浅谈细胞生物学的发展
岳增海
著名科学家E.B.Wilson早在1952年就说过,“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找”。
悠悠300余年,关于细胞的研究硕果累累;近50年来更进入了分子水平,老树又绽新花。
许多研究成果已经或将要走进我们的生活:植物细胞在培养瓶中悄然长成幼苗;动物体细胞核移植诞生了克隆动物;不同生物细胞间DNA的转移创造出新的生物类型及其产品;病危的生命期盼着干细胞移植的救助……
1665年英国学者胡克用自制的显微镜第一次开启了细胞的世界,至此拉开了对细胞探索的序幕。
谈起细胞生物学,不得不提的是建立于19世纪的《细胞学说》。
《细胞学说》的建立可谓是自然科学史上的一座丰碑。
《细胞学说》的两位建立者——德国科学家施莱登和施旺。
经过长时间不断的探索和研究,分别从结构、功能和分裂三个方面对细胞进行了探究,并从中提炼出了三个要点,构成了《细胞学说》的主体。
《细胞学说》的建立,不仅为达尔文的《进化论》奠定了基础,更为后人对细胞生物学的研究,做出了巨大贡献。
但是仅限从显微镜下的观察对于细胞的研究远远不够,在细胞学说创立的100年间,人们对细胞的研究基本停留在简单观察和形态描述的水平,细胞在生物学家的眼中多多少少还像一团胶状物,里面杂乱地散布着一些含混不清的东西。
此时出现了一名科学家——美国的细胞生物学科学家克劳德,他决心把细胞内部的组分分离开,探索细胞内组分的结构和功能。
当时分离细胞器所遇到的困难是今天的人们难以想象的。
许多人对他冷嘲热讽,认为把好好的细胞弄碎是毫无意义的。
但是克劳德坚信,要深入了解细胞的秘密,就必须将细胞内的组分分离出来。
经过艰苦的努力,他终于摸索出采用不同的转速对破碎的细胞进行离心的方法,将细胞内的不同组分分开。
这就是一直沿用至今的“转速离心法”。
如果说《细胞学说》是通往细胞生物学的一扇门,那么我认为克劳德的“转速离心法”便是这扇门的钥匙。
这种方法的发现,使人类对细胞内部的进一步探究,有着非常重要的意义。
由于分子生物学概念、方法与技术的引入,细胞生物学在近三十年取得了重大突破性的进展,随着对细胞内更深入的探究,人类发现了细胞中一个新的世界。
细胞中每个组分如此精巧,一个个小小的细胞器,在细胞中都起到了非常关键的作用。
霍中和院士在《细胞生物学》中写到:“我确信哪怕最简单的一个细胞,也比迄今为止设计出的任何只能电脑更精巧。
”人类也曾经试图组装出一个细胞。
1990年,科学家发现人体生殖道支原体可能是最小、最简单的细胞。
1995年,美国科学见文特尔领导的研究小组,对这种支原体的基因组进行了测序,发现它仅有480个基因。
如果在480个基因中辨认出对细胞生活必不可少的“基本基因”,那么就有希望人工合成这些基因——一段不很长的DNA分子。
文特尔的方法是破坏一个又一个的基因,看那些基因是绝对不可或缺的,终于筛选出了300个对生命活动必不可少的基因,但其中100个基因的重要性尚不清楚。
文特尔以及其他一些科学家认为,如果能人工合成这300个基因的DNA分子,再用一个细胞膜把它和环境分隔开,在培养基中培养,让他能够生存、生长和繁殖,组装细胞就成功了。
科学家现在已经能够合成长度为5000个碱基因对的DNA片段,文特尔估计生殖道支原体的DNA的碱基对比这要多100倍,因此,DNA的人工合成还需要方法上的创新。
怎样给DNA分子包上细胞膜也是一个难题。
他们的设想是,把生殖道支原体细胞的DNA破坏掉,再把人工合成的基因组“注入”支原体细胞。
有关实验还在进行中,不过可以确信的是,人类对细胞生物学的研究愈加深入,对人类今后的发展就愈加有利。
现今由细胞生物学为基础发展的现代生物科技技术应用越来越广,近年来发展迅猛。
克隆技术、胚胎分割技术、人工受精技术日益成熟。
而细胞凋亡的热点课题为癌症的治疗提供依据及手段。
将来细胞生物学与分子生物学相互渗透与交融是总的发展趋势。
无论是细胞结构与功能的深入研究,还是对细胞重大生命活动规律的探索,都需要用分子生物学的新概念与方法,在分子水平上研究。
当前细胞生物学研究的3大基本问题无不是基因在细胞内表达的相关问题,所以分子细胞学水将是今后相当一段时间的主流学科方向。
通过不断的科学探究和深入研究,我相信在不久的将来,细胞生物学将成为一个重要的科学领域,会吸引更多的人去探索、研究。
它也会绽放出他耀眼的光辉,来迎接着这崭新的时代!。