以色列魏茲曼研究院（Weizmann Institute of Science）設計出用於追蹤胚胎發育初始階段的創新系統，首次應用於兔子身上，對胚胎發育的初始階段帶來新穎的知識，從而推想人類胚胎發育的過程。

大概沒有人會把人類與老鼠或雞等動物搞混，但即使受到專業訓練的研究人員，也很難在胚胎的原腸胚形成（gastrulation）階段（胚胎發育的初始期階段之一），毫無疑義的判斷眼前的胚胎最終會長成會說話、吱吱叫還是咕咕叫的生物。因為這些不同發育路徑的胚胎，其初始階段具有極其高度的相似性。

不同物種的胚胎毫無疑問的從不同的起點展開生命之旅，逐漸發育成擁有屬於它們的獨特器官、特徵和大小的物種。但某個特定的時刻，不同物種的胚胎卻具有驚人的相似程度。生物學家利用沙漏模型（hourglass model）來闡述這個現象：如同砂從沙漏的一端流到另一端，脊椎動物的各個物種（包括哺乳動物、魚類、鳥類和爬行動物）的胚胎發育都會經過一個狹窄的瓶頸，此時此刻，不同的胚胎們從各方面來看幾乎都是相同的。

對於人類胚胎發育的初始階段的研究是非常困難的，科學家們於是利用以老鼠為主的動物模型，對胚胎發育進行探討。經過近一個世紀對老鼠胚胎所進行的廣泛研究，人們對胚胎的發育充滿了重要地發現，可惜我們對人類生命開端的了解仍十分受限，也依然沒有十足的把握確定老鼠胚胎的發育模式是否真的與人類相似。

魏茲曼科學研究院的研究人員最近在《細胞》期刊上發表的研究，提出了一種新的方法來研究胚胎形成的奧秘。這項研究由魏茲曼分子細胞生物學系Dr. Yonatan Stelzer和Dr. Yoav Mayshar以及計算機科學與應用數學系和分子細胞生物學系Ofir Raz和Prof. Amos Tanay共同進行，揭開有關胚胎發育最早階段的神秘面紗，並有助於解開與早期胚胎發育相關的其他關鍵問題。研究人員利用了他們之前對老鼠進行研究時所開發的系統，該系統首次成功地描述了胚胎隨時間發育的過程。該系統從成千上萬個細胞個體收集訊息，以及單一胚胎的照片與物理尺寸測量。研究人員成功地拍攝了許多快照，組合出類似於電影的效果，逐時顯現胚胎形成的變化過程。

在當前的研究中，他們試圖使用同樣的系統觀察一個先前被迫忽視的現象：老鼠的胚胎發育與包括人類在內的其他大多數哺乳動物有所不同，在原腸胚形成階段，老鼠胚胎會發育成細長的圓柱體，其他哺乳動物的胚胎則呈現幾乎平坦的盤狀。這種基本的幾何差異在未來當細胞分化成神經細胞、生殖細胞或形成消化系統的細胞時，決定了胚胎細胞和組織的不同位置。

老鼠胚胎和其他哺乳動物胚胎之間的異同之處，直到現在都藏著許多引人入勝又難以解決的問題：在基因表現和細胞發育方面，圓柱形的老鼠胚胎和盤狀的胚胎有多大的相似程度，又有何不同？來自於各類不同生物的基因與細胞，如何在某一時刻匯聚並表現出相似的行為？有沒有哪種物種可以比老鼠更適合作為推斷人類發育秘密的模型？

為了追尋答案，研究人員走進了兔子的奇幻世界。兔子與老鼠非常不同（即使沒有受到專業訓練的人來說也可以發現不同），但它們確實具備一些特徵使它們得以成為有價值的動物模型。首先，研究人員在兔子身上重現了他們在老鼠上進行過的研究過程，將基因表現、細胞和組織的發育隨時間的變化進行了映射。接著，他們開始精確的辨認各個細胞隨著發育的而具備的特徵。

「我們使用電腦模型來識別基因，並描述兔子胚胎發育初始階段所啟動的細胞類型」，Tanay教授解釋道。「尖端技術的工具使我們能夠在相對短的時間內呈現出精密的細節和準確度，而這在老鼠胚胎發育的研究中花了幾十年的時間才獲得。」

一旦完成了這項複雜的任務，研究人員便擁有了兩部「電影」，讓他們能夠即時比較兩種不同物種的胚胎發育過程。比較的結果產生出令人眼睛為之一亮的發現。首先，科學家們發現，在沙漏模型描述的匯合階段，負責組織發育的基因，在老鼠和兔子中的基因表現情形有著顯著的相似之處，他們成功地辨別出大約75個在此過程中扮演關鍵角色的基因。這個發現驗證了沙漏模型，代表儘管胚胎的幾何形狀顯著不同，它們的基因表現和細胞行為有著非常相似的方式。這反過來又為研究人員提供了有關演化過程的關鍵線索，發育過程在原腸胚形成階段時，不同物種都保持了相似的胚胎形狀，直到後來發育成各式各樣的樣貌。

研究人員還發現，生殖細胞的初期發育時期，也就是未來將成為卵子和精子的細胞在老鼠和兔子之間存在著巨大差異。這些差異對於不論是自然界或是科學家來說都非常關鍵，因為它們作為維持世代間連續性的樞紐，深入認識這些細胞在兔子上的發育方式，可能會使我們能夠更深入地理解人類的相同過程。另一個存在於老鼠和兔子之間的主要差異，則是出現於對胚胎正確發育非常關鍵的胚外膜組織：胎盤和卵黃囊。

「這項研究提供能使未來研究更為豐富的計算和理論工具」Stelzer博士總結道。「具有能夠比較不同物種在胚胎發育上相應時期的能力，對於理解演化過程極為重要。此外，與幾十年來從老鼠所獲得的數據相比，來自兔子的新資訊顯然與人類更加相關，可以為人類胚胎發育初始階段的研究帶來曙光，並有助於相關應用與醫學研究。」

研究參與者名單詳見資料來源：

資料來源

https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/down-rabbit-hole