生命的起源笼罩在神秘之中。虽然在所谓的体细胞(具有特殊功能的细胞，如皮肤和肌肉细胞)中，有丝分裂的复杂动态得到了充分研究，但它们在我们身体的第一个细胞即胚胎细胞中仍然难以捉摸。众所周知，在脊椎动物中研究胚胎有丝分裂非常困难，因为实验胚胎的活体功能分析和成像在技术上受到限制，这使得在胚胎发生过程中追踪细胞变得困难。

然而， 冲绳科学技术研究所 (OIST) 细胞分裂动力学研究中心的研究人员最近与 北海道大学的 Toshiya Nishimura 教授 (之前在名古屋大学任职)、 名古屋大学的 Minoru Tanaka 教授、东北大学的 Satoshi Ansai 教授(现就职于 京都大学)和国立遗传学研究所的 Masato T. Kanemaki 一起在《自然通讯》上发表了一篇论文。这项研究迈出了解答有关胚胎有丝分裂问题的第一步，这要归功于新型成像技术、CRISPR/Cas9 基因组编辑技术、现代蛋白质敲低系统和青鳉鱼(日本稻鱼)的结合。他们制作的延时摄影有助于解答有关胚胎有丝分裂过程中染色体均等分裂的复杂过程的基本问题，并同时指明了科学探索的下一个前沿。正如这项研究的资深作者 Tomomi Kiyomitsu 教授对这些延时摄影的描述：“它们本身就很美丽，也因为它们为阐明胚胎有丝分裂奠定了新的基础。”

胚胎有丝分裂之谜的核心是染色体排列并平等地分配到子细胞中的关键步骤，染色体包含细胞的所有遗传信息。 这一过程中的关键因素是有丝分裂纺锤体，它由微管(用于细胞内结构和运输的长蛋白纤维)组成 ，微管从纺锤体的两极辐射出来，附着在中间的染色体上。纺锤体正确地捕获重复的染色体，并在分裂过程中将它们平等地分配到子细胞中。有许多因素决定纺锤体的形成，其中之一是蛋白质 Ran-GTP，它在雌性生殖细胞的细胞分裂中起着重要作用，雌性生殖细胞缺乏着丝粒(负责组装微管的细胞器)，但在有着丝粒的小型体细胞中则不是。然而，长期以来，人们一直不清楚 Ran-GTP 是否是脊椎动物早期胚胎纺锤体组装所必需的，这些胚胎含有着丝粒，但具有独特的特征，如细胞尺寸较大。

与哺乳动物的早期胚胎不同，鱼类的胚胎细胞是透明的，在均匀的单细胞层中同步发育，这使得它们更容易追踪。青鳉鱼特别适合研究人员，因为这种鱼能耐受各种温度，每天产卵，而且基因组相对较小。耐高温意味着青鳉鱼胚胎细胞可以在室温下存活，这使得它们特别适合长时间实时延时摄影。

青鳉鱼产卵频率高，基因组相对较小，因此非常适合 CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑。利用这项技术，研究人员创造了转基因青鳉鱼，其胚胎细胞实际上突出了参与有丝分裂的某些蛋白质的动态。

在研究活体转基因青鳉胚胎中发育的有丝分裂纺锤体的延时过程中，研究人员发现，大型早期胚胎会组装出不同于体细胞纺锤体的独特纺锤体。此外，Ran-GTP 在早期胚胎分裂的纺锤体形成中起着决定性作用，但在后期胚胎中其重要性逐渐减弱。这可能是因为纺锤体结构随着细胞在发育过程中变小而重塑，但确切原因是未来研究的主题。

研究人员还发现，早期胚胎细胞没有专门的纺锤体组装检查点，而大多数体细胞都具有这种检查点，它可以确保染色体在分离前正确排列。正如 Kiyomitsu 教授所推测的那样，“检查点没有激活，但染色体分离仍然非常准确。这可以用胚胎细胞需要非常快速地分裂这一事实来解释，但这是我们想进一步研究的东西。”

虽然对青鳉鱼进行基因改造并研究早期胚胎已经为胚胎有丝分裂提供了新的见解，但对于 Kiyomitsu 教授及其团队来说，这仅仅是个开始。除了 Ran-GTP 在后期的作用逐渐减弱以及缺少纺锤体组装检查点等问题外，他还指出了延时摄影中细胞分裂令人满意的对称性：“纺锤体形成的特点是高度对称，因为细胞似乎在按大小和确定的方向分裂，纺锤体始终位于细胞的中心。纺锤体如何如此有规律地在细胞间定位，它如何每次都能找到中心?”

除了延时摄影，该团队还希望通过更多的青鳉基因系进一步巩固这一新基础，作为胚胎细胞研究的模型，同时优化基因组编辑过程。最终，该团队希望通过研究其他生物的胚胎有丝分裂来测试他们的研究结果的普遍性，并在后期探索纺锤体组装和胚胎分裂的进化，这也将有助于更好地了解人类胚胎发生并发展人类不孕症的诊断和治疗。

“通过这篇论文，我们奠定了坚实的基础，”Kiyomitsu 教授总结道，“但我们也开辟了一个新的领域。胚胎有丝分裂是美丽、神秘且具有挑战性的研究，我们希望通过我们的工作，最终能够更接近理解生命之初的复杂过程。”