作者：林家齊
“It is not birth, marriage, or death, but gastrulation which is truly the most important time in your life.” ──Lewis Wolpert
原腸胚形成（gastrulation）是動物胚胎發育的其中一個階段。在這個階段胚胎細胞首次進行有規則、大規模的遷移，並開始建立不同胚層。這個時期的發育異常往往伴隨重大疾病，甚至胚胎死亡。正如 Lewis Wolpert 所說，原腸胚形成是每個人生命中的重要時刻。此階段形成的胚孔（blastopore）則是作為區別外胚層與內中胚層的分水嶺，其發育命運更曾是用以區別不同分類群的重要解剖構造。 回想國高中時期，還記得教科書、生物老師對於原口後口動物的定義嗎？──胚孔先變成嘴巴、再長出肛門，稱為原口動物（Protostomia）；胚孔變成肛門，然後再長出嘴巴，則稱為後口動物（Deuterostomia）（Fig 1.）。
然而，在原口動物中發現的眾多後口發生（deuterostomy註1，胚孔發育成肛門口）現象、毛顎動物門（Chaetognatha）經過修改的親緣關係註2、胚孔的關閉與重啟以及逐漸豐富的分子證據，再再顯示這個說法的簡約與不足。一如以往，生物界帶給我們的勝景總是充滿了奧妙與意外。
閃亮登場
隨著作為動物世界黎明的前寒武紀埃迪卡拉生物群化石現身，後以微小骨骼化石為主的寬川鋪、梅樹村生物群則奠定了寒武紀早期的原口動物階段，以及代表了寒武紀大爆發主幕的澄江生物群宣示後口動物的崛起之路。而在往後的數億年間，兩側對稱動物經歷了生生不息的演化浪潮，建構了我們如今所知的親緣關係樹（Fig 2.）。
溯源
兩側對稱動物的管狀消化道一直是動物演化的中心問題之一。相對於輻射對稱動物的單開口囊狀消化腔，具有口、肛門的管狀消化道消化食物的效率更佳。消化道的形成也與動物體軸有密不可分的關係，而學界一般認為具口、肛分化的消化道由簡單的單開口消化腔演化而來。註3
早在 1908 年，奧地利生物學家 Karl Grobben 觀察了許多不同物種的胚孔（blastopore）發育進程（Fig 3.），據此創造了 Protostomia、Deuterostomia 二詞──原口動物的胚孔會發育為口，而後口動物的胚孔發育為肛門。從此兩側對稱家族的組成基本定型，但如何、何時由簡單的單一開口演化至如此兩極的發育模式，卻仍舊缺乏共識。
Fig 3. （右）Grobben 觀察到的兩種不同胚孔命運。
眾口紛紜
在了解科學家們的最新進展前，先讓我們看看胚孔的發育多樣性吧！
1. 圖四 a、b、j、k：胚胎胚孔在中央處融合，兩端隨著胚胎發育分別形成口及肛門口，這種特別的胚孔發育模式有別於我們熟知的原口發生、後口發生，被稱為 amphistomy 。
2. 圖四 c、d、e：狹縫型胚孔（slit-like blastoporal opening）後端會在發育中逐漸融合，僅在前端留下開口，並在未來發育為口；新的肛門將在胚孔閉合的最末端重新開口。若以胚孔開口為基準，此種發育模式仍定義為原口發生。
3. 圖四 g、h：展現出明顯的後口發生。注意，g. 腹足軟體動物 被歸類為原口動物，h. 半索動物 則被劃分為後口動物。
4. 圖四 i：胚孔會先關閉，口及肛門會在別處重新出現。
Fig 4. 紅圈為胚孔，紅色虛線為閉合的胚孔，黃色星號為新形成的肛門，黃色圓圈則為新形成之口。注意，除了 h. 半索動物被劃分為後口動物、f. 無腔動物分類階層仍舊不明確外，其他例子皆為原口動物。
範例中我們不難發現這些所謂「原口動物」的矛盾，身為原口動物卻不安守本分做好原口發生，反而精進其他類群的發育技能，做出後口發生或是 amphistomy！然而，這其實也是科學家在比較更多動物的胚孔發育命運後發現的事實。透過這些資料，他們歸納出：
1. 「胚孔只變成嘴巴，而且沒有狹縫狀胚孔。」的案例在原口動物裡少得可憐。
2. 其他原口動物，大多會先形成狹縫狀胚孔（slit-like blastoporal opening），然後像外套拉鍊一樣，胚孔從肛門處融合，一路往前延伸留下單一開口，隨後肛門再從原本的融合處末端發育出來。胚孔不只變成口，還會形成肛門，只是這個肛門會被關掉再重啟。
3. 比起原口動物的怪異，後口動物的發育模式卻相當一致──胚孔直接變成肛門口。其實這樣的模式也出現在原口動物中，且並非只有少數特例。
這些發現似乎暗示了胚孔發育在演化上的不穩定，甚至某些發育模式中胚孔也許根本沒出現，以其作為分類依據、重建兩側對稱動物發育祖徵似乎相當不可靠。
有專家發現，即使胚孔因為不同原因在某些演化支中逐漸消失，那些作為區別內中、外胚層的細胞群，還是有能力發育成口部或肛門組織，也較不會因演化歷程改變發育命運。因此，這些胚孔組織（blastoporal tissue） 似乎提供了一個比胚孔更為保守的發育模式基準。
原口都不原口了！
將重點放在胚孔組織（而非胚孔）的另一個重要性在於，它大幅改變了我們對於原口、後口發生的定義。還記得圖四展現三種發育模式的動物們嗎？在新定義之下他們都被重新歸類為 amphistomy 模式，因為剛好在這些範例中，口及肛門的部分組織是由胚孔組織分化而來。不巧，以往科學家所定義的原口動物，其發育模式多半是新定義下的 amphistomy。
科學家將新定義的發育模式，定位到兩側對稱動物的親緣關係樹。（Fig 5.）
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Fig 5. 可以看到原口動物分類群大多是 amphistomy 發育模式
再透過其他比較基因組學、發育生物學實驗，科學家們開始想像故事的大致走向──輻射對稱動物的單開口消化腔可能先經由胚孔伸長，演化成狹縫狀胚孔（原本的輻射對稱體制隨之變為兩側對稱）。但不確定的是，在這個兩側對稱動物祖先發育過程中，又細又長的胚孔組織是同時發育為口、肛門組織（Evo-amphistomy）；或是只發育為肛門組織（Evo-deuterostomy）？（Fig 6.）
更進一步
要解開兩側對稱動物祖先發育謎團── amphistomy 或 deuterostomy ──則要借助現代分子生物學的力量。科學家已經知道胚孔組織會表達某些專一性的轉錄因子，以其作為標誌基因，追蹤在各個發育時期中這些組織從何處遷移、遷移至何處，或許會為我們提供一些不同的視野。（Fig 7.）
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如果 amphistomy 是祖徵的話，那我們應該可以預期，即使在往後逐漸失去此祖徵或得到某些衍生特徵的生物上，仍然有機會發現類似 amphistomy 模式的現象。舉例來說，Fig 7. 中的 Priapulida 被歸類為 deuterostomy 模式（成口組織已逐漸脫離胚孔組織之外，因此胚孔周遭組織僅分化為肛門組織），但我們仍然可以發現胚孔組織專一的轉錄因子表達在未來的口部、肛門組織內，就像其他仍被定義為 amphistomy 的模式種一樣。
相反地，若 deuterostomy 才是祖徵，由於口部組織並不由胚孔組織分化、而是在身體某處重新特化而來，我們應該可以預期這個新的口部組織不會表現胚孔的標誌基因（至少大多該如此）。然而後者並不符合觀察資料，因此目前較被廣泛認可的祖徵是 amphistomy 模式。
目前先這麼說好了！現生動物所擁有的嘴巴、肛門和管狀消化道，最可能是由單開口消化腔經胚孔伸長，逐漸形成狹縫狀胚孔，然後在中間縫合、兩端的開口分別行使進食跟排泄的功能。這樣的演化歷程讓如今你我不需要在享用飯後甜點的時候順便吐出幾顆才剛消化完的前菜當佐料（想想就覺得噁心，對吧）。總之，口肛分化、更有效率的進食方式、體軸延長以及可能隨之而來的集中式中央神經系統，這些無疑是奠定兩側動物如此欣欣向榮的重要基礎。
結尾
儘管原口和後口的概念仍舊作為生物演化支存在，但這些概念已經不再被視為唯一可靠的分類標準。最新的研究表明，不論定義為何，許多動物展現出既不符合原口也不完全符合後口的發育模式，以這樣簡單的二分法作為生物分類法則顯然已經過時，不同的發育進程也揭示了自然界存在的生物多樣性。原口？後口？是否又有新的假說要出現了呢？好吧，就算演化學家仍然在吵架，這些動物依舊會在未來地球的演化長河中生生不息，繁榮昌盛。
註釋
1. Protostomia、Deuterostomia為分類群學名，而原口發生（protostomy）、後口發生（deuterostomy）為發育現象。
2. 根據近來的分子親緣研究，毛顎動物被歸類為原口動物，但他們展現的發育模式卻是後口發生。
3. 需要注意的是，近期發現櫛水母可能具有功能正常的肛門，而某些親緣分析研究認為櫛水母為後生動物基群（basal group），因此有科學家認為具口、肛分化的雙開口消化道才是祖徵。
參考文獻
[1] Nielsen, C., Brunet, T., & Arendt, D. (2018). Evolution of the bilaterian mouth and anus. Nature Ecology & Evolution, 2(9), Article 9.
[2] Barresi, M. J. F., & Gilbert, S. F. (2020). Developmental Biology. Oxford University Press.
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