Biology 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Biology
标  题: 3---生命基质：细胞
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Mar 11 13:42:45 2004), 站内信件

发信站: 瀚海星云 

    这是一群围绕着自己产下的印乱转的昆虫，它们似乎在举行某种欢庆仪式，以表达

新生命产生的庄严与神圣。
    自从生命在地球上出现以来，生物区对生命的产生方式和生命的萌芽物产生了某种

特有的崇拜与依恋槽结——鸟类精Its＼孵卵，人类十目怀路，生命惟有在母性的抚爱
中才能够诞生井茁壮成长，这是生命的本能。直到1665年英国人罗伯特·胡克发现了细

胞，解开生命之谜的大门才渐渐开启。当年，胡克用他的那架老掉牙的显微镜观察软木

片的切片时竟然发现了许多小空洞，空洞中布满了气孔，除此之外一无所有。那时候，

胡克并不知道，他亲自打开了充满了奥妙与神奇的生命宝盒。现在，显微镜的发展使人

们已经十分清楚，所有的生命都是由这些被称为“细胞”的小率洞组成的。细胞乃是生

命的原型与基质，其内部结构及功能相当复杂，远非胡克所认识得那样简单。今天，人

们在高倍显微镜下可以清晰地看到细胞的内部结构。植物细胞的外面有细胞壁，细胞与

细胞之间有一层胶状物，把两个细胞壁紧紧地粘合在一起。在相邻两个细胞之间的壁上

有胞间连丝，使细胞之间彼此互通。此外，植物细胞内还有细胞质和细胞核。细胞质内

有核糖体、内质网、高尔基体和液泡等内容物。核糖体是合成蛋白质的地方，内质网和

高尔基体有合成、包装和运输物质的功能。细胞质内还有丝状和管状结构，类似细胞的

肌肉和骨架，与细胞的运动有关。细胞核内有核膜，使核与细胞质分开。此外还有染色

质和核仁。细胞核是细胞的“中枢”，是遗传信息储存、复制和转录的场所。细胞内还

有两个较大的细胞器，就是线粒体和质体。线粒体能起呼吸作用。动物细胞与植物细胞

最显著的区别是它的表面由一层质膜包裹，控制着细胞内外物质的运输。在电子显微镜

下，质膜的结构变化多端，有的向内折叠成手指状，有的向外凹陷，形成月芽状。
    有的细胞，人的肉眼就可以看见，比如鸟类的蛋，最大的直径达10厘米；最小的细

胞直径只有0．互微米，比如原始细菌，要用高倍显微镜才能够看清楚。细胞的形状千
差万别，有球体、多面体、纺锤体和柱状体等。通常，细胞的结构和功能密切相关，如

神经细胞能够伸展好几米，有利于传导外界的刺激信息。
    以上内容都是今天人们所熟知的自然常识，而在19世纪30年代德国植物学家施莱登

和生理学家施旺创立细胞学说之前，细胞在人们心目中的印象还是相当模糊的。在他们

所共同创立的细胞学说中，细胞被认为是“一个具有生命特性的有机体，整个动物和植

物体乃是细胞的集合体，细胞是生命体结构与功能的基本单位，它们依照一定的规律排

列在动植物体内”。
    施莱登和施旺均探讨过细胞的成长发育过程，他们深信，既然所有的生命在结构上

都由细胞组成，那么所有生命的发生也应当从一个细胞开始，组织的发育必定是通过细

胞的增殖进行的。施莱登、施旺的以上观点后来被德国生物学家韦尔素概括为一句名言

：
“一切细胞都来自细胞。”韦尔素的这句名言也暗含了另外一层意思：一切生命均来自

于生命，因此，细胞也可以恰如其分地被认为是全部生命的基质。
    现在看来，细胞学说的创立和细胞对于生命的重要性如同原子学说和原子对于物理

、
化学的重要性，它们把生命的奥秘和生命本身浓缩到了一个微观境界。由于细胞的发现

，
人们不仅知道一切高能有机体都是按照一个共同的规律生长发育的，而且通过细胞的变

异，不断地改变自己，并向更高的生命层次迈进。和达尔文进化论一样，细胞学说也被

誉为19世纪的三大发现之一。


生命之舟：染色体

    细胞英文名为CELL，意为小房间。那么，既然细胞是生命的基质，生命的全部奥秘

必定都是在这个小房间里了，只是需要一把开启房门的钥匙。这把钥匙就是染色体，它

同时也被称为生命的载体。
    发现染色体的过程也颇为复杂。早期的科学家发现，如果人为他将一个单细胞生物

分成两半，使其中一半含有完整的细胞核，另一半不含细胞核，那么，有核的一半就能

够分裂、生长，另一半则趋于死亡。由此，人们初步认识到细胞的分裂实际上是细胞核

的分裂。于是，科学家们把视线聚焦到了细胞的内核上；而且，他们还发现，某些染料

可以将细胞核染色，使它在整个细胞中变得十分清晰，便于观察。
    1848年，德国植物学家霍夫迈斯特在花粉母细胞中隐约看到了核内的丝状物O1879
年，德国生物学家弗莱明发现，细胞核内分布着～些丝状物，这些丝状物能够被染料染

色。于是，弗莱明把这些丝状物称为“染色质”，后来被德国解剖学家瓦尔德尔改称为

“染色体”。1882年，弗莱明在他的一本描述细胞分裂过程的著作中把整个细胞的分裂

过程称为“有丝分裂”，因为他确信，染色质在其中起着至关重要的作用。后来，科学

家们发现，同一物种内的生物，细胞内都含有同样数目的染色体，细胞中的染色体是成

对存在的。在有丝分裂过程中，染色体的数目先加倍，然后细胞再一分为二，因此，分

裂后的两个子细胞各含有与原母细胞相同数目的染色体。和各类生物殊途同归，人类也

有染色体。1959年，人们终于弄清楚，人类染色体共有46条，对对。从来源b来说，有
一半来自父亲，另一半来自母亲。
    很有必要描绘一下减数分裂。减数分裂也称作“成熟分裂”，是指在性成熟的生殖

细胞中，性母细胞经过两次连续分裂，染色体在整个分裂过程中只复制一次，形成的4
个子细胞中的染色体数目减少到原来细胞的一半。减数分裂形成的细胞中，只有一套
（组）染色体，这种细胞也叫作单倍体细胞，常见的如生物体内的精子与卵子。当精子

与卵子受精形成一个细胞后，受精卵（或合子）中的染色体就变成了两套（组），由此

出现了一个新生命的开始。显而易见，减数分裂及精卵结合是保证生命体世代交替和种

类稳定的重要环节。
    当人们认识到生物体内生殖细胞的减数分裂与体细胞的有丝分裂同样离不开染色体

时，把染色体比喻作生命之舟并不夸张。因为体细胞的有丝分裂导致生命体的成长壮大

，
而生殖细胞的减数分裂则导致了生命体的生生不息一生命的过程无非如此。
    染色体的先复制，再随着细胞的分裂而分裂可以很好地解释生命的生活与延续状态

，
但是，生命为何有性别之分呢？这个问题引发了人们浓厚的兴趣O20世纪初，德国生物
学家亨金用切片法研究半翅目昆虫的减数分裂时，发现在性母细胞减数分裂的后期有一

条染色体在向细胞一极移动时处于落后状态。亨金对这条染色体感到很陌生，就随便给

它起了个“X染色体”的名词，表示这是一条连他也没弄清楚的染色体。1902年，美国
人麦克朗认为这条“X染色体”可能与昆虫的性别有某种内在的联系，他苦思冥想，但
最终没有找到说服自己的理由。直到1905年，丹麦人威尔逊发现了在半翅目和直翅目的

许多昆虫中，雌性个体的细胞中具有两套普通的染色体，称作“常染色体”，另外还有

两条“X染色体”，而雄性个体的细胞中也有两套常染色体，但是只有一条“X染色体”

。
由此，威尔逊激动地得出了结论：动物的雌、雄性别可以根据细胞中“X”染色体的多
少加以区别，“X染色体”因而也被他称为“性染色体”。惊喜交加的威尔逊忽视了雄
性个体的那条“X染色体”身边还有一条不露声色的同伴：“Y染色体”，这种染色体呈

钩型，比“X染色体”短小。这条被威尔逊丢失的“Y染色体”三年后被生物学家史蒂芬

斯发现。


豌豆的启示

    达尔文进化论并没有给达尔文本人带来多少乐趣，因为他一直被一个百思不得其解

的问题纠缠着。细心的人们可以发现，达尔文在进化机制方面似乎更多地注意到变异，

而对于遗传则吞吞吐吐，语焉不详。事实上，达尔文进化论最受非议的就是遗传问题。

苦闷之余，达尔文甚至采纳了拉马克获得性遗传的观点来补充他的自然选择学说。拉马

克认为，生活环境的变化必将引起动物生活习性的变化，而生活习性的变化则导致器官

的用进废退，这些变化遗传给了后代，逐渐形成了新的物种。
    今天看来，拉马克的获得性遗传是个错误的论断，而与达尔文同时代的奥地利修道

土孟德尔和他的34个株系的豌豆真正揭示了自然界遗传与变异的奥秘。
    孟德尔注定是生命科学史上一个极其伟大的悲剧人物。1854年夏天，饱经风霜的孟

德尔在他所供职的修道院的花园里种植了34个株系的豌豆，开始了植物杂交有种的遗传

研究。孟德尔首先考察株的高矮两种性状的遗传情况，结果发现，矮株的种子永远只能

生出矮株，因此它属于纯种。而高株却不同，约占1／3的高株种子代代生育高株，而其

余的高株种子则生出一部分高株，一部分矮株，且比例总是1：3。这表明，高株既有纯

种的，也有杂种的。那么，将矮株与纯种高株杂交会出现什么情况呢2结果，孟德尔有
了一个惊人的发现：
    杂交生出的全是高株，但是，将这一代杂交出的高株进行自花传粉，新一代1／4是

纯矮种，l／4是纯高种，2／4是杂高种。
    这种意外发现的规律太神奇了，孟德尔几乎不相信自己的眼睛。后来，孟德尔还认

识到，豌豆的高、矮性状在遗传时表现有很大差异，前者是显性，后者是隐性。那么，

这种显性、隐性的性状遗传是否具有普遍性呢？孟德尔又考察了豌豆的其它性状，结果

发现了类似的遗传规律。
    8年以后，孟德尔将自己的惊人发现写成了一篇题为《植物杂交实验》的论文，并
在一次自然科学研究会上宣读。遗憾的是，他的这项划时代的惊人发现并没有弓I起任
何反响，某些权威甚至不屑一顾地说：“靠数一数豌豆能发现什么？”此后，孟德尔的

这篇论文被尘封了达34年之久，孟德尔本人也在默默无闻中悄然逝去。虽然他直到临终

都在呼喊——
    “看吧，我的时代就要来到了”，但那篇论文的处境却依然没有得到改观。
    种瓜得瓜，种豆得豆，上一代的性状总会传给下一代，这是遗传现象，但是上代和

下代之间又不可能完全相同，总有许多差异，这种差别叫作变异。这些在日常生活中习

以为常的遗传和变异现象早就引起了人们的注意。因此，自孟德尔之后，人们对于遗传

与变异现象的研究就从未停止过。1900年，一个偶然的机会，一些执著的研究者们在查

阅从前的文献资料时，发现了30多年前一位名叫孟德尔的人写的文章，他们失望地接受

了一个事实：他们什么也不用做了，孟德尔早已打开了现代遗传学的大门，揭示了生命

的许多秘密。
，
盛赞孟德尔的文章频频见之于世，孟德尔也被世人称颂为现代遗传学的奠基人——孟德

尔的时代一如孟德尔临终时所呼告的那样姗姗来迟。



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