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细胞分化的机理及其复杂，概括而言细胞的分化命运取决于两个方面：一是细胞的内部特性，二是细胞的外部环境，前者与细胞的不对称分裂以及随机状态有关，尤其是不对称分裂使细胞内部得到不同的基因调控成分，表现出一种不同于其它细胞的核质关系和应答信号的能力；后者表现为细胞应答不同的环境信号，启动特殊的基因表达，产生不同的细胞的行为，如分裂、生长、迁移、粘附、凋亡等，这些行为在形态发生中具有极其重要的作用。
1．不对称分裂
动物受精卵并不是均一结构，而是具有高度的异质性。首先，卵母细胞的核并不位于中央，而是在细胞外周靠近表面的地方。其次，卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，而是定位于特定的空间。
2．细胞之间的相互作用
（1）胚胎诱导
诱导就是一部分细胞诱导其它细胞向特定方向分化的现象。例如哺乳动物胚胎直到8细胞期，各个细胞在形态和分化潜能上没有本质的区别，紧密化后处于内部的细胞将来形成内细胞团，进一步发育为胚胎，而处于外部的只能发育为滋养层。
（2）细胞数量控制
细胞数量控制不仅是发育中形态构建的重要机制，也是成体形态维持的重要机制。细胞数量主要取决于细胞分裂和细胞死亡，这两者都受外界信号的调节。
（3）细胞行为
外界信号和细胞的固有特征，不仅决定了细胞内部的基因表达，而且还影响细胞的行为，使其参与形态的构建和进一步的分化。这些行为主要包括定向分裂、差别生长、细胞凋亡、细胞迁移、区别粘附、细胞收缩、基质膨胀、细胞连接和细胞融合等。
（1）染色体结构变化
染色体结构的变化包括基因的删除、扩增、重排和异染色质化等。
（2）同工结构的变化