細(xì)胞生物學(xué)
| A+醫(yī)學(xué)百科 >> 細(xì)胞生物學(xué) |
細(xì)胞生物學(xué)(cell biology)是在顯微、亞顯微和分子水平三個(gè)層次上，研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和各種生命規(guī)律的一門科學(xué)。細(xì)胞生物學(xué)由Cytology發(fā)展而來，Cytology是關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能(特別是染色體)的研究?，F(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)從顯微水平，超微水平和分子水平等不同層次研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能及生命活動(dòng)。在我國(guó)基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展規(guī)劃中，細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)，神經(jīng)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)并列為生命科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科。
細(xì)胞生物學(xué)是以細(xì)胞為研究對(duì)象, 從細(xì)胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個(gè)層次，以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn), 研究細(xì)胞和細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞的生活史和各種生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的前沿分支學(xué)科之一，主要是從細(xì)胞的不同結(jié)構(gòu)層次來研究細(xì)胞的生命活動(dòng)的基本規(guī)律。從生命結(jié)構(gòu)層次看，細(xì)胞生物學(xué)位于分子生物學(xué)與發(fā)育生物學(xué)之間，同它們相互銜接，互相滲透。
運(yùn)用近代物理學(xué)和化學(xué)的技術(shù)成就和分子生物學(xué)的方法、概念，在細(xì)胞水平上研究生命活動(dòng)的科學(xué)，其核心問題是遺傳與發(fā)育的問題?！ ?/p>
目錄 |
細(xì)胞生物學(xué)簡(jiǎn)史
從研究?jī)?nèi)容來看細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展可分為三個(gè)層次，即：顯微水平、超微水平和分子水平。從時(shí)間縱軸來看細(xì)胞生物學(xué)的歷史大致可以劃分為四個(gè)主要的階段：
第一階段：從16世紀(jì)后期到19世紀(jì)30年代，是細(xì)胞發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞知識(shí)的積累階段。通過對(duì)大量動(dòng)植物的觀察，人們逐漸意識(shí)到不同的生物都是由形形色色的細(xì)胞構(gòu)成的。
第二階段：從19世紀(jì)30年代到20世紀(jì)初期，細(xì)胞學(xué)說形成后，開辟了一個(gè)的研究領(lǐng)域，在顯微水平研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能是這一時(shí)期的主要特點(diǎn)。形態(tài)學(xué)、胚胎學(xué)和染色體知識(shí)的積累，使人們認(rèn)識(shí)了細(xì)胞在生命活動(dòng)中的重要作用。1893年Hertwig的專著《細(xì)胞與組織》（Die Zelle und die Gewebe）出版，標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)的誕生。其后1896年哥倫比亞大學(xué)Wilson編著的The Cell in Development and Heredity、1920年墨爾本大學(xué)Agar編著的Cytology 都是這一領(lǐng)域最早的教科書。
第三階段：從20世紀(jì)30年代到70年代，電子顯微鏡技術(shù)出現(xiàn)后，把細(xì)胞學(xué)帶入了第三大發(fā)展時(shí)期，這短短40年間不僅發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞的各類超微結(jié)構(gòu)，而且也認(rèn)識(shí)了細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體等不同結(jié)構(gòu)的功能，使細(xì)胞學(xué)發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)。De Robertis等人1924出版的普通細(xì)胞學(xué)（General Cytology）在1965年版的時(shí)候定名為細(xì)胞生物學(xué)（Cell Biology），這是最早的細(xì)胞生物學(xué)教材之一 。
第四階段：從20世紀(jì)70年代基因重組技術(shù)的出現(xiàn)到當(dāng)前，細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合愈來愈緊密，研究細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)及其在生命活動(dòng)中的作用成為主要任務(wù)，基因調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤生物學(xué)、細(xì)胞分化和凋亡是當(dāng)代的研究熱點(diǎn)。
顯微鏡的發(fā)明與細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)
沒有顯微鏡就不可能有細(xì)胞學(xué)誕生。
1. 1590 荷蘭眼鏡制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一臺(tái)復(fù)式顯微鏡，盡管其放大倍數(shù)不超過10倍，但具有劃時(shí)代的意義。
2. 1665 英國(guó)人Robert Hooke用自己設(shè)計(jì)與制造的顯微鏡（放大倍數(shù)為40-140倍，圖1-1)觀察了軟木（櫟樹皮)的薄片，第一次描述了植物細(xì)胞的構(gòu)造，并首次用cells（小室)這個(gè)詞來稱呼他所看到的類似蜂巢的極小的封閉狀小室（實(shí)際上只是觀察到到纖維質(zhì)的細(xì)胞壁)。
3. 1672，1682英國(guó)人Nehemiah Grew出版了兩卷植物顯微圖譜，注意到了植物細(xì)胞中細(xì)胞壁與細(xì)胞質(zhì)的區(qū)別。
4. 1680 荷蘭人A. van Leeuwenhoek成為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，一生中制作了200多臺(tái)顯微鏡和500多個(gè)鏡頭（圖1-2）。他是第一個(gè)看到活細(xì)胞的人，觀察過原生動(dòng)物、人類精子、鮭魚的紅細(xì)胞、牙垢中的細(xì)菌等等。
5. 1752 英國(guó)望遠(yuǎn)鏡商人J. Dollond 發(fā)明消色差顯微鏡。
6. 1812 蘇格蘭人D. Brewster 發(fā)明油浸物鏡，并改進(jìn)了體視顯微鏡。
7. 1886 德國(guó)人Ernst Abbe 發(fā)明復(fù)消差顯微鏡，并改進(jìn)了油浸物鏡，至此普通光學(xué)顯微鏡技術(shù)基本成熟。
8. 1932 德國(guó)人M. Knoll和E. A. F. Ruska描述了一臺(tái)最初的電子顯微鏡，1940年國(guó)和德國(guó)制造出分辨力為0.2nm的商品電鏡。
9. 1932 荷蘭籍德國(guó)人F. Zernike成功設(shè)計(jì)了相差顯微鏡（phasecontrast microscope) ，并因此獲1953年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
10. 1981瑞士人G. Binnig和H. RoherI在BM蘇黎世實(shí)驗(yàn)中心（Zurich Research Center）發(fā)明了掃描隧道顯微鏡而與電鏡發(fā)明者Ruska同獲1986年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展
19世紀(jì)后期顯微技術(shù)的改進(jìn)，生物固定技術(shù)（如：Fleming 1882，1884；Canoy 1886）和染色技術(shù)的出現(xiàn)極大的方便了人們對(duì)細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，各種細(xì)胞器相繼被發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)30年代電子顯微鏡技術(shù)的問世，是細(xì)胞形態(tài)的研究達(dá)到了空前的高潮。20世紀(jì)50年代分子生物學(xué)的興起，推動(dòng)細(xì)胞生物學(xué)的研究進(jìn)入了分子水平。
1. 1831 英國(guó)人Robert Brown 發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞核。
2. 1832 比利時(shí)人C. J. Dumortier 觀察了藻類的細(xì)胞分裂，并認(rèn)為細(xì)胞來源于原來存在的細(xì)胞。
3. 1835 德國(guó)人H. von Molh 仔細(xì)觀察了植物的細(xì)胞分裂，認(rèn)為是植物的根和芽尖極易觀察到的現(xiàn)象。
4. 1835 法國(guó)人F. Dujardin 觀察動(dòng)物活細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)“肉樣質(zhì)”（Sarcode)。
5. 1839 捷克人J. E. Pukinye 用protoplasm這一術(shù)語描述細(xì)胞物質(zhì)，“Protoplast”為神學(xué)用語，指人類始祖亞當(dāng)。
6. 1841 波蘭人R. Remak發(fā)現(xiàn)雞胚血細(xì)胞的直接分裂（無絲分裂）。
7. 1846 德國(guó)人H. von Mohl研究了植物原生質(zhì)，發(fā)表了“identifies protoplasm as the substance of cells”。
8. 1848 德國(guó)人W. Hofmeister 描繪了鴨跖草Tradescantia的花粉母細(xì)胞，明確的體現(xiàn)出染色體，但他沒有認(rèn)識(shí)到之一重要性，40年后德國(guó)人H. von Waldeyer因這一結(jié)構(gòu)可被堿性染料著色而定名為Chromosome。
9. 1861 德國(guó)人M. Shultze 認(rèn)為動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的肉樣質(zhì)和植物體內(nèi)的原生質(zhì)具有同樣的意義。他給細(xì)胞的定義是：“the cell is an accumulation of living substance or protoplasm definitely delimited in space and possessing a cell membrane and nucleus。”
10. 1864 德國(guó)人Max Schultze 觀察了植物的胞間連絲。
11. 1865 德國(guó)人J. von Suchs 發(fā)現(xiàn)葉綠體。
12. 1866 奧地利人G. Mendel 發(fā)表了對(duì)豌豆的雜交試驗(yàn)結(jié)果，提出遺傳的分離規(guī)律和自由組合規(guī)律。
13. 1868 英國(guó)人T. H. Huxley 在愛丁堡作題為“生命的物質(zhì)基礎(chǔ)”（the physical basis of life）的演講報(bào)告時(shí)首次把原生質(zhì)的概念介紹給了英國(guó)公眾。
14. 1869 瑞士人F. Miescher 從膿細(xì)胞中分離出核酸。
15. 1876 德國(guó)人O.Hertwig發(fā)現(xiàn)海膽的受精現(xiàn)象，其論文題目為“observe the fertilization of a sea urchin egg”。
16. 1879 德國(guó)人W. Flemming觀察了蠑螈細(xì)胞的有絲分裂，于1882年提出了mitosis 這一術(shù)語。后來德國(guó)人E. Strasburger(1876-80)在植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有絲分裂，認(rèn)為有絲分裂的實(shí)質(zhì)是核內(nèi)絲狀物（染色體)的形成及其向兩個(gè)子細(xì)胞的平均分配，動(dòng)植物的受精實(shí)質(zhì)上是父本和母本配子核的融合，并于1984提出了Prophase和Metaphase的概念。
17. 1882 德國(guó)人E. Strasburger 提出細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）和核質(zhì)（nucleoplasm）的概念。
18. 1883 比利時(shí)人E. van Beneden 證明馬蛔蟲Ascaris megalocephala配子的染色體數(shù)目是體細(xì)胞的一半，并且在受精過程中卵子和精子貢獻(xiàn)給合子的染色體數(shù)目相等。
19. 1883 比利時(shí)人E. van Beneden和德國(guó)人T. Boveri發(fā)現(xiàn)中心體。
20. 1884 德國(guó)人O.Hertwig和E. Strasburger提出細(xì)胞核控制遺傳的論斷。
21. 1886 德國(guó)人A. Weismann 提出種質(zhì)論。
22. 1890 德國(guó)人Richard Altmann 描述了線粒體的染色方法，他推測(cè)線粒體就像細(xì)胞的內(nèi)共生物，并認(rèn)為線粒體與能量代謝有關(guān)。他還于1889年提出了核酸的概念。
23. 1892 德國(guó)人T. Boveri和O. Hertwig研究了減數(shù)分裂的本質(zhì)，并描述了染色體聯(lián)會(huì)現(xiàn)象。
24. 1898 意大利人C. Golgi 用銀染法觀察高爾基體。
25. 1900 孟德爾在34年前發(fā)表的遺傳法則被重新發(fā)現(xiàn)。
26. 1905 美國(guó)人Clarence McClung shows that female mammals have 2 X chromosomes and that males have an X and a Y
27. 1908 美國(guó)人T. H. Morgan以Drosophila melanogaster為材料開始著名的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，1910年提出遺傳的染色體理論，1919年發(fā)表“遺傳的本質(zhì)”（Physical Basis of Heredity）。1926年發(fā)表“基因?qū)W說”（The Theory of the Gene）
28. 1910 德國(guó)人A. Kossel獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，他首先分離出腺嘌呤、胸腺嘧啶和組氨酸。29. 1935 美國(guó)人W. M. Stanley 首次得到煙草花葉病毒的結(jié)晶體。
30. 1940 德國(guó)人G. A. Kausche和H. Ruska 發(fā)表了世界第一張葉綠體的電鏡照片。
31. 1941 美國(guó)人G. W. Beadle和E. L. Tatum提出一個(gè)基因一個(gè)酶的概念。
32. 1944 美國(guó)人O. Avery，C. Macleod 和M. McCarthy等人通過微生物轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。
33. 1945 美國(guó)的K. R. Porter、A. Claude 和 E. F. Fullam發(fā)現(xiàn)小鼠成纖維細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。
34. 1949 加拿大人M. Bar發(fā)現(xiàn)巴氏小體。
35. 1951 美國(guó)人James Bonner發(fā)現(xiàn)線粒體與細(xì)胞呼吸有關(guān)。
36. 1953 美國(guó)人J. D. Watson 和英國(guó)人F. H. C. Crick提出DNA雙螺旋模型。
37. 1955 比利時(shí)人C. de Duve發(fā)現(xiàn)溶酶體和過氧化物酶體。
38. 1955 美國(guó)人Vincent Du Vigneaud因人工合成多肽而獲諾貝爾獎(jiǎng)
39. 1956年，蔣有興（美籍華人）利用徐道覺發(fā)明的低滲處理技術(shù)證實(shí)了人的2n為46條，而不是48條。
40. 1957 J. D. Robertson[2]用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)。
41. 1961 英國(guó)人P. Mitchell 提出線粒體氧化磷酸化偶聯(lián)的化學(xué)滲透學(xué)說，獲1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
42. 1961-64 美國(guó)人M. W. Nirenberg破譯DNA遺傳密碼。
43. 1968 瑞士人Werner Arber從細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)DNA限制性內(nèi)切酶。
44. 1970 美國(guó)人D. Baltimore、R. Dulbecco 和H. Temin由于發(fā)現(xiàn)在RNA腫瘤病毒中存在以RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄生成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶而獲1975共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
45. 1971 美國(guó)人Daniel Nathans 和Hamilton Smith發(fā)展了核酸酶切技術(shù)。
46. 1973 美國(guó)人S. Cohen和H. Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，并在大腸桿菌中表達(dá)，從而揭開基因工程的序幕。
47. 1975 英國(guó)人F. Sanger設(shè)計(jì)出DNA測(cè)序的雙脫氧法。于1980年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。此外Sanger還由于1953年測(cè)定了牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)而獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
48. 1982 美國(guó)人S. B. Prusiner發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)因子Prion，更新了醫(yī)學(xué)感染的概念，于1997年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
49. 1983 美國(guó)人K. B. Mullis發(fā)明PCR儀，1987年發(fā)表了 “Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction”，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
50. 1984 德國(guó)人G. J. F. Kohler、阿根廷人C. Milstein[3]和丹麥科學(xué)家N. K. Jerne由于發(fā)展了單克隆抗體技術(shù)，完善了極微量蛋白質(zhì)的檢測(cè)技術(shù)而分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
51. 1989 美國(guó)人S. Altman和T. R. Cech由于發(fā)現(xiàn)某些RNA具有酶的功能（稱為核酶)而共享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Bishop和Varmus由于發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞同樣帶有原癌基因而分享當(dāng)年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
52. 1997 多利羊在盧斯林研究所誕生，成為世紀(jì)末的重大新聞。多利是Ian Wilmut領(lǐng)導(dǎo)的研究小組克隆的（圖1-3）。
53. 1998 美國(guó)人T. Wakayama和R. Yanagimachi成功地用凍干精子繁殖出小鼠。
54. 2000 世界首例克隆豬在蘇格蘭誕生，是由Alan Coleman領(lǐng)導(dǎo)的研究小組克隆的。
55. 2001 美國(guó)人Leland Hartwell、英國(guó)人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)?a href="/w/%E7%BB%86%E8%83%9E%E5%91%A8%E6%9C%9F" title="細(xì)胞周期">細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
56. 2002 英國(guó)人Sydney Brenner、美國(guó)人H. Robert Horvitz和英國(guó)人John E. Sulston，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
57. 2003 美國(guó)科學(xué)家Peter Agre和Roderick MacKinnon，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
從1839年M.J.施萊登和T.A.H.施萬的細(xì)胞學(xué)說問世以來，確立了細(xì)胞（真核細(xì)胞）是多細(xì)胞生物結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位。但是長(zhǎng)期以來，細(xì)胞學(xué)的研究偏重在結(jié)構(gòu)方面。此后，在相鄰學(xué)科的進(jìn)展的影響下逐漸地發(fā)展到其他方面。例如在遺傳學(xué)的帶動(dòng)下發(fā)展起細(xì)胞遺傳學(xué)，加深了對(duì)染色體的認(rèn)識(shí)；在生物化學(xué)的影響之下發(fā)展起細(xì)胞生化，用生化手段了解細(xì)胞各組分的生化組成和功能活動(dòng)；在物理學(xué)、化學(xué)的滲透下形成了細(xì)胞化學(xué)，研究細(xì)胞的化學(xué)成分及其定位，這些都為細(xì)胞生物學(xué)的形成和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
20世紀(jì)50年代以來，關(guān)于細(xì)胞的超顯微結(jié)構(gòu)的研究，使人們對(duì)于光學(xué)顯微鏡下看不到的精細(xì)結(jié)構(gòu)有了明確的認(rèn)識(shí)。分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)以原核生物為材料取得的成就，使人們了解到遺傳密碼、中心法則以及原核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與控制等基本問題，這些都直接促進(jìn)了細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展。但由于原核細(xì)胞不同于真核細(xì)胞，后者具有核膜，染色質(zhì)除DNA外還含有組蛋白及非組蛋白，而且細(xì)胞質(zhì)中的結(jié)構(gòu)也比前者復(fù)雜得多。因此，還需要了解在原核生物得到的成就在多大程度上適用于真核細(xì)胞，研究遺傳和發(fā)育在真核細(xì)胞中是如何操縱的。
細(xì)胞生物學(xué)雖說是一個(gè)比較年輕的學(xué)科，從學(xué)術(shù)思想上卻可以追溯到較早的年代。1883年德國(guó)胚胎學(xué)家W.魯就闡述過關(guān)于遺傳和發(fā)育的設(shè)想。他假定受精卵中包含著所有的遺傳物質(zhì)，后者在卵裂時(shí)不是平均地分配到子細(xì)胞中，這種不同質(zhì)的分裂決定子細(xì)胞及其后代的命運(yùn)。德國(guó)動(dòng)物學(xué)家A.魏斯曼發(fā)展了這種想法，提出了種質(zhì)學(xué)說，認(rèn)為裂球的不均等分裂導(dǎo)致了細(xì)胞的分化。雖然這些見解都已證明是錯(cuò)誤的，但是可以看出細(xì)胞生物學(xué)所要解決的問題在那時(shí)已被提出來了。以后E.B.威爾遜1927年在他的《細(xì)胞──在發(fā)育和遺傳中》的巨著中明確指出：細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，發(fā)育和遺傳這些生命現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)在細(xì)胞上研究。1934年，美國(guó)遺傳學(xué)家和胚胎學(xué)家T.H.摩爾根在遺傳學(xué)取得巨大成就之后，在企圖融合發(fā)育與遺傳的《胚胎學(xué)與遺傳學(xué)》一書中寫道：“可以設(shè)想，各原生質(zhì)區(qū)域在開始時(shí)的差異會(huì)影響基因的活動(dòng)，然后基因又反轉(zhuǎn)過來影響原生質(zhì)，后者就開始一系列新的、相應(yīng)的反應(yīng)。這樣，我們可以勾畫出胚胎各部分的逐步建立和分化?！钡谀柛哪甏?，由于細(xì)胞學(xué)和其他相鄰學(xué)科還未發(fā)生密切的聯(lián)系，或者說其他學(xué)科尚未能在細(xì)胞水平上開展關(guān)于發(fā)育和遺傳的研究，所以細(xì)胞生物學(xué)只能在50年代之后，各方面的條件逐漸成熟了，才得以蓬勃發(fā)展?！ ?/p>
細(xì)胞生物學(xué)學(xué)習(xí)方法
第一、認(rèn)識(shí)細(xì)胞生物學(xué)課程的重要性，正如原子是物理性質(zhì)的最小單位，分子是化學(xué)性質(zhì)的最小單位，細(xì)胞是生命的基本單位。50年代以來諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)大都授予了從事細(xì)胞生物學(xué)研究的科學(xué)家，可見細(xì)胞生物學(xué)的重要性。如果你將來打算從事生物學(xué)相關(guān)的工作，學(xué)好細(xì)胞生物學(xué)能加深你對(duì)生命的理解。
第二、明確細(xì)胞生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容，即：結(jié)構(gòu)、功能、生活史。生物的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的，每一種結(jié)構(gòu)都有特定的功能，每一種功能的實(shí)現(xiàn)都需要特定的物質(zhì)基礎(chǔ)。如肌肉可以收縮、那么動(dòng)力是誰提供的、能量從何而來的？
第三、從顯微、超微和分子三個(gè)層次來認(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能。一方面每一個(gè)層次的結(jié)構(gòu)都有特定的功能，另一方面各層次之間是有機(jī)地聯(lián)系在一起的。
第四、將所學(xué)過的知識(shí)關(guān)聯(lián)起來，多問自己幾個(gè)為什么。細(xì)胞生物學(xué)涉及分子生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等幾乎所有生物系學(xué)過的課程，將學(xué)過的知識(shí)與細(xì)胞生物學(xué)課程中講到的內(nèi)容關(guān)聯(lián)起來，比較一下有什么不同，有什么相同，為什么？盡可能形成對(duì)細(xì)胞和生命的完整印象，不要只見樹木不見森林。另一方面細(xì)胞生物學(xué)各章節(jié)之間的內(nèi)容是相互關(guān)聯(lián)的，如我們?cè)趯W(xué)習(xí)線粒體與葉綠體的時(shí)候，要聯(lián)想起細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸章節(jié)中學(xué)過的DNP、FCCP等質(zhì)子載體對(duì)線粒體會(huì)有什么影響，學(xué)習(xí)微管結(jié)構(gòu)時(shí)要問問為什么β微管蛋白是一種G蛋白，而α微管蛋白不是，學(xué)習(xí)細(xì)胞分裂時(shí)要想想細(xì)胞骨架在細(xì)胞分裂中起什么作用，諸如此類的例子很多。
第五、緊跟學(xué)科前沿，當(dāng)前的熱點(diǎn)主要有“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“細(xì)胞周期調(diào)控”、 “細(xì)胞凋亡”等。細(xì)胞生物學(xué)是當(dāng)今發(fā)展最快的學(xué)科之一，知識(shí)的半衰期很短（可能不足5年），國(guó)內(nèi)教科書由于編撰周期較長(zhǎng)，一般滯后于學(xué)科實(shí)際水平5-10年左右，課本中的很多知識(shí)都已是陳舊知識(shí)。有很多辦法可以使你緊跟學(xué)科前沿：一是選擇國(guó)外的最新教材，；二是經(jīng)常讀一些最新的期刊資料，如果條件所限查不到國(guó)外資料，可以到中國(guó)期刊網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫中查一些綜述文章，這些文章很多是國(guó)家自然科學(xué)基金支助的，如在中國(guó)期刊網(wǎng)的檢索欄輸入關(guān)鍵詞“細(xì)胞凋亡”，二次檢索輸入關(guān)鍵詞“進(jìn)展”，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一大堆這樣的文章，都是漢字寫的比讀英文省事。
第六、學(xué)一點(diǎn)科技史，尤其是生物學(xué)史，看看科學(xué)家如何開展創(chuàng)造發(fā)明，學(xué)習(xí)他們驚人的毅力、銳敏的眼光和獨(dú)特的思維。牛頓說過：“我之所以比別人看得更遠(yuǎn)，是因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛏??！薄 ?/p>
細(xì)胞生物學(xué)的研究
從1839年M.J.施萊登和T.A.H.施萬的細(xì)胞學(xué)說問世以來，確立了細(xì)胞（真核細(xì)胞）是多細(xì)胞生物結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位。但是長(zhǎng)期以來，細(xì)胞學(xué)的研究偏重在結(jié)構(gòu)方面。此后，在相鄰學(xué)科的進(jìn)展的影響下逐漸地發(fā)展到其他方面。例如在遺傳學(xué)的帶動(dòng)下發(fā)展起細(xì)胞遺傳學(xué)，加深了對(duì)染色體的認(rèn)識(shí)；在生物化學(xué)的影響之下發(fā)展起細(xì)胞生化，用生化手段了解細(xì)胞各組分的生化組成和功能活動(dòng)；在物理學(xué)、化學(xué)的滲透下形成了細(xì)胞化學(xué)，研究細(xì)胞的化學(xué)成分及其定位，這些都為細(xì)胞生物學(xué)的形成和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
20世紀(jì)50年代以來，關(guān)于細(xì)胞的超顯微結(jié)構(gòu)的研究，使人們對(duì)于光學(xué)顯微鏡下看不到的精細(xì)結(jié)構(gòu)有了明確的認(rèn)識(shí)。分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)以原核生物為材料取得的成就，使人們了解到遺傳密碼、中心法則以及原核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與控制等基本問題，這些都直接促進(jìn)了細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展。但由于原核細(xì)胞不同于真核細(xì)胞，后者具有核膜，染色質(zhì)除DNA外還含有組蛋白及非組蛋白，而且細(xì)胞質(zhì)中的結(jié)構(gòu)也比前者復(fù)雜得多。因此，還需要了解在原核生物得到的成就在多大程度上適用于真核細(xì)胞，研究遺傳和發(fā)育在真核細(xì)胞中是如何操縱的。
細(xì)胞生物學(xué)雖說是一個(gè)比較年輕的學(xué)科，從學(xué)術(shù)思想上卻可以追溯到較早的年代。1883年德國(guó)胚胎學(xué)家W.魯就闡述過關(guān)于遺傳和發(fā)育的設(shè)想。他假定受精卵中包含著所有的遺傳物質(zhì)，后者在卵裂時(shí)不是平均地分配到子細(xì)胞中，這種不同質(zhì)的分裂決定子細(xì)胞及其后代的命運(yùn)。德國(guó)動(dòng)物學(xué)家A.魏斯曼發(fā)展了這種想法，提出了種質(zhì)學(xué)說，認(rèn)為裂球的不均等分裂導(dǎo)致了細(xì)胞的分化。雖然這些見解都已證明是錯(cuò)誤的，但是可以看出細(xì)胞生物學(xué)所要解決的問題在那時(shí)已被提出來了。以后E.B.威爾遜1927年在他的《細(xì)胞──在發(fā)育和遺傳中》的巨著中明確指出：細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，發(fā)育和遺傳這些生命現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)在細(xì)胞上研究。1934年，美國(guó)遺傳學(xué)家和胚胎學(xué)家T.H.摩爾根在遺傳學(xué)取得巨大成就之后，在企圖融合發(fā)育與遺傳的《胚胎學(xué)與遺傳學(xué)》一書中寫道：“可以設(shè)想，各原生質(zhì)區(qū)域在開始時(shí)的差異會(huì)影響基因的活動(dòng)，然后基因又反轉(zhuǎn)過來影響原生質(zhì)，后者就開始一系列新的、相應(yīng)的反應(yīng)。這樣，我們可以勾畫出胚胎各部分的逐步建立和分化?！钡谀柛哪甏?，由于細(xì)胞學(xué)和其他相鄰學(xué)科還未發(fā)生密切的聯(lián)系，或者說其他學(xué)科尚未能在細(xì)胞水平上開展關(guān)于發(fā)育和遺傳的研究，所以細(xì)胞生物學(xué)只能在50年代之后，各方面的條件逐漸成熟了，才得以蓬勃發(fā)展?！ ?/p>
細(xì)胞學(xué)說
在十九世紀(jì)以前許多學(xué)者的工作都著眼于細(xì)胞的顯微結(jié)構(gòu)方面，從事形態(tài)上的描述，而對(duì)各種有機(jī)體中出現(xiàn)細(xì)胞的意義一直沒有作出理論的概括，直到19世紀(jì)30年代德國(guó)人施萊登Matthias Jacob Schleiden 、施旺Theodar Schwann提出：一切植物、動(dòng)物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是一切動(dòng)植物的基本單位。這一學(xué)說即“細(xì)胞學(xué)說（Cell Theory)”，在19世紀(jì)已有不少科學(xué)家的工作對(duì)細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立做出了很大的貢獻(xiàn)，如：
1. Jean-Baptiste de Lamarck （1744-1829)，獲得性遺傳理論的創(chuàng)始人，法國(guó)退伍陸軍中尉，50歲成為巴黎動(dòng)物學(xué)教授，1909年他認(rèn)為只有具有細(xì)胞的機(jī)體，才有生命?！癐t has been recognized for a long time that the membranes which form the envelopes of the brain，of the nerves，of vessels，of all kinds of glands，of viscera，of muscles and their fibers，and even the skin of the body are in general the productions of cellular tissue。 But no one，so far as I know， has yet perceived that cellular tissue is the general matrix of all organization and that without this tissue no living body would be able to exist，nor could it have been formed?！?/p>
2. Charles Brisseau Milbel（1776-1854)，法國(guó)植物學(xué)家，1802年認(rèn)為植物的每一部分都有細(xì)胞存在，“the plant is wholly formed of a continuous cellular membranous tissue。Plants are made up of cells，all parts of which are in continuity and form one and the same membranous tissue?！?。
3. Henri Dutrochet （1776-1847），法國(guó)生理學(xué)家，1824年進(jìn)一步描述了細(xì)胞的原理，他認(rèn)為 “All organic tissues are actually globular cells of exceeding smallness，which appear to be united only by simple adhesive forces; thus all tissues， all animal (and plant) organs, are actually only a cellular tissue variously modified。This uniformity of finer structure proves that organs actually differ among themselves merely in the nature of the substances contained in the vesicular cells of which they are composed” 。
4. Matthias Jacob Schleiden（1804-1881)，德國(guó)植物學(xué)教授[1]，1938年發(fā)表“植物發(fā)生論”(Beitr?ge zur Phytogenesis)，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都有形形色色的細(xì)胞構(gòu)成。他認(rèn)識(shí)到了Brown發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核的重要意義，這一點(diǎn)Brown本人并未做到，他試圖重建細(xì)胞發(fā)育的過程，為此他聰明地選擇了胚胎細(xì)胞作為他研究的起點(diǎn)，他還在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了核仁。
5. Theodor Schwann（1810-1882)，德國(guó)解剖學(xué)教授，一開始就研究Schleiden的細(xì)胞形成學(xué)說，他完全接受了這個(gè)學(xué)說，并把它擴(kuò)展為所有生命現(xiàn)象的起源和基礎(chǔ)的一般理論。他把Schleiden在植物中的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用到動(dòng)物中去，并于1838年提出了“細(xì)胞學(xué)說”（Cell Theory)這個(gè)術(shù)語；1939年發(fā)表了“關(guān)于動(dòng)植物結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)一致性的顯微研究”(Mikroskopische Untersuchungen über die übereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Tiere und Pflanzen)。因此細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立被認(rèn)為歸功于Schleiden和Sehwann兩個(gè)人，而且年份也被定到1839年。
Schwann提出：
1) 有機(jī)體是由細(xì)胞構(gòu)成的；
2) 細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位。
1855 德國(guó)人R. Virchow 提出“一切細(xì)胞來源于細(xì)胞”（omnis cellula e cellula）的著名論斷，進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。
把細(xì)胞作為生命的一般單位，以及作為動(dòng)植物界生命現(xiàn)象的共同基礎(chǔ)的這種概念立即受到了普遍的接受。恩格斯將細(xì)胞學(xué)說譽(yù)為19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)之一。
研究方法
細(xì)胞生物學(xué)廣泛地利用相鄰學(xué)科的成就，在技術(shù)方法上是博采眾長(zhǎng)，凡是能夠解決問題的都會(huì)被使用。例如用分子生物學(xué)的方法研究基因的結(jié)構(gòu)，用生物化學(xué)、分子生物學(xué)的方法研究染色體上的各種非組蛋白和它們對(duì)基因活動(dòng)的調(diào)節(jié)和控制或者利用免疫學(xué)的方法研究細(xì)胞骨架的各種蛋白（微管蛋白、微絲蛋白、各種中等纖維蛋白）在細(xì)胞中的分布以及在生命活動(dòng)中的變化。 起源于分子遺傳學(xué)的重組DNA技術(shù)和起源于免疫學(xué)的產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤技術(shù)，也成了細(xì)胞生物學(xué)的有力工具。顯然，一種方法所解決的問題不一定屬于原來建立這一方法的學(xué)科。例如用分子生物學(xué)的方法解決了核小體的結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格地說這應(yīng)是形態(tài)學(xué)的范疇。這樣的例子并不少見，在這里學(xué)科的界限也被抹掉了。也許可以說細(xì)胞核移植、微量注射和細(xì)胞融合是細(xì)胞生物學(xué)自身發(fā)展起來的方法，但是用這些方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)往往也需要其他方法配合來做進(jìn)一步分析?！ ?/p>
研究對(duì)象
從研究?jī)?nèi)容來看細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展可分為三個(gè)層次，即：顯微水平、超微水平和分子水平。從時(shí)間縱軸來看細(xì)胞生物學(xué)的歷史大致可以劃分為四個(gè)主要的階段：
第一階段：從16世紀(jì)后期到19世紀(jì)30年代，是細(xì)胞發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞知識(shí)的積累階段。通過對(duì)大量動(dòng)植物的觀察，人們逐漸意識(shí)到不同的生物都是由形形色色的細(xì)胞構(gòu)成的。
第二階段：從19世紀(jì)30年代到20世紀(jì)初期，細(xì)胞學(xué)說形成后，開辟了一個(gè)的研究領(lǐng)域，在顯微水平研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能是這一時(shí)期的主要特點(diǎn)。形態(tài)學(xué)、胚胎學(xué)和染色體知識(shí)的積累，使人們認(rèn)識(shí)了細(xì)胞在生命活動(dòng)中的重要作用。1893年Hertwig的專著《細(xì)胞與組織》（Die Zelle und die Gewebe）出版，標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)的誕生。其后1896年哥倫比亞大學(xué)Wilson編著的The Cell in Development and Heredity、1920年墨爾本大學(xué)Agar編著的Cytology 都是這一領(lǐng)域最早的教科書。
第三階段：從20世紀(jì)30年代到70年代，電子顯微鏡技術(shù)出現(xiàn)后，把細(xì)胞學(xué)帶入了第三大發(fā)展時(shí)期，這短短40年間不僅發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞的各類超微結(jié)構(gòu)，而且也認(rèn)識(shí)了細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體等不同結(jié)構(gòu)的功能，使細(xì)胞學(xué)發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué)。De Robertis等人1924出版的普通細(xì)胞學(xué)（General Cytology）在1965年版的時(shí)候定名為細(xì)胞生物學(xué)（Cell Biology），這是最早的細(xì)胞生物學(xué)教材之一 。
第四階段：從20世紀(jì)70年代基因重組技術(shù)的出現(xiàn)到當(dāng)前，細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合愈來愈緊密，研究細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)及其在生命活動(dòng)中的作用成為主要任務(wù)，基因調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤生物學(xué)、細(xì)胞分化和凋亡是當(dāng)代的研究熱點(diǎn)
細(xì)胞生物學(xué)與其說是一個(gè)學(xué)科，倒不如說它是一個(gè)領(lǐng)域。這可以從兩個(gè)方面來理解：一是它的核心問題的性質(zhì)──把發(fā)育與遺傳在細(xì)胞水平結(jié)合起來，這就不局限于一個(gè)學(xué)科的范圍。二是它和許多學(xué)科都有交叉，甚至界限難分。例如，就研究材料而言，單細(xì)胞的原生動(dòng)物既是最簡(jiǎn)單的動(dòng)物，也是最復(fù)雜的細(xì)胞，因?yàn)樗鼈兗S多功能于一身；尤其是其中的纖毛蟲，不僅對(duì)于研究某些問題，例如纖毛和鞭毛的運(yùn)動(dòng)，特別有利，關(guān)于發(fā)育和遺傳的研究也積累了大量有價(jià)值的資料。但是這類研究也可以列入原生動(dòng)物學(xué)的范疇。其次，就研究的問題而言，免疫性是細(xì)胞的重要功能之一，細(xì)胞免疫應(yīng)屬細(xì)胞生物學(xué)的范疇，但這也是免疫學(xué)的基本問題。
由于廣泛的學(xué)科交叉，細(xì)胞生物學(xué)雖然范圍廣闊，卻不能像有些學(xué)科那樣再劃分一些分支學(xué)科──如象細(xì)胞學(xué)那樣，根據(jù)從哪個(gè)角度研究細(xì)胞而分為細(xì)胞形態(tài)學(xué)、細(xì)胞化學(xué)等。如果要把它的內(nèi)容再適當(dāng)?shù)貏澐?，可以首先分為兩個(gè)方面：一是研究細(xì)胞的各種組分的結(jié)構(gòu)和功能（按具體的研究對(duì)象），這應(yīng)是進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，把它們羅列出來，例如基因組和基因表達(dá)、染色質(zhì)和染色體、各種細(xì)胞器、細(xì)胞的表面膜和膜系、細(xì)胞骨架、細(xì)胞外間質(zhì)等等。其次是根據(jù)研究細(xì)胞的哪些生命活動(dòng)劃分，例如細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)、興奮性、分化、衰老與病變等，研究細(xì)胞在這些過程中的變化，產(chǎn)生這些過程的機(jī)制等。
當(dāng)然這僅是人為地劃分，這些方面都不是各自孤立的，而是相互有關(guān)連的。從細(xì)胞的各個(gè)組分講，例如表面膜與細(xì)胞外間質(zhì)有密切關(guān)系，表面膜又不是簡(jiǎn)單地覆蓋著細(xì)胞質(zhì)的一層膜，而是通過一些細(xì)微結(jié)構(gòu)──已經(jīng)知道其中之一是肌動(dòng)蛋白分子，這又聯(lián)系到細(xì)胞骨架了──與細(xì)胞質(zhì)密切相連。這樣，表面膜才能和細(xì)胞內(nèi)部息息相關(guān)。另一方面，從研究的問題出發(fā)，研究分裂、分化等生命現(xiàn)象，離不開結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。例如研究細(xì)胞分裂就涉及到染色質(zhì)怎樣包扎成染色體，染色體的分裂和運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞骨架的變化包括微管蛋白的聚合和解聚，與表面膜有關(guān)的分裂溝的形成，還有細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié)與控制。再如研究細(xì)胞分化除去要了解某種細(xì)胞在分化過程中細(xì)胞器的變化、它們所特有的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的變化，主要地還要了解導(dǎo)致分化的物質(zhì)基礎(chǔ)以及這些物質(zhì)怎樣作用于基因調(diào)控的水平，導(dǎo)致有關(guān)的基因被激活?？梢娧芯康闹攸c(diǎn)盡管可以人為地劃分，但一定要把細(xì)胞作為一個(gè)整體看待，一定要把生命過程和細(xì)胞組分的結(jié)構(gòu)和功能聯(lián)系起來。
既然細(xì)胞生物學(xué)的主要任務(wù)是把發(fā)育和遺傳聯(lián)系起來，細(xì)胞分化這個(gè)問題的重要性就不言而喻。因?yàn)榫驼麄€(gè)有機(jī)體而言，遺傳特點(diǎn)不僅顯示在長(zhǎng)成的個(gè)體，而是在整個(gè)生命過程不斷地顯示出來。在細(xì)胞水平，細(xì)胞的分化也就是顯示遺傳特征的過程，例如鳥類、爬行類的水晶體，其中所含的晶體蛋白是 α、β、δ三種，不同于哺乳類，后者含有 α、β、γ三種。在鳥類的晶體分化中首先出現(xiàn)大量的δ晶體蛋白，但是在哺乳類晶體分化中卻找不到這種蛋白?？梢娔撤N細(xì)胞的分化特征的出現(xiàn)，也就是它們的遺傳特征的出現(xiàn)。但是這僅是在細(xì)胞水平就一種生化性狀（特異的蛋白質(zhì)）在一種特化細(xì)胞中的出現(xiàn)而言，情況當(dāng)然還比較簡(jiǎn)單，如果涉及到一個(gè)由多細(xì)胞組成的形態(tài)學(xué)性狀，情況會(huì)復(fù)雜得多，但是性狀發(fā)生的過程仍然是遺傳表現(xiàn)的過程。
像晶體細(xì)胞分化這樣的例子，細(xì)胞生物學(xué)的術(shù)語稱之為終末分化，也就是走向成熟的分化，其分化的產(chǎn)物就是這種細(xì)胞的終末產(chǎn)物。由于取材方便，產(chǎn)物比較單一易于分析等原因，細(xì)胞分化的研究中關(guān)于終末分化的研究占很大的比重，研究得比較多的是紅細(xì)胞、肌細(xì)胞、胰臟細(xì)胞、晶體細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等。
一個(gè)經(jīng)常被引用的例子是紅細(xì)胞中血紅素的轉(zhuǎn)換。人類胚胎早期的紅細(xì)胞中首先出現(xiàn)胚期血紅素，后來逐漸被胎兒期血紅素所代替，胎兒三個(gè)月后，后者又被成體型血紅素所代替。關(guān)于這些血紅素已經(jīng)有很多研究。例如它們各自由那些肽鏈組成，這些肽鏈在個(gè)體發(fā)育中交互出現(xiàn)的情況，它們各自的氨基酸組成和排列順序，各個(gè)肽鏈的基因位點(diǎn)，以至基因的結(jié)構(gòu)都已比較清楚，工作可以說是相當(dāng)深入了。
但是，追根到底有些問題依然沒有得到明確的解答，甚至沒有解答──這也適用于關(guān)于其他細(xì)胞的終末分化的研究。例如，為什么胚期血紅素會(huì)在紅細(xì)胞而不在其他細(xì)胞中出現(xiàn)？為什么會(huì)發(fā)生血紅素的轉(zhuǎn)換？關(guān)于前一問題，有人曾分別地從雞的輸卵管細(xì)胞(不產(chǎn)生血紅素)和紅細(xì)胞（產(chǎn)生血紅素）提取染色質(zhì)，用酶來切割，觀察到兩種來源的染色質(zhì)對(duì)酶的抵抗力不同。來自紅細(xì)胞的易于受到酶的攻擊，推測(cè)這可能由于核小體的構(gòu)型不同。紅細(xì)胞中含有珠蛋白基因段落的核小體構(gòu)型較松弛，因而易于受到影響;構(gòu)型較松弛也就為RNA聚合酶在上面轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生信使RNA提供了條件。但是如果追問下去，為什么單單在紅細(xì)胞里核小體的構(gòu)型比較松弛？ RNA聚合酶怎樣識(shí)別出這樣的段落？這些問題還需進(jìn)一步研究。其次，關(guān)于胚期血紅素向胎兒期血紅素的轉(zhuǎn)換。用兩種熒光染料標(biāo)記兩種免疫抗體，觀察到在同一紅細(xì)胞中有兩種血紅素的存在，說明轉(zhuǎn)換不是由于出現(xiàn)不同的細(xì)胞，而是由于同一細(xì)胞相繼地產(chǎn)生了不同的血紅素。是什么原因使得血細(xì)胞停止生產(chǎn)原有的而產(chǎn)生出新的血紅素？也許可以說是發(fā)育的“程序”，但還要回答發(fā)育程序得以實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么。所有這些問題的解答，將使我們對(duì)基因選擇性表達(dá)的認(rèn)識(shí)有極大的邁進(jìn)。
實(shí)現(xiàn)了終末分化的細(xì)胞，已經(jīng)失去了轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?xì)胞類型的潛能，只能向一個(gè)方面分化。例如紅細(xì)胞，雖然發(fā)生血紅素的轉(zhuǎn)換，但不能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷恼＜?xì)胞，與胚胎細(xì)胞相比，它們的情況要簡(jiǎn)單些，因?yàn)榕咛ゼ?xì)胞在尚未獲得決定的時(shí)候是具有廣泛潛能的。拿中胚層細(xì)胞來說，它們既可以分化為肌細(xì)胞，也可以分化為前腎細(xì)胞、血細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞等。已經(jīng)初步知道，外界因素可以影響中胚層細(xì)胞向肌細(xì)胞或紅細(xì)胞的方向分化，但是這因素是什么，怎樣作用，都一無所知。在這里，首先要使中胚層細(xì)胞向某一方向分化，然后那一方向（例如紅細(xì)胞）所特有的一套終末分化的步驟才得以進(jìn)行下去。形象化地說，中胚層細(xì)胞中似乎存在著向不同方向分化的開關(guān)，打開某一個(gè)開關(guān)（例如紅細(xì)胞的），才能進(jìn)行那一方向的分化，這當(dāng)然比終末分化更復(fù)雜些，對(duì)此還一無所知。
細(xì)胞社會(huì)學(xué)
細(xì)胞生物學(xué)的研究往往樂于使用培養(yǎng)的細(xì)胞，它的優(yōu)點(diǎn)是可以提供足夠量的細(xì)胞做生化分析，并且只有一種細(xì)胞，材料比較單一，分析結(jié)果方便。但是對(duì)于某些方面的研究則有不足之處，因?yàn)榧?xì)胞在任何一個(gè)有機(jī)體里都是處于一個(gè)社會(huì)之中，和別的細(xì)胞不同程度地混雜在一起，在其生命活動(dòng)中不可能不受到相鄰的其他細(xì)胞的影響，甚至是相鄰的同類細(xì)胞的影響，其處境要比培養(yǎng)的細(xì)胞復(fù)雜得多。因此有些問題或者很難用培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行，或者所得的結(jié)果只能部分地反映實(shí)際的情況，為了研究在一個(gè)細(xì)胞群中細(xì)胞與細(xì)胞間的相互關(guān)系，細(xì)胞社會(huì)學(xué)被提了出來。
細(xì)胞社會(huì)學(xué)的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，包括不同細(xì)胞或相同細(xì)胞的相互識(shí)別，細(xì)胞的聚集與粘連、細(xì)胞間的交通和信息交流，細(xì)胞與細(xì)胞外間質(zhì)的相互影響，甚至還可包括細(xì)胞群中組織分化模式的形成。有些方面已經(jīng)積累了一些資料，從細(xì)胞社會(huì)學(xué)的角度有目的地深入下去一定會(huì)提供更系統(tǒng)的，有用的信息。由于細(xì)胞社會(huì)學(xué)是以細(xì)胞群體為對(duì)象，而且有些問題也是發(fā)育生物學(xué)需要了解的，發(fā)展下去很可能它會(huì)成為細(xì)胞生物學(xué)與發(fā)育生物學(xué)之間的橋梁。
展望細(xì)胞生物學(xué)的研究，除去上面的工作──關(guān)于各細(xì)胞組分的結(jié)構(gòu)與功能，以及對(duì)各種生命現(xiàn)象的了解──還要繼續(xù)深入外，是什么原因使得基因能夠有序地選擇性地表達(dá)，可能會(huì)成為今后重點(diǎn)研究的問題；此外，細(xì)胞社會(huì)學(xué)也會(huì)越來越受到重視?！ ?/p>
展望未來
20世紀(jì)50年代人們還搞不清楚自己的染色體是多少條，但到了2000年“人類基因組計(jì)劃[4]”工作草圖完成，標(biāo)志著以研究基因功能為主的后基因組時(shí)代到來。隨后蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics），RNA組學(xué)（RNomics），糖組學(xué)（glycomics）、代謝組學(xué)（metabolomics）等各種“組學(xué)”研究相繼登場(chǎng)，以及計(jì)算生物學(xué)、納米生物學(xué)的發(fā)展，進(jìn)入了系統(tǒng)生物學(xué)的迅速發(fā)展時(shí)期，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，生物科學(xué)會(huì)將人類社會(huì)帶入一個(gè)的發(fā)展階段。
人類經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的采獵文明后，約在一萬年前進(jìn)入農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，18世紀(jì)60年代，英國(guó)率先進(jìn)入工業(yè)經(jīng)濟(jì)，20世紀(jì)50美國(guó)最早走完工業(yè)經(jīng)濟(jì)的歷程，進(jìn)入信息時(shí)代。據(jù)專家估計(jì)這一經(jīng)濟(jì)形態(tài)的“壽命”為75~80年，到本世紀(jì)20年代將漸漸失去活力，屆時(shí)人類迎接下一個(gè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，即生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，生物經(jīng)濟(jì)的資源為基因，其核心技術(shù)為建立在細(xì)胞與分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)上的各類生物技術(shù)。
生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代具有以下特點(diǎn)：
一、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)革命，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)點(diǎn)。生物產(chǎn)業(yè)的比重將逐步提高，目前藥品中有15%基于生物技術(shù)，這一數(shù)字據(jù)估計(jì)到2010年會(huì)增加到40 %。生物芯片[5]（圖1-4）已廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護(hù)、司法鑒定等領(lǐng)域，將會(huì)成為與微電子芯片一樣重要的產(chǎn)業(yè)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的市場(chǎng)前景廣闊，2004 年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已經(jīng)達(dá)到8100萬公頃。
二、推動(dòng)醫(yī)學(xué)革命，延長(zhǎng)人類壽命。20世紀(jì)初人類平均壽命約為40多歲左右，抗生素和疫苗的應(yīng)用、醫(yī)療技術(shù)的提高和公共衛(wèi)生觀念的提出使人類擺脫了傳染病的威脅，人類平均壽命逐漸提高，20世紀(jì)末人類平均壽命達(dá)到70多歲。但是心血管病、癌癥和各類遺傳病或遺傳相關(guān)的疾病仍然是威脅人類健康的主兇。21世紀(jì)生物技術(shù)將推動(dòng)新一輪醫(yī)學(xué)革命，從疾病預(yù)防、疾病診斷、藥物研制、組織工程、基因治療、器官移植、抗衰老等方面，延長(zhǎng)人類壽命。1990 美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）進(jìn)行了世界首例基因治療，給一名患有先天性重度聯(lián)合免疫缺陷病的4歲女孩實(shí)施了基因治療。這種疾病是因?yàn)槿狈φ５?a href="/w/%E8%85%BA%E8%8B%B7" title="腺苷">腺苷脫氨酶（ADA）基因而引起的。專家們以病毒作為載體，將ADA基因?qū)霃幕颊?a href="/w/%E8%A1%80%E6%B6%B2" title="血液">血液中分離出來的淋巴細(xì)胞，在體外培養(yǎng)后再輸回病人體內(nèi)，使這位女孩體內(nèi)ADA酶的含量升高，免疫功能有所恢復(fù)，能正?；顒?dòng)而無副作用。這是世界首例基因治療成功的病人，在此之后，全世界掀起基因治療的熱潮。
三、推動(dòng)綠色革命，解決食品危機(jī)。20世紀(jì)60年代以來，雜交玉米、雜交小麥和雜交水稻等農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)品種的栽培，標(biāo)志著傳統(tǒng)植物育種理論和各種農(nóng)業(yè)措施在作物改良中的應(yīng)用達(dá)到了高峰，對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，被譽(yù)為第一次綠色革命。而二十一世紀(jì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物、組織培養(yǎng)、胚胎移植、動(dòng)物克隆等一系列新技術(shù)將再一次改變農(nóng)業(yè)的面貌，新技術(shù)群將更有利于人們創(chuàng)造新品種、生產(chǎn)人類所急需的糧食、藥物和工業(yè)用品，推動(dòng)第二次綠色革命。
四、創(chuàng)造生物新品種，改善生態(tài)環(huán)境。植物抗旱、抗鹽基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有可能徹底改變10億畝干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，使5億畝不毛之地、鹽堿地變?yōu)榱继?。用于廢氣、廢水、廢渣處理的基因工程極端微生物的應(yīng)用，可降解生物塑料產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推廣，將會(huì)解決工業(yè)排放、白色垃圾等環(huán)保難題，有效改善生態(tài)環(huán)境。
五、發(fā)展綠色能源，解決能源危機(jī)。煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的開發(fā)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。全球生物質(zhì)能的儲(chǔ)量為18000億噸，相當(dāng)于640億噸石油。生物能源將會(huì)使作物秸稈等廢棄的有機(jī)物成為能源，緩解化石能源不足的危機(jī)，為石油短缺國(guó)家解決能源危機(jī)問題找到一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)的途徑。利用“綠金”代替“黑金”，開發(fā)生物乙醇、生物柴油、生物發(fā)電、生物氫等替代部分化石能源，已經(jīng)成為許多國(guó)家的能源戰(zhàn)略。除此之外，植物光合作用機(jī)理研究取得重大突破，人工光解水產(chǎn)生的氫氣將成為繼化石燃料之后主要的能源。
六、生物安全關(guān)系到國(guó)家安全。必須認(rèn)識(shí)到生物技術(shù)是一柄雙刃劍，生物工程武器將徹底改變傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)的方式與后果，沒有對(duì)生物戰(zhàn)劑、生物恐怖和外來入侵物種的防御與應(yīng)對(duì)能力，就不能從根本上保障國(guó)家安全。
七、是沖擊傳統(tǒng)倫理觀念。轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物、動(dòng)物克隆、胚胎干細(xì)胞、組織工程、器官移植技術(shù)的應(yīng)用，將對(duì)人傳統(tǒng)倫理觀念產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊。
可以預(yù)見，在未來的時(shí)代細(xì)胞生物學(xué)仍然是生命科學(xué)的領(lǐng)頭學(xué)科，是支撐生物技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué)。盡管發(fā)現(xiàn)細(xì)胞已經(jīng)300多年了，但人類目前對(duì)細(xì)胞在整體層次上（哪怕是“簡(jiǎn)單的”細(xì)菌）的工作機(jī)理并未獲得一個(gè)完整清晰的認(rèn)識(shí)。細(xì)胞生物學(xué)在如下領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)現(xiàn)將為生物技術(shù)帶來新的發(fā)展動(dòng)力。①對(duì)干細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的控制機(jī)制的認(rèn)識(shí)或許會(huì)帶來治療應(yīng)用方面的重大突破；②對(duì)遺傳基因和生化途徑調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)將催生更先進(jìn)的遺傳修飾方法；③理解細(xì)胞感知環(huán)境的機(jī)理會(huì)有助于研發(fā)具有廣泛應(yīng)用前景的生物傳感器；④了解細(xì)胞骨架和分子馬達(dá)的協(xié)同工作機(jī)制將很可能在下半個(gè)世紀(jì)中引領(lǐng)納米技術(shù)的生物應(yīng)用。
生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前景與阻礙
1、有效地解決當(dāng)今重大疑難疾病治療的世界性難題：當(dāng)前胚胎組織干細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到只要獲取病人身體上任意活細(xì)胞的DNA，就可以培養(yǎng)出身體除大腦以外的任意部分組織結(jié)構(gòu)的器官（科普：皮膚，指甲等組織也是器官的一種），從而達(dá)到醫(yī)學(xué)上真正的器官再生。
2、帶動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)和某些特殊行業(yè)如電腦制造業(yè)的劃時(shí)代的革命；一個(gè)現(xiàn)在的你從未想到過得世界：1、當(dāng)今的電腦在人類的生活中起著舉足輕重的作用，人們?nèi)粘５墓ぷ?、學(xué)習(xí)、生產(chǎn)、生活包括科學(xué)研究、航空航天這些高端行業(yè)都依賴電腦。當(dāng)今的電腦基本模式都是馮、諾依曼模式，制造材料都是金屬材料居多，從本質(zhì)上來說從電腦誕生的第一天到今天，它的運(yùn)行模式?jīng)]有發(fā)生任何實(shí)質(zhì)變化。而生物學(xué)的發(fā)展則可以再未來有可能徹底解決這個(gè)問題，用生物材料制造類似人類大腦運(yùn)行的模式運(yùn)行的超級(jí)電腦，讓電腦像人類一樣的思考和工作，真正意義上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行原理的飛躍。2、復(fù)制一個(gè)你自己的手或者是腳成本低廉，可以隨時(shí)“換”手腳甚至是心臟，讓你的壽命延長(zhǎng)到200-300歲。。。。甚至更多。社會(huì)結(jié)構(gòu)和人的社會(huì)意識(shí)能發(fā)生什么變化，你能想象嗎
3、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化：鋼鐵已經(jīng)不是在重工業(yè)的標(biāo)志性的產(chǎn)品了。堅(jiān)硬“骨頭”構(gòu)成的房屋，高度仿生化的汽車、飛機(jī)。。。等等。返璞歸真的生活在等待著你。
4、目前生物技術(shù)的發(fā)展其實(shí)已經(jīng)超越了你的想象，但是根據(jù)《國(guó)際教科文組織45號(hào)協(xié)議》中約定的各國(guó)之間由于民族、文化、生活傳統(tǒng)等巨大差異造成的一些列相關(guān)問題的討論決議。很多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了的成果和產(chǎn)品不能進(jìn)入我們的現(xiàn)實(shí)生活。這也是制約生物技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的最關(guān)鍵因素。試問：你準(zhǔn)備好了嗎~
|
|||||||||||||||||||||||
| 關(guān)于“細(xì)胞生物學(xué)”的留言： |  訂閱討論RSS
|
|
目前暫無留言 | |
| 添加留言 | |