克隆绵羊“多利”的诞生

    1996年7月，在英国苏格兰爱丁堡市郊外的一个羊圈中，随着一阵阵“咩咩”的叫声，一只惹人喜爱的小绵羊落地了。尽管主人立即给它命名为“多利”，然而，对它的降临讯息，主人却保持了约有7个月的沉默，因此世人对它一无所知。直到给“多利”办完必要的登记手续——专利申请后的1997年2月23日，主人才对外宣布：“多利”是世界上首次采用一头6岁成年母绵羊已完全分化成熟的乳腺细胞无性繁殖成功的小绵羊。它的主人就是英国罗斯林研究所以伊恩·维尔穆特和基思·坎贝尔为首的研究小组。这一消息不胫而走，立即引起了全世界的广泛关注，成为近年来最具轰动效果的一项科学研究成果。

    众所周知，在正常情况下，哺乳动物是以受精卵胎生的方式繁衍后代的。其中，卵子与精子结合成为受精卵是哺乳动物繁衍后代的第一个重要的环节。然而，克隆绵羊“多利”却是没有经过精子、卵子结合这个关键环节而得以诞生的。

    更确切地说，克隆绵羊“多利”没有父亲，却有3个母亲。它诞生的过程是这样的：罗斯林研究所的科学家们首先从一头产于芬兰的成年多塞特母绵羊的乳腺中取出一个本身并没有繁殖功能的普通细胞，将该细胞的细胞核分离出来备用。然后，他们从一头苏格兰黑面母绵羊的卵巢内取出一个未受精的卵细胞，将这只羊卵细胞的细胞核取出，并换上从第一头母绵羊乳腺细胞中分离出来的细胞核，再将这个已被“调包”的卵细胞在电火花的作用下激活，使其开始像正常受精卵一样进行细胞分裂。这个卵细胞经过分裂形成胚胎后，再将它移植到另一头苏格兰黑面母绵羊的子宫内，使其进行正常的胚胎发育。这第三头绵羊经过正常的妊娠后产下了“多利”。

    在1997年2月27日出版的英国权威科学周刊《自然》杂志上，英国罗斯林研究所以伊恩·维尔穆特和基思·坎贝尔为首的研究小组发表了他们的研究成果。维尔穆特指时：“多利”继承了其亲生母亲（提供乳腺细胞细胞核的第一头母绵羊）的遗传特征。也可以说“多利”几乎是第一头母绵羊百分之百的“复制品”。

    克隆绵羊“多利”的诞生，开辟了哺乳动物无性繁殖的新时代。

    自20世纪70年代以来，许多国家的科学家经过努力已获得了克隆青蛙、克隆猪、克隆山羊乃至克隆猴，但是这些克隆动物都是通过胚胎细胞进行的核移植，还算不上真正意义上的无性繁殖。因为胚胎细胞本身是通过有性繁殖产生的，其细胞核中的基因组，一半来自父本，一半来自母本。克隆绵羊“多利”是采用已高度分化的体细胞进行的核移植，它的基因组全部来自于其母本，这才是货真价实的无性繁殖。

    科学家指出，“多利”顺利降生并能得以健康成长，其最重要的科学意义在于：首次采用动物巳高度分化的体细胞进行的核移植，这是前所未有的，无疑是20世纪科技领域内的又一重大突破。其最重大的理论意义在于：证明一个已完全分化成熟的体细胞还能完全恢复到早期的原始细胞状态，还能像胚胎细胞一样，完整地保存全部遗传信息，这同以往的科学结论是完全不一样的。绵羊“多利”诞生并健康成长的消息像一颗威力巨大的核弹头，将国际生物学界长期以来坚信不疑的“金科玉律”击得粉碎，开辟出了一个生物学的新时代。

    无性繁殖的蛙和鼠

    我们知道，用根、茎、叶进行无性繁殖，是使许多植物保持优良特性的好方法。优良果树通常是嫁接成的杂种。用种子繁殖，便不能保持优良特性。因为种子是有性生殖的产物，必须通过生殖细胞的结合，在这个过程中，遗传物质必然要发生重新组合，很难稳定不变。但嫁接是无性繁殖，直接由体细胞分裂，在细胞分裂时，遗传物质DNA都要精确地复制一份，每个子细胞内的遗传信息完全相同，所以，嫁接的苗木和母树一模一样。

    可惜谷类和豆类等重要庄稼只能用种子繁殖，因此它们的育种过程就复杂多了。但是，随着细胞培育技术的发展，将有可能把无性繁殖应用到一切植物甚至动物中去，使良种繁殖和农牧业生产发生巨大的变革。

    1962年，英国科学家格登做了一个著名的实验。他用紫外光照射等方法，把蛙卵中的细胞核杀死，然后又从蝌蚪的小肠细胞中取出细胞核，并把它移入除去了核的蛙卵里。结果，这个卵竟在人工培养下，发育成了一只青蛙。

    我们知道，遗传物质主要在细胞核里，所以这只青蛙实际上并没有母亲，它的遗传物质完全是蝌蚪提供的。

    后来，有人用老鼠也完成了同样的试验，得到了没有父亲的小老鼠。它的遗传物质完全是得自母鼠，可以说是母鼠无性繁殖的后代。因此小鼠长得同母鼠完全一样。

    1981年，美国和瑞士的两名博士合作，育成了三只无父母的小鼠。他们采用的方法是，先从灰鼠的胚胎细胞中取出细胞核，将其植入除去细胞核的黑鼠受精卵中，再将它放在试管中培养几天，然后把它植入白鼠的子宫内。结果这白鼠竟生出了三只灰鼠。

    借腹怀胎育良种

    我们知道，传统的动物育种往往需要进行多代选择杂交，在每一代中选择那些具有优良性状的动物作为下一次交配的种畜和种禽，最后，培育出接近为纯种的高产优良动物品种。这种方法效果较好，但是需要几年、十几年的时间，费用也昂贵，不能满足现代畜牧业的发展。

    随着生术技术的迅猛发展，人们已找到解决这一难题的技术方法。

    科学家把良种乳牛的成熟卵，与良种公牛的精子进行受精，待发育成受精卵后，放到试管中培育。待这些受精卵在试管中发育成胚胎后，再通过“借腹怀胎”，移植到普通母牛的子宫里培育，使普通母牛也能产下地地道道的良种小牛。

    令人欣喜的是，通过“借腹怀胎”，一头良种乳牛一年能让其它牛“代劳”产下30～40头自己的儿女。更奇妙的是，科学家还发明了“胚胎分割”的高招。当试管里的受精卵发育成胚胎后，到了一定阶段，将胚胎取出来分成若干份，然后再送入试管继续培育。被分割后的胚胎有的只有两个细胞，但仍能发育成新的胚胎。移入乳牛的子宫后，普通乳牛照样可生下新品种的小牛。

    用此法，给普通乳牛的子宫内移入几个胚胎，就可产下“多胞胎”，从而打破了乳牛的单胎生育习惯。

    在美国有60%～70%的优质奶牛是通过“借腹怀胎”生育的。由于优质奶牛的快速繁育，牛奶的产量大增，相应地减少了奶牛的饲养量。

    “借腹怀胎”，让人们大开眼界。它不仅加速了动物的繁殖，更重要的是加快了优良品种的繁育和推广，因而很受科技工作者的青睐。

    人工种子

    种子，是植物生长的物质基础。

    人工种子，是现代科技发展的“产儿”。那么，人工种子和植物种子有相似的生命力吗？

    是的，不仅如此，人工种子还具有普通种子所不具备的优越性。

    所谓的人工种子，是利用组织培养方法，从植物的茎或叶等器官诱导产生胚状体或芽，外面包以胶囊，从而具备种子功能的“种子”。

    具体来说，人工种子由三部分组成。最外层为人工种皮，具有通气，保护水分、养分和防止外部机械冲击的性能。中间为人工胚乳，含有胚状体发育所需要的营养物质及有益成分。最内侧为被包裹的胚状体或芽。

    从大小和结构上看，人工种子就像一颗颗圆形半透明的鱼卵。

    为了了解人工种子的过程，我们不妨以芹菜为例，来说明这个问题吧！

    首先，科技工作者把杂种芹菜幼苗的嫩茎切割成小片，在无菌条件下操作接种在培养基上，诱导形成淡黄色的似菜花形状的愈伤组织。

    然后，再把愈伤组织转移到另一种培养基上。不久，细胞便开始分化，在愈伤组织表面形成最大的绿色元宝形的结构。这就是“胚状体”，人们也管它叫“体细胞胚”。

    这样，运用这种“分隔术”，一株杂种芹菜苗就能得到几百个胚状体，每个胚状体相当于一粒杂种种子，在实验室里就可以长成一棵杂种芹菜苗。

    不过，把它们种在土壤里可就难以活命。追根究底，是缺少一种起保护作用的种皮。

    于是，科技工作者的“聚焦”指向了种皮。

    给胚状体包上一层皮，可不像我们想像的那样简单。

    试验是成功的基础，科技工作者克服困难，经过100多种物质的试验，终于制成了理想的人工种皮。

    然而，这些胶丸本身似乎也在自我“烦恼”，常常像受热的鱼肝油丸一样粘连在一起，给播种带来麻烦。

    于是，科学家又想出一个办法，给每粒胶丸种子穿上一件用聚合物做成的“外衣”，从而解决了播种粘连的问题。这种“外衣”接触土壤后，通过生物降解作用，便会自动脱落。

    生产人工种子的公司想的可真周到啊！他们把微量的自生固氮和化学除草剂加到胶丸里，这样，人工种子又具了天然种子所不具备的优点。

    现在，世界上已有100多种植物能成功地诱导形成胚状体而形成人工种子。

    我国对人工种子的研究处于世界领先地位。在胡萝卜、芹菜、黄连、橡胶等十几种植物上进行了体细胞胚芽发生及人工种子的研制。其中，胡萝卜、芹菜、黄连的人工种子就是在有菌条件下也可萌发并长成植物。

    值得浓墨重彩的是，1987年底我国复旦大学人工种子研究组，首次研制成功水稻等人工种子。

    人工种子作为一项高新生物技术，是育种和增殖的一次大变革，也是育种技术体系中的一次大突破，有着许多优点：

    第一，通过组织培养产生的胚状体数量多，繁殖快。用于快速繁育苗木、人工造林等方面，比用试管苗繁殖，还更加多快好省。

    第二，在制作过程中有意地向人工胚乳加入植物生长调节剂，抗虫、抗病药剂，可以大大提高植物体的活力和耐受力。

    第三，可用来固定杂种优势，加速良种繁育进程。

    第四，利用胚状体的发生途径，以基因转导作为植物基因工程和遗传工程的桥梁。充满诱人的魅力。

    相信，不久的将来，人工种子会越来越受人们的青睐。

    人工制造双胞胎

    在我国体坛上，人人皆知李大双和李小双，他们是体操名将，是双胞胎的兄弟俩。

    1997年5月11日，上海举行了一个由来自8个省市自治区的11对4胞胎的特别聚会。其中年龄最大的是4姐妹，今年已35岁。年龄最小的是4小凤，年仅1岁。每1对4胞胎在成长过程中，都得到当地政府和社会各界的关怀和帮助。

    一卵双生，是由一个受精卵产生的，具有相同的遗传物质，其性别一定一样，脸蛋、性格也一样，几乎难于辨认。二卵双生，是由两个胚胎发育形成的双胞胎，其性别也可以一样，但脸蛋、性格往往是不一样的，和一般姐妹或兄弟一样，只不过他（她）们是同一胎出生而已。性别不一样的双胞胎，肯定是从两个胚胎发育来的。

    多生是超过双胞胎的生育，有3胞胎、4胞胎或更多。这包括1卵双生和2卵双生的不同组合。例如3胞胎，可以是1卵3胞胎，也可以1卵双胞胎加1卵1胎，还可以3卵3胞胎。

    胚胎细胞什么时候分离，单独发育成为一个个体呢？让我们从胚胎的发育谈起。

    哺乳动物一般是有性繁殖动物，它由特化了的生殖细胞——精子和卵子相结合形成受精卵。

    受精卵又叫合子，是单个细胞，带有父体和母体的基因。受精后随之开始进行分裂，由一个细胞分裂成两个细胞，再由两个细胞分裂成4个细胞，一直分裂到32个细胞，成为团状，其形状像叫桑椹的水果，所以32个细胞期的胚胎又叫桑椹胚。此后，胚胎仍不断分裂，并且细胞开始分化。

    所谓分化就是胚胎的细胞发育形成各种不同的组织和器官，如皮肤、心脏、肝脏和生殖器官等组织和器官，其功能也随之不同。这样就逐步发育形成一只小动物。哺乳动物除生殖器官的生殖细胞为性细胞外，其他组织和器官的细胞都叫体细胞。由于一个个体的全部细胞是从一个受精卵发育来的，所以都有相同的遗传物质。

    那么植物呢？在繁殖方式上，植物除和动物一样也有雌（胚珠）雄（花粉）相结合的受精作用外，它还有一种独特的繁殖本领，就是它的体细胞如一段枝条或一片叶子，埋在土里，就能生长，形成一植株，甚至植物的单细胞花粉，经人工处理、培养，也可以发育成为一植珠。这种繁殖方式叫做无性繁殖。科学爱把植物细胞的这种能力，叫做“全能性”。

    那么哺乳动物有没有无性繁殖的方式呢？哺乳动物的细胞是否有“全能性”呢？

    哺乳动物没有像植物扦插繁殖一样的无性繁殖方式。小猫、小猫的前肢或后腿，不能生长成为一只猫或一只狗。但哺乳动物在特殊的情况下，也有独特的繁殖现象，即发育早期的胚胎，从2个细胞发育到桑椹胚，当分为两个部分或更多部分时，每个部分能单独发育成为一个完整的个体，也就是我们见到的双胞胎、三胞或多胞胎。

    科学家把2—细胞期绵羊胚胎分为两部分，把4—细胞期胚胎分为4部分，把8—细胞期胚胎分为8部分，分别获得2只、4只和5只羊羔，这表明8—细胞期以前的每个细胞都是全能性的，每个细胞都能发育形成一个完整的个体。

    科学家把桑椹期的牛胚胎分割成两个半胚，移植给一头母牛或分别移植给两头母牛，经妊娠、分娩，得到同卵双胎的两只小牛。我国学者用分割桑椹胚的方法得到三胞胎的牛。

    你们也许要问，胚胎分割技术有何用途？这顶技术在家畜繁殖上有其用处。如在应用胚胎移植技术扩大良种畜群中，结合采用胚胎分割技术，就可以充分利用胚胎，一个当两个用，降低胚胎成本，并可加速扩群。

    诱人的花卉工厂

    你可听说过“兰花工厂”？

    在安谧而洁净的厂房里，一棵兰花的小小的茎尖，循着一道道由学者周密设计的工艺流程，经过一个个操作者的精雕细琢，一举化为成千上万株长在试管里的健壮的种苗，再移到大田里，变成成千上万株亭亭玉立的兰花……像这样的“兰花工厂”，许多国家都已建立。生产的也不光是兰花，还有康乃馨、水仙等花卉，还有经济作物，如红杉、甘蔗、大豆，甚至还有咖啡、烟草等等。

    “兰花工厂”是通俗的说法。这种生产过程的正式名称是植物组织培养。

    植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。所谓植物细胞的全能性，是说，植物体的所有细胞都有长成完整植株的潜在能力。也就是说，植物体身上的任何部分，不管是种子、果实，还是根、茎、叶、花，每一个细胞都有可能培养出一棵完整的植株。

    由于植物组织培养技术的成熟，小小的花卉组织细胞在各国科学家手上，竟长出了千姿百态的花卉，给人们的生活带来诱人的前景，犹如“发起冲锋”的号角，将人们的目光聚向了花卉工厂。

    法国、荷兰等少数国家的科学家，同企业家联手捷足先登，首先办起了花卉工厂；为花卉的生产、美化人们的生活，带来勃勃的生机。

    数年之后，日本、中国、新加坡、美国等国家，也都建立起了本国生产花卉的工厂。

    归结起来，花卉工厂主要有操作车间、消毒车间、准备车间、称量车间、培养车间和栽培车间等。

    操作车间，无菌无尘，操作人员在操作台上灵巧地操作着剪刀、镊子等工具，在酒精灯旁熟练地将外植体或愈伤组织连续不断地放到装有培养基的玻璃瓶中。

    消毒灭菌车间，设有各式各样的高温、高压消毒灭菌锅。这里关键的一步，是要掌握灭菌的火候，要使消毒锅上的压力表的指针一直停留在规定的位置上，即要杀灭培养基中的微生物，又要不破坏培养基中的营养成分。

    准备车间，这里备有盛培养基的玻璃瓶和玻璃管备好培养基。这里的培养基要严格控制酸碱度和生长协调剂，以保证“小生命”的营养供应。

    称量车间，设置着灵敏度不同的称和天平，以精确称出培养基所需要的营养成分。

    培养车间，有空调机、加热器等仪器，保持一定的温度，使培养基中的外植体——“小生命”，在适宜的温度、光、湿度条件下，长成根茎叶具备的完整植株。

    接着被送入载培车间，让其“自食其力”，由小长大，直到出厂销售。

    日本一家花卉工厂，能使5000盆菊花在同一天开放，令人大开眼界。这里，无不显示着现代科技的杰作，人们只要用组织培养法得到同一品种花苗，在同一种生态条件下，采用一样的光照射，一样的温度，一样的营养等，自然就会让花儿某一天“同放”，如同“花神”下凡。

    如今，花卉生产工厂已成为一个国际化的新型产业部门。荷兰已成为世界上最大的花卉输出国，尤其是鲜花，每日由班机送到美国等国家，每年靠出口花卉就可赚取大量的外汇。

    显然，花卉产业十分诱人，它是将高科技转化为经济的典范，是知识转化为经济的因果应答。

    从“试管婴儿”到“试管动物”

    1978年7月26日，在英国诞生了世界上第一个试管婴儿。

    事情是这样的，美国一位火车司机布郎与妻子结婚多年，一直没有生育。布郎一心想得到一个孩子，于是便去请教从事试管婴儿的科学家爱德华兹教授。通过检查知道，布郎夫人因输卵管堵塞而失去生育能力。

    于是，教授决定给布郎夫妇做试管授精。

    教授取来布郎夫妇的精子和卵子，通过精心设计，放入试管授精，并得到受精卵。这是一个小生命的开始，是布郎夫妇生命的延续。受精卵在试管里分裂生长到第6天，已形成了一个多细胞胚。

    之后，教授将这个多细胞胚送入布郎夫人的子宫中，使它着床在子宫内膜上，吸收营养不断生长，经过十月怀胎，终于生下了“世界上第一个试管婴儿”。

    1988年3月10日晚，我国首例试管婴儿通过剖腹产手术诞生。这表明我国已跻身于世界少数几个拥有这一先进生殖工程技术的国家之列。

    动物学家受试管婴儿的启发，把这种方法用于动物胚胎的研究上。

    通过广大科技工作者的努力，硕果累累，捷报频传：

    英国爱丁试验站，成功地培育出世界上第一只试管小鸡。

    美国威斯康星大学研究中心，培育出了世界上第一只试管恒河猴。

    我国科技工作者培育出我国第一胎“试管绵羊”。

    据《台湾农业情报》报道，台湾省畜试所郑登贵在英国进行了“试管猪”的研究工作。试验历时两年，第一次由一个受精卵发育成4只“试管猪”培育成功。据说，“试管猪”的试验比“试管婴儿”更困难。

    试管动物的出现，首先加快了繁殖良种牲畜，其次在珍稀动物方面也受到广泛应用。

    为了保存珍奇动物，使它们不致灭绝，人们还建立了“试管动物园”，把珍奇动物的卵或胚胎在超低温环境中保存起来，需要时取出，让它繁殖长大。

    前几年，我国第一个“试管动物园”已在昆明的中国科学院动物研究所建成，在那里储存着黑熊等珍稀动物的胚胎50多种。

    目前，国外建成的“试管动物园”已将400多种动物的活细胞在-196℃环境中，长期保存在试管中。将来每个细胞都能培养出一组完整的成年动物，大量动物可免于灭绝。“试管动物”将为保护珍稀动物带来曙光。

    可以融合的动植物细胞

    十多年前，曾有一则报道，说德国两位科学家培育出有牛肉味的西红柿。报道详细地介绍了实验经过。他们用牛身上的细胞与西红柿的细胞进行融合。融合后的杂种细胞，既有牛的基因，又有西红柿的基因。对这个杂种细胞进行培养，结果一种特殊的植物长成了。这就是“牛柿”。牛柿的叶子像西红柿，开黄花，并结出西红柿。西红柿的味道很鲜美，有牛肉的味道。报道还说，“牛柿”的皮很厚，很有点像牛皮。

    报道一出，立即引起生物界的轰动。因为这是“细胞工程”的一项伟大成果，不仅证明动植物细胞可以融合，而且还能培育出具有双方母体的遗传特性。

    不过，很快知道这个所谓的“成果”是假的。原来这篇报道发表在1983年的4月1日，这一天是西方国家的“愚人节”。在这一天，任何人撒谎、欺骗人都不会受到批评。

    玩笑已经过去10多年了。但这个玩笑并不是毫无根据的，动植物细胞确实可以融合，这是事实。不过，至今还没有通过细胞融合技术，培养出既有动物、又有植物遗传特性的“生物”来。动植物细胞融合，虽然两个核可以变成一个细胞核，但要把基因控制的性状表达出来，就相当困难了。然而，生物学家已经使两种植物细胞融合后培育出了新的植物品种。

    海拉细胞走向全球

    说来奇怪，当人们怀着特有的心态对待癌细胞时，我们的科学家却特别青睐一位妇女身上的癌细胞。这位妇女是美国人，她的名字叫亨莉埃塔·拉克斯，身患癌症。她只有31岁，1950年她到约翰·霍普金斯大学医疗中心就诊，被确诊患子宫颈癌。

    当时为了研究子宫颈癌的病变机理，就从这位黑人妇女身上取下一部分癌细胞，放在凝固的小鸡血上进行培养。结果，发现它在这里“生根”，并不断地分裂，在24小时内数目竟增加了一倍。这种癌细胞被叫做“海拉细胞”。

    海拉细胞在人工培养条件下竟永生不死。而大多数动物细胞虽然也可以培养，但经过几十代繁殖之后，就一个一个地死亡了。唯有海拉细胞，经过40多年体外培养，仍然活着。这一特性在科学研究上颇具价值，受到世界各国学者和研究人员的高度重视。自50年代起，海拉细胞从美国出发，已进入许多国家实验室。在亚州、欧洲、非洲、南美洲以及澳大利亚，都可以在一些大学、医学研究部门的实验室中找到海拉细胞，成为第一个走向全世界的细胞。为什么大家对海拉细胞这样感兴趣呢？原来是为了揭开海拉细胞发生、发展的规律，找到让其改恶从善的办法，或者让其彻底灭亡的办法。

    肿瘤细胞“服毒自杀”

    肿瘤细胞是一种有无限繁殖能力的细胞，在人体内作恶多端，绝不肯停止对人体的危害。对肿瘤细胞只能用药物治疗、放射性照射等方法消灭之。通过多种方法综合治疗，确实也使一些癌症病人缓解疼痛，减轻痛苦，延长生存期。

    科学家特发奇想：让癌细胞“服毒自杀”。如果能找到癌细胞“服毒自杀”的办法，岂不是造福人类了吗！这个办法终于找到了。那就是发现了一种基因，叫疱疹病毒胸苷激酶基因，简称TK基因。它有非常奇特的作用。只要把它注射到癌细胞内，再给病人注射化合物，这个TK基因就能将这种化合物转变为有毒物质，再凶狠的癌细胞此时只好自己“服毒身亡”了。此法可真妙极了。

    这回对可恶的癌症又增加了一样生物技术新武器，加上生物导弹和其他一些方法，癌细胞大概也就该完蛋了。不过，我们还不要高兴得太早，不论是“服毒自杀”，还是生物导弹，在理论上都无任何异议，问题是还需要经过大量动物试验以及临床试验，并证明确实对人体不会造成副作用，不会影响到遗传作用，才能推广。它目前尚处在试验阶段，我们期待着这一天——癌细胞会“服毒自杀”。

    细胞学说

    在细胞研究上，首先建立功勋的是德国植物学家施莱登（1804—1881年），他用显微镜观察各种植物的表皮，发现无论是木本植物还是草本植物，都是由虎克命名的细胞构成的。当时，施旺的这难道是偶然的巧合吗？他又开始研究植物的根、茎、叶和花。但是这些部分放在镜下却是乌黑一片，施莱登百思不得其解。一天，他发疯似地挥动刀片切割起来，以发泄心中的怨气。突然，几个几乎透亮的薄片定住了他的眼睛。放到显微镜下一看，啊，植物的嫩茎也是由一个一个细胞构成的。接着，他进行大量观察，画出大量细胞图谱，终于得出细胞是构成植物体基本单位的结论，并把研究结果写进《植物发生论》和《植物学概论》等书中。

    还有一个德国的动物学家施旺（1810—1882年），他在显微镜下发现了奇异的动物细胞世界：球形的血细胞，纤维状的肌肉细胞……施旺记录着，描画着，只用三年时间，就得出了结论：动物体也是由细胞构成的。一本划时代的著作《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》轰动了科学界。

    施莱登和施旺创立的细胞学说被恩格斯誉为19世纪三大发现之一。它开辟了生物学发展的新阶段，为达尔文进化论奠定了微观物质基础。今天，对细胞内部结构及其功能的深入研究，又促进了生命科学的发展。

    细胞的形态

    自然界的生物，都是由细胞构成的。细胞是生命的基本单位。当你吃西瓜时，可以看到果肉上许多发亮的小圆球，这是成熟西瓜的果肉细胞团，因为一个个细胞松散开来，所以吃起来很爽口。

    绝大多数植物细胞，直径一般为10—100μ（μ＝1/1000毫米）；动物的细胞更小，一般只有10μ左右；细菌只有一个细胞，比动物细胞还要小。细胞这么小，所以只能在显微镜下才能看到。

    生物界里也有很大的细胞。如苎麻的韧皮纤维细胞长达55厘米，可以用来纺织；未受精的鸵鸟蛋，也是一个细胞，算上各种附属物，直径可达10厘米。

    细胞的形态也不一样，这种差别是与细胞的功能相适应的。洋葱的表皮细胞是扁平状的，细胞与细胞之间非常紧密，没有空隙，有保护内部细胞的功能。植物的根毛，是根毛区的某些表皮细胞的外壁向外突出形成的一条又细又长的毛状物，这样可以扩大细胞同环境的接触面积，有利于吸取水和无机盐。果肉的细胞，壁薄、体积较大，有贮存营养的功能。

    根、茎和叶脉里的导管，最初是长筒状细胞，后来细胞壁加厚，细胞质和细胞核逐渐分解，只剩下加厚的细胞壁，最后上下细胞相连接，成为相通的长管，水和无机盐可以在导管里畅行无阻。筛管细胞，也是长筒状，上下相邻的两个细胞的壁形成筛板，筛板上有小孔叫筛孔，上下细胞借孔相连，有输导有机物的功能。

    动物胃壁上的平滑肌细胞是长梭形的，收缩时可以变短。神经细胞是多角星形，有许多树状突起和一个非常长的轴突，能很快地传导刺激所引起的兴奋。红细胞是圆饼状的，白细胞形状则不规则。

    细胞的结构

    20世纪30年代以前，人们用光学显微镜观察细胞时，只能把细胞放大几百倍到一千倍，它所看到的细胞称为细胞的显微结构。如果观察人的口腔粘膜细胞，可以看到细胞膜、细胞质和细胞核三个部分。

    正当生物学家们为不能看到细胞更小的结构而苦恼时，物理学家们想到了电子。电子波比光波短得多，用电子束代替光波，就能制造出放大倍数更高的显微镜了。1935年，德国科学家鲁斯卡第一个设计制造了电子显微镜，电子束透过超薄切片打到荧光屏上，成为肉眼可观察的影像。经过许多科学家的努力，近代电子显微镜分辨率已达到1.4埃（1埃＝10-8cm），这已同原子的直径相当了。

    有了电子显微镜，可把细胞放大几万倍，甚至几十万倍，看到更加复杂精巧的结构，称为细胞的亚显微结构。从动物细胞亚显微结构图中发现，细胞质中还有形态各异的结构叫做细胞器，如线粒体、内质网、核糖体、高尔基体和中心体等，它们都有自己的分工。还发现细胞核中核膜、核仁、染色质、核液几部分组成。电子显微镜下的细胞简直是一个奇异的王国：细胞膜是王国的国境线；细胞质是王国的国土；细胞器是林立的工厂，生产井井有条；细胞核是王国的都城，是权力机构。

    植物细胞亚显微结构与动物细胞略有不同，细胞膜外面多了细胞壁；细胞器中有能进行光合作用的叶绿体，没有中心体；特别是植物细胞有大型的中央液泡。

    细胞膜

    细胞这个微小的国度，既奇妙又奥秘，许许多多未知数正等待科学家去开发，去研究。就拿细胞膜来说，光学显微镜下只是一层极薄的膜；但到电子显微镜下一看，原来所谓的细胞膜只是膜外附属装置——多糖被；真正的细胞膜是两暗一明共三层，经过生物化学分析，明带是磷脂分子，暗带是蛋白质分子。1935年，英国科学家丹尼尔提出“单位膜”理论，认为细胞膜是蛋白质——磷脂——蛋白质三夹板式的片层结构。

    70年代，美国科学家辛格又有新发现，他认为膜的骨架是磷脂双分子层，两层鳞脂分子都是亲水的头在外，疏水的尾在里。外层和内层的蛋白质分子大部分伸入磷脂分子在环流的磷脂分子层中转动或移动。这些蛋白质不是静止的，而是不断运动，从细胞外到细胞内，或从细胞内到细胞外，成为重要的载体。这就是辛格的“生物膜流动镶嵌理论”。

    载体蛋白质是名符其实的卫士，它们把守着国境线上的一个个哨口，把对细胞有害的分子拒之于国境线外；把对细胞有用的分子扣压在国境线内，不许出境；对细胞急需的营养物质，则负责安全接送，及时送进细胞里面。例如海带含碘量很高，有时高于海水几万倍，蛋白质卫士照旧只准碘进不准碘出。

    白细胞

    人类的血细胞包括红细胞、白细胞和血小板三种。白细胞好像勇敢的“联合战斗部队”，它包括了五个“兵种”：嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞。它们在白细胞总数中占有的份额多少不一，中性粒细胞占50—70%，淋巴细胞占20—30%，单核细胞占3—8%，嗜酸性粒细胞占2—3%，嗜碱性粒细胞占1%以下。

    中性粒细胞能杀灭细菌。当细菌侵入人体后，可在身体的某个部位造成炎症，中性粒细胞就迅速向炎症部位进军、亲临战斗第一线，先将细菌吸着在细胞膜上；然后细菌附着处的细胞膜向内凹入，将细菌带入粒细胞内，细菌即被包裹起来。医学上把这个功能叫吞噬。细胞中的中性颗粒正是对付细菌的“化学武器”，内有多种酶，其中就有溶菌酶，吞入的细菌很快被溶菌酶分解。单核细胞也具有吞噬病菌的作用。有人把中性粒细胞比喻做“步兵”，把大单核细胞比喻做“装甲部队”，其歼敌作用更强。淋巴细胞按其防御功能来讲，是一支负责侦察、监视，并能制造现代化武器的“特种部队”，积极参加人体内的免疫活动，提高人体的抵抗力。其中B淋巴细胞可制成免疫球蛋白，特异性地对付病菌。而T淋巴细胞可制成淋巴因子，对付病毒和肿瘤细胞。两种淋巴都算得上是现代化武器。艾滋病正是因为T淋巴细胞严重受损，抵抗力几乎降到零，死亡率极高。此外，淋巴细胞还能识别体内正常细胞和来自体外的异物，并能将后者排斥，所以还起到“公安部队”的作用。嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞有解毒作用，并能提高人体抵抗异体蛋白的能力。

    中性粒细胞与病菌进行殊死的搏斗，战死的白细胞与细菌残骸，便形成脓；同时刺激造血系统产生和调动更多白细胞参战，所以炎症发生时，验血发现白细胞总数增多。

    最长的细胞

    一般细胞都很微小，只有在显微镜下才能看清它们的面貌。但是，也有长达1米以上的细胞。

    神经解剖学家发现，在哺乳类动物的神经系统中，有些专管运动功能的神经元（也就是神经细胞），它的突起部分可以长达1米以上。它们的细胞体位于大脑皮层或脊髓灰质中，但它们的突起末端却可伸到很远的地方。位于大脑皮质的叫做锥体细胞，这种细胞有个很长的突起叫轴突。轴突是用来传递信息的通道，大脑下达的运动指令就是沿着这条线通过脑干到达脊髓。脊髓中接受大脑皮质下达指令的细胞叫脊髓前角运动神经元，它也有一个很长的轴突，这个轴突穿出锥管，沿着脊神经直达所支配的肌肉，将大脑的运动指令转变成肌肉运动的信号，肌肉就按大脑的意图运动。

    细胞的结构与功能相一致。大脑皮质到脊髓、脊髓到肌肉的距离都很长，建立距离这么远的两部分之间联系的神经细胞必然有特定的结构，因而具有那样长的突起。而且，动物的个体越大，它的运动神经元也就越长。

    研究细胞膜

    科学家对细胞进行研究，发现动物的细胞外面有一层十分薄的膜，叫细胞膜。它把细胞与外界环境隔离开来。细胞膜的结构十分复杂。它不仅含有蛋白质，还含有磷脂、糖、金属离子和水等。

    别看这层薄薄的膜，作用可大呢！就拿通透性来说，对各种物质并非“一视同仁”，而是有选择性的。对有些物质“大开绿灯”，畅通无阻，使之顺利进入细胞；而对另一些物质则亮起红灯，“禁止通行”。它又能把细胞内的分泌物排到细胞外。在这里，细胞膜起到调节细胞内外物质的交换作用。

    对生物膜的研究产生了一门新的技术——膜技术。因此，各种各样的人工膜应运而生。人工膜广泛应用于分离液体混合物、咸水和海水淡化、污水处理、气体分离、净化、浓缩某些物质等。

    人体肾脏的肾小球的膜，就是一个极好的过滤器，血液流过时，除了红细胞、白细胞和大分子蛋白质外，其它的都通过“膜”的过滤而流到囊腔中形成尿。因此，人工肾脏必须设计一种有同样作用的膜，否则，就不成为人工肾脏。人工膜还用于人工鳃的设计。道理很简单，鱼鳃实际上是特殊的膜，它只允许水中的氧气透过。人工鳃由于膜技术的突破而问世了，它能帮助人类征服蓝色的海洋，揭开海底世界的奥秘。

    模拟细胞化工厂

    人类的许多发明创造来自生物的启迪。生物，是我们人类的老师。

    学习过生物学的人都知道，不论是动物、植物的细胞，还是单细胞的微生物，都是一个特殊的工厂。细胞中能合成生命活动必需的物质，比起化工厂来，细胞的本领要大得多。它不仅能合成简单的甘油和醋酸，而且能合成极其复杂的蛋白质、核酸等。而它的经济性和有效性，令我们的化学家也惊叹不已。可以这样说，自从有了化学合成，至今没有一项可以与细胞相比。在那么小的细胞中可以合成数千种蛋白质，而且合成一条有150个氨基酸的肽链仅仅需要1.5分钟。这在任何一个现代化的化工厂里都是做不到的。

    细胞的有机合成，给了化学家以极大的启示，向细胞学习，有成效地借用这些天然物质的结构，或生物化学的原理和整个生物合成路线，来生产人们需要的物质。例如奎宁（抗疟疾药）、利血平（抗高血压药）等都是从植物体内提取的，是植物细胞合成了这些药物。而化学家研究了这些合成过程，重新设计在工厂里生产人工奎宁和利血平。在某些条件下，人工合成的产物，如维生素A、C、B、H等都比天然产物更理想。人工模仿物其结构似吗啡分子骨架的纯合成制剂普罗美多，比吗啡有更高的止痛作用。这就是生物细胞的生物合成作用给我们的帮助。

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