann）的生物学家进行了这组实验。他对胚胎发育的过程十分感兴趣。他用一束人的体毛将非常初期的蝾螈胚胎绑在一起，结果发现蝾螈会因此长出两个头——两个为了同一个身体争夺食物的头。他将此称为“同个地方的两个自私者”。

双头生物并不仅仅是传说

连体双胞胎是从同一个受精卵发育而来的

　　事实上，双头动物的名单相当长，包括龟类、蛇类甚至还有猫。我们还知道，这一现象并不是今天才有。古生物学家已经发现了数百万年前的双头胚胎化石，有多种机制都可以导致出现不止一个头或一张脸。广义上来说，动物体的头部是趋同演化的例证，即完全不同的动物类群中会独立演化出相同的特征。无脊椎动物和脊椎动物都从拥有头部的特征中获益，但它们具有不同的祖先世系。头部是非常有用的适应特征，非常多动物种类都具有头部。

　　“拥有（头部）实际上是很有用处的，”阿布赞诺夫解释道，“你进入新环境是总是先把头伸进去。”这也是为什么众多感觉器官——眼睛、耳朵、鼻子和嘴巴等——都分布在头上的原因。

　　脸的形状和组成正确与否取决于动物体的基因，其中一种基因的作用尤其重要，特别是对脸部宽度的影响。该基因被奇怪地称为“Sonic Hedgehog”（刺猬索尼克），或者简称为SHH。这一名字来源于一组“刺猬”（hedgehog，HH）基因，首先是在果蝇中得到描述的。HH基因的突变导致果蝇出生时具有棘刺状的结构，看起来很像小刺猬。

　　拥有SHH基因的是脊椎动物，如果胚胎发育过程中，由SHH基因介导的hedgehog信号通路变弱，那动物的头部就会变得越来越窄。有些情况下甚至会开始塌陷，使动物出生时只有一只眼睛，就像长着一个独眼巨人的头。事实上，一种被称为环巴胺（cyclopamine）的物质就会导致牲畜（比如绵羊）出现这种畸形。印第安鹿食草中就含有这种物质，怀孕的雌性动物有时会将其吃到体内。

　　如果增强SHH信号会如何呢？这会导致相反的结果——头部会变宽直到出现两个脸部，这种变异很罕见，但是在家养动物和野生动物中都有报道。

　　当然，从技术上来说，这一过程只会导致“双面”动物的出现，而不是出现双头动物。阿布赞诺夫发现在动物发育早期的另一个奇妙变化，对于从一个身体上长出另一个完全独立的颈部和头部至关重要。

这只双头蝾螈并没有存活太久

传说中九头蛇的血液具有极强的毒性

　　头部与身体的其他任何结构一样，都需要被触发（才能发育）。很早期的胚胎中有一群细胞，我们称之为组织者，事实上，正是斯佩曼的蝾螈胚胎研究最终揭示了这些细胞的行为方式。如果你将这群细胞取出来，移植到一只青蛙的胚胎中，那它就会长出两个头。也就是说，这群细胞释放出了一种信号，告诉动物体再长出一个头来，连体双胞胎的出现也是由于这一过程，有时候，通过注入或切开另一个胚胎的方法，可以将这群关键的细胞移植到另一个胚胎之中。这就像一场生物学上的偷渡。

　　研究者越来越接近这些异常现象在发育过程中出现的原因，温度似乎是一个重要的因素。他和同事们常常从养鸡场得到受精卵，之后这些受精卵发