華爾瑟·弗萊明：揭開細胞有絲分裂過程的先驅
十九世紀七○年代，細胞學說已經確立動植物由細胞構成，部分研究者也知道細胞能透過分裂增殖。但細胞如何完成分裂，當時還缺乏一套可靠的描述；「自由細胞形成說」（free-cell formation）也尚未完全退出學界，部分學者仍認為新細胞可能由細胞彼此之間的不明物質直接形成。在這樣的背景下，華爾瑟·弗萊明（Walther Flemming）透過活細胞觀察、固定染色與連續繪圖，仔細記錄細胞核內線狀構造從出現、排列、分離到重新形成子細胞核的過程，逐步建立細胞分裂的時間順序。
弗萊明生於 1843 年的德國梅克倫堡（Mecklenburg）的薩克森貝格（Sachsenberg），少年時喜愛文學與語言學，後來選擇醫學。他先後在哥廷根（Göttingen）、圖賓根（Tübingen）、柏林與羅斯托克（Rostock）求學，並在弗朗茨·艾哈德·舒爾茨（Franz Eilhard Schulze）的指導下研習組織學與動物學標本。舒爾茨教他顯微鏡技術，還有謹慎判讀、反覆設置對照、避免超出證據的推測等。這些習慣成為弗萊明日後研究細胞分裂的重要基礎。他也受到魯道夫·菲爾紹（Rudolf Virchow）等學者影響，逐漸接受細胞是生命基本單位的觀念。
他擅長繪圖，能把顯微鏡下模糊而短暫的構造準確畫在黑板與論文中。1872 年，他前往布拉格的查理-斐迪南大學（Charles-Ferdinand University）任教，在此開始深入追蹤細胞分裂。由於當時布拉格的民族衝突日益緊張，導致許多德國教授陸續離開。1876 年，弗萊明接任基爾大學（University of Kiel）解剖學講座教授，卻面對空間狹小、經費不足、顯微鏡不夠的現實，初期沒有助手協助，所有講座、研討課與其他教學課程都由他一人負責。他一方面與校方爭取資源，一方面繼續在有限設備下觀察細胞。
其實在 1873 年弗里德里希·施奈德（Friedrich Schneider）就已畫出細胞在分裂時的細胞核會出現棒狀構造、排列於細胞中央，再分成兩群，但施奈德把它理解為細胞核的變形。到了 1874 至 1876 年間，弗萊明進一步追蹤，發現靜止細胞核中的支架與網狀構造會逐漸轉為線狀物，線狀物分成兩組後，各自形成線團，最後重新建立兩個子細胞核。細胞核並不是簡單裂成兩半，它會先經歷一連串有規律的內部重組。
這些分析是從弗萊明觀察蠑螈幼體的表皮細胞得來，他把同一類細胞在不同時間出現的狀態逐一畫下，近似一部手繪影片；核內細線變粗、鬆開並形成放射狀，接著聚集在細胞中央，分離為兩群，再於兩端重建細胞核。觀察活細胞提供了時間順序，配合固定與染色的細胞標本則讓細微構造看得更清楚；兩類材料彼此對照，降低了把標本可能出現的假象誤認為真實構造的風險。
困難在於十九世紀後期還沒有成熟的組織學固定與染色方法，酸、酒精與其他固定劑可能會破壞細胞，也可能過程製造出原本不存在的纖維狀影像。弗萊明因此花費大量時間測試製作標本片的條件，希望保存自己在活細胞中看見的細節。他嘗試多種酸，最後採用鉻酸（chromic acid）、鋨酸（osmic acid）與冰醋酸的混合液，後來被稱為弗萊明氏液（Flemming's fluid）。他也比較蘇木精（haematoxylin）等染料，測試極低濃度的苦味酸（picric acid）、甲酸、醋酸，找出最能凸顯細胞核支架與細胞質細部構造的條件。改良方法本身就是研究的一部分，只有先知道處理過程造成了什麼影響與改變，顯微鏡下的影像才有資格成為證據。
1878 與 1879 年，弗萊明發表兩篇重要研究，將這種過程稱為間接核分裂（indirect nuclear division），指的是細胞核不會從中間直接裂開，而是會先經過明顯的結構轉換。他發現細胞核中有一種容易被染色的纖維性物質，將其命名為染色質（chromatin）；不易著色的部分則稱為非染色質（achromatin）。1882 年，他把多年觀察整理成《細胞物質、細胞核與細胞分裂》（Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung）一本著作。他以希臘文中「線」（μίτος；mitos）的概念命名核內的線狀變化，形成後來的有絲分裂（mitosis）一詞；直到 1888 年，海因里希·威廉·瓦爾代爾（Heinrich Wilhelm Waldeyer）才把那些線狀物命名為染色體（chromosome）。
弗萊明的描述裡，分裂具有清楚方向，他把母細胞核內線狀物出現、增粗、形成放射狀構型並排列於中央的過程稱為進行階段（progressive phase）；線狀物分離成兩群、移向兩側並重建子細胞核，則歸入回復階段（regressive phase）。這套分類尚未完全等同今天的前期（prophase）、中期（metaphase）、後期（anaphase）與末期（telophase），卻已抓住有絲分裂最重要的連續性。他也確認線狀物會縱向分裂，且推測縱裂後的一半進入一個子細胞，另一半進入另一個子細胞。後來的染色體研究證實，這個判斷指向遺傳物質等量分配的原理。
他的研究也有未能跨越的界線，當時顯微鏡照明依賴太陽光，鏡頭存在明顯色差，細小構造常帶著彩色光暈，當時也缺乏先進聚光系統。弗萊明雖在精子形成過程中看見成對染色體，卻沒有辨認出體細胞分裂與配子形成時減數分裂的根本差異。他對細胞質裡的某些絲狀構造解釋也曾引發爭論，之後被指出他描述的部分細胞質絲狀構造與後來才被定義的粒線體有關。
弗萊明在四十多歲後期罹患嚴重神經疾病，病情持續惡化，最終在世紀之交退休，1905 年於基爾（Kiel）去世，享年 62 歲。晚年他在基爾大學主持的解剖學研究所已成為組織學、細胞學、比較解剖學與有絲分裂研究的重要中心。現代研究者能以螢光蛋白、電子顯微鏡和高速攝影觀看染色體運動，而這個起點可追溯到那位在不穩定日光與簡陋鏡片下，耐心畫下每一次核內變化的解剖學家。
作者：水也佑
參考文獻：
McIntosh JR and Hays T. (2016). A Brief History of Research on Mitotic Mechanisms. Biology.
Paweletz M. (2001). Walther Flemming: pioneer of mitosis research. Nature.
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