《细胞生物学》 论文 13页

细胞生物学细胞生物学(cellbiology)是在显微、亚显微和分子水平三个层次上，研究细胞的结构、功能和各种生命规律的一门科学。细胞住物学由Cytology发展而來，Cytology是关于细胞结构与功能(特别是染色体)的研究。现代细胞生物学从显微水平，超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能及住命活动。在我国基础学科发展规划中，细胞生物学与分子生物学，神经牛物学和生态学并列为牛命科学的四人基础学科。细胞生物学是以细胞为研究对彖，从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层次，以动态的观点，研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是现代生命科学的前沿分支学科主要是从细胞的不同结构层次来研究细胞的生命活动的基本规律。从生命结构层次看，细胞生物学位于分子生物学与发育生物学之间，同它们相互衔接，互相渗透。运用近代物理学和化学的技术成就和分子生物学的方法、概念，在细胞水平上研究牛命活动的科学，其核心问题是遗传与发育的问题。细胞生物学简史从研究内容來看细胞生物学的发展可分为三个层次，即：显微水平、超微水平和分了水平。从时间纵轴來看细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段：第一阶段：从16世纪后期到19世纪30年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。通过对大量动植物的观察，人们逐渐意识到不同的生物都是由形形色色的细胞构成的。第二阶段：从19世纪30年代到20世纪初期，细胞学说形成后，开辟了一个新的研究领域，在显微水平研究细胞的结构与功能是这一时期的主要特点。形态学、胚胎学和染色体知识的积累，使人们认识了细胞在牛命活动中的重要作川。1893年Hertwig的专著《细胞与组织》(DieZelleunddieGewebe)出版，标志着细胞学的诞牛。其后1896年哥伦比亚大学Wilson编著的TheCellinDevelopmentandHeredity、1920年墨尔本大学Agar编著的Cytology都是这一领域最早的教科书。第三阶段：从20世纪30年代到70年代，电了显微镜技术出现后，把细胞学带入了第三大发展时期，这短短40年间不仅发现了细胞的各类超微结构，而且也认识了细胞膜、线粒体、叶绿体等不同结构的功能，使细胞学发展为细胞生物学。DeRobertis等人1924出版的普通细胞学(GeneralCytology)在1965年第四版的时候定名为细胞生物学(CellBiology),这是最早的细胞生物学教材Z—。第四阶段：从20世纪70年代基因璽纽技术的出现到当前，细胞生物学与分了生物学的结合愈來愈紧密，研究细胞的分子结构及具在生命活动中的作用成为主要任务，基因调控、信号转导、肿瘤牛物学、细胞分化和凋亡是当代的研究热点。显微镜的发明与细胞的发现没冇显微镜就不可能冇细胞学诞生。1.1590荷兰眼镜制造商丄Janssen和乙Janssen父了制作了第一台复式显微\n镜，尽管其放大倍数不超过10倍，但具冇划时代的意义。1.1665英国人RobertHooke用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为40畀40倍，图观察了软木（栋树皮）的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用cells（小室）这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到到纤维质的细胞壁）。2.1672,1682英国人NehemiahGrew出版了两卷植物显微图谱，注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。3.1680荷兰人A.vanLeeuwenhoek成为皇家学会会员，一纶中制作了200多台显微镜和500多个镜头（图1-2）。他是第一个看到活细胞的人，观察过原纶动物、人类精子、鮭鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。4.1752英国望远镜商人丄Dollond发明消色差显微镜。5.1812苏格兰人D.Brewster发明油浸物镜，并改进了体视显微镜。6.1886德国人ErnstAbbe发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。7.1932德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska描述了一台最初的电子显微镜，1940年美国和德国制造出分辨力为0.2nm的商站电镜。8.1932荷兰籍德国人F.Zernike成功设计了相差显微镜（phasecontrastmicroscope）,并因此获1953年诺贝尔物理奖。9.1981瑞士人G.Binnig和H.Roherl在BM苏黎世实验中心（ZurichResearchCenter）发叨了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。细胞生物学发展19世纪后期显微技术的改进，生物固定技术（如：Fleming1882,1884；Canoy1886）和染色技术的出现极大的方便了人们对细胞显微结构的认识，各种细胞器相继被发现，20世纪30年代电子显微镜技术的问世，是细胞形态的研究达到了空前的高潮。20世纪50年代分子生物学的兴起，推动细胞住物学的研究进入了分子水平。1・1831英国人RobertBrown发现植物细胞核。2.1832比利时人C.J.Dumortier观察了藻类的细胞分裂，并认为细胞来源于原来存在的细胞。3.1835徳国人H.vonMolh仔细观察了植物的细胞分裂，认为是植物的根和芽尖极易观察到的现象。4.1835法国人F.Dujardin观察动物活细胞吋发现“肉样质”（Sarcode）o5・1839捷克人丄E.Pukinye用protoplasm这一术语描述细胞物质，“Protoplast”为神学用语，指人类始祖亚当。6.1841波兰人R.Remak发现鸡胚血细胞的直接分裂（无丝分裂）。7・1846德国人H.vonMohl研究了植物原生质，发表了"identifiesprotoplasmas\nthesubstanceofcells”。8.1848德国人W.Hofmeister描绘了鸭跖草Tradescantia的花粉母细胞，明确的体现出染色体，但他没有认识到之一重要性，40年后德国人H.vonWaldeyer因这一结构可被碱性染料着色而定名为Chromosomeo9.1861德国人M.Shultze认为动物细胞内的肉样质和植物体内的原牛质具有同样的意义。他给细胞的定义是:“thecellisanaccumulationoflivingsubstaneeorprotoplasmdefinitelydelimitedinspaceandpossessingacellmembraneandnucleuSo”10.1864德国人MaxSchultze观察了植物的胞间连丝。11.1865德国人丄vonSuchs发现叶绿体。12.1866奥地利人G.Mendel发表了对豌豆的杂交试验结果，提出遗传的分离规律和自由组合规律。13.1868英国人T.H.Huxley在爱丁堡作题为“生命的物质基础”(thephysicalbasisoflife)的演讲报告吋首次把原生质的概念介绍给了英国公众。14.1869瑞士人F.Miescher从脓细胞中分离出核酸。15.1876德国人O.Hertwig发现海胆的受梢现象，其论文题目为“observethefertilizationofaseaurchinegg”。16.1879德国人W.Flemming观察了嫌!K细胞的冇丝分裂，于1882年提出了mitosis这一术语。后来德国人E.Strasburger(1876-80)在植物细胞中发现冇丝分裂，认为冇丝分裂的实质是核内丝状物(染色体)的形成及其向两个了细胞的平均分配，动植物的受精实质上是父木和母本配了核的融合，并于1984提l\\rProphase和Metaphase的概念。17.1882德国人E.Strasburger提出细胞质(cytoplasm)和核质(nucleoplasm)的概念。1883比利时人E.vanBeneden证明马地虫Ascarismegalocephala配子的染色体数冃是体细胞的一半，并n在受精过程中卵子和精子贡献给合子的染色体数h相等。19.1883比利时人E.vanBeneden和德国人T.Boveri发现中心体。20.1884德国人O.Hertwig和E.Strasburger提出细胞核控制遗传的论断。21.1886徳国人A.Weismann提岀种质论。22.1890徳国人RichardAltmann描述了线粒体的染色方法，他推测线粒体就像细胞的内共生物，并认为线粒体与能量代谢有关。他还于1889年提出了核酸的概念。23.1892德国人T.Boveri和O.Hertwig研究了减数分裂的本质，并描述了染色体联会现彖。24.1898意大利人C.Golgi用银染法观察高尔基体。25.1900孟德尔在34年前发表的遗传法则被重新发现。26.1905美国人ClarenceMcClungshowsthatfemalemammalshave2XchromosomesandthatmaleshaveanXandaY\n19.1908美国人T.H.Morgan以Drosophilamelanogaster为材料开始箸名的遗传学实验，1910年提岀遗传的染色体理论，1919年发表“遗传的本质”(PhysicalBasisofHeredity)□1926年发表“基因学说”(TheTheoryoftheGene)2&1910德国人A.Kossel获得诺贝尔生理医学奖，他首先分离出腺嚓吟、胸腺喘喘和组氨酸。29.1935美国人W.M.Stanley首次得到烟草花叶病毒的结品体。30.1940德国人G.A.Kausche和H.Ruska发表了世界第一张叶绿体的电镜照片。31.1941美国人G.W.Beadle和E.L.Tatum提出一个基因一个酶的概念。32.1944美国人O.Avery,C.Macleod和M.McCarthy等人通过微生物转化试验证明DNA是遗传物质。33.1945美国的K.R.Porter.A.Claude和E.F.Fullam发现小鼠成纤维细胞中的内质网。34.1949加拿大人M.Bar■发现巴氏小体。35.1951美国人JamesBonner发现线粒体与细胞呼吸有关。36.1953美国人J.D.Watson和英国人F.H.C.Crick提出DNA双螺旋模型。37.1955比利时人C.deDuve发现溶酶体和过氧化物酶体。3&1955美国人VincentDuVigneaud因人工合成多肽而获诺贝尔奖39.1956年，蒋冇兴(美籍华人)利用徐道觉发明的低渗处理技术证实了人的2n为46条，而不是48条。40.1957J.D.Robertson[2]用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗■明•暗三层结构。41.1961英国人P.Mitchell提出线粒体氧化磷酸化偶联的化学渗透学说，获1978年诺贝尔化学奖。42.1961-64美国人M.W.Nirenberg破译DNA遗传密码。43.1968瑞士人WernerArber从细菌中发现DNA限制性内切酶。44.1970美国人D.Baltimore.R.Dulbecco和H.Temin由于发现在RNA肿瘤病毒屮存在以RNA为模板，逆转录生成DNA的逆转录酶而获1975共享诺贝尔生理医学奖。45.1971美国人DanielNathans和HamiltonSmith发展了核酸酶切技术。46.1973美国人S.Cohen和H.Boyer将外源基因拼接在质粒屮，并在人肠杆菌中表达，从而揭开基因工程的序幕。47.1975英国人F.Sanger设计；l|DNA测序的双脱氧法。于1980年获诺贝尔化学奖。此外Sanger还由于1953年测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。4&1982美国人S.B.Prusiner发现蛋白质因了Prion,更新了医学感染的概念，于1997年获诺贝尔生理医学奖。49.1983美国人K.B.Mullis发明PCR仪，1987年发表了“SpecificsynthesisofDNAinvitroviaapolymerase-catalyzedchainreaction”，于1993年获诺贝尔化学奖。\n49.1984德国人G.J.F.Kohler、阿根廷人C.Milstein[3]和丹麦科学家N.K.Jerne山于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋口质的检测技术而分享了诺贝尔生理医学奖。50.1989美国人S.Altman和T.R.Cech由于发现某些RNA具冇酶的功能（称为核酶）而共享诺贝尔化学奖。Bishop和Varmus由于发现正常细胞同样带冇原癌基因而分享当年的诺贝尔生理医学奖。51.1997多利羊在卢斯林研究所诞生，成为世纪末的重大新闻。多利是IanWilmut领导的研究小组克隆的（图1-3）o52.1998美国人T.Wakayama和R.Yanagimachi成功地用冻干精子繁殖出小鼠。53.2000世界首例克隆猪在苏格兰诞生，是illAlanColeman领导的研究小组克隆的。54.2001美国人LelandHartwell>英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。55.2002英国人SydneyBrenner、美国人H.RobertHorvitz和英国人JohnE.Sulston,因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖。56.2003美国科学家PeterAgre和RoderickMacKinnon,分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。从1839年MJ施莱登和T.A.H.施万的细胞学说问世以来,确立了细胞（真核细胞）是多细胞生物结构和生命活动的基本单位。但是长期以来，细胞学的研究偏重在结构方而。此后，在相邻学科的进展的影响下逐渐地发展到其他方而。例如在遗传学的带动下发展起细胞遗传学，加深了对染色体的认识；在生物化学的影响Z下发展起细胞生化，用生化手段了解细胞各组分的生化组成和功能活动；在物理学、化学的渗透下形成了细胞化学，研究细胞的化学成分及其定位，这些都为细胞生物学的形成和发展打下了基础。20纪50年代以来，关于细胞的超显微结构的研究，使人们对于光学显微镜下看不到的精细结构有了明确的认识。分了生物学、分了遗传学以原核生物为材料取得的成就，使人们了解到遗传密码、中心法则以及原核生物中基因表达的调节与控制等基本问题，这些都直接促进了细胞生物学的发展。但由于原核细胞不同于真核细胞，后者具有核膜，染色质除DNA外述含有组蛋白及非组蛋白，而门细胞质中的结构也比前者复杂得多。因此，还需要了解在原核生物得到的成就在多大程度上适用于真核细胞，研究遗传和发育在真核细胞中是如何操纵的。细胞生物学虽说是一个比较年轻的学科，从学术思想上却可以追溯到较早的年代。1883年德国胚胎学家W.鲁就阐述过关于遗传和发育的设想。他假定受精卵中包含着所有的遗传物质，后者在卵裂时不是平均地分配到子细胞中，这种不同质的分裂决定子细胞及其后代的命运。德国动物学家A.魏斯曼发展了这种想法，捉出了种质学说，认为裂球的不均等分裂导致了细胞的分化。虽然这些见解都己证切是错误的，但是可以看出细胞生物学所要解决的问题在那时己被提出来了。以后E.B.威尔逊1927\n年在他的《细胞一在发育和遗传中》的巨苦中明确指出：细胞是牛命活动的基本单位，发育和遗传这些生命现象应当在细胞上研究。1934年，美国遗传学家和胚胎学家T.H.摩尔根在遗传学取得巨大成就Z后，在企图融合发育与遗传的《胚胎学与遗传学》一书中写道：“可以设想，各原生质区域在开始时的差异会影响基因的活动，然后基因又反转过来影响原生质，后者就开始一系列新的、相应的反应。这样，我们可以勾画出胚胎各部分的逐步建立和分化。”但在摩尔根的年代，由于细胞学和其他相邻学科述未发生密切的联系，或者说其他学科尚未能在细胞水平上开展关于发育和遗传的研究，所以细胞工物学只能在50年代之后，各方而的条件逐渐成熟了，才得以蓬勃发展。细胞生物学学习方法第一、认识细胞住物学课程的重要性，正如原子是物理性质的最小单位，分子是化学性质的最小单位，细胞是生命的基本单位。50年代以來诺贝尔住理与医学奖人都授了了从事细胞生物学研究的科学家，可见细胞住物学的重要性。如果你将來打算从事生物学相关的工作，学好细胞生物学能加深你对生命的理解。第二、明确细胞牛物学的研究内容，即：结构、功能、生活史。牛-物的结构与功能是相适应的，每一种结构都有特定的功能，每一种功能的实现都需要特定的物质基础。如肌肉可以收缩、那么动力是谁提供的、能屋从何而来的？第三、从显微、超微和分子三个层次来认识细胞的结构打功能。一方面每一个层次的结构都有特定的功能，另一方面各层次Z间是有机地联系在一起的。第四、将所学过的知识关联起来，多问口己几个为什么。细胞生物学涉及分子生物学、牛物化学、遗传学、生理学等儿乎所有生物系学过的课程，将学过的知识与细胞牛物学课程小讲到的内容关联起來，比较一下有什么不同，有什么相同，为什么？尽可能形成对细胞和牛命的完整印象，不要只见树木不见森林。另一方面细胞生物学各章节之间的内容是相互关联的，如我们在学习线粒体与叶绿体的时候，要联想起细胞物质运输章节屮学过的DNP、FCCP等质子载体对线粒体会有什么影响，学习微管结构时要问问为什么［3微管蛋口是一种G蛋口，而a微管蛋口不是，学习细胞分裂时要想想细胞骨架在细胞分裂屮起什么作用，诸如此类的例子很多。第五、紧跟学科前沿，当前的热点主要有“信号转导”、“细胞周期调控”、“细胞凋亡”等。细胞生物学是当今发展最快的学科2—，知识的半衰期很惩（可能不足5年），国内教科书由于编撰周期较长，一般滞后于学科实际水平5-10左右，课本小的很多知识都已是陈旧知识。有很多办法可以使你紧跟学科前沿：一是选择国外的最新教材，中国图巧进出口公司读者服务部http://link.clubol.com/link/index.php那里可以买到很多价廉物美的正宗原版教材(一般200-400元，只相当于国外价格的1/5)；二是经常读一些最新的期刊资料，如果条件所限查不到国外资料，可以到中国期刊网、万方数据等数据库中查一些综述文章，这些文章很多是国家自然科学基金支助的，如在中国期刊网的检索栏输入关键词“细胞凋亡”，二次检索输入关键词“进展”，你会发\n现一大堆这样的文章，都是汉字写的比读英文省事。笫六、学一点科技史，尤其是生物学史，看看科学家如何开展创造发明，学习他们惊人的毅力、锐敏的眼光和独特的思维。牛顿说过：“我之所以比别人看得更远，是因为站在巨人的肩膀上。”细胞学说在十九世纪以前许多学者的工作都着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对各种有机体小出现细胞的意义一直没有作出理论的概括，直到19世纪30年代徳国人施莱登MatthiasJacobSchleiden、施旺TheodarSchwann提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细胞是一切动植物的基本单位。这一学说即“细胞学说(CellTheory)”，在19世纪已有不少科学家的工作对细胞学说的创立做出了很大的贡献，如：1.Jean-BaptistedeLamarck(1744-1829),获得性遗传理论的创始人，法国退伍陆军中尉，50岁成为巴黎动物学教授，1909年他认为只有具有细胞的机体，才有生命。ulthasbeenrecognizedforalongtimethatthemembraneswhichformtheenvelopesofthebrain,ofthenerves,ofvessels,ofallkindsofglands,ofviscera,ofmusclesandtheirfibers,andeventheskinofthebodyareingeneraltheproductionsofcellulartissue。Butnoone,sofarasIknow,hasyetperceivedthatcellulartissueisthegeneralmatrixofallorganizationandthatwithoutthistissuenolivingbodywouldbeabletoexist,norcouldithavebeenformed。”2.CharlesBrisseauMilbel(1776-1854),法国植物学家，1802年认为植物的每一部分都有细胞存在，“theplantiswhollyformedofacontinuouscellularmembranoustissue。Plantsaremadeupofcells,allpartsofwhichareincontinuityandformoneandthesamemembranoustissue。\3.HenriDutrochet(1776-1847),法国生理学家，1824年进一步描述了细胞的原理，他认为“Allorganictissuesareactuallyglobularcellsofexceedingsmallness,whichappeartobeunitedonlybysimpleadhesiveforces;thusaIItissues,allanimal(andplant)organs,areactuallyonlyacellulartissuevariouslymodified□Thisuniformityoffinerstructureprovesthatorgansactuallydifferamongthemselvesmerelyinthenatureofthesubstancescontainedinthevesicularcellsofwhichtheyarecomposed”°4.MatthiasJacobSchleiden(1804-1881),德国植物学教授⑴，1938年发表“植物发工论"(BeiträjgezurPhytogenesis),认为无论怎样复朵的植物都有形形色色的细胞构成。他认识到了Brown发现细胞核的重要意义，这一点Brown本人并未做到，他试图重建细胞发育的过程，为此他聪明地选择了胚胎细胞作为他研究的起点，他还在细胞中发现了核仁。5.TheodorSchwann(1810-1882),德国解剖学教授，一开始就研究Schleide\nn的细胞形成学说，他完全接受了这个学说，并把它扩展为所冇生命现象的起源和基础的一般理论。他把Schleiden在植物中的发现应用到动物中去，并于1838年提出了“细胞学说”(CellTheory)这个术语；1939年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”(MikroskopischeUntersuchungenuberdieÜbereinstimmunginderStrukturunddemWachstumderTiereundPflanzen)o因此细胞学说的创立被认为归功于Schleiden和Sehwann两个人，而且年份也被定到1839年。Schwann提出:1)有机体是由细胞构成的；2)细胞是构成有机体的基本单位。1855德国人R.Virchow提出“一切细胞来源于细胞”(omniscellulaecellula)的著名论断，进一步完善了细胞学说。把细胞作为生命的一般单位，以及作为动植物界生命现象的共同基础的这种概念立即受到了普遍的接受。恩格斯将细胞学说誉为19ttt纪的三人发现之一。研究方法细胞牛物学广泛地利用相邻学科的成就，在技术方法上是陣采众长，凡是能够解决问题的都会被使用。例如用分子生物学的方法研究基因的结构，用牛物化学、分子生物学的方法研究染色体上的各种非组蛋口和它们对基因活动的调节和控制或者利用免疫学的方法研究细胞骨架的各种蛋口(微管蛋口、微丝蛋口、各种中等纤维蛋口)在细胞屮的分布以及在生命活动小的变化。起源于分子遗传学的重组DNA技术和起源于免疫学的产生单克隆抗体的杂交瘤技术，也成了细胞生物学的有力工具。显然，一-种方法所解决的问题不一定属于原来建立这一方法的学科。例如用分子生物学的方法解决了核小体的结构，严格地说这应是形态学的范畴。这样的例子并不少见，在这里学科的界限也被抹掉了。也许可以说细胞核移植、微量注射和细胞融合是细胞生物学口身发展起来的方法，但是用这些方法进行的实验往往也需要其他方法配合来做进—步分析。研究对象从研究内容來看细胞生物学的发展可分为三个层次，即：显微水平、超微水平和分了水平。从时间纵轴來看细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段：第一阶段：从16世纪后期到19世纪30年代，是细胞发现和细胞知识的积累阶段。通过对大量动植物的观察，人们逐渐意识到不同的牛物都是山形形色色的细胞构成的。第二阶段：从19世纪30年代到20世纪初期，细胞学说形成后，开辟了一个新的研究领域，在显微水平研究细胞的结构与功能是这一吋期的主要特点。形态学、胚胎学和染色体知识的积累，使人们认识了细胞在牛命活动中的重要作用。1893年He\nrtwig的专著《细胞与组织》(DieZelleunddieGewebe)ili版，标志着细胞学的诞生。其后1896年哥伦比亚大学Wilson编著的TheCellinDevelopmentandHeredity、1920年墨尔木大学Agar编著的Cytology都是这一领域最早的教科书。第三阶段：从20世纪30年代到70年代，电子显微镜技术出现后，把细胞学带入了第三大发展时期，这短短40年间不仅发现了细胞的各类超微结构，而且也认识了细胞膜、线粒体、叶绿体等不同结构的功能，使细胞学发展为细胞生物学。DeRobertis等人1924出版的普通细胞学(GeneralCytology)在1965年第四版的时候定名为细胞生物学(CellBiology),这是最早的细胞生物学教材之一。第四阶段：从20世纪70年代基因重组技术的出现到当询，细胞纶物学与分子生物学的结合愈来愈紧密，研究细胞的分子结构及其在生命活动中的作用成为主要任务，基因调控、信号转导、肿瘤工物学、细胞分化和凋亡是当代的研究热点细胞生物学与其说是一个学科，倒不如说它是一个领域。这可以从两个方面来理解：一是它的核心问题的性质一把发育与遗传在细胞水平结合起来，这就不局限于一个学科的范围。二是它和许多学科都冇交叉，甚至界限难分。例如，就研究材料而言，单细胞的原生动物既是最简单的动物，也是最复杂的细胞，因为它们集许多功能于一身；尤其是其中的纤毛虫，不仅对于研究某些问题，例如纤毛和鞭毛的运动，特别有利，关于发育和遗传的研究也积累了大量有价值的资料。但是这类研究也可以列入原生动物学的范畴。其次，就研究的问题而言，免疫性是细胞的重要功能之一，细胞免疫应属细胞牛物学的范畴，但这也是免疫学的基本问题。山于广泛的学科交义，细胞牛物学虽然范围广阔，却不能像有些学科那样再划分—•些分支学科一如象细胞学那样，根据从哪个角度研究细胞而分为细胞形态学、细胞化学等。如來要把它的内容再适当地划分，可以首先分为两个方而：一是研究细胞的各种组分的结构和功能(按具体的研究对象)，这应是进一步研究的基础，把它们罗列出来，例如基因组和基因表达、染色质和染色体、各种细胞器、细胞的表面膜和膜系、细胞骨架、细胞外间质等等。其次是根据研究细胞的哪些生命活动划分，例如细胞分裂、生长、运动、兴奋性、分化、衰老与病变等，研究细胞在这些过程中的变化，产牛这些过程的机制等。当然这仅是人为地划分，这些方而都不是各自孤立的，而是相互有关连的。从细胞的各个组分讲，例如表而膜与细胞外间质有密切关系，表而膜乂不是简单地覆盖着细胞质的一层膜，而是通过一些细微结构一已经知道其中之一是肌动蛋口分子，这又联系到细胞骨架了一与细胞质密切相连。这样，表面膜才能和细胞內部息息相关。另一方而，从研究的问题出发，研究分裂、分化等生命现彖，离不开结构的基础。例如研究细胞分裂就涉及到染色质怎样包扎成染色体，染色体的分裂和运动，细胞骨架的变化包括微管蛋口的聚合和解聚，与表而膜有关的分裂沟的形成，还有细胞分裂的调节与控制。再如研究细胞分化除去要了解某种细胞在分化过程中细胞辭的变化、它们所特有的结构蛋口质的变化，主要地还要了解导致分化的物质基础以及这些物质怎样作用于基因调控的水平，导致有关的基因被激活。可见研究的重点尽管可以人为地划分，但一定要把细胞作为一个整体看待，一定要把生命过程和细胞组分的结构和功能联系起来。\n既然细胞生物学的主要任务是把发育和遗传联系起来，细胞分化这个问题的重要性就不言而喻。因为就整个冇机体而言，遗传特点不仅显示在氏成的个体，而是在整个生命过程不断地显示出来。在细胞水平，细胞的分化也就是显示遗传特征的过程，例如鸟类、爬行类的水晶体，其中所含的晶体蛋白是CK0、6三种，不同于哺乳类,后者含有Q、0、Y三种。在岛类的晶体分化中首先出现大量的&晶体蛋口，但是在哺乳类晶体分化中却找不到这种蛋白。可见某种细胞的分化特征的出现，也就是它们的遗传特征的出现。但是这仅是在细胞水平就一种牛化性状（特界的蛋口质）在一种特化细胞中的出现而言，情况当然还比较简单，如果涉及到一个山多细胞组成的形态学性状，情况会复朵得多，但是性状发生的过程仍然是遗传表现的过程。像晶体细胞分化这样的例子，细胞工物学的术语称之为终末分化，也就是走向成熟的分化，其分化的产物就是这种细胞的终末产物。由于取材方便，产物比较单一易于分析等原因，细胞分化的研究中关于终末分化的研究占很大的比重，研究得比较多的是红细胞、肌细胞、胰脏细胞、晶体细胞、黑色素细胞、软骨细胞等。一个经常被引用的例了是红细胞中血红素的转换。人类胚胎早期的红细胞中首先出现胚期血红素，后来逐渐被胎儿期血红素所代替，胎儿三个月之后，后者乂被成体型血红素所代替。关于这些血红素已经有很多研究。例如它们各自山那些肽链组成，这些肽链在个体发育中交互出现的情况，它们各自的氨基酸组成和排列顺序，各个肽链的基因位点，以至基因的结构都已比较清楚，工作可以说是相当深入了。但是，追根到底有些问题依然没有得到明确的解答，甚至没有解答一这也适用于关于其他细胞的终末分化的研究。例如，为什么胚期血红素会在红细胞而不在其他细胞中出现？为什么会发牛血红素的转换？关于前一问题，有人曾分别地从鸡的输卵管细胞（不产生血红索）和红细胞（产生血红素）提取染色质，用酶来切割，观察到两种来源的染色质对酚的抵抗力不同。来自红细胞的易于受到酶的攻击，推测这可能由于核小体的构型不同。红细胞中含冇珠蛋白基因段落的核小体构型较松弛，因而易于受到影响;构型较松弛也就为RNA聚合酶在上而转录产生信使RNA捉供了条件。但是如果追问下去，为什么单单在红细胞里核小体的构型比较松弛？RNA聚合酶怎样识别出这样的段落？这些问题还需进一步研究。其次，关于胚期血红素向胎儿期血红素的转换。用两种荧光染料标记两种免疫抗体，观察到在同一红细胞中有两种血红素的存在，说明转换不是山于出现不同的细胞，而是山于同一细胞相继地产牛了不同的血红素。是什么原因使得血细胞停止生产原有的而产生出新的血红素？也许对以说是发育的“程序”，但还要回答发育程序得以实现的物质某础是什么。所冇这些问题的解答，将使我们对基因选择性表达的认识有极大的迈进。实现了终末分化的细胞，已经失去了转变为其他细胞类型的潜能，只能向一个方而分化。例如红细胞，虽然发生血红素的转换，但不能转变为其他类型的正常细胞，与胚胎细胞相比，它们的情况要简单些，因为胚胎细胞在尚未获得决定的吋候是具有广泛潜能的。拿中胚层细胞来说，它们既可以分化为肌细胞，也可以分化为前肾细胞、血细胞、间质细胞等。已经初步知道，外界因索可以影响中胚层细胞向肌细胞或红细胞的方向分化，但是这因素是什么，怎样作用，都一无所知。在这里，首先要使中胚层细胞向某一方向分化，然后那一方向(例如红细胞)所特冇的一套终末分化的步骤\n才得以进行下去。形象化地说，中胚层细胞中似乎存在着向不同方向分化的开关，打开某一个开关(例如红细胞的)，才能进行那一方向的分化，这当然比终末分化更复杂些，对此还一无所知。细胞社会学细胞牛物学的研究往往乐于使用培养的细胞，它的优点是可以提供足够量的细胞做牛-化分析，并且只有一种细胞，材料比较单一，分析结果方便。但是对于某些方面的研究则有不足之处，因为细胞在任何一个有机体里都是处于一个社会Z中，和别的细胞不同程度地混杂在一起，在其生命活动小不可能不受到相邻的其他细胞的影响，其至是相邻的同类细胞的彩响，其处境要比培养的细胞复杂得多。因此有些问题或者很难用培养的细胞进行，或者所得的结果只能部分地反映实际的情况，为了研究在一个细胞群中细胞为细胞间的相互关系，细胞社会学被提了出来。细胞社会学的内容相当广泛，包括不同细胞或相同细胞的相互识别，细胞的聚集与粘连、细胞间的交通和信息交流，细胞•细胞外间质的相互影响，甚至还可包括细胞群中组织分化模式的形成。有些方面已经积累了一些资料，从细胞社会学的角度有目的地深入下去一定会提供更系统的，有用的信息。由于细胞社会学是以细胞群体为对象，而且有些问题也是发育生物学需要了解的，发展下去很可能它会成为细胞牛物学与发育生物学之间的桥梁。展望细胞牛物学的研究，除去上面的工作一关于各细胞组分的结构与功能，以及对各种牛命现象的了解一还要继续深入外，是什么原因使得基因能够有序地选择性地表达，可能会成为今后重点研究的问题；此外，细胞社会学也会越來越受到重视。展望未来20世纪50年代人们还搞不清楚自己的染色体是多少条，但到了2000年“人类基因纽计划[4]”工作草图完成，标志着以研究棊因功能为主的后棊因组时代到來。随后蛋白质组学(proteomics),RNA组学(RNomics),糖组学(glycomics)、代谢组学(metabolomics)等各种“组学”研究相继登场，以及计算生物学、纳米生物学的发展，进入了系统牛:物学的迅速发展时期,可以预见在不远的将來，牛物科学会将人类社会带入一个新的发展阶段。人类经历了漫长的采猎文明后，约在一万年询进入农业经济时代，18世纪60年代，英国率先进入工业经济，20世纪50美国最早走完工业经济的历程，进入信息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为75~80年，到木世纪20年代将渐渐失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来，生物经济的资源为基因，其核心技术为建立在细胞与分了生物学理论基础上的各类生物技术。生物经济时代具有以下特点：一、推动产业革命，创造新的经济生长点。生物产业的比重将逐步提高，忖前药晶中有15%基于生物技术，这一数字据估计到2010年会增加到40%o牛物芯片[5]\n（图1-4）己广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域，将会成为与微电子芯片一样重要的产业。转基因动植物的市场前景广阔，2004年全球转基因作物的种植而积已经达到8100万公顷。二、推动医学革命，延长人类寿命。20世纪初人类平均寿命约为40多岁左右，抗牛素和疫苗的应用、医疗技术的提髙和公共卫生观念的提出使人类摆脱了传染病的威胁，人类平均寿命逐渐提高，20世纪末人类平均寿命达到70多岁。但是心血管病、癌症和各类遗传病或遗传相关的疾病仍然是威胁人类健康的主凶。21世纪生物技术将推动新一轮医学革命，从疾病预防、疾病诊断、药物研制、组织工程、基因治疗、器官移植、抗衰老等方面，延长人类寿命。1990美国国立卫生研究院（NIH）进行了世界首例基因治疗，给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了基因治疗。这种疾病是因为缺乏正常的腺昔脱氨酶（ADA）基因而引起的。专家们以病毒作为载体，将ADA基因导入从患者血液中分离出來的淋巴细胞，在体外培养后再输回病人体内，使这位女孩体内ADA酶的含量升高，免疫功能有所恢复，能正常活动而无副作用。这是世界首例基因治疗成功的病人，在此之后，全世界掀起基因治疗的热潮。三、推动绿色革命，解决食站危机。20世纪60年代以来，杂交玉米、杂交小麦和杂交水稻等农作物优质品种的栽培，标志着传统植物育种理论和各种农业牯施在作物改良中的应用达到了高峰，对农业产生了深远的影响，被誉为第一次绿色革命。而二I•一世纪转基因动植物、组织培养、胚胎移植、动物克隆等一系列新技术将再一次改变农业的而貌，新技术群将更有利于人们创造新站种、纶产人类所急需的粮食、药物和工业用站，推动第二次绿色革命。四、创造牛物新晶种，改善生态环境。植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将有可能彻底改变10亿亩干旱地区的生态环境，使5亿亩不毛之地、盐碱地变为felllo用于废气、废水、废渣处理的基因工程极端微纶物的应用，可降解牛•物塑料产甜的产业化推广，将会解决工业排放、白色垃圾等环保难题，有效改善生态环境。五、发展绿色能源，解决能源危机。煤、石油等化石能源的枯竭指FI对待，替代能源的开发具有十分重要的战略意义。全球生物质能的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。生物能源将会使作物秸秆等废弃的有机物成为能源，缓解化石能源不足的危机，为石油短缺国家解决能源危机问题找到一个较为经济的途径。利用“绿金”代替“黑金”，开发牛物乙醇、生物柴油、牛:物发电、生物氢等替代部分化石能源，Q经成为许多国家的能源战略。除此之外，植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氮气将成为继化石燃料之后主要的能源。六、生物安全关系到国家安全。必须认识到生物技术是一柄双刃剑，生物工程武器将彻底改变传统战争的方式与后果，没冇对生物战剂、生物恐怖和外来入侵物种的防御与应对能力，就不能从根本上保障国家安全。七、是冲击传统伦理观念。转垄因动栢物、动物克隆、胚胎干细胞、组织工程、器官移植技术的应用，将对人传统伦理观念产生强烈冲击。可以预见，在未来的吋代细胞生物学仍然是生命科学的领头学科，是支撐牛:物技术发展的基础科学。尽管发现细胞己经300多年了，但人类目询对细胞在整体层次上\n（哪怕是“简单的”细菌）的工作机理并未获得一个完整清晰的认识。细胞牛物学在如下领域内的发现将为生物技术带来新的发展动力。①对T细胞牛长和分化的控制机制的认识或许会带来治疗应用方而的重大突破；②对遗传基因和牛:化途径调控机制的认识将催牛:更先进的遗传修饰方法；③理解细胞感知环境的机理会有助于研发具有广泛应用前景的生物传感器；④了解细胞骨架和分了马达的协同工作机制将很可能在下半个世纪中引领纳米技术的生物应用。生物经济发展的前景与阻碍仁冇效地解决当今重大疑难疾病治疗的世界性难题：当前胚胎组织干细胞技术己经发展到只要获取病人身体上任意活细胞的DNA,就可以培养出身体除大脑以外的任意部分组织结构的器官（科普：皮肤，指甲等组织也是器官的一种），从而达到医学上真正的器官再生。2、带动信息产业和某些特殊行业如电脑制造业的划时代的革命；一个现在的你从未想到过得世界：1、当今的电脑在人类的生活中起着举足轻重的作用，人们日常的工作、学习、生产、牛活包括科学研究、航空航天这些高端行业都依赖电脑。当今的电脑基本模式都是冯、诺依曼模式，制造材料都是金属材料居多，从本质上来说从电脑诞生的第一天到今天，它的运行模式没冇发生任何实质变化。而生物学的发展则可以再未来冇可能彻底解决这个问题，用生物材料制造类似人类大脑运行的模式运行的超级电脑，让电脑像人类一样的思考和工作，真正意义上实现运行原理的飞跃。2、复制一个你自己的手或者是脚成本低廉，可以随吋“换”于•脚甚至是心脏，让你的寿命延长到200-300岁。。。。甚至更多。社会结构和人的社会意识能发生什么变化，你能想象吗3、经济结构发生变化：钢恢已经不是在重工业的标志性的产站了。坚硬“骨头”构成的房屋，高度仿工化的汽车、飞机。。。等等。返璞归真的生活在等待着你。4、冃前生物技术的发展其实已经超越了你的想象，但是根据《国际教科文组织45号协议》屮约定的各国Z间由于民族、文化、生活传统等巨大差界造成的一些列和关问题的讨论决议。很多已经实现了的成果和产品不能进入我们的现实牛活。这也是制约牛物技术发展和应用的最关键因索。