貝殼裡的秘密--探知珍珠成因--中國數字科技館

     人類採捕、養殖珍珠已有千年歷史。珍珠晶瑩素潔、渾然天成，人們喜愛它，欣賞它，把它看作是上天的恩賜。而對於珍珠成因的探索，無論是出於浪漫的想像還是理性的思考，千百年來也從未間斷過。
　　在科學並不發達的古代，人們對珍珠的認識十分有限，更談不上對珍珠成因的理論研究，可是這並不妨礙人們憑藉他們對珍珠的喜愛而展開種種奇異的猜想，於是便產生有關珍珠來歷的種種傳說。例如，不少古人認為珍珠是由露滴或眼淚凝結而成的。當然，我們對古人是不能苛求的，他們在缺少科學根據的古代，不了解珍珠的性質，只能對珍珠的成因進行猜想或藉助神話去做解釋。顯而易見，所有這些都沒有什麼科學意義，甚至具有十分濃厚的迷信色彩。結果是雖然有了珍珠，卻不能真正地知道她是怎樣生成的。

王士性的《廣志繹》中描寫的「老蚌曬珠之夕，海天半壁閃如豔霞」的景象

 

寄生蟲成因學說

　　關於珍珠的成因，大約從16世紀中葉開始才逐步脫離神話故事的影響。隨著對珍珠研究的不斷發展，不同時期的學者先後提出了有關珍珠形成的各種說法。人們起先認為珍珠是類似腎臟結石的貝病的產物，而後又認為是由於體液過剩或一部分卵留在體內造成的，也有人認為是砂礫進入貝體，最終形成了珍珠。到了18世紀，人們逐漸認識到形成珍珠的物質所具有的性質和貝殼相同，珍珠就是球形的貝殼，它們的形成過程是一致的。
　　以上這些認識雖然片面，但畢竟是從科學的角度對珍珠的形成做出的解釋，邁出了探究珍珠成因奧秘的第一步。
　　1826年，埃德華·霍姆將珍珠切成兩半，發現珍珠的中心部位由一種有光澤的物質構成，他對此的解釋是珍珠貝的卵子沒有被送到輸卵管而留在卵巢內，珍珠就是以這種死卵為核形成的。1830年，德裔俄國生物學家馮·貝爾最先提出寄生蟲成因說。他在文蛤內發現一種吸蟲類寄生蟲，認為珍珠是以此為核形成的。馮·貝爾也因此成為寄生蟲成因說的先驅。在此之後，其他一些科學家先後從許多貝類生物中發現了以寄生蟲的卵、頭部或幼蟲為核的天然珍珠。於是，寄生蟲成因說便順理成章地確立起來了。
　　但是寄生蟲成因說的發展並沒有對珍珠養殖起到什麼作用。在實際生產中，即使用大量的寄生蟲去感染珍珠貝類，仍然達不到生產養殖珍珠的目的。儘管如此，對寄生蟲成因說的研究仍然有很高的科學價值。在研究過程中，科學家們積累了大量的標本和科學資料，看到了寄生蟲在珍珠形成中的核心作用，為以後的珍珠囊成因學說的發展提供了基礎。

馮·貝爾 ，19世紀著名的生物學家，珍珠的寄生蟲成因說最早的提出者

 

 

珍珠囊成因學說

　　1858年，黑斯林在珍珠的寄生蟲成因的研究中最先提出了以寄生蟲的殘體為核，在其周圍形成珍珠囊並分泌珍珠質沉澱，覆蓋在核上而最終形成珍珠的說法。這種說法強調珍珠囊在珍珠生成過程中的作用，被稱之為珍珠囊成因學說。此後，其他一些科學家在此基礎上進一步發展了珍珠囊成因學說，其基本內容主要包括三個階段：①外物或外力作用；②局部組織形成珍珠囊；③珍珠囊分泌珍珠質並圍繞某種核心沉澱而形成珍珠。
　　隨著珍珠囊成因學說的不斷發展，科學家們逐步搞清了珍珠形成過程中的一些細節問題。例如，赫德曼指出囊珍珠和肌肉珍珠的成因不同，前者是以寄生蟲異物為核心而形成的，後者是由於外套膜的一部分細胞受到外來刺激而引起細胞分裂，自行分離而形成的。他還指出肌肉珍珠的核是貝體本身分泌的殼皮類物質，主要成分是殼角蛋白。1911年，魯貝爾通過研究證明，不僅是肌肉珍珠，即使是在外套膜中檢出的珍珠，其核也是由殼角蛋白構成的。因此，他認為外套膜的上皮細胞受刺激後，有一部分細胞分離並包被了已經分泌出來的殼角蛋白，同時逐漸陷進外套膜內部的結締組織中，最終生成了珍珠。
　　至此，珍珠囊成因學說已經相當完整了：珍珠是由於外套膜上皮細胞受到了外物或外力的刺激和作用，局部地陷進外套膜內部的結締組織中或貝體其他部位的組織中，形成了珍珠囊，並圍繞異物或分泌物等核心，分泌珍珠質而形成的。當然，顯而易見，當珍珠囊完全陷入軟體內部時，珍珠囊是完整的，能生成游離的或正園珍珠；當珍珠囊只是部分地陷入外套膜時，珍珠囊是不完整的，只能生成附殼的或半圓珍珠，以及佛像珍珠等。
　　珍珠囊成因理論足以說明天然珍珠的形成過程，也是附殼珍珠或佛像珍珠養殖技術的理論根據。不過要最終實現珍珠的大規模人工養殖，還要解決珍珠囊的形成技術。

此圖表示的是天然珍珠的形成過程，圖中1代表外來物，2代表珍珠層

 

外套膜小片體內培養技術

　　以上珍珠的成因理論，除去猜想和神話，大都是以觀察珍珠形成的現象為基礎，加以敘述、描寫而產生的理論，通常缺少實驗研究。
　　1913年，阿爾威德斯將外套膜表皮細胞注射到珍珠貝外套膜組織內，形成了珍珠囊，並最終生成珍珠。其實早在幾年前，日本學者見瀨辰平和西川藤吉就已經掌握了形成珍珠囊的技術。他們用合浦母貝作為實驗材料，把外套膜外表皮的細胞和核一起注射到外套膜組織內，結果成功地得到了珍珠。1907年，他們二人的研究成果分別以專利的形式發表，其核心技術主要是將外套膜片斷移植到貝體內，使之形成珍珠囊，用以生產珍珠，目的在於發展珍珠養殖。外套膜移植的位置，初期僅限於外套膜組織內，後來發展到了內臟團內。見瀨辰平在申請「貝類外套膜組織內插入人工珍珠核的插核針」的專利時，在說明中寫道：「為了把核插入貝類的外套膜組織內而使得包被上珍珠質，插核時最為必要的是跟核一起帶上一點外皮細胞。」 這是珍珠現代養殖中的極為關鍵的技術創新。西川藤吉也提出了「正園珍珠養成法」的專利申請，其核心技術是用貝殼的珍珠層製成圓形的小核，外包以外套膜片，插入外套膜內，生成正園的游離有核珍珠。
　　經過許多科技人員的研究和改進，見瀨辰平和西川藤吉的技術得到了進一步的發展，不僅限於外套膜，更進一步將外套膜小片移植到生殖腺和消化盲囊等各個部位的組織內，最終建立了珍珠的現代養殖技術。這種技術屬於現代試驗生物科學中的組織培養技術，是同種異體組織的體內培養。這種技術的廣泛應用，使得珍珠的現代養殖作為一個高新科技產業得以確立並得到高速發展。
　　由於有了珍珠囊這一物質形態基礎，又有了在人工插核同時進行外套膜小片移植而形成珍珠囊的技術，對於珍珠的成因問題，似乎都解決了。但實際上人類對於珍珠成因的探索還遠沒有結束。

珍珠貝外套膜組織中外植體的形態

 

表皮細胞變性成因學說

　　很早以前就有科學家提出，珍珠囊表皮細胞是由一層細胞構成的，並由它分泌貝殼素、稜柱質和珍珠質，當對珍珠囊壁的壓力發生變化時，珍珠囊的分泌機能也會改變，從而導致珍珠層的變化。1946年，浜口文二等人由於掌握了在貝體內形成粟粒珍珠的方法而獲得專利權。以此為基礎，新的珍珠成因學說逐步建立起來。科學家認為不只是外套膜，閉殼肌的表皮細胞也會在形態和機能轉變之後形成珍珠囊而產生珍珠。事實上在閉殼肌和外套膜交界處的表皮細胞，受機械、藥物刺激或在病變後，機能會發生變化，而且這部分表皮細胞會異常增殖，產生很多褶皺和凹陷並且形成為許多珍珠囊，生成許多的粟粒珍珠。
　　除了認為表皮細胞變性能生成珍珠之外，近年來一些學者通過研究認為，珍珠不是由插入的外套膜小片的細胞形成的，而是由育珠蚌體內結締組織的細胞在插入小片形成的「初生珍珠囊」的刺激下形成的「次生珍珠囊」， 再由此分泌珍珠質而生成了珍珠。他們認為外套膜小片的上皮細胞是異體細胞，移植後會被育珠蚌細胞識別，進而被排斥，最終造成溶解和死亡。

通過X射線觀察到的養殖珍珠的核

 

結束語

　　總而言之，珍珠是一種顆粒狀的固體物質，這種顆粒在珍珠囊裡生成和生長，成分和性質同貝殼相似。這是因為，一般情況下珍珠囊是由分泌和形成貝殼的一部分組織長成的，再由珍珠囊分泌珍珠質而形成為珍珠。完整的珍珠囊生成正圓形或完全顆粒狀的珍珠，不完整的珍珠囊只生成半圓形的附著（殼）的不完全顆粒狀的珍珠。除了平常分泌、生成貝殼珍珠層（殼內面）的外套膜外表皮細胞能形成珍珠囊生成珍珠外，有些分化程度較低的其他組織的細胞，也有可能變性而形成珍珠囊生長出珍珠。但是在一般的養殖珍珠中，珍珠囊都是靠移植外套膜小片的外表皮細胞，在體內進行組織培養而形成的。雖然形成珍珠囊的上皮組織與原來平貼在貝殼內面珍珠層的上皮組織在形態與機能上都有所變化，但並沒有從根本上改變這種上皮組織細胞的特性，仍然能分泌珍珠質而生成珍珠。
　　經過人類幾百年來的科學探索和研究，關於珍珠成因的基本理論，主要在實驗生物學的幫助下，建立起來了。在生物科學特別是實驗生物學不斷發展的影響下，對珍珠成因的研究也在繼續深入和提高。不過我們還未完全搞清珍珠形成的過程，尤其是對於珍珠成因的微觀研究和環境條件影響珍珠形成過程的綜合研究，尚有很多需要開展的工作。也許在不久的將來，我們會在這小小的貝殼中發現更多的秘密。

作者簡介
　　謝玉坎，曾任中國科學院南海海洋研究所研究員、三亞珍珠研究所所長。多年從事珍珠科學、貝類學及熱帶海洋生物學研究。