生命科学是什么?
无论你是刚刚开始学习生物的中学生、大学生,还是从事研究的生命科学工作者,或是对生命和人类未来感兴趣的大众读者。在这里,你会找到属于自己的答案。
《生命科学是什么》实拍图
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细胞构造与生命体的定义
生命体的最小单位是细胞,基因组存在于细胞核中。我们可以从细胞中取出细胞核,将基因组转移到其他细胞中。此外,存在除基因组以外几乎不具备任何其他细胞功能的生命体,也就是病毒。
构成生命体的基本单位是细胞。正如一座房子中厨房、浴室、卧室、餐厅、卫生间一应俱全,一个细胞也能够满足所有基本生命活动的需求。
生命的基本功能中,第一个特征是制造和自己一样的产物,繁衍子孙(自我复制)。细胞(二倍体)从父母身上各继承一个基因组。要想复制细胞,首先要复制父亲和母亲各自的基因组,成为四倍体,再通过细胞分裂,成为两个和之前一样分别具有父母基因组的细胞(二倍体)。
生命体的第二个特征是可以进行新陈代谢。细胞吸收营养,获得能量,从而实现自我控制,将细胞维持在相对稳定的状态(自我更新)。
第三个特征是,生命体能对外界做出反应。每个细胞的表面都有多个受体,就像电视、收音机的天线或双筒望远镜一样,受体可以将各种信息从外部输入细胞内部。其结果是,细胞能够适应外界的变化,迅速改变自身的内部环境(适应性)。
承担各种细胞功能的是各种各样的细胞器(如图2–1所示)。最重要的基因组存在于细胞核中。为所有细胞活动提供能量的,是被称为“线粒体”、可以产生化学能的细胞器。
核糖体是将由基因转录而来的信使RNA(mRNA,在第7节和第12节进行详述)翻译成蛋白质的场所,而高尔基体在蛋白质从细胞内分泌到细胞外的过程中起着重要作用。溶酶体负责分解细胞内不需要的蛋白质,进行再利用。细胞受体嵌入包围着细胞的细胞膜中,并接收各种信息。细胞膜是明确区分细胞内外环境的重要屏障。在构成细胞的化学物质中,除作为遗传因子的DNA外,蛋白质也很重要。蛋白质由20种氨基酸按不同顺序连接而成,是一大类具有复杂功能的分子。一般来说,大多数情况下,蛋白质是细胞内各种生理活动的直接执行者。多糖和脂类分子则常常起到构造性的支撑作用。例如,脂类是构成细胞膜的重要成分。但在有些情况下,糖类或脂类分子也可以行使蛋白质的功能,控制或传达细胞内的信息。此外,糖原等糖类、中性脂肪(甘油三酯)等脂类分子,也是重要的能量储存形式。
在各种细胞内的分子中,由基因直接决定结构的只有蛋白质。这些由基因决定的蛋白质中,有一类是具有特异性活性的酶。酶可以催化合成糖类和脂类分子。因此可以说,糖类和脂类的结构是由基因间接决定的。
核移植
基因组存在于细胞核中,所以可以用很细的玻璃管从一个细胞中吸取细胞核,并将其移植到另一个细胞中,来传递细胞的遗传信息。通过这种方法,我们得到了令人惊讶的结论。年,约翰·格登提取了非洲爪蟾原肠胚的细胞核,并将其移植到去掉细胞核的卵细胞中。大多数核移植胚胎没有发育成爪蟾,但有非常少的一部分(少于0.1%)发育成了可以繁殖后代的爪蟾。这很直接地说明:第一,在原肠胚这种具有特定功能的细胞中,其基因组储存了发育成完整爪蟾个体所需的所有遗传信息。也就是说,在细胞分化的过程中不会丢失遗传信息。第二,在分化过程中发生的各种遗传信息表达状态的变化,可以在受精卵中重新恢复到初始状态,从而使受精卵获得分化为所有类型细胞的能力。这种现象就是在今天备受