妊娠的1亿年秘密：揭秘胎盘演化中的力量角逐

妊娠期持续足够长以支持胎儿完全发育，是胎盘哺乳动物（包括人类在内的一大类群）的标志性进化突破。其核心在于胎儿-母体界面：这是子宫内胎儿胎盘与母体子宫相接触的部位，两个遗传学上截然不同的生物体——母体与胎儿——在此亲密接触并持续互动。这一界面必须达成微妙的平衡：既要足够亲密以交换营养和信号，又要足够保护以防止母体免疫系统排斥这个遗传学上“外来”的胎儿。

为了揭示这一复杂结构背后的起源和机制，研究团队分析了来自六种代表性哺乳动物的单细胞转录组——即单个细胞中活跃基因的快照。这些物种代表了哺乳动物进化树的关键分支，包括小鼠和豚鼠（啮齿类）、猕猴和人类（灵长类），以及两种更独特的哺乳动物：马岛猬（一种早期胎盘哺乳动物）和负鼠（一种在有袋类演化出复杂胎盘前就与胎盘哺乳动物分道扬镳的有袋类动物）。

细胞层面的“哺乳动物妊娠图谱”

通过分析胎儿-母体界面的细胞，研究人员能够追溯关键细胞类型的进化起源和多样化过程。他们的关注点集中在两个主要角色上：起源于胎儿并侵入母体组织的胎盘细胞，以及来源于母体并对这种侵入作出反应的子宫基质细胞。

利用分子生物学工具，团队识别出了独特的遗传特征——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，他们发现了一个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了超过1亿年。这一发现挑战了传统观点（即侵入性胎盘细胞是人类独有的），反而揭示出它们是哺乳动物进化中一个深度保守的特征。在此期间，母体细胞也并非静止不变。研究发现胎盘哺乳动物（而非有袋类）获得了新形式的激素生产能力，这是实现延长妊娠期和复杂妊娠的关键一步，也是胎儿与母体可能相互驱动对方进化的一个迹象。

细胞对话：在合作与冲突之间

为了更好地理解胎儿-母体界面的功能，该研究验证了关于母体与胎儿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”（Disambiguation Hypothesis），它预测在进化过程中，激素信号变得明确归属于胎儿或母体一方——这可能是确保清晰度并防止操控的一种保障措施。结果证实了这一观点：某些信号，包括WNT蛋白、免疫调节因子和类固醇激素，可以被清晰地追溯回一个来源组织。

第二个是“升级假说”（Escalation Hypothesis，或称“基因组冲突”），它暗示了母体与胎儿基因之间持续的进化军备竞赛——例如，胎儿增强生长信号，而母体则试图抑制它们。这种模式在少数基因中观察到，特别是调控生长的IGF2基因。总体上，证据指向了经过微调的合作性信号传导。

“这些发现表明，进化可能比以往假设的更倾向于母体与胎儿之间的协调合作，”该研究的第一作者、现维也纳大学进化生物学系研究员丹尼尔·J·斯塔德毛尔（Daniel J. Stadtmauer）说道，“所谓的母胎权力斗争似乎仅限于特定的遗传区域。与其追问妊娠整体是冲突还是合作，一个更有用的问题或许是：冲突发生在哪里？”

单细胞分析：进化发现的关键

团队的发现得益于两种强大工具的结合：单细胞转录组学（捕捉单个细胞内基因的活动）以及帮助科学家重建早已灭绝祖先性状可能样貌的进化建模技术。通过将这些方法应用于细胞类型及其基因活动，研究人员能够模拟不同物种间细胞的交流方式，甚至窥见这种对话在数百万年间是如何演化的。

“我们的方法为复杂生物系统（从单个细胞到整个组织）的进化打开了一扇新窗口，”共同第一作者、维也纳大学研究员西尔维娅·巴桑塔（Silvia Basanta）说。这项研究不仅阐明了妊娠的进化过程，还为在细胞水平上追踪进化创新提供了一个新框架——这些见解有朝一日可能改进我们对妊娠相关并发症的理解、诊断或治疗。

该研究在维也纳大学进化生物学系的米哈埃拉·帕夫利切夫（Mihaela Pavličev）实验室和耶鲁大学的冈特·瓦格纳（Günter Wagner）实验室进行。瓦格纳是耶鲁大学荣休教授和维也纳大学高级研究员。研究得到了约翰·坦普尔顿基金会（John Templeton Foundation）和奥地利科学基金（FWF）的支持。