一个研究团队通过对从人类到有袋类等六种不同哺乳动物的妊娠过程进行研究，揭示了母亲与胎儿交界处的特定细胞如何协同工作了逾1亿年。通过绘制这些细胞的基因活动图谱，他们发现妊娠并非仅是母体与胎儿间的对抗，更多时候是一种精心协调的合作关系。这些古老的细胞相互作用——包括激素分泌和营养物质共享——在进化过程中逐步发展，以支持更长、更复杂的妊娠过程，也可能有助于解释当今人类妊娠的形成机制。
妊娠期足够长以支持胎儿完全发育，是有胎盘哺乳动物（包括人类在内）的一个标志性进化突破。其核心在于母胎界面：子宫内婴儿胎盘与母体子宫相遇的部位，也是两个遗传学上不同的生物体——母亲与胎儿——亲密接触和持续互动的场所。这个界面必须达成微妙的平衡：既要亲密无间以交换营养物质和信号，又要保护得当，防止母体免疫系统排斥遗传学上属于“外来物”的胎儿。
为了揭示这一复杂结构背后的起源和机制，研究团队分析了代表哺乳动物进化树上主要分支的六个物种的单细胞转录组——即单个细胞中活跃基因的快照。这些物种包括小鼠和豚鼠（啮齿类）、猕猴和人类（灵长类），以及两种更为特殊的哺乳动物：马岛猬（一种早期有胎盘哺乳动物）和负鼠（一种在有胎盘哺乳动物进化出复杂胎盘之前就从它们中分离出来的有袋类动物）。
哺乳动物妊娠的细胞“图谱”
通过分析母胎界面的细胞，研究人员能够追溯所涉及的关键细胞类型的进化起源和多样化。他们的焦点集中在两个主要角色上：胎盘细胞（源自胎儿并侵入母体组织）和子宫基质细胞（源自母体并对这种侵入做出反应）。
利用分子生物学工具，研究团队识别出了不同的遗传特征——即特定细胞类型及其专门功能所特有的基因活动模式。值得注意的是，他们发现了一种与胎儿胎盘细胞侵入行为相关的遗传特征，该特征在哺乳动物中已保守存在超过1亿年。这一发现挑战了胎盘细胞侵入性为人类所独有的传统观点，反而揭示了它是哺乳动物进化中一个深度保守的特征。在此期间，母体细胞也并非一成不变。研究发现，有胎盘哺乳动物（而非有袋类动物）获得了新的激素产生形式，这是向延长妊娠期和复杂孕期迈出的关键一步，也表明胎儿和母亲可能正在驱动彼此的进化。
细胞对话：合作与冲突之间
为了更好地理解母胎界面如何运作，该研究测试了关于母体与胎儿之间细胞通讯进化的两个有影响力的理论。
第一个是“消歧假说”，它预测在进化过程中，激素信号会明确地分配给胎儿或母体——这可能是确保清晰度和防止操纵的一种保障。结果证实了这一观点：某些信号，包括WNT蛋白、免疫调节剂和类固醇激素，可以清晰地追溯到某一个来源组织。
第二个是“升级假说”（或称“基因组冲突”），它暗示了母体与胎儿基因之间存在一场进化军备竞赛——例如，胎儿增强生长信号，而母体则试图抑制这些信号。这种模式在少数基因中被观察到，特别是调节生长的IGF2。总体而言，证据指向了精细调节的合作信号传导。
“这些发现表明，进化可能更倾向于母体与胎儿之间比以前想象的更加协调，”该研究的第一作者、现为维也纳大学进化生物学系研究员的Daniel J. Stadtmauer说。“所谓的母子权力斗争似乎仅限于特定的遗传区域。与其问妊娠整体是冲突还是合作，一个更有用的问题可能是：冲突在哪里？”
单细胞分析：进化发现的关键
该团队的发现得益于两种强大工具的结合：单细胞转录组学（捕捉单个细胞中基因的活性）和进化建模技术（帮助科学家重建已灭绝已久的祖先可能具有的特征）。通过将这些方法应用于细胞类型及其基因活动，研究人员可以模拟细胞在不同物种中如何通讯，甚至窥见这种对话是如何在数百万年的进化中演变的。
“我们的方法为理解从单个细胞到整个组织的复杂生物系统的进化打开了一扇新的窗口，”共同第一作者、维也纳大学研究人员Silvia Basanta说。这项研究不仅揭示了妊娠是如何进化的，还提供了一个在细胞水平上追踪进化创新的新框架——这些见解有朝一日可能会改善我们对妊娠相关并发症的理解、诊断或治疗方式。
这项研究在维也纳大学进化生物学系Mihela Pavličev的实验室和耶鲁大学Günter Wagner的实验室进行。Wagner是耶鲁大学名誉教授，也是维也纳大学高级研究员。该研究得到了约翰·坦普尔顿基金会和奥地利科学基金（FWF）的支持。