你有没有想过，为什么世界上没有两片完全相同的树叶？

德国哲学家莱布尼茨曾说过：“世上没有两片完全相同的树叶。”大自然是如此奇妙，每个个体都是独一无二的存在。然而，你是否有思考过这句话背后的科学问题？为什么处于同一生长环境之下，甚至是紧紧相邻的两片叶子都能生长出不一样的纹路？来自斯坦福大学的研究团队于日前找到了答案。

这项由斯坦福大学生物学家和HHMI研究人员Dominique Bergmann和博士后学者Camila Lopez-Anido领导新研究中，研究人员使用单细胞RNA测序技术跟踪了近20000个拟南芥的表面和内部叶子细胞的遗传活性。通过这种高度详细的技术，研究人员捕获了瞬时和稀有细胞状态，说明细胞如何生长成不同的细胞，尤其是在干细胞种群的早期阶段存在惊人的丰富的模糊性。

Bergmann说：“所有的细胞都是协调的，但它们都是具有自己的遗传程序的个体。”“我们在了解细胞生长的机制上还有很长的路要走，在看到每个新事物和特殊之处以及独特之处的同时，还要认识到它们是如何协同工作的。两者的微妙平衡让我非常着迷。”

研究人员发现，细胞可能会在它们似乎正在遵循的发育路径上加倍回溯，也有可能提前跳转。他们还注意到，新干细胞相对于旧干细胞在细胞类型之间调节过渡的方式可能存在差异；而且，他们在此前的研究中已经知道了细胞分化的核心步骤。但这次研究显示，在这一过程中实际上有许多看似连续的小步骤。

（一片树叶的成长过程，图源Developmental Cell）

一个特别有趣的发现涉及一个关键的基因，叫做SPEECHLESS，它在形成孔隙（称为气孔）的过程中起着作用，植物通过这些孔隙交换气体和调节水分含量。Bergmann实验室已经对SPEECHLESS基因进行了广泛的研究，但是新数据表明，它在发育过程中表达的时间比他们预期的要长。在后续实验中，研究人员能够在它完成其已知作用后选择性地移除该基因，但这个时间点比新数据所说的它完成被表达的时间更早。

这一发现让人兴奋不已——这与研究人员以为已知的理论相矛盾。这促使科学家们重新考虑干细胞的含义，重新定义最终分化阶段的事件的框架以及重新评估在细胞诞生在一片树叶的顶部和底部的含义。

参考资料：

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210405131039.htm

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.03.014