资料来源：郑瑞珍. 童第周的科学人生. 中国细胞生物学学报，2019，41（4）：774-784

童第周是我国实验胚胎学主要创始人之一

1930―1934年，童先生在比京大学布拉舍（A.Brachet）实验室开始了胚胎学的研究工作。他在棕蛙（Rana fusca）卵子受精面与对称面关系的研究中，证明了对称面不完全决定于受精面，而决定于卵子内部的两侧对称结构状态，纠正了他老师由于当时方法学上的缺陷而导致的错误的结论。同期，他还完成了海鞘早期发育的研究。1934年回国后，在青岛继续进行海鞘的研究。一方面是为了研究卵质中的成分在受精前的定位，证明了在未受精卵子中已经存在着器官形成物质（morphogen），而且有了一定的分布，精子的进入对此没有决定性的影响。另一方面，观察到内胚层和外胚层似乎有相当的等能性，而且证明外胚层上的吸附乳头和感觉细胞的形成是依赖于外来因素，说明了卵质对个体发育的重要性。这项研究成果是具有开创性的。

揭示了早期胚胎的极性及其产生的因果关系

抗日战争期间，先生随学校内迁而转移到内地，只好放弃对海洋动物的研究，而改用青蛙、蟾蜍等两栖类和金鱼为实验材料。此时期他主要研究两栖类胚胎的极性和鱼类卵子中器官形成物质的定位。

童第周与他的合作者，1940年曾证明蛙类的脊索中胚层能感应原肠初期胚轴未定的外胚层物质产生前后轴。此感应可以由被感应的外胚层上的纤毛的摆动来显示。此实验揭示了胚胎发育的极性现象。1941年11月童第周受聘于同济大学。是时同济大学搬迁至宜宾的李庄，条件十分简陋，他与夫人叶毓芬不忘创造条件。向亲朋好友借钱，花了6万元（相当于他们两人二年的工资），从旧货摊买了一台显微镜。学校没有电灯，没有实验设备，也没有实验室，就在露天院子里做实验，利用太阳光或下雪天遍地皑皑白雪的亮光做光源，坚持科学研究。他们接着进行上述那个经典的胚胎学实验，主要想利用胚轴未定的外胚层来了解胚胎初期的其他组织是否也有与脊索中胚层一样地具有前后轴，以便明确前后轴之决定和产生的概况。他们的实验获得了重要的突破，引起了世界瞩目。

他们在两栖类胚胎发育中，发现决定纤毛运动方向的时间是在原肠期和神经板发育初期，证明外胚层纤毛运动的方向是由中胚层和内胚层的感应决定。而且这种感应能力在个体发育中，是沿着胚胎前后轴从前向后逐渐减弱。他们把具有感应能力的中胚层或内胚层打碎了，或用已具有感应能力的死的胚胎的中胚层或内胚层进行测试，发现它们仍然具有感应能力。证明这种感应能力是由一种未知的化学物质引起的，这种化学物质通过细胞间的渗透作用，诱导了胚胎纤毛运动的方向。而不是像Child 所假设的那样是一种生理的或由于代谢作用所形成的梯度。因此赢得了国际学术界的认可，大家公认童第周是脊椎动物实验胚胎学的世界权威。至今原生纤毛和运动纤毛仍然是研究细胞极性、胚胎发育和组织功能的热门课题之一。

文昌鱼个体发育的研究独树一帜

文昌鱼在生物进化中占有重要地位，它是脊椎动物的祖先，在世界上分布的地域狭窄，过去的实验工作大多数在意大利进行，以后我国沿海地带也发现有文昌鱼。童先生领导的团队首先解决了文昌鱼的饲养，产卵和人工授精等技术，为系统研究文昌鱼的胚胎发育奠定了基础。关于文昌鱼胚胎的正常发育，经过美国著名胚胎学家康克林（Conklin）数十年的研究，已有比较系统的认识。但是由于文昌鱼的卵子难以获得，并且体积很小，国际上对它的研究寥寥无几。童先生和他的团队利用精巧的显微镜下的解剖技术，独树一帜地对文昌鱼胚胎的发育机理进行了一系列的研究，对文昌鱼的发育能力提出了很重要的修正意见，震动国际生物界。

这方面研究的主要贡献为：（1）他们将二细胞期的文昌鱼胚胎分离成单细胞培养，大多数胚胎都能发育成二条正常的幼体，这说明半个文昌鱼卵子的物质能发育成一个整体，即文昌鱼卵子具有调整能力。同时他们发现，海鞘卵子的发育类型基本上与文昌鱼类似，也是调整型。但文昌鱼卵子在发育过程中的调整能力比海鞘的卵子强。因此得出结论：文昌鱼和海鞘的卵子的发育类型不是过去学者所认为的“嵌合型”，而是“调整型”，纠正了当时国际上传统的错误结论。此外童先生还发现，分裂球在发育过程中的调整能力，一方面依赖于卵子预定器官形成的物质，另一方面还根据各个分裂球之间的相互作用，只有当二者精密配合才能完成正常的发育。（2）在上述基础上，他又探讨了文昌鱼卵子的预定器官形成物质的分布区域，绘制出8细胞和32细胞时期器官预定形成物质的分布图谱，为阐明早期胚胎的器官分化提供了实验依据，并进一步指出文昌鱼卵的动物性半球决定个体的极性和器官形成，但这不是孤立的，它也受到来自植物性半球物质的诱导和制约。（3）为了进一步探讨文昌鱼卵子发育的调节能力，又进行了外胚层细胞与内胚层细胞的移植实验，认为外胚层细胞的可塑性比内胚层细胞大，它容易受内胚层细胞影响而转化为内胚层细胞。内胚层细胞也能转化为类似外胚层的细胞，但需要有更适当的条件。说明细胞的位置和细胞质的分化状态对个体发育有明显的作用。

童先生等所证明的文昌鱼卵子这些早期发育的特点，进一步论证了文昌鱼在进化上的地位是介于无脊椎动物和脊椎动物之间的过渡类型。在这方面都做出了有创造性的工作，在国际上影响深远，也确立了童先生在国际上的学术地位。这些工作也为其后期核质关系的研究提供论据基础。 鱼类胚胎发育能力和细胞遗传学的研究贡献卓著童先生对鱼类的胚胎发育能力和细胞遗传的研究也做出了卓越的贡献。他在40年代开始的实验结果证明，在金鱼卵子中，赤道线以下植物性半球的一边含有一种有关个体形成的物质，它在发育早期由植物极逐渐流向动物极，是形成完整胚胎不可少的物质基础。弄清楚这一问题，对了解细胞质因子对胚胎发育和个体形成的作用是非常重要的。这项工作的论文是鱼类实验胚胎学方面的重要历史文献。

提出开创性的核质关系理论，期待揭开卵浆的神秘面纱

19世纪40年代摩尔根学说风靡世界，认为生物的各种性状是由核内的染色体上的基因所控制，基子的物质能发育成一个整体，即说明文昌鱼卵子具有调整能力。同时他们发现，海鞘卵子的发育类型基本上与文昌鱼类似，也是调整型。但文昌鱼卵子在发育过程中的调整能力比海鞘的卵子强。因此得出结论：文昌鱼和海鞘的卵子的发育类型不是过去学者所认为的“嵌合型”，而是“调整型”，纠正了当时国际上传统的错误结论。此外童先生还发现，分裂球在发育过程中的调整能力，一方面依赖于卵子预定器官形成的物质，另一方面还根据各个分裂球之间的相互作用，只有当二者精密配合才能完成正常的发育。（2）在上述基础上，他又探讨了文昌鱼卵子的预定器官形成物质的分布区域，绘制出8细胞和32细胞时期器官预定形成物质的分布图谱，为阐明早期胚胎的器官分化提供了实验依据，并进一步指出文昌鱼卵的动物性半球决定个体的极性和器官形成，但这不是孤立的，它也受到来自植物性半球物质的诱导和制约。（3）为了进一步探讨文昌鱼卵子发育的调节能力，又进行了外胚层细胞与内胚层细胞的移植实验，认为外胚层细胞的可塑性比内胚层细胞大，它容易受内胚层细胞影响而转化为内胚层细胞。内胚层细胞也能转化为类似外胚层的细胞，但需要有更适当的条件。说明细胞的位置和细胞质的分化状态对个体发育有明显的作用。童先生等所证明的文昌鱼卵子这些早期发育的特点，进一步论证了文昌鱼在进化上的地位是介于无脊椎动物和脊椎动物之间的过渡类型。在这方面都做出了有创造性的工作，在国际上影响深远，也确立了童先生在国际上的学术地位。这些工作也为其后期核质关系的研究提供论据基础。

鱼类胚胎发育能力和细胞遗传学的研究贡献卓著

童先生对鱼类的胚胎发育能力和细胞遗传的研究也做出了卓越的贡献。他在40年代开始的实验结果证明，在金鱼卵子中，赤道线以下植物性半球的一边含有一种有关个体形成的物质，它在发育早期由植物极逐渐流向动物极，是形成完整胚胎不可少的物质基础。弄清楚这一问题，对了解细胞质因子对胚胎发育和个体形成的作用是非常重要的。这项工作的论文是鱼类实验胚胎学方面的重要历史文献。

提出开创性的核质关系理论，期待揭开卵浆的神秘面纱

19世纪40年代摩尔根学说风靡世界，认为生物的各种性状是由核内的染色体上的基因所控制，基因代代相传，不受细胞质的影响，生物的变异是由于基因的突变。后来随着生物化学技术的进步，发现染色体是由脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质组成，因此进一步确定DNA就是基因。细胞核通过信息核糖核酸（mRNA）把核里的遗传信息传递到细胞质，细胞质按照mRNA传递来的信息实现生物的性状。因此认为，细胞核决定细胞的命运，也决定细胞发展的方向，细胞质只是遗传物质实现生物性状的平台。

但过去大量的实验胚胎学工作和童第周先生自己几十年的胚胎学研究所观察到的现象，与上面的这种说法不完全吻合。下面列举的几个实验都说明了“是卵细胞质调控细胞核的行为和命运”。（1）卵胞质分化先于细胞核，例如海鞘的卵子在受精前卵胞质已分化，受精后分化的特征更加明显，可以看到五种不同颜色的细胞质（即预定器官形成物质，包含神经细胞质、脊索细胞质、外胚层细胞质、中胚层细胞质和内胚层细胞质）分布在卵子的不同区域。如果把刚受精后20分钟的卵子分割成两半，一半有核，一半无核，另取一个胚胎时期的细胞核（不管是肌肉的、表皮的或肠道上皮的细胞），移入无核的一半，这一半卵子按所含的细胞质发育成一不完整的胚胎。说明细胞核的命运是由细胞质决定，而不是由细胞核决定。（2）马蛔虫早期胚胎细胞的染色体的消减受细胞质控制：进入生殖细胞的染色体保持完整；进入体细胞的染色体大部分消失。（3）许多动物生殖细胞的形成是受细胞质决定的。卵细胞在早期就已经从其他卵胞质中分化出来一些特殊的细胞质，存在于靠近植物性极处，含有这种特殊细胞质的细胞将来发育为生殖细胞，不含这种特殊细胞质的细胞发展为体细胞。（4）童先生的学生陈大元和高绍荣把小鼠的精母细胞核移植到小鼠卵母细胞中，植入的精母细胞核在卵母细胞中经两次成熟分裂，精母细胞和卵母细胞能同时排放出极体。说明精母细胞核按照卵母细胞质的指令改变了自己固有的行为：精母细胞核本来是等分裂，在卵母细胞质的影响下发生不等分裂。

童第周确信：“在个体发育过程中，卵细胞核和细胞质的关系，不是只有细胞核能决定细胞质的发育方向，而且细胞质也能决定细胞核的发育行为，核与质之间不是彼此孤立的、单方向的，而有非常密切的关系。在构造上它们可以互相沟通，在功能上它们可以互相激发和制约。”他坚信个体发育中卵细胞质能调控细胞核的分化。在这一理论的指导下，童先生的后半生把个体发育过程中细胞核和细胞质的关系作为主攻方向。他相信，卵母细胞质的潜力很大，为了解决个体发育过程中细胞核和细胞质的关系。他认为，建立核移植技术是十分重要的。童第周与他的团队几乎与国际上同步，在十分艰难的条件下，根据核移植的需要把解剖镜进行改装，筹建核移植的装置并进行核移植技术的探索、操作和训练，整整花了近十年的时间。另外他也深知最后必须借助分子生物学技术来揭开卵质的神秘面纱。

创立我国核移植技术基地

1952年美国费城Lankenau医学研究所的Briggs 和King捷足先登，首次将豹蛙发育至囊胚期的细胞的核，移植到去核的豹蛙卵母细胞，所产生的胚胎可以正常发育，并孵化出蝌蚪，这是人类历史上第一次通过核移植技术培育出克隆动物。在这一好消息的鼓舞下，童第周与他的团队加紧了核移植技术的操练。

核移植是十分精细的工作。鱼类的囊胚细胞比两栖类的囊胚细胞小，鱼类的细胞质也比两栖类的脆弱得多，要做好核移植工作，既不损伤细胞质，还要使卵子能正常发育，童第周团队经过多年的尝试，终于在1961年完成所有的准备工作，并以金鱼和鳑鲏鱼的囊胚中期细胞的核为材料，相互注射到去核卵子的动物性极，接受了核移植的受精卵能正常发育成胚胎和小鱼，成功地获得了金鱼和鳑鲏鱼的胚胎细胞克隆鱼。

为了进一步探讨核质关系，并探索用核移植技术培育鱼类新品种的可能性。1965年首先完成了金鱼和鳑鲏鱼不同科之间的远缘核移植实验（也可以说远缘核质杂交研究），他们证明，在核质杂种鱼中性状的出现不是完全受细胞核控制，细胞质也起作用。后来，童先生等发现，不同属间鱼类的核移植能获得核质杂种鱼，譬如鲤鱼胚胎的细胞核被移植到鲫鱼的去核卵内，它们的性状有类似于供细胞核的鲤鱼（如有口须），也有中间型（如侧线鳞片的数目）的，还有类似去核的受精卵的宿主鱼——鲫鱼的性状（如脊椎骨数目）。由此证明，细胞核和细胞质两者都含有可影响胚胎发育命运的物质。这些研究一方面克服了种间不能杂交的局限性，同时开创了中国动物胚胎细胞克隆技术的先河，为21世纪我国高等动物的体细胞克隆技术的蓬勃发展做出了不可或缺的理论和技术准备，大大推动了我国生物工程和生物医学工程的发展。在这方面，童先生及其学子们“功”不可没。他们广收研究生、进修生，培养核移植技术的专门人才，童先生也被誉为“中国动物克隆先驱”。

细胞核移植技术是生物学领域一项重要技术，自从1952年以后，这项技术不断改进，深化并迅速发展起来，它在研究核质关系、细胞分化、胚胎干细胞系的建立、动物育种、转基因动物的制备、基因治疗、器官移植以及生殖医学工程等方面都具有广阔的应用前景，尤其是因为目前只有用核移植的方法和外源因子诱导的方法能使分化的细胞逆转为多能干细胞（PSCs），能使体细胞发生重编程。因此可以制备患者所需的特定体细胞的治疗性克隆，核移植获取ES细胞和用外源因子诱导多能干细胞（iPSCs）都是必要的手段，这方面的应用对人类健康有着非常重要的意义。另外核移植技术的发展也为生物学打开了重要的研究领域：分化的体细胞的核移植到卵母细胞后怎么能逆转成全能性或多能性的干细胞？即细胞如何发生重编程？重编程的机制是什么？这一领域现在已经成为发育生物学和细胞生物学研究之热点。

拓宽视野，深化研究，跻身于创新事业

童先生是一位治学严谨，作风正派，孜孜不倦埋头苦干的实干家，他几十年如一日，从来没有中断过他的研究工作和科学思维，他以不知疲倦的求索精神，不断改进研究方法，开拓新的研究领域，将胚胎发育的视野拓宽和深化。在不同属间鱼类的核移植能获得核质杂种鱼。他希望能从分子水平找出细胞质控制细胞核分化的物质基础。因此，1973年，童第周乘尼克松访华的东风，与美国学者牛满江和张葆英进行强强合作（双方各以自己的技术强项进行合作），开展了注射异属间动物组织的信息核糖核酸（mRNA）或脱氧核糖核酸（DNA）进入受精卵后如何影响胚胎性状变异的探索性研究。

他们从鲫鱼的卵巢、成熟卵和肝脏及大白鼠walker腹水肿瘤细胞等中，分别分离出mRNA（用DNA酶处理过的），或由鲫鱼的肝脏和睾丸分离出的DNA（用RNA酶和蛋白酶消化过的）。鲫鱼的尾巴为单尾鳍，而金鱼的为双尾鳍。当鲫鱼成熟卵母细胞的mRNA注射到金鱼受精卵后，有些金鱼的尾巴发育成鲫鱼的单尾鳍性状。相反地，来自肝脏、卵巢和肿瘤的mRNA没有这种使尾鳍发生变异的作用。

后来接着做了几个实验也都得到预期的结果，利用蝾螈的内脏器官提取的DNA，注射到金鱼受精卵内，孵化出的数百条小金鱼中，有1%在头部出现似蝾螈的平衡器样的突起物，他们认为，经过几天实验室的工作，就能使两栖类的DNA在鱼类体内诱导出本该经过亿万年的进化才出现的器官——平衡器，这是个重大发现，在理论上和实践上均有重要意义。

实验一共做了5次，1974年世界转基因的研究才刚刚开始。童先生与牛先生强强联合的合作研究是超前的，不断深入探索科学问题的精神是可贵的，改变的表型是实在的、具有特异性的，结果是令人振奋的，但理论假设和验证手段存在时代的局限性。

童先生于1979年3月初到杭州讲学，不幸因劳累过度，心脏病发作医治无效，于1979年3月30日在北京逝世，享年77岁。童先生的仙逝也推迟了中国揭开受精卵细胞质中到底是什么东西在调控mRNA的诱变—这一神秘谜底的进程。

童第周在世时，曾于1978年7月向国务院和科学院建议建立一个现代化的发育生物学研究所，把分子生物学引进胚胎发育的研究。建设新发育生物学研究所是童先生的遗愿，也是众望所归。中美恢复邦交后，在张致一院士和西格博士的努力下，洛克菲勒基金会等国际组织大力出资支持我国发育生物学研究所的建立，中国科学院与洛克菲勒基金会等组织签订合同。1980年，一个现代化的发育生物学研究所终于在北京成立了，还向国外派出大批中层研究人员和研究生到美、英等国深造，童先生在发展中国科学事业和促进国际学术交流中作出了重要贡献。

1986年10月13日，在发育生物学研究所庆祝建所纪念会上，中国学术界的领导人、国内外著名的科学家和美国洛氏基金会的负责人等均表达了他们对童第周先生的尊敬和深切缅怀。

童先生还曾经与植物学家罗宗洛先生合作，把植物细胞核移植到动物去核卵子进行研究。两位科学家的设想深邃地思考着生命的奥秘。童先生年近 80岁，但雄心不泯，这种无穷尽的追求、勇气、使命感，以及在任何条件下都想跻身于无限的创新事业中去的精神，值得我们学习！如今发育生物学研究所与遗传研究所合并多年，研究队伍不断壮大，相关的基因表达调控、小分子RNA和表观遗传等方面的研究也在不断深入。