如果你第一次听到,我们的生命是从一个细胞开始的,你可能会感到迷惑不解:这一个细胞怎么会变成许多细胞呢?我们从一个细胞来,这是无庸置疑的,因而问题便变成:一个细胞是如何变成许多细胞的?按照我们对身边动物生殖的观察,母亲生出婴儿,母牛生出牛犊,母鸡生蛋、蛋孵小鸡。……我们可能自然而然地想到:一个母细胞生出几个小细胞来。
让我们想象一下,当今一位著名的遗传学家和胚胎学家摩尔根在文艺复兴时期作一次生命发生的演说。他试图告诉那个时代的人们:我们是从一个细胞来的,一个细胞分裂为两个,两个分裂为四个,四个分裂为八个……同样,我们可以想象得到,在某个角落里会突然站出一个老太婆来,她说:“简直是废话。在我们母亲的卵子或父亲的精子里早就有一个小人了,我们就是由这个小人慢慢长大的。”“可是”,摩尔根反问道,“我们的后代又是从哪里来的呢?”“年轻人,你很聪明,”老太婆说,“要知道,这个小人里面还有许多更小的人,像中国盒一样是一个套着一个的呀。”
听了老太婆的话,我们今天会为之喷饭,可是,在那个时代流行着这样的预成论观点。
关于细胞如何增殖,即便是施莱登和施旺也回答错了。他们认为首先是核仁生成“细胞形成核”,它的表面出现膜,物质向膜内渗透,细胞增大便形成新的细胞。这一点类似于我们中国人的生命自然发生说:“腐草生蛆”。
7.1细胞的分裂1841年,一个叫雷马克的胚胎学家在研究鸡胚血细胞发生时,发现细胞数在一定时候加倍。从这个事实能得出什么结论呢?现在让我把问题放到课堂上来讨论。
老师:如果一个细胞能生出许多个小细胞,那么细胞的数目就不只是增加一倍,而是好几倍。细胞数目每次只增加一倍,说明一个细胞变成了两个细胞。
学生:仍然可以认为是一个大细胞生出了一个小细胞。
老师:可是显微观察表明,细胞数目加倍时,所有细胞都差不多大小。
学生:还可以假定一个大细胞生了两个小细胞之后立即死亡,即1+2-1=2.
老师:可是,我们没有找到很小的细胞,分裂的细胞一生的体积变化并不大;我们见到一个母亲能生出跟自己差不多大小的孩子吗?而且每次都是双胞胎(同学哄堂大笑)。
学生:这么说,是一个细胞从中间分裂变为两个细胞――这太不可思议了,我们看到一个人分裂成两个人吗?(同学又是大笑)
老师:正是这样。细胞不是人;而且采取特殊的试剂固定,我们能看到一分为二的细胞。“一切细胞来自细胞,”1855年,微耳和在一篇名为《细胞病理学》的论文中得出了这样一个著名的论断。今天,这已经是常识了。
细胞分裂,现在已经研究得比较清楚了,高中生物学教材里有详细的介绍。有丝分裂和减数分裂是两种常见的分裂方式,前者存在于体细胞中,后者存在于生殖细胞中。两者的差异是,有丝分裂结果是两份遗传物质(一份来自父方,
一份来自母方)没有变化,因为分裂各复制了一次;减数分裂虽然也复制了一次,因为它连续分裂了两次(得四个细胞),所以最后每个细胞中只有一份遗传物质了。分裂的一个重要特征是细胞骨架的积极参与。
分裂,在我们人类看来是一个痛苦的过程,但细胞只有分裂才能永葆生命活力,当它停止分裂时,它活不了多长时间。这正是蓄含在生命中的最深刻的哲理。
7.2细胞重建“细胞来自细胞”已广为科学家信奉,但总是有人会追问:地球上第一个细胞是如何来的呢?它肯定是通过无机物→有机物→细胞器→细胞这样一个过程进化而来的。那么,能否在生物中仍然找到这种进化痕迹,或者是否可以用人工的方法把细胞器组织为细胞呢?细胞由细胞器直接组装起来的这个过程被称为细胞重建。
首先提出细胞重建学说的是我国著名生物学家贝时璋先生。
1932年春,浙江大学生物系主任贝时璋先生在杭州黄龙洞附近采集到一种美丽的甲壳动物,人们称之为丰年虫,它的出现可以预示稻谷丰产。贝时璋发现的是南京丰年虫,它具有“中间性”,有些雄性个体头部像雌性,有些雌性个体头部像雄性;中间性有的偏雌,有的偏雄,它们可以互相转变。
为了解释这一现象,贝时璋对卵母细胞进行了观察,结果发现新形成的细胞不是分裂得来,而是以卵黄粒这种细胞器为基础,逐渐组装起来的,先形成细胞核,再逐渐形成细胞质,细胞膜;一个母细胞可以形成许多个子细胞。
这显然是对微耳和论断的反叛。由于当时战乱,文章直到十年后(1942年)才发表在《科学》上,题为《卵黄粒与细胞之重建》。
70-80年代,国外科学家掀起了人工细胞重建的热潮。简单的做法是,先将细胞核和细胞质分离,再把一个细胞的核与另一个细胞的细胞质组合。这种实验极为成功。
目前,研究得最为热闹的是细胞核的重建。1981年,有人从一种蛙的卵细胞中提取细胞质物质,然把蛙精子的生物膜除去,获得精子的遗传的质染色质;将染色质与细胞质的质混合温育。令人惊讶的现象发生了,精子染色质周围逐渐生成了核被膜。
也就在1981年,有人将一种噬菌体的DNA注入到爪蟾(一种蟾蜍)的卵细胞中,结果围绕噬菌体DNA形成了细胞核。一个物种的遗传物质居然可以在另外一个物种的细胞质中形成核!
不但可以进行细胞核重建,还可以进行染色质重建,这些工作早在1977年就有人做过了。
细胞重建给人隐约而激动人心的信息,生命的进化是否是以这种方式进行的呢?既然可以随意构建细胞,那么我们是否可以随意设计生命呢?这对我们的生命观念会产生多大的冲击波呢?
§§第四章 天使,掀开你的盖头来
我信仰斯宾诺莎的那个存在事物的有秩序的和谐中显示出来的上帝,而不信仰那个同人类命运有牵累的上帝。――爱因斯坦