生命细胞探秘

生命细胞探秘

如果把生命比作一座“高楼大厦”的话，那么，细胞就是砌成“大厦”的“砖”。早在19世纪中叶，德国植物学家施莱登和动物学家施旺在前人工作的基础上就提出了“一切生物都是由细胞组成的，细胞是生物体的基本单位”这一重要概念。现今形形色色的生物界，不论生物体在形态、大小、生活方式等方面的差异有多大，它们却都有着共同的结构基础，这就是细胞。细胞不仅是生物体结构的基本单位，也是生命活动的基本单位。有人把生命活动中的细胞与化学反应的原子相比拟，原子是参与化学反应的基本单位，而构成生物体的物质大分子（如核酸、蛋白质等等）却不能单独生活，只有当这些分子按一定方式组织起来形成细胞才能表现出生命现象。因此，细胞也是生命活动的基本单位。对于多细胞生物来说，在生命的个体发育中，细胞又是生命个体发育的基础，因为多细胞生物是由受精的卵细胞逐步分裂生长起来的。在生物体与不良外界环境作斗争（包括与疾病作斗争）的过程中，细胞仍然是十分重要的基本单位。可见，小小的细胞，在生物界的作用和意义是多么重大！

细胞是生命活动的基本单位，它就必然具有遗传的物质基础。那么，遗传物质究竟存在于细胞的什么地方呢？那就让我们打开细胞到里面看看吧！

打开细胞的“大门”（细胞膜）后，我们首先看到的是细胞质，其次是位于细胞中央的圆形或卵圆形的细胞核。那么，在遗传和变异中，是细胞质还是细胞核在起着重要作用呢？科学家们把一种海胆卵的细胞核拿掉，然后加入另一种海胆的精子，发育起来的小海胆却和提供精子的海胆一样。我们知道，海胆精子几乎完全是由细胞核组成的，可见细胞核在生殖遗传中所起的重要作用。近年来，在全世界掀起了一股“克隆”的浪潮。1997年新闻界报道了一个震惊世界的消息：英国科学家用无性繁殖的方法复制出了世界上第一只特殊的小绵羊——“多莉”。这只羊不是按传统的受精方法由公羊的精子和母羊的卵子结合后诞生的，而仅是利用一只6岁母羊身上的一个细胞“克隆”出来的。小绵羊“多莉”是怎样利用克隆技术培养出来的呢？科学家们主要是采用了细胞核移植和胚胎移植实现的。整个过程简单地说是这样的：先从一只母绵羊身上取出乳腺细胞，在实验室里培养后抽出其中的细胞核；然后将这个细胞核注入到从另一只母绵羊身上取出的去除了细胞核的卵细胞内；最后让这个卵细胞形成胚胎，植入到第三只母绵羊的子宫里，任其生长发育，150天后即分娩产下了“多莉”。从整个过程来看，“多莉”有三个母亲，即分别为它提供乳腺细胞、卵细胞的绵羊和怀胎的绵羊这三个母亲。但从遗传的角度来看，“多莉”的长相仅与提供乳腺细胞核的母亲一模一样。这个实验充分说明了细胞核在遗传中的决定作用。

那么，细胞核在遗传中怎样发挥作用呢？在对细胞核的研究过程中，科学家们发现在细胞核内有一种奇异的东西与遗传有关。

早在1848年，德国植物学家霍夫迈斯特在研究紫鸭跖草的花粉细胞时，在显微镜下精心观察，除发现核膜、核仁外，还隐隐约约地看见一些丝状和粒状的东西。这是些什么东西呢？其实，这就是我们今天所知道的染色体。不过，当时霍夫迈斯特还没有识别染色体的真面目。

1879年，德国生物学家弗莱咀发现，可以用某些碱性染料把细胞核中那些呈丝状、粒状的东西染成红色，使它们在无色透明的细胞中，显得分外耀眼，从而可以观察它们并把它们画下来。由于它们能够着色，后来弗莱明就把这种丝状、粒状的能着色的物质称为“染色质”。染色质平时是散乱地分布在细胞核中，当细胞进行有丝分裂时，分散的染色质进行浓缩，就形成了一定数目和一定形态的条状物。最初，它们像许多“蚯蚓”一样盘绕在一起，以后就逐渐变短分散在细胞核部位，待细胞分裂完成后，这些条状物又恢复，为原来散乱的染色质状态。1888年，瓦尔德耶把这些条状物叫做“染色体”。从这里我们可以看出，染色体和染色质实际上是同一种物质，它们只不过是在细胞分裂的不同时期表现的形态不同而已。

经过对许多种生物细胞的反复观察和研究，科学家们发现每种动植物的细胞核里都有不同形状和数目的染色体。如人的染色体有46条、鸡有78条、猪有38条、小麦有42条、玉米有20条、豌豆有14条……物种不同，染色体的数目不同，即使数目相同，形状也不一样。但是同一种生物的染色体数目是恒定的，一般是成对地存在于细胞核内，并且各对染色体的形态、大小和作用各不相同。那么，一个物种的细胞内染色体数目为什么能保持稳定呢？

这与细胞的“分身术”有关。大家可能读过《西游记》的故事，孙悟空有一次和牛魔王交战打得难分难解，这时孙悟空计上心头，从身上拔了一根毫毛，叫声：“变！”立即就变出另一个孙悟空来。细胞虽然没有毫毛，却有孙悟空分身术的本领，能l变2，2变4，4变8……进行细胞分裂。但是细胞分裂又与孙悟空的分身术不同，细胞一分为二以后，原来1个细胞变成了2个较小的子细胞。此时，母细胞已不复存在，而子细胞则获得了母细胞的遗传物质并且有生活能力，成为和母细胞一样的细胞。子细胞逐渐长大，又可以分裂，再变成2个子细胞。如此，周而复始，延绵不绝。多细胞生物就是靠细胞的独特“分身术”，细胞数由少到多，体积由小到大，这样就能由一粒种子长成参天的大树，由一个小小的受精卵发育成一头大象。在“细胞家庭”里，没有“母子同堂”，只有“兄弟共处”。另外，如果条件合适，细胞可以不断分裂，几小时，甚至几十分钟就可以繁殖一代。它的数目按几何级数即2个变4个，4个变8个……而迅速增加。单细胞生物细菌的分裂能力极强，很多细菌，只要条件适宜，每20分钟就可以分裂一次，一个细菌按这个速度分裂，6小时后，所生后代，如果都活着，共有500万个。繁殖之快真是惊人！而高等生物的个体，往往需要几个月、几年、甚至十几年才能繁殖一代。

细胞靠“分裂”来繁殖，这是细胞的“分身术”。那么，细胞是如何分裂的呢？

细胞的“分身术”是靠细胞核内染色体发出的“指令”进行的。染色体在细胞分裂中担任“导演”兼“主角”。科学家们已能借助显微摄影技术，把细胞分裂时染色体的各种“表演”拍摄下来，编成科教电影片或录像片，我们能很清楚地看到细胞分裂的全过程。

下面让我们看看细胞是如何分裂的？

细胞分裂的方式可以分为三类：无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。无丝分裂也叫直接分裂，细胞分裂时不出现原生质的丝状物，通常是细胞核延长，细胞加长，随后细胞核缢裂成两个核；细胞质也接着分裂为二，细胞从中间“拦腰斩断”，横缢成两个子细胞，这两个子细胞各含一个细胞核，这种分裂方式不很普遍，多见于低等原生动物。有丝分裂是体细胞分裂的普遍形式，一般细胞成熟时进行有丝分裂。细胞核内的染色质形成染色体，染色体进行复制，然后平均分开，细胞随即分裂，形成两个新细胞。这种细胞分裂涉及到细胞核、染色体和细胞质分裂的一系列过程，大致可以分为前、中、后、末4个时期。前期染色体出现，经过复制已纵裂为二，核膜消失；中期染色体排列在细胞中央，细胞两端出现细丝（纺锤丝）；后期两组相同的染色体各向两端移动；末期形成两个新细胞。这种细胞的“分身术”把复制的染色体分到两个子细胞的核中，使它们各自具有相同数目、相同种类的染色体。例如：人的体细胞，前期有46条染色体，在末期终了时，两个子细胞细胞核也各自含有46条染色体。因此，细胞分裂后产生的新细胞遗传物质是一致的，保持了遗传上的稳定性。减数分裂是在形成生殖细胞过程中进行的一种特殊的细胞分裂。在生殖细胞形成的过程中，发生两次特殊的分裂，使染色体彼此分离而分摊到4个细胞核中。因此染色体数目减少了一半，所以叫减数分裂。通过减数分裂产生的精细胞和卵细胞含有的染色体数目是体细胞的一半，然后通过受精作用，精细胞和卵细胞融合在一起，成为受精卵，这样染色体又恢复了原有的数目。受精卵再经有丝分裂形成多细胞的个体，每个细胞的遗传物质都是一致的，从而保持了遗传上的连续性和稳定性。

细胞分裂的方式虽然说起来简单，但你可别小看这种简单的细胞分裂啊！小到蚂蚁，大到鲸鱼，任何一个多细胞生物的个体都是通过细胞的不断分裂，从一个受精卵逐渐发育而成的。细胞的分裂不仅保证了生物的传种接代和遗传上的稳定性，它实际上也是正常生命活动的重要标志。像生命个体一样，细胞生活到一定时间也会老死。这就需要通过细胞的分裂来替换更新。皮肤脱落又生长，树叶枯萎又发芽，这也是通过细胞分裂实现的。有些动物（如壁虎）断肢的再生和高等动物伤口的愈合，都离不开细胞分裂的过程……当然，在正常情况下，除了年幼个体之外，细胞分裂总是处于某种平衡状态之中。老细胞不断衰老死亡，新生的细胞不断新生更替，使生物体维持着正常的生活。对许多生物体来说，细胞是生物体不可分割的一员，离开生物体的细胞就不能独立存活，更谈不上细胞分裂了。

生物体就是这样依靠细胞的“分身术”，使自己不断繁殖生长。同时，通过染色体的不断复制，生物把自己的基本特征遗传给了后一代。