干细胞如何起源？癌细胞怎样扩散？胚胎中各类型细胞何时开始分裂？这些问题长期困扰着科学界。如果能够描绘出从受精卵到人体细胞发展变化的完整历程，这些基本而重要的问题将迎刃而解。以色列魏兹曼研究院近日宣布，其多学科研究团队开发出一种能够绘制细胞谱系树的分析方法，为攻克这些难题提供了有力工具。

有机体中的每个细胞都携带其父辈染色体的精确复制品。尽管复制过程中可能发生错误，这些错误作为“突变”传递给下一代，但染色体上的细微缺陷通常被认为微不足道。然而，魏兹曼的研究人员意识到，尽管突变在生物学上可能无关紧要，但累积的突变可能保留细胞分裂史中的记录。

研究人员将胚胎分裂过程中观察到的突变数据，通过特定算法用计算机处理，以描绘细胞谱系的树状结构。该方法对约1000个细胞的线虫（C. elegans）非常有效。但对于人类这样拥有100万亿个细胞的对象，即使初生老鼠或一个月大的人类胚胎，经过40轮细胞分裂后细胞总数已超过10亿个，观察和研究极为困难。

因此，研究人员将突变观察集中在特殊且具有染色体突变倾向的区域——微卫星。在微卫星中，由核苷酸组成的遗传“短语”被重复，突变表现为该短语长度的增减。基于对遗传片段突变过程的认识，研究人员用数学方法证明，微卫星所含信息足以精确描绘含10亿个细胞的有机体谱系树。

人类和老鼠染色体中均包含约150万个微卫星，但研究人员发现，分析少量微卫星即可有效展示整个有机体的突变情况。为获得连续突变记录，他们选择动植物中遗传缺陷较少的有机体作为研究对象。健康细胞具有修复机制，可纠正复制错误并阻止突变；而有遗传缺陷的细胞则允许突变加速进行。

研究人员借助进化生物学家描绘生物进化树时使用的计算机算法，创建了一个自动系统。该系统通过对一定数量细胞中采集的遗传物质进行取样，比较其特殊突变情况，运用特定算法评估关联度，从而绘制细胞谱系树。对50个微卫星的分析结果显示，他们能够成功且重复地构建精确的细胞谱系树。

目前，研究小组正计划对更复杂的生物体进行试验，其他领域的科学家也表现出浓厚兴趣，准备在自己的研究中使用该方法。项目负责人夏皮罗教授表示：“我们的研究成果为将来开展‘人类细胞谱系计划’探明了道路。”