冲出樊笼|冲出什么笼
时间：2019-04-04 03:23:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
上海科技馆科普影视创作部近年正在拍摄“中国珍稀物种”系列科普电影。2012年的拍摄主题是文昌鱼，而孵化过程是其中重要的一项内容。文昌鱼虽然名义上也叫“鱼”，却没有脊椎，这让它们看起来更像虫，而不像鱼。不过，这种没有“脊梁骨”的小型动物却有着脊索——一种类似脊椎的绳索状结构。在文昌鱼的胚胎发育过程中，也兼有脊椎动物和无脊椎动物的特征，因而被认为是连接无脊椎动物与脊椎动物的过渡物种，也是一种“活化石”。深入观察文昌鱼的早期发育，有可能帮助人们找到更多有关生命奥秘的线索——无论对于学术研究还是科学教育，这都是非常重要的。4月下旬，我们来到厦门，在科学顾问的指导下，对当地的文昌鱼在人工条件下的繁殖和发育进行了跟踪拍摄。
绚丽的水下婚礼
成年文昌鱼身体半透明，全长5厘米左右，两头稍尖，就像手术刀。文昌鱼是地地道道的“潜伏者”：它们在大半部分时间里把自己埋在了水底的沙子里，稍稍露出有嘴的那一端，一方面用斗笠一样的嘴巴“守株待兔”，滤食飘到跟前的微型藻类，另一方面则用露出沙子的鳃进行呼吸；晚上更加活跃，迁移、游动、交配等行为都在黑暗的环境下进行。为了能够清晰地拍摄到文昌鱼在水下生活的画面，摄制组自行设计、制作玻璃缸并在底下铺上沙子，灌进海水，然后把大腹便便的雌雄文昌鱼放入玻璃缸，等待它们产卵、排精。文昌鱼的一举一动就这样完全暴露在了镜头面前。
文昌鱼被放进玻璃缸之后，很快就潜到了沙子里。为了模拟晚上的场景，诱使文昌鱼产卵，工作人员关掉了室内的大部分照明灯，只在拍摄对象跟前保留了微弱的灯光。这些文昌鱼非常“善解人意”：工作人员准备停当之后没多久，就有文昌鱼像飘带一样从沙子里窜了出来，水下出现了轻盈、朦胧的“烟雾”，带着淡淡的黄颜色；另一尾文昌鱼闻风而动，随后滴下一滴“牛奶”，自上而下化开。这是文昌鱼亲鱼争相在水下释放生殖细胞，进行受精，场面就像烟花表演……
宇宙大爆炸
为了把文昌鱼的胚胎发育过程看得仔细些，工作人员对拍摄方案作了进一步的设计。由于文昌鱼的生殖细胞（精子和卵子）非常小，用肉眼很难分辨，所以摄像师在摄像机上加装了显微镜头，把这些细胞放大了100多倍。在这种放大倍率下，在摄像机周遭1米范围之内，哪怕是小小的一跨步，都会对拍摄画面带来“地震”般的颠簸效果。为了尽量减少人为干扰，工作人员用一根数据线把拍摄画面延伸到5米开外的监视器——一个约25厘米宽的彩色显示器。
文昌鱼的胚胎发育过程十分迅速，特别是出膜环节，稍纵即逝，这就要求摄制组彻夜守候在监视器面前，进行跟踪拍摄。为了完整记录文昌鱼的早期发育，工作人员在装有一定海水的培养皿中滴入事先收集起来的鱼卵，在摄像镜头下调整好培养皿的位置之后，再滴入含有精子的海水。监视器里的卵子看上去就像十五的月亮那样圆润、明亮。滴加精子后不到3分钟，只见卵左下方的表面微微抖动了几下，然后就像启动了开关一样，卵的表面膜开始膨胀并与刚才那个“月亮”之间出现了空隙，空隙越来越大，像一个越吹越大的泡泡。文昌鱼的受精过程就在刚才的一瞬间完成了——轰轰烈烈的胚胎发育，由此拉开序幕！对一个生命体而言，成功受精的意义似乎不亚于一次宇宙大爆炸！
刚才的“泡泡”就是文昌鱼的卵膜，“月亮”及其邻接的部分就是文昌鱼的受精卵——胚胎发育的起点。
寂寞的单人舞
卵膜所包被的那个狭小、透明的空间，就是胚胎发育的“摇篮”。大约过了45分钟，“月亮”从经线方向一分为二。到了受精后的1小时10分，再次发生经线方向的分裂，不过这时的分裂面与上一个分裂面相互垂直，并且产生4个大小均匀的球体。到了1小时30分，改从纬线方向分裂，与刚才两个分裂面都垂直，并且产生8个细胞。这时的8个细胞相互之间有了大小的差异，但比起最初的受精卵，现在的每个细胞显得小很多。在第2小时前后，又发生了经线分裂，变成16个细胞。接下来，分裂过程像是被按下了“快进”键，分裂、增殖的速度大大加快，在监视器里已经看不出细胞之间的界线。这时的胚胎看上去就是一个细胞团，但颜色比最初的“月亮”淡了很多。
第9个小时，胚体进入了神经板期，它看起来就像水母一样晶莹剔透，而且具备对外界刺激产生反应的能力。这时的生命体开始表现出运动能力，看起来更像动物了，由此进入了胚胎发育的高潮阶段。在纤毛的帮助下，文昌鱼胚胎开始在卵膜内缓慢转动。到了9小时20分，胚体由“水母”变成“蚕豆”，同时变得更加活泼，不停地旋转运动，但只局限在卵膜包被而成的空间的中央。在第10小时前后，“蚕豆”又变成了一朵“郁金香”，活动范围也在扩大。“郁金香”的活动呈现出一定的规律性：在监视器里，它的运动路线就像一个直立的菱形，而且卯足了劲向右侧的卵膜冲撞过去。此时的胚胎尽管没有眼睛，却像是看得见一样——无论是运动路线还是撞击，都带有明显的方向性。这种方向性来自哪里呢？可能是环境光线的诱导，也可能是重力，或者两者兼而有之。胚体在狭小的空间里跳着寂寞的单人舞，过了半个小时左右，还是没能破膜而出。也许是着急了，“郁金香”加快了运动的速度，而且在冲撞卵膜的同时还带着旋转，就像一个有生命的冲击钻！
时间一分一秒地过去，如果不能及时冲破卵膜，那么胚胎就只能困死在里面。原来由卵膜包被的摇篮，这时却成了牢笼——这层卵膜就是“郁金香”的生死门！然而，它却没有打算放弃，依然绕着菱形的圈子，寻找着出路，可谓“生命不息，战斗不止”！又过了将近两个小时，“郁金香”终于感觉到累了，它不得不慢下来，也不再绕圈子，而是在原地打转。可能它已经感觉到延误了冲出樊笼的黄金时间，再冲击下去也是徒劳的，所以只好消停下来……
挣脱枷锁，重获新生
通过咨询科学顾问，摄制组推断：本次文昌鱼胚胎未能成功拍到出膜画面的原因可能有两个，一是培养皿太小，胚胎赖以生存、发育的海水很有限，显微拍摄用的聚光灯散发出来的热量加速了这些海水的蒸发，越来越高的盐度导致了胚胎的畸型发育；二是培养皿中有大量的细菌和腐殖质，胚胎因受到了感染而发育受阻。
针对上述原因，工作人员对拍摄条件进行了改进。他们首先用更大的培养皿取代了小培养皿，并且在拍摄的过程中时不时地往培养皿中滴加海水，防止其中盐度过高。与此同时，为了能够获得完整的出膜镜头，工作人员准备了多批次的受精卵，分别存放在不同的培养皿中。各个培养皿中受精卵的发育阶段存在一定时间的滞后：第一个备用胚胎的受精时间比正在拍摄的这个胚胎要晚30分钟，第二个则比第一个又晚20分钟，随着时间的推移，胚胎的分裂速度也就越快，所以开拍1小时之后就不再隔时备份。有了这一系列的保障措施，一旦拍摄中的胚胎不能顺利出膜，就可以取来发育阶段邻近的备用胚胎，继续拍摄进程。这种隔时备份的做法，可以实现一种“倒带”的效果——回到合适的时刻继续开拍，以获得连续的发育画面。这一系列操作，要求操作者对文昌鱼的胚胎发育过程了然于胸。
功夫不负有心人，拍摄小组终于在5月2日上午拍摄到了文昌鱼正常出膜的镜头！处于神经板期的文昌鱼胚胎，在卵膜内轻盈地游动了几圈之后，忽然“变轨”成功——挣脱卵膜襁褓，开始了崭新的、更加独立的生活！
锲而不舍、挣脱枷锁，这既是对生存的渴望，也是对生命意义的最好诠释。
（作者张维赟单位：上海科技馆科普影视创作部）
作者感谢厦门大学王义权、李光等老师在文昌鱼胚胎发育方面给予的指导，也感谢厦门一中曾国寿等老师在文昌鱼保护生物学方面提供的帮助。
