一颗受精卵直径只有0.1毫米，眼睛几乎看不见，内部只装着一套DNA。38周之后，这套DNA不断复制、翻译、折叠，最后长成几十万亿个细胞，拼出心脏、肝脏、皮肤、神经和骨头。整个过程没有一个站在高处指挥的工头，全靠细胞之间互相传递信号，一步步把自己变成完全不同的东西。
最开始受精卵一分为二，再分成四个、八个，到桑葚胚阶段，所有细胞长得几乎一模一样。没几天差异就出现了，囊胚外层的细胞将来长成胎盘的一部分，内细胞团留下来，继续发育成胚胎本体。这时候细胞还没有被彻底定死，从内细胞团随便取出一个，理论上可以分化成任意一种组织，胚胎干细胞的多能性就来自这个时期。
真正的关键转折，发生在一层细胞开始向内凹陷的时候，这个过程叫原肠运动。细胞从胚胎表面向内迁移、重新排布，叠出三个胚层：外胚层、中胚层、内胚层。身体几乎所有器官的来源，都由这三层提前定下。外胚层将来长成皮肤和神经系统，中胚层变成肌肉、骨骼、心脏、肾脏、血液，内胚层发育成消化道、肝脏、胰腺和肺的上皮。三胚层成型之后，细胞的分化大方向基本被框住，只是还没有完全锁死。
之后是诱导过程。胚胎里某些细胞会分泌信号分子，指引旁边的细胞往指定方向分化。脊索形成之后，它下方的细胞接收到信号，开始长成神经板，神经板再对折形成神经管，前端膨大变成脑泡，后端长成脊髓。神经管闭合的时候，顶部会脱离出一部分细胞，就是神经嵴细胞。这群细胞是胚胎里最爱跑的，没有固定目的地，一路迁移到很远的位置，根据沿途信号变成周围神经、黑色素细胞、肾上腺髓质，甚至面部的软骨和骨头。
器官成型的本质，是细胞在正确的时间出现在正确位置，再对周围信号做出反应。心脏是最早开始工作的器官之一，中胚层里一群细胞先拼成一条心管，心管再弯曲、旋转、分隔，慢慢长成心房和心室。受精后第四周左右，心脏就开始跳动了。肺和消化道最初只是一根简单的管子，管子不同位置向外膨出，长出肝、胰、肺的芽体，芽体反复分支，最后形成有功能的器官结构。
细胞分化不是简单的开关切换，背后是一整套基因调控网络在运转。每个细胞携带的基因组完全相同，但不同细胞里被激活的基因不一样。转录因子这类控制基因开关的蛋白质，互相激活或者抑制，最后形成稳定状态。一个细胞一旦决定长成肝细胞，就会打开肝细胞专属基因，同时把其他方向的基因关闭，这个决定通常通过DNA甲基化、组蛋白修饰这类表观遗传修饰固定下来。所以肝细胞分裂之后还是肝细胞，不会突然变成神经元。
位置信息同样关键。身体从上到下、从前到后、从左到右都有不同坐标，Hox基因就是负责前后轴定位的一组基因，它们在染色体上的排列顺序，和在身体上表达的区域顺序基本对应。脖子、胸部、腰部的脊椎外形相似，但Hox基因组合不同，所以颈椎不会长出肋骨，只有胸椎才会长。肢体发育也依赖位置信号，肢芽里的极化活性区分泌Sonic hedgehog蛋白，决定哪一侧长拇指，哪一侧长小指。
细胞还会用程序性死亡塑造器官。手指和脚趾最开始是连在一起的，指间的细胞主动死亡，才把指头分开。这个过程出问题，就会留下蹼状结构。神经系统发育也伴随大量细胞凋亡，多余的神经元被清除，留下的连接才更精准。凋亡不是发育失败，是主动的塑造。
整个过程中，细胞不停分裂、迁移、黏附、分化。上皮细胞可以转成间充质细胞，获得迁移能力，这叫上皮-间质转化，在胚胎发育里反复出现，癌症转移时这套程序会被重新激活。细胞之间通过直接接触、分泌信号、感知机械力交流，细胞外基质不只是填充物，它的硬度、张力、化学组成都会给细胞传递信息，影响细胞命运。
从单个细胞长成完整人体，最让人意外的一点是，根本没有一张完整设计图。没有哪个细胞知道整个人长什么样，每个细胞只根据自己接收到的局部信号做决定，这些零散决定叠加起来，就形成了全局结构。这个过程存在冗余、纠错，也有随机因素。同卵双胞胎基因组完全相同，但指纹和部分器官细节并不一样，就是发育过程中随机因素、力学差异造成的。
现在科学家可以在培养皿里用干细胞养出类器官，比如迷你大脑、迷你肝脏、迷你肾脏，这些结构能模拟部分器官功能，但和完整人体器官差得很远。受精卵九个月能完成的事，人类在实验室里还做不到。最核心的秘密，可能不在于细胞数量多少，而在于细胞什么时候开始出现差异，以及它们怎么记住自己已经变了。
