第7章 當精子遇上卵子
一切只為了游向卵子
婦女每次月經週期中，都會有一顆卵細胞，自兩個卵巢之一蹦出，這兩個卵巢交替工作著。在鄰近卵巢處，則有輸卵管，或稱子宮管的開口，邊緣有手指狀的構造輕拂著，將卵細胞撥入輸卵管中。
此時期的卵已發育完全，大小是一般細胞的一千倍，配備了所有的胞器，以及來自母方的半套染色體。但與一般誤解不同的是，此時卵細胞內仍有四十六條（二十三對）染色體，要待與精子結合後，才會展開第二次減數分裂。
巨大的卵細胞並非獨自走完輸卵管內的旅程，大約有數千個小細胞，堆積如小山丘般，團團包圍著卵，一路伴隨護送著卵。從這些「卵丘細胞」（cumulus cell）或卵細胞中，會分泌出一些特殊的分子，擴散在輸卵管內的液體中，以吸引可能出現的精子。
輸卵管壁上的細胞則長著毛髮般的纖毛，很規律的前後擺動，卵細胞就順著纖毛的波動，在卵丘細胞的簇擁下，以訊息分子（或暱稱為「香水分子」）為前導，安穩的由輸卵管滑向子宮，整個過程耗時四天。
如果此時有精子進入婦女的生殖管道，便會嗅到香水的味道，而奮力拍動尾巴，逆流而上，朝著卵細胞邁進。精子不像卵那般巨大，事實上如果不將精子的尾巴計算在內的話，它將是人類細胞中最小的——如果將精子放大至細胞客廳的尺寸來看，它的尾巴約為客廳長度的五倍，但頭部卻只有一張椅子那麼大。
精子的基因平常並不會表現（除非它能幸運的使卵受精），因此精子中沒有mRNA，沒有可讀mRNA的核糖體，沒有使蛋白質適當摺合的內質網，也沒有負責蛋白質外送的高基氏體。整個精子細胞的設計，都只為了「行動」，它唯一的目標，就是游向卵，以傳送一組暫時休止的基因。
為了要達成目標，這些精子必須競跑一段比自己體長（包括尾巴在內）還長數千倍的距離，這可是要耗費相當多能量的！因此，一個精子細胞內必然含有的、而且數量很多的，就是供給細胞能量（ATP）的粒線體；所有的粒線體都整齊緊密的包裹在尾巴基部，使它們能距離微管最近，而能有效供給能量。
這條有如長鞭般的尾巴，是證明人類精子演化自單細胞原生動物最鮮明的證據。此外，精子內的微管排列方式，也和所有纖毛及鞭毛內的微管排列方式相同——中央有兩根分離的微管，外圈環繞著九根「微管二聯體」。這種「9＋2」的排列，存在於所有具毛狀突起的生物體內，從細菌到人類，甚至到植物的精子。如果此時還有人不相信所有地球上的生物，都依循相同的結構與方法來運作的話，這「9＋2」的微管排列，是另一個強力的證據。
然而，精子內的動力蛋白若不幸帶有遺傳缺陷，將可能造成男性的不育症。例如卡特金納症候群（Kartagener's syndrome），即肇因於馬達分子缺少了自ATP萃取能量的那一部位，沒有能量來源的馬達分子將無法產生收縮、使微管滑動，導致精子無法游動。
由於身體其他部位的纖毛運動，像呼吸道纖毛將塵埃及化學物質排出肺部的運動，也需要馬達分子的參與，因此病人常伴隨有慢性支氣管炎及習慣性的鼻竇感染。在分子與細胞生物學尚未發達的年代，醫生大概很難想像不育症與鼻竇炎，兩件看似風馬牛不相及的毛病，是同一因素所造成。
在輸卵管相會
這支龐大的精子艦隊，浩浩蕩蕩在香水分子的誘導下，奮力自陰道穿過子宮頸，進入子宮，又從子宮的另一頭游向輸卵管。每一場遠征開始時，大約有三十億到五十億的精子參加，但婦女的生殖道卻不是很友善的環境，大部分的精子都死在半途。然而，精子若沒有經歷這數小時惡劣環境的考驗，將無法使卵受精，因為在精子細胞外，還包裹了一層由醣類及蛋白質構成的膜。若要使卵受精，必須先除去此膜，而子宮或輸卵管內的酵素顯然提供了這項服務。
如果卵在排出卵巢之後，一直未能受精，只會有十到十五小時的壽命。但精子在射精之後，卻可存活四十八小時，因此想要懷孕的話，最佳的時機將是排卵前四十八小時，到排卵後十到十五小時之間。未能受精的卵，最後會被在輸卵管裡來回巡邏的巨噬細胞所吞食，這隻怪獸還會毫不客氣，大啖那些還沒機會「一親芳澤」即已喪命的精子呢！
通常精子與卵的相逢地點是在輸卵管附近，而能抵達終點的精子大概只剩數百隻。精子的高死亡率是一般男性不育的基本原因，如果男性在每次射精時，產生的精子太少的話，最後將沒有足夠的精子可支撐到與卵相逢的時候，也無法執行後續的步驟。
用化學彈頭炮轟
第一個遇見卵的精子，並不見得能使卵受精，因為還得先移除包裹在卵外、堆疊如山丘般的卵丘細胞。
在每一個精子的頭頂，都攜帶了一枚化學彈頭，稱為「頂體」（acrosome）。一旦遇見卵，精子就引爆釋出化學彈頭中的酵素，分解卵丘細胞之間的膠著物。愈多精子參與炮轟的行動，就可有愈多的酵素釋出，最後終於使卵丘細胞散開，裸露出卵來。此時，原本擺動的精子尾巴則傾向一邊，以更強更猛的力量拍打著，而精子的細胞膜也進一步產生了某些尚不是很清楚的變化。
然而現在談受精仍嫌太早，精子還必須穿過包在卵外的第二層保護膜——膠質的「透明帶」（zona pellucida），以及通過膜下數千種「識別因子」（recognition factor）的測試。識別因子是一種如同受體的分子，具有只與某特定形狀的分子結合的專一性，可防止非我族類的精子使卵受精；而卵識別因子所尋覓的結合伴侶，即位於同種生物的精子表面。這種演化遺跡，使從前仍處於體外受精時期的人類始祖，以及現今許多生活於廣袤大海中的生物，只給予同種生物的精子受精的機會，避免虛擲寶貴的卵於茫茫大海中。
如果精子表面的蛋白，能與卵的識別因子完美契合，則彷若以正確的鑰匙開啟門鎖，獲得進入透明帶的許可證，並使兩者的細胞膜互相融合。在這步驟中，同樣需要雙方受體的參與。融合後的精子將停止泳動，任由卵的收縮纖維，將精子的內部結構整個吸入，只留下部分空殼在卵外，頗像剛蛻下的蛇皮。然而，受精過程並非到此為止，攜帶著父方染色體的精子需要再靜候一天，因為卵還有更重要的工作得先完成。
注入一股電流
卵此時的首要工作，是儘速關閉為精子而開的門，倘若不慎讓第二個精子進入的話，多出來的一套染色體將使卵陷入致命的迷惑中，並走向死亡之途。
為了防止這樣的事件發生，一旦第一個精子進入之後，卵馬上打開鈣離子通道，讓鈣離子迅速湧入細胞質，使原本帶負電的細胞膜轉為帶正電，從而產生一股靜電斥離其他精子。
這股電流同時啟動了卵的發育程式，使卵開始進行細胞分裂。在這過程中，並不一定需要精子的參與，細胞學家很早就學會了讓卵在未受精的情況下展開分裂。這類實驗較常使用其他動物的卵細胞，尤其是海膽卵，科學家可輕易動些手腳，就使母海膽同時產下數千個卵。然後加入少量的氯化鉀至試管中，卵就因電荷和酸鹼值的改變，而啟動發育程式。在短短數分鐘內，培養皿中的卵都宛如已受精般開始分裂，由一個細胞變為兩個細胞，兩個細胞變為四個細胞……。
在前幾回的細胞分裂中，分裂所需的裝備和指令，都完全可以mRNA的形式等待著。只要「受精」的電訊傳入，細胞便開始轉譯出蛋白質。無論是哪種機制，可以斷定的是：卵完全自備了初期分裂的指令，無需精子的協助。
然而，電荷所扮演的第一項功能——驅離其他精子，效果非常短暫，但也足以使卵在這短短數秒間，建立起更持久的屏障：卵會釋出一種類似樹脂的物質至透明帶中，使原本膠狀的透明帶，變得強固而難以穿透。
進入子宮前的準備工作
不過，此時來自精子和卵的遺傳物質，仍需等待結合的時機，因為此時精子雖具有來自父方的二十三條染色體，但卵卻尚未完成減數分裂，仍有四十六條染色體，是受精所需染色體數的一倍。
因此，當精子耐心在卵膜旁等待時，卵細胞則趕忙將染色體分配到兩個新核中，然後卵以不均等的方式分裂，將兩個新核分別送至一個非常小的細胞，和一個巨大的細胞中。小細胞最後會分解，而巨大細胞則保存了大部分的資源，以做為未來發育的資產。
在卵忙碌的當頭，原本位在精子頭部的染色體，也由緻密壓縮的狀態（和細胞分裂時，濃縮染色體的情形一樣），膨脹成原本體積的數倍。至於精子的尾部，則在這時開始逐漸解體。
生物學家原本以為精核與卵核內各有的二十三條染色體，此時終於可以結合形成正常人類細胞所具備的四十六條染色體。然而近來新的研究卻發現，精核與卵核並未馬上奔向對方，而是各自先行複製染色體，最後兩個各帶有四十六條染色體的細胞核，才在卵的細胞骨架及其他馬達分子的牽引下，逐步靠近。隨後兩方的核膜瓦解，所有的九十二條染色體都排列在同一平面（赤道板）上。就像有絲分裂一般，複製染色體自中節處斷裂，微管拉著染色體分向細胞的兩極走，而後在細胞的中央形成了一肌動蛋白環帶，將細胞膜從中束緊捏開，形成兩個遺傳物質相等的細胞，每一個都承襲了來自父親的單套染色體，和來自母親的單套染色體。
如果從精子進入卵的那一剎那開始算起，到此時真正建立具備新遺傳潛力的細胞，全程共耗時三十小時。胚體在接下來的數天，會繼續緩慢悠閒的邁向子宮，並且有許多準備工作得在真正的胚胎形成之前，著手完成。
第二天，由受精卵分裂而成的兩個細胞，繼續分裂成四個完全相等的細胞，再由四個細胞變成八個相等的細胞。由於胚體仍禁錮在堅固的透明帶中，無法進食與成長，因此每回的細胞分裂，都將細胞的體積切為一半；細胞都把大部分儲存的養分，轉換為分裂所需的新胞器和DNA。此時期的胚體又稱為「桑椹胚」（morula），因為胚體的外形就像桑椹的果實一般。
桑椹胚緻密期
在桑椹胚的八細胞時期，也正面臨一個新紀元的轉變。在此之前，細胞不具任何活性，它們的基因也從未有發布指令的機會，所有的發育大計，都是由早已存在卵中的酵素及mRNA所主控，在受精後的前三回細胞分裂中，引導所有程序的進展。
直到受精後第三天，胚體發展至桑椹胚時，這全新的基因組合才開始展現出一個新的遺傳實體，胎兒開始掌控自己的命運。然而不幸也是在同一時期，許多桑椹胚因表現了毀滅性的遺傳缺陷，而提早結束生命。根據專家的估計，至少有一半以上的受精卵，夭折於此一時期。
這些剛甦醒的基因，在接下重責大任後的首要工作，是引導協調各具獨立生命的細胞，組成一個超乎任何細胞之上的巨大結構，一個基本的細胞社會，一種很簡單的生物組織。如果利用顯微鏡觀察，原本清楚可見四個細胞在上、四個細胞在下的胚體，開始彼此緊密的癒合在一起，像是大而多瘤的桑椹，胚胎學家稱這種現象為「緻密化」（compaction），這是由於細胞膜上一種新合成的受體分子，會與相鄰細胞上的同種受體分子結合。隨著愈來愈多的受體分子安裝在細胞膜上，細胞間黏合的區域也逐漸增加，將細胞互相拉進，最後形成緻密的桑椹形。
到了胚體進行第四次細胞分裂時，新生的細胞首度顯現不同的特性，開始追尋各自的前途。這真是一個創世紀的突破，試想如果胚體細胞無法選擇不同的發展方向，那麼將沒有所謂的發育可言，更不會有多細胞生物的存在。若細胞一直持續不斷分裂、且維持相同的形態和功能，則只會產生一團形狀不定的同質組織。事實上，這團細胞也不可能長得太大，因為細胞一旦被其他細胞包圍住，就等於切斷了氧的來源，將窒息而死。這就是為什麼人體內的細胞始終與氧的來源（微血管），保持僅有少數幾層細胞的原因。
這些同質細胞是如何產生相異性的？又是如何得知自己該表現何種特質呢？為什麼皮膚細胞不會分泌消化液？為什麼眼睛細胞不會到處亂爬、吞噬入侵細菌？人體內的每個細胞配備了一模一樣的基因組，但每個細胞都只表現整個基因組的極小部分，顯然在發育的過程中，人體的六十兆個細胞都接受了高度特化的任務，而放棄了其餘的生物潛能。到底這是如何發生的？大部分的生物學家都一致認為，這正是現代生物學中最重要、最根本的問題，而我們已有一些初步的瞭解。
一切只為了游向卵子
婦女每次月經週期中，都會有一顆卵細胞，自兩個卵巢之一蹦出，這兩個卵巢交替工作著。在鄰近卵巢處，則有輸卵管，或稱子宮管的開口，邊緣有手指狀的構造輕拂著，將卵細胞撥入輸卵管中。
此時期的卵已發育完全，大小是一般細胞的一千倍，配備了所有的胞器，以及來自母方的半套染色體。但與一般誤解不同的是，此時卵細胞內仍有四十六條（二十三對）染色體，要待與精子結合後，才會展開第二次減數分裂。
巨大的卵細胞並非獨自走完輸卵管內的旅程，大約有數千個小細胞，堆積如小山丘般，團團包圍著卵，一路伴隨護送著卵。從這些「卵丘細胞」（cumulus cell）或卵細胞中，會分泌出一些特殊的分子，擴散在輸卵管內的液體中，以吸引可能出現的精子。
輸卵管壁上的細胞則長著毛髮般的纖毛，很規律的前後擺動，卵細胞就順著纖毛的波動，在卵丘細胞的簇擁下，以訊息分子（或暱稱為「香水分子」）為前導，安穩的由輸卵管滑向子宮，整個過程耗時四天。
如果此時有精子進入婦女的生殖管道，便會嗅到香水的味道，而奮力拍動尾巴，逆流而上，朝著卵細胞邁進。精子不像卵那般巨大，事實上如果不將精子的尾巴計算在內的話，它將是人類細胞中最小的——如果將精子放大至細胞客廳的尺寸來看，它的尾巴約為客廳長度的五倍，但頭部卻只有一張椅子那麼大。
精子的基因平常並不會表現（除非它能幸運的使卵受精），因此精子中沒有mRNA，沒有可讀mRNA的核糖體，沒有使蛋白質適當摺合的內質網，也沒有負責蛋白質外送的高基氏體。整個精子細胞的設計，都只為了「行動」，它唯一的目標，就是游向卵，以傳送一組暫時休止的基因。
為了要達成目標，這些精子必須競跑一段比自己體長（包括尾巴在內）還長數千倍的距離，這可是要耗費相當多能量的！因此，一個精子細胞內必然含有的、而且數量很多的，就是供給細胞能量（ATP）的粒線體；所有的粒線體都整齊緊密的包裹在尾巴基部，使它們能距離微管最近，而能有效供給能量。
這條有如長鞭般的尾巴，是證明人類精子演化自單細胞原生動物最鮮明的證據。此外，精子內的微管排列方式，也和所有纖毛及鞭毛內的微管排列方式相同——中央有兩根分離的微管，外圈環繞著九根「微管二聯體」。這種「9＋2」的排列，存在於所有具毛狀突起的生物體內，從細菌到人類，甚至到植物的精子。如果此時還有人不相信所有地球上的生物，都依循相同的結構與方法來運作的話，這「9＋2」的微管排列，是另一個強力的證據。
然而，精子內的動力蛋白若不幸帶有遺傳缺陷，將可能造成男性的不育症。例如卡特金納症候群（Kartagener's syndrome），即肇因於馬達分子缺少了自ATP萃取能量的那一部位，沒有能量來源的馬達分子將無法產生收縮、使微管滑動，導致精子無法游動。
由於身體其他部位的纖毛運動，像呼吸道纖毛將塵埃及化學物質排出肺部的運動，也需要馬達分子的參與，因此病人常伴隨有慢性支氣管炎及習慣性的鼻竇感染。在分子與細胞生物學尚未發達的年代，醫生大概很難想像不育症與鼻竇炎，兩件看似風馬牛不相及的毛病，是同一因素所造成。
在輸卵管相會
這支龐大的精子艦隊，浩浩蕩蕩在香水分子的誘導下，奮力自陰道穿過子宮頸，進入子宮，又從子宮的另一頭游向輸卵管。每一場遠征開始時，大約有三十億到五十億的精子參加，但婦女的生殖道卻不是很友善的環境，大部分的精子都死在半途。然而，精子若沒有經歷這數小時惡劣環境的考驗，將無法使卵受精，因為在精子細胞外，還包裹了一層由醣類及蛋白質構成的膜。若要使卵受精，必須先除去此膜，而子宮或輸卵管內的酵素顯然提供了這項服務。
如果卵在排出卵巢之後，一直未能受精，只會有十到十五小時的壽命。但精子在射精之後，卻可存活四十八小時，因此想要懷孕的話，最佳的時機將是排卵前四十八小時，到排卵後十到十五小時之間。未能受精的卵，最後會被在輸卵管裡來回巡邏的巨噬細胞所吞食，這隻怪獸還會毫不客氣，大啖那些還沒機會「一親芳澤」即已喪命的精子呢！
通常精子與卵的相逢地點是在輸卵管附近，而能抵達終點的精子大概只剩數百隻。精子的高死亡率是一般男性不育的基本原因，如果男性在每次射精時，產生的精子太少的話，最後將沒有足夠的精子可支撐到與卵相逢的時候，也無法執行後續的步驟。
用化學彈頭炮轟
第一個遇見卵的精子，並不見得能使卵受精，因為還得先移除包裹在卵外、堆疊如山丘般的卵丘細胞。
在每一個精子的頭頂，都攜帶了一枚化學彈頭，稱為「頂體」（acrosome）。一旦遇見卵，精子就引爆釋出化學彈頭中的酵素，分解卵丘細胞之間的膠著物。愈多精子參與炮轟的行動，就可有愈多的酵素釋出，最後終於使卵丘細胞散開，裸露出卵來。此時，原本擺動的精子尾巴則傾向一邊，以更強更猛的力量拍打著，而精子的細胞膜也進一步產生了某些尚不是很清楚的變化。
然而現在談受精仍嫌太早，精子還必須穿過包在卵外的第二層保護膜——膠質的「透明帶」（zona pellucida），以及通過膜下數千種「識別因子」（recognition factor）的測試。識別因子是一種如同受體的分子，具有只與某特定形狀的分子結合的專一性，可防止非我族類的精子使卵受精；而卵識別因子所尋覓的結合伴侶，即位於同種生物的精子表面。這種演化遺跡，使從前仍處於體外受精時期的人類始祖，以及現今許多生活於廣袤大海中的生物，只給予同種生物的精子受精的機會，避免虛擲寶貴的卵於茫茫大海中。
如果精子表面的蛋白，能與卵的識別因子完美契合，則彷若以正確的鑰匙開啟門鎖，獲得進入透明帶的許可證，並使兩者的細胞膜互相融合。在這步驟中，同樣需要雙方受體的參與。融合後的精子將停止泳動，任由卵的收縮纖維，將精子的內部結構整個吸入，只留下部分空殼在卵外，頗像剛蛻下的蛇皮。然而，受精過程並非到此為止，攜帶著父方染色體的精子需要再靜候一天，因為卵還有更重要的工作得先完成。
注入一股電流
卵此時的首要工作，是儘速關閉為精子而開的門，倘若不慎讓第二個精子進入的話，多出來的一套染色體將使卵陷入致命的迷惑中，並走向死亡之途。
為了防止這樣的事件發生，一旦第一個精子進入之後，卵馬上打開鈣離子通道，讓鈣離子迅速湧入細胞質，使原本帶負電的細胞膜轉為帶正電，從而產生一股靜電斥離其他精子。
這股電流同時啟動了卵的發育程式，使卵開始進行細胞分裂。在這過程中，並不一定需要精子的參與，細胞學家很早就學會了讓卵在未受精的情況下展開分裂。這類實驗較常使用其他動物的卵細胞，尤其是海膽卵，科學家可輕易動些手腳，就使母海膽同時產下數千個卵。然後加入少量的氯化鉀至試管中，卵就因電荷和酸鹼值的改變，而啟動發育程式。在短短數分鐘內，培養皿中的卵都宛如已受精般開始分裂，由一個細胞變為兩個細胞，兩個細胞變為四個細胞……。
在前幾回的細胞分裂中，分裂所需的裝備和指令，都完全可以mRNA的形式等待著。只要「受精」的電訊傳入，細胞便開始轉譯出蛋白質。無論是哪種機制，可以斷定的是：卵完全自備了初期分裂的指令，無需精子的協助。
然而，電荷所扮演的第一項功能——驅離其他精子，效果非常短暫，但也足以使卵在這短短數秒間，建立起更持久的屏障：卵會釋出一種類似樹脂的物質至透明帶中，使原本膠狀的透明帶，變得強固而難以穿透。
進入子宮前的準備工作
不過，此時來自精子和卵的遺傳物質，仍需等待結合的時機，因為此時精子雖具有來自父方的二十三條染色體，但卵卻尚未完成減數分裂，仍有四十六條染色體，是受精所需染色體數的一倍。
因此，當精子耐心在卵膜旁等待時，卵細胞則趕忙將染色體分配到兩個新核中，然後卵以不均等的方式分裂，將兩個新核分別送至一個非常小的細胞，和一個巨大的細胞中。小細胞最後會分解，而巨大細胞則保存了大部分的資源，以做為未來發育的資產。
在卵忙碌的當頭，原本位在精子頭部的染色體，也由緻密壓縮的狀態（和細胞分裂時，濃縮染色體的情形一樣），膨脹成原本體積的數倍。至於精子的尾部，則在這時開始逐漸解體。
生物學家原本以為精核與卵核內各有的二十三條染色體，此時終於可以結合形成正常人類細胞所具備的四十六條染色體。然而近來新的研究卻發現，精核與卵核並未馬上奔向對方，而是各自先行複製染色體，最後兩個各帶有四十六條染色體的細胞核，才在卵的細胞骨架及其他馬達分子的牽引下，逐步靠近。隨後兩方的核膜瓦解，所有的九十二條染色體都排列在同一平面（赤道板）上。就像有絲分裂一般，複製染色體自中節處斷裂，微管拉著染色體分向細胞的兩極走，而後在細胞的中央形成了一肌動蛋白環帶，將細胞膜從中束緊捏開，形成兩個遺傳物質相等的細胞，每一個都承襲了來自父親的單套染色體，和來自母親的單套染色體。
如果從精子進入卵的那一剎那開始算起，到此時真正建立具備新遺傳潛力的細胞，全程共耗時三十小時。胚體在接下來的數天，會繼續緩慢悠閒的邁向子宮，並且有許多準備工作得在真正的胚胎形成之前，著手完成。
第二天，由受精卵分裂而成的兩個細胞，繼續分裂成四個完全相等的細胞，再由四個細胞變成八個相等的細胞。由於胚體仍禁錮在堅固的透明帶中，無法進食與成長，因此每回的細胞分裂，都將細胞的體積切為一半；細胞都把大部分儲存的養分，轉換為分裂所需的新胞器和DNA。此時期的胚體又稱為「桑椹胚」（morula），因為胚體的外形就像桑椹的果實一般。
桑椹胚緻密期
在桑椹胚的八細胞時期，也正面臨一個新紀元的轉變。在此之前，細胞不具任何活性，它們的基因也從未有發布指令的機會，所有的發育大計，都是由早已存在卵中的酵素及mRNA所主控，在受精後的前三回細胞分裂中，引導所有程序的進展。
直到受精後第三天，胚體發展至桑椹胚時，這全新的基因組合才開始展現出一個新的遺傳實體，胎兒開始掌控自己的命運。然而不幸也是在同一時期，許多桑椹胚因表現了毀滅性的遺傳缺陷，而提早結束生命。根據專家的估計，至少有一半以上的受精卵，夭折於此一時期。
這些剛甦醒的基因，在接下重責大任後的首要工作，是引導協調各具獨立生命的細胞，組成一個超乎任何細胞之上的巨大結構，一個基本的細胞社會，一種很簡單的生物組織。如果利用顯微鏡觀察，原本清楚可見四個細胞在上、四個細胞在下的胚體，開始彼此緊密的癒合在一起，像是大而多瘤的桑椹，胚胎學家稱這種現象為「緻密化」（compaction），這是由於細胞膜上一種新合成的受體分子，會與相鄰細胞上的同種受體分子結合。隨著愈來愈多的受體分子安裝在細胞膜上，細胞間黏合的區域也逐漸增加，將細胞互相拉進，最後形成緻密的桑椹形。
到了胚體進行第四次細胞分裂時，新生的細胞首度顯現不同的特性，開始追尋各自的前途。這真是一個創世紀的突破，試想如果胚體細胞無法選擇不同的發展方向，那麼將沒有所謂的發育可言，更不會有多細胞生物的存在。若細胞一直持續不斷分裂、且維持相同的形態和功能，則只會產生一團形狀不定的同質組織。事實上，這團細胞也不可能長得太大，因為細胞一旦被其他細胞包圍住，就等於切斷了氧的來源，將窒息而死。這就是為什麼人體內的細胞始終與氧的來源（微血管），保持僅有少數幾層細胞的原因。
這些同質細胞是如何產生相異性的？又是如何得知自己該表現何種特質呢？為什麼皮膚細胞不會分泌消化液？為什麼眼睛細胞不會到處亂爬、吞噬入侵細菌？人體內的每個細胞配備了一模一樣的基因組，但每個細胞都只表現整個基因組的極小部分，顯然在發育的過程中，人體的六十兆個細胞都接受了高度特化的任務，而放棄了其餘的生物潛能。到底這是如何發生的？大部分的生物學家都一致認為，這正是現代生物學中最重要、最根本的問題，而我們已有一些初步的瞭解。
