多細胞生物的起源范文
時間:2023-12-15 17:53:43
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篇1
化石研究表明,地球上最早的生命跡象出現于35億年前,主要是單細胞的原核生物。之后,地球生態似乎沒有多大的變化。直到將近30億年之后的寒武紀,也就是距今6億年前,地球生物出現一次爆炸性演化,一下子出現許多多細胞生物,生物進化由此加速。幾億年內出現了我們現在熟知的包括恐龍在內的各種各樣的生物。然而,不少人還是質疑這種爆炸式的生物演化,認為在那30億年的時間內不應該只有單細胞生物,還有一些原始的多細胞生物。
質疑歸質疑,科學研究講求的是證據。近年來,科學家逐步發掘出了一些這樣的證據。此前,科學家在非洲發現了20億年前的卷曲藻化石,這是一種多細胞真核生物。2008年,法國國家科學研究中心和普瓦提埃大學的研究人員在非洲又有了新的發現。他們在加蓬發現了一塊獨特的生物化石。起初,化石研究人員根據生物的組織結構初步認為,該生物是多細胞真核生物,出現于6億年前。然而,經過進一步的研究,研究人員發現這塊化石的形成年代居然是21億年前。是否是6億年前的生物進入了21億年前的石頭呢?研究人員經過X射線掃描等進行進一步分析,發現這塊化石的形成時間的確源于21億年前,也就是說化石中的多細胞真核生物的確曾經生活在21億年前。
這些罕見的古老生物化石長度在10厘米到12厘米之間,堪稱“大化石”。這些化石的總量也很多,有250多個。目前,研究人員已經研究了其中的100多個,從中已經發現了多種形態比較類似的多細胞生物,這些生物應該是同一類多細胞生物,但是有多種。普瓦提埃大學的研究人員艾爾?阿爾瓦尼說:“從遠處看,這些化石像是具有不規則邊緣的花式餅干。從近處看,這些化石有扇貝狀外緣和輻射狀條紋。”在進一步的分析中,研究人員利用離子探測器對化石中硫同位素的成分進行了測定,并借助特殊設備繪制了標本的立體圖像。結果顯示,該生物化石正是多種組織的結合體,而不是一些研究人員猜測的那樣是多個細菌堆砌起來的,這進一步證實了化石中的生物是多細胞生物。研究人員表示,這是迄今為止發現的最古老的多細胞真核生物,比之前的卷曲藻化石還要早1億年。
篇2
動物進化進化樹原生動物體腔脊索動物
1自然選擇學說的提出
起初,1809年法國學者拉馬克認為,環境能引起生物的變異,他提出了用進廢退的理論,即常用的器官會愈發發達,少用或不用的器官變回衰退。同時他也認為進化是具有方向的。在當時科學還不完善的條件下,他的理論使人們重新認識了自然。直到19世紀中期,達爾文在《物種起源》一書中提到了自然選擇的進化學說。他指出,生物進化是遺傳、變異、選擇三者綜合作用的結果,所有生物都有共同的祖先,“自然選擇”是生物進化的動力,所謂“適者生存”,適應環境的變異得以存活,繁殖后代,不能適應環境的變異則死亡,最終被自然淘汰。由于當時科學的局限性,達爾文學說的一些觀點也存在某些缺陷,如其探討的生物進化僅僅停留在個體水平、認為生存斗爭是繁殖過剩引起的。
進化過程中,環境因子包括氣候、土壤、植物與動物式中存在著相互作用,隨著地殼的變化,板塊的移動,局部的氣候發生改變,地球上的植物和動物的密度也會隨之受到影響。
2動物的進化特征
為了簡明扼要地展示出生物之間的親緣關系和進化歷程,分類學家和進化論者將從簡單到復雜、從低等到高等的各類生物放到一棵樹狀圖的各個枝干上,這個樹狀圖就叫做進化樹,也叫譜系樹。本文中,我們將按照進化樹的層次進行分析。
2.1單細胞原生動物
對于原生動物的進化起點,學者們看法各有不同。但是原生動物是最原始的單細胞動物,雖然只有單個細胞,它具有一個動物具有的一切機能。原生動物的排泄依靠一種調節水分的胞器――伸縮泡,生殖主要為二裂生殖,也有的原生動物為出芽生殖。原生動物的眾多分類中,有人認為最早出現的可能是原始肉足類,因為它的結構更加簡單,沒有基體和鞭毛,而且原始肉足類在沒有原生動物存在時可以通過吞噬細菌、藍藻等原核生物獲取營養,在無顆粒型食物時,還可以通過滲透作用獲得營養物質,也有人認為最早出現的是鞭毛綱并非肉足綱。
2.2中生動物和側生動物――海綿動物
中生動物是最簡單的多細胞動物,外層是具有纖毛單層體細胞,身體只有體細胞與生殖細胞的分化,體細胞行使營養細胞的功能,軸細胞具有繁殖功能。
側生動物具有與其他多細胞動物不同的發育結構,它的皮層和胃層之間是中膠層,胃層由領鞭毛細胞組成,中膠層中由變形細胞和骨針。具有獨特的水溝系統。
2.3真后生動物――2胚層輻射對稱
動物發展到這個階段,出現了兩個胚層,體壁的外層來自胚胎發育時期的外胚層,內層來自胚胎發育時期的內胚層。出現了組織分化和簡單的器官和網狀神經系統。
多細胞的進化過程中,海綿動物可以是一類分支,那么在真后生動物中,腔腸動物是最為原始的一類。其中最簡單的類群要數具有固著的水螅型和可以自由移動的水母型的水螅綱。而高等腔腸動物的發展也是朝著水螅型和水母型這兩個方向進行的。
2.4從2胚層輻射對稱到3胚層兩側對稱
動物油2胚層低級階段過渡到3胚層高級階段時,具有神經中樞的頭開始分化,并有明顯的兩側對稱,以及中胚層的出現以保證肌肉與其他內臟的發展。3胚層兩側對稱動物一支為原口動物,另一支進化為后口動物。
2.5原口動物
2.5.1從無體腔到假體腔
扁形動物作為原口無體腔動物最原始的一類,仍然具有著不具,一些器官殘留著輻射對稱等原始特征。但是原始的神經系統開始出現,并有了感覺器官的發育。
假體腔是指體壁中胚層與內胚層消化管之間形成的體腔,充滿液體或膠狀物,腔內的液體和物質可以簡單的流動循環,出現有口有的消化管,假體腔的出現在進化過程中具有一定的意義。它為體內器官系統的發展提供了空間,運動能力得到了明顯增強,可以有效地輸送營養物質和代謝產物。
2.5.2真體腔動物的進化
真體腔的出現是動物進化史上一個十分重要的現象,其中的軟體動物就幾乎具備所有的器官系統。軟體動物從很大程度上與環節動物很相似,因為他們同具有真體腔和相似的循環系統與排泄器官,但他們體不分節、無成對的附肢,與環節動物還有很大異同,這主要因為軟體動物門很大程度上向著減少活動的發面發展,因此,軟體動物有與其他動物不同的獨特的特征,例如厚重的貝殼。對于軟體動物和環節動物的進化地位學術界主要有三種傾向。不論哪種觀點,動物進化到環節動物時發育中產生了發達的真體腔,有明顯的分節現象,這在動物演化過程中都具有十分重要的意義。環節動物身體同律分節,閉管式循環系統,后腎式排泄系統。循環系統、排泄系統、神經系統都是按體節重復排列的。
節肢動物是原口動物進化的頂端,身體演化出異律分節,有頭、胸、腹三個部分,并有帶關節的附肢,有翅、體表的幾丁質外骨骼可以更好地保護身體。節肢動物還有多樣性的呼吸排泄器官,水生種類用書腮呼吸,陸生則用書肺或器官呼吸。排泄器官有2種類型,一種是與后腎同源的腺體結構,一種是馬氏管。節肢動物的口部有口器,是由若干附肢形成的。
節肢動物的最高級代表是昆蟲綱,它們有發達的神經系統和感覺器官,并產生了翅這種獨特的運動器官。并且由于條件不同,昆蟲綱有了目的分化。
2.6后口動物
2.6.1棘皮動物
棘皮動物在進化中是一種特殊的動物,它與之前的無脊椎動物都不同,與原始的脊索動物相似,與半索動物有共同祖先。身體成五輻射對稱,幼蟲成兩側對稱。體壁上有向外凸起的皮腮,還具有突出體表之外的棘、刺等結構。具有分散的神經系統。它的胚胎發育、體腔、骨骼的產生以及口與的形成都可以看出它與脊索動物的相似性,而完全不同于之前的無脊椎動物。
2.6.2從無脊椎動物到脊索動物
脊索動物是最高等的動物門類,包括尾索動物、頭索動物和脊椎動物。其中,脊椎動物是神經系統發展最充分的動物,并演化成有自我意識的人。脊索動物由無脊椎動物進化而來,與棘皮動物和半索動物有親緣關系。
脊索動物具有BIG THREE(三大特征)――背神經管、脊索和鰓裂。脊索縱貫背部,有支持作用,中空的神經中樞位于身體背部,心臟位于消化管腹面。
較低等的脊索動物,包括尾索動物和頭索動物,尾索動物的幼體具有BIG THREE,脊索只在尾部,變態后脊索消失,成體具有被囊,以海鞘為代表。頭索動物BIG THREE眾生存在,并且脊索貫穿全身,無明顯頭部,以文昌魚為代表。
長期以來,文昌魚一直被認為與脊椎動物更為接近,但是隨著研究的深入,包括基因組在內的越來越多的證據表明是尾索動物海鞘而并非文昌魚更接近于脊椎動物,即便如此,有學者依舊堅持文昌魚在進化中的中心地位,因此,對于文昌魚和海鞘的進化地位還未有一個準確的答案。
2.6.3脊椎動物的進化
動物的進化一般要同時經歷兩種過程,一是從低等到高等、簡單到復雜的進化;一是從水生到陸生的進化。脊椎動物的進化為“一分為二”的“鑲嵌形式”的進化,即兩種進化類別之間存在一種過渡動物同時具有進化后新的特征和進化前舊的特征,并且是新特征克服舊特征進行進化的。一般分為三個階段,第一階段是無頜類、魚類水生動物的進化;第二階段是由水生到陸生的進化,包括兩棲動物和爬行動物的出現;第三階段是高等脊椎恒溫動物的進化。最終是人類的進化。
第一階段無頜類進化到魚類,最重要的特征是魚類出現了可以咬合的上下顎和成對的附肢,而無頜類是沒有上下顎和成對附肢的,只有一個圓形的口吸盤,以七鰓鰻為代表動物。是現存脊椎動物中最原始的一類。雖然已經出現了雛形的脊椎骨,但身體的支持結構仍然是脊索。而魚類具有典型的脊柱,身體有頭、軀干和尾的分化,以腮為呼吸器官,具有良好的滲透壓調節機制。具有低等水生脊椎動物特有的特有的感覺器官――側線,可以幫助魚類取食、躲避天敵和求偶
第二階段由水生到陸生的進化是脊椎動物進化過程中一個巨大的飛躍,兩棲類是最早出現的四足動物,處于水生向陸生過渡的重要類群。它們幼體以腮呼吸,成體以肺呼吸,并以皮膚呼吸做輔助,因而體表濕潤,皮膚多腺體和色素細胞,為適應陸地環境皮膚和骨骼肌肉系統進行了改造、出現呼吸的多樣化感覺器官出現中耳,但水生幼體仍具有側線。它們既具有陸生的脊椎動物的典型特征,又保留著水生脊椎動物的一些結構和功能。最早的兩棲原始動物之一――魚石螈對于人類認識陸生四足動物的起源和進化具有重要意義。
真正地陸生動物爬行動物在兩棲類動物的基礎上進一步進化,出現了重要的由殼保護的羊膜卵,并且在路上發育成成體,使脊椎動物完全脫離了在繁殖發育過程中對水環境的依賴。
第三階段高等的脊椎動物出現,鳥類、哺乳類成為高等恒溫脊椎動物,鳥類身體流線型,具表皮角質層衍生物(鱗片、羽毛),前肢化為翼,產大型羊膜卵,向空中飛翔方向發展。哺乳類胎生哺乳,表皮角質鞘,產生哺乳動物特有的3塊聽小骨和膈肌,具有高度發達的神經系統,可以很好地適應環境,哺乳動物中的靈長類最終進化成有思維能力,直立行走的人類。對于哺乳動物的起源,生物學家們證實哺乳動物的祖先早在1億到8500萬年就存在了,不過現存的哺乳動物的祖先經歷了相當長一段時間才分化開的原因現在還不得而知。
進化在自然界中具有十分重要的意義,動物經過漫長的時代,經過環境選擇,逐漸演化到今天的地位,雖然中間仍有許多未知,但人類對于起源與進化的研究從未停止,隨著自然科學的不斷前進發展,生物進化理論一定會越來越明確,出現一個歷史性的統一。
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篇3
【關鍵詞】高中生物;細胞;功能;結構
相信大家對于生物都不陌生,因為生物與人們的生活息息相關,人本身就是一種動物,存在于生物研究的領域,生物從最為基本的結構,最基礎的生命物質細胞開始研究,讓人們清楚的了解現在的世界上的生命組成的物質,更加透徹的了解自己,了解世界,這就是生物的學習存在的意義。
生命之中充滿無窮的奧秘,而生物的探索就為我們大家揭開了這些神秘的面紗,讓我們能夠看清生命的本質,了解花草樹木,魚蟲,甚至是人類生命的意義。人是由無數個分工明確的細胞組成的,這些細胞無時無刻不在為人類的活動而運轉,就算是人在睡覺的時候,還有很多的細胞都在不停的運轉,有些細胞會在人死了之后停止運轉,而有些細胞就算是失去了供養,還是能夠繼續生存下去。
生物根據細胞的多少可以分為單細胞,多細胞。單細胞生物一般都是結構極其的簡單,憑著一個細胞就能夠進行攝食,排泄,運動等活動,最為普遍的就是草履蟲,草履蟲是一種簡單的單細胞生物,主要是生活在水中,現代生物學中經常通過研究草履蟲來研究單細胞生物的特性。人是多細胞的生物,那人的細胞每天都在做什么,又是怎樣分工明確的來讓人實現學習,工作,吃飯等事情的。筆者結合高中生物的教材,為大家進行詳細,通俗易懂的解答。
一、細胞是生物體結構和功能的基本單位,一切生命活動都離不開細胞
如果大家有高中生物的教材,打開目錄的第一章就會看到這句話。細胞在生命中起著不可缺少的作用,生物體結構和功能都離不開細胞的實現,生命的活動更加不能夠離開細胞。沒有細胞就沒有生命,而那些不具有細胞結構的病毒,也要依賴于宿主細胞才能夠生存,可想而知,細胞對于生命的活動是多么的重要。
一個細胞就可以構成一種簡單的生物體。在上億萬年前,據說地球上都是海洋的時候,人類還沒有存在在這個世界上,那時地球上唯一的生命物質就是最簡單的單細胞,現在在各大博物館都可以找尋這些地球祖先的身影,雖然她們已經在地球的舞臺上失去了身影,但是對于人們對細胞的研究有不可或缺的價值,她們是現代生命的基礎,是想要了解細胞的科學家們的研究對象,而這些簡單的細胞對于地球的發展,人們的出現和進步都有極其重要的作用。
二、細胞的組成,動物細胞植物細胞的區別
經過了上億年的發展,地球上的恐龍滅絕了,活躍在地球上面的是具有高智商的人類。曾經的地球上都是海洋,存在的也只有海洋里面極為簡單的單細胞生物,但是如今,地球仍是被海洋覆蓋,但是幾塊陸地上面物種豐富,動物和植物都有千百萬種,構成各種動物和植物的細胞也存在差異,但是因為具有相同的起源,動物細胞和植物細胞的差異也就不是很大。
動物細胞和植物細胞的主要區別在于植物細胞含有細胞壁,而動物細胞沒有細胞壁,只有細胞膜,另外動物細胞中多了很多的細胞器,這些細胞器的存在是為了讓動物能夠更好的進行生活,而植物細胞的細胞構造相對簡單,植物的生活就是進行光合作用和呼吸作用,因此植物細胞存在高爾基體,內質網,線粒體等為光合作用和呼吸作用而存在的細胞器。
而動物細胞則因種類不同,相對構造也就存在差別,比如說是動物紅細胞,動物紅細胞在動物的生命中起著不可或缺的作用,紅細胞會根據動物體內進行自己的調節,這都是通過細胞器才能夠實現的,因此動物細胞中含有不同的細胞器,但是無論是動物細胞還是植物細胞都含有固定的結構,比如說是細胞質,細胞膜,中心體等。
三、細胞構成的大世界
生命的結構層次是從細胞開始了,接下來是組織,器官,系統,進而到了個體,個體之后又是種群,多個種群生活在一起形成群落,群落組成生態系統,最后形成生物圈。細胞是最為基礎的物質,單細胞的生物既可以說是細胞這個生命系統的,又可以說是個體這個系統。
生物中存在很多不可思議的現象,而人們如果不通過研究,僅憑主觀臆斷的話,就會出現很多的錯誤,比如說血液其實是屬于組織的這個層次,很多的同學都喜歡把血液歸為系統,而皮膚是器官,這也是同學們經常會犯錯誤的地方,皮膚是由組織構成的器官,而不是一個系統。種群的概念也是極易混淆,種群是一定區域內,同種生物個體的總和,而很多時候,人們總是會以為,在不同區域的同一種生物也是一個種群,因為生活的環境不同,所以物種產生的變異也就不同,就算是基因相同,形狀也會發生詫異,因此就不可以再說是同一個種群了。
群落中包含了更多的物種,在一個群落之中,微生物也是屬于這個群落,因此如果說一個池塘中的所有生物的話,就不能說是一個池塘中的所有的魚,因為池塘中的生物還有微生物,懸浮生物,還有很多的小蝦米之類的,這些都算是池塘中的生物,都含有在池塘這個群落之中。
四、人由無窮細胞構成
人是高等的生物,由無數個分工明確的細胞共同組成,這些細胞協調工作,構成了人的思考,學習,工作,娛樂等多項技能。而人所區別于其他的低等生物最為顯著的特征就是人類有語言,人類可以憑借語言,憑借文字進行溝通,而其他的動物就不會出現這個特征,就算是和人比較接近的猿猴等,多無法寫字。
篇4
論文摘要:多細胞生物中存在細胞競爭的行為早在1888年就已經提出,但直到1975年才被實驗首次證實。最近對果繩進行的遺傳分析,揭示了調節細胞競爭行為的基因 網絡 ,并提出了程序性細胞競爭作為群體水平的細胞選擇機制。細胞競爭對早期腫瘤形成的促進作用和對千細胞自我更新的重大意義,可為今后對器官功能退化、衰老及腫瘤的 治療 和千細胞替代療法的改進提供全新的實踐模型。
0引言
多細胞生物中存在細胞競爭行為的可能性,爭論了100多年。雖然首次實驗證實在1975年就已實現,但直到最近完成的果蠅遺傳分析中,才開始揭示調節細胞競爭行為的基因網絡的存在,并提出了程序性細胞競爭作為群體水平的細胞選擇機制,對組織器官質量和適合度的維持起到了重要的作用。超級競爭者的發現,使人們認識到細胞競爭可能對早期腫瘤的形成和干細胞的自我更新具有積極促進作用。
1細胞競爭理論的形成
早在1888年,wilhelm roux根據病理過程中經常觀察到的一種組織的細胞人侵到其他組織的現象,引用達爾文的“適者生存”的理論,首次提出了細胞在個體發生中存在著為生存而斗爭的觀點。但他的觀點遭到了大多數 科學 家的反對,他們認為,多細胞生物是個和諧的機體,不同類型的細胞應該彼此合作,而不是劇烈的競爭。20年后,ilya mechnikov在研究細胞吞噬作用中,也提出了細胞為了生存而進行持續斗爭的可能性。santiago ramony cajal在研究神經系統的結構時明確提出:不同神經元在神經發生過程中,為了爭奪空間和營養,必然存在細胞競爭的行為。隨著20世紀50年代初神經營養因子的發現,神經元細胞在選擇神經軸突生長路徑的過程中存在細胞競爭的觀點逐漸得到科學界的公認。
但是細胞競爭的觀點一直很難得到實驗證實,因為要從實驗上區別一個細胞是競爭失敗導致的死亡還是被動的非競爭性死亡甚至自殺死亡是很困難的。作為細胞競爭的實驗條件,必須對兩組實驗細胞進行實時監控和比較,而且要證明一組細胞群體的減少是由于另一群細胞的存在而直接導致,只要給予足夠長的混合培養時間,竟爭優勢的細胞群最終會全部取代弱勢群體。
第一次細胞競爭的實驗證實來自于1975年gine’ s morata和pedro ripon的果蠅突變體實驗0他們巧妙的運用核糖體蛋白基因minutes的突變體,該基因的純合子果蠅由于不能形成有功能的核糖體,造成蛋白合成停滯而導致個體死亡。雜合子果蠅能夠存活,并且發育成正常的大小,但是它的發育時間延長了好幾天,原因在于其缺乏完全有活性的核糖體。接著,他們把mi-nutes雜合子細胞和野生型細胞兩群細胞進行混合培養,原先預計兩群細胞不會以不同的增殖速率水平進行增殖。結果大大出乎意料,minutes雜合子細胞不僅以較慢的增殖速率進行倍增,而且在翅盤區,雜合子細胞逐漸死亡。后來證實是由于周圍高增殖率野生型細胞的存在,雜合子細胞競爭失敗而死亡擴現在,人們在果蠅上皮組織的發育中發現了許多的細胞競爭現象,并在其他動物如鳥類、爬行類、哺乳類的胚胎發生過程中也發現了類似現象。
2細胞競爭的群體選擇模型
細胞竟爭作為群體水平的細胞選擇機制,目前的主要竟爭選擇模型如下:川(i)細胞群體中,當生長和存活因子數量有限時,只有那些攝取的生長因子信號水平在闌值以上的細胞才能獲得生存,稱為“w inner-takes-it-all",該機制保證了亞最佳閉水平的細胞能夠生存。(2)細胞群體中,當生長和存活因子數量無限時,群體中的所有細胞都能得到足夠的存活信號水平。但是,不是所有的細胞都是實力均等的競爭者。細胞之間通過交流,進行各自存活信號水平的比較,對于低競爭力的細胞,會收到一個“you lose”的信號,結果是該細胞啟動凋亡程序而最終死亡。該機制稱為“you lose",保證了最佳闌水平的細胞取代其他弱勢細胞而獲得生存。
最近,boris i. shraiman提出了一個全新的模型,他們建立了單層組織細胞不均一生長的數學模型,根據模型分析了其中的物理涵義,認為生長更快或更慢的細胞克隆經受一定的物理壓力,局部壓力對細胞的增殖速率產生一個積分反饋,致使低增殖率的細胞發生凋亡,從而穩定組織的均一性生長特性。
3細胞競爭的基因調節 網絡
目前,細胞競爭的基因調節網絡已經部分形成。在果蠅中,decapentaplegic ( dpp)作為調節或決定細胞競爭的生長因子和存活因子,是骨形態發生蛋白(bmp )的同源類似物,屬于轉化因子日超家族。dpp不僅控制著細胞竟爭行為,同時也是最主要的組織和器官發育空間模式和大小的決定者。dpp作為配體首先與11型絲氨酸/蘇氨酸受體激酶punt結合,隨后i型受體tkv再結合到該復合體中,tkv發生磷酸化,活化的tkv激活受體調節的smad蛋白:mothers against dpp( mad),磷酸化后的mad與輔助smad蛋白結合,形成信號中介體,從細胞質直接移位到細胞核中,與相應的組織特異性的靶基因中的效應元件結合,并與其他一些dna結合蛋白相互作用,從而調節靶基因的表達強度和豐度。
其中與細胞競爭行為直接相關聯的靶基因之一為brinker( brk ),它作為外來dpp信號的內部執行者。當細胞攝取dpp信號水平高時,brk的表達就被抑制;而當dpp信號水平不足時,brk的表達水平就上升,進而激活c-jun氨基端蛋白激酶jnk , jnk激活c-jun和其它靶基因,最終導致細胞凋亡。·細胞攝取的dpp信號的水平受dpp合成分泌速率、細胞外基質對自由配基的鰲合度、細胞數目的變化及配基在胞吞轉運過程中的命運(降解或再循環)等因素影響。
目前在大多數類型的細胞中,解釋細胞凋亡的分子機制有兩種:一種為外部途徑,又稱為受體途徑,主要是由腫瘤壞死因子超家族受體介導;另一種為內部途徑,又稱為線粒體途徑,主要由線粒體膜通透性發生改變,致使細胞色素c釋放進人細胞質所致。兩條途徑最終都激活凋亡執行者半朧天冬蛋白酶3/6/7,進行細胞降解過程。對于細胞竟爭失敗者發生細胞凋亡的具體分子機制仍不清楚,但越來越多的實驗結果傾向于內部途徑。
4超級競爭與腫瘤干細胞
細胞竟爭可以選擇最佳質量的細胞,并可使組織的適合度達到最大化。最近在研究細胞竟爭的過程中意外地發現了dmyc可以誘導細胞成為“超級竟爭者”,并以其周圍正常細胞凋亡的方式進行擴張、取代其位置,而細胞總數不會發生變化。可能是由于dmyc水平的升高,增強了細胞的翻譯能力,使細胞更有能力主動攝取胞外生長和存活因子,從而獲得競爭優勢。
該現象很類似于早期癌的演變。在上皮細胞群中,一個原癌基因myc的復制、易位、過表達等事件均可使最初的轉化細胞成功確立其生長優勢,在一個局部的營養腔隙中,對生長和存活因子的競爭優勢可以幫助前癌細胞群體擴大,而此時組織形態未見任何改變。超級競爭者遺傳背景中發生的第二次突變(原癌基因或抑癌基因突變)很可能就啟始了腫瘤的形成。
對超級競爭現象的研究,使人們對其在腫瘤干細胞中的作用產生了濃厚興趣。目前,腫瘤干細胞在腫瘤起源中的肯定作用越來越受到重視。如果癌基因如myc誘導的細胞竟爭可以在干細胞小生境中發生,那么,細胞競爭對高質量干細胞群體水平的維持將起到關鍵作用,最終會影響特異組織的修復和再生。
篇5
關鍵詞:生命起源 無中生有 十二相屬 龍
自從人類誕生的那天起,就一直面臨著幾個基本的問題:人類及生命是如何誕生的?人類生存的地球及宇宙是如何誕生的?人類賴以生存的宇宙怎樣才能變得更加適合人類生存?雖然完備的答案是不會有的,然而探索者卻注定要永遠為之焦心和求索。
一.生命進化的歷程及方向
生命起源被認為是二十一世紀人類面對的十大科技難題之一,達爾文創立的進化論,雖然今天已被人們普遍認識,然而進化論卻并沒能回答出比如象每類物種最初是如何產生的這樣的問題。任何事物的發展由量變到質變,都有其深刻的哲學意義,在生命的進化歷程中,同樣體現著這種內涵。這一點在中國傳統哲學思想中早已給出了答案,就是“無中生有”。用老子的話表達自然界進化的歷程,即“道生一,一生二,二生三,三生萬物”。生物在自然界的進化是以化學反應到單細胞的形成開始的。自然界被認為是原始大氣加紫外線加閃電火花生成構成生命的基本物質氨基酸等,這一點1953年已被芝加哥大學尤里米勒實驗證明。單細胞的產生,用老子的話,即“道生一”。從單細胞生物進化為多細胞聯體,生物體為孢子繁殖、分裂繁殖,相似于“一生二”階段。從聯體到細胞分工,生物體進化到雌雄異體的有性繁殖,相似于“二生三”階段。生物體在細胞分工到逐步形成器官雛形基礎上進化為正式器官,動物體的構造發生了重大的進化,其生理構成產生了更為重大的飛躍。這一時期動物尚存至今的種類最多,相似于“三生萬物”階段。
以生理與功能的完善到智能時期,這時期的生物,由低級向高級進化。是從原始有頭類、脊索動物,經魚類、兩棲類、爬行類、哺乳類等層次進而進化為人類的過程。從古生物學來看,每一類生物在地球上從產生到自然滅絕要有一億到一億五千萬年之久,而人類祖先在地球上的出現至今才兩百五十萬年。從生物形態,內臟結構,功能來看,每進化高一層次,都相應有明顯的變化。最重要的表現是有新的器官或組織產生。首先,從魚類進化為兩棲類,兩鰭轉化為四只小腿。增加了脾、胃等器官,可以長時間離開水生活。兩棲類進化為爬行類,頭和身軀有明顯的區分,由可轉動的頸部相連,四只小腿進一步發展變長。增加了肺、大腸等器官,轉為陸上生活,有較快的爬行速度。爬行類進化為哺乳類,除從卵生轉為胎生并哺乳喂養外,四只小腿爬行轉為四只腿支撐軀體完全離開地面。增加了腎、膀胱等器官,有較快的速度和較高的靈活性,出現了跑、跳、撲等功能。但從哺乳類進化為人類,除直立行走、思維與用手勞動等一些進化外,關鍵是還未演生出新的腑臟器官,在速度和靈活性等功能上,還處在哺乳動物之下。既然作為進化演生的新一類物種,應在各方面遠勝于前一代才對。
在考查動物的進化史中,我們也許會得出這樣的結論:人類應該產生出新的器官,使自身的功能產生質的飛躍,才能稱之為成熟的人類,才算“真正的人”,即道家所謂的“真人”。然而萬物之靈的人類,宇宙完成的體形結構是如此完美和協調,不可能再出現類似其他種群進化中所產生的普通意義上的有形器官,那究竟應該是怎么樣的結構呢?很值得我們去深入地研究和探討。
二.中華龍之謎及生命起源的新設想
自然界生命的進化反映著宇宙的演化過程,同樣天文學家觀察到宇宙是處于不停的運動之中的。今天,大部分的宇宙學家認為,宇宙大約是在100億年之前,經過一次極為激烈的后逐漸形成的。今天的宇宙是由曾經歷遙遠的過去和走向無限的未來中,在反復進行誕生與老化的過程中形成的。雖然新的宇宙是由已消亡的宇宙剩下之混沌元素所構成,但是新的宇宙無論在質量和能量方面都比舊的宇宙要優良,是屬于更為凈化的宇宙。每次經過改良的宇宙,更適合于更進化的類群。地球的演化及各類生物種群的進化正反映了這樣的情況。在已有的生物知識中,我們可以明顯地看出每類生物都可以在其他種群中發現相似的部分,相差的級別越近,這種相似的影子便越清晰。觀察一下脊椎動物的胚胎發育,他們初成形的一周,你簡直難以分清那一個胚胎是魚,那一個胚胎是人。人類的胎兒在母體中經歷了整個自然界生命幾十億年的進化歷程,這已成為人們的基本認識。生命的產生本身就是一個奇跡,如果用數學概率去計算的話,宇宙間產生生命的比率幾乎是零,然而這種幾乎不可能的事卻在地球上發生了。如此豐富多彩的生命現象,令人迷惑的是,他們最初是如何形成的。達爾文創立了進化學說,卻無力回答,最后一個(能變成人的)猴子是怎樣變成第一個人的。如果我們相信,宇宙在不斷的消亡與誕生中更為優良的話,地球上新生命的誕生亦正是如此。東方的圣賢已給出了答案,這便是“無中生有”的含義。這里的“無”,概念上并非是一無所有,而是所有有形物體的基礎,是一切生命的源泉。現代的柯萊因照相技術已科學地驗證,樹葉在萌芽時就已形成了它在虛境中的成熟構形,這正是中華傳統哲學中“無中生有”的深刻含義。中國古代把這種構形現象稱作“擰保它表示生命力或賦予宇宙以生機的活力。作為中醫基礎的經絡,就是人體內氣的通道,人體中這種無形的經絡的存在,是不爭的事實。攀且恢窒”〉摹⑽薹ㄖ苯癰兄的物質形式,它存在于空間的每一處,并且可以凝聚成有形的物體。新儒學家張載說:“啪墼蚶朊韉檬┒有形,挪瘓墼蚶朊韃壞檬┒無形。方其聚也,安得不謂之客?方其散也,安得邃謂之無?”我們翻開《圣經》就會發現,在《創世紀》中用神話的形式寫著:“耶和華神用地上的塵土造人,將生氣吹進他的鼻孔里,他就成了有靈的活人。”這里“生氣”的含義即與“無”相同。印度古經典《唱贊奧義書》中亦有相似的說法:“太初唯是‘非有’,由‘非有’而‘有’生焉”。人類的產生是宇宙的驕傲,關于起源,現在我們可以這樣大膽地設想:混沌狀態的宇宙,在漫長的演化中,氣聚則成形為濁為陰,氣散則成無形為清為陽,用中醫經典〈皇帝內經〉的話,即陽化氣,陰成形。形成了有形的眾多星體與無限的空間。幸運的地球在誕生的過程中,伴隨著大量的水生成[天文學家最新發現,地球上的水,一部分可能來自宇宙空間]。水是生命的搖籃,由于地球的自轉與地磁場的作用,在它的周圍空間,不斷產生著構成基本生命物質的虛境構形――正象樹葉萌芽前的虛境構形一樣,經過漫長的演變,“氣聚而有形”,產生構成生命的基本物質。不論植物、動物都經歷了由低級到高級的進化發展。而每一類新生命的誕生,首先是在虛境中完成其更進化的最優良的組合構形。在宇宙、自然漫長的演化過程中,幸運的人類虛境構形產生了,它自然集中了當時已有生物中最優秀的部分。中華民族自稱是龍的傳人,而龍又被描繪成具有多種動物最優秀部分的組合。起初,這個形象是變化的,直到漢代以后才固定下來,演變成了今天這種以馬頭、鹿角、蛇身、鷹爪、魚尾等組合成的具體形象。無論西方人心中的上帝,還是中國人的圣物――龍、麒麟等,盡管形象千變萬化,如果我們拋開一直探尋它們具體形象的迷局,就會發現它們只有形式上的差別,沒有本質上的不同。有經驗的歷史研究者知道,神話與傳說常常是詩話了的歷史。是不是我們可以這樣設想,生命的起源不正是這樣一個“無中生有”的過程嗎?
三.十二生肖之謎
人體被認為是包涵在宇宙這個超巨系統中的開放復雜巨系統〈錢學森語〉。只要生命存在,它就在不斷發射和吸收與自身相吻合的能量信息。人體作為開放之巨系統,除了繼承父系和母系這兩大基本遺傳信息外,還直接接收宇宙間大量的信息。人體的這種狀態保持一生,并在出生時為最大。這種現象在神話和民間傳說中,被描繪成孕婦在臨產時等待神靈或星宿降世投胎后,嬰兒才會出世。在民間至今人們相信“逢生“的現象。嬰兒在離開母體的同時,也失去了作為保護與篩選信息屏障的母體。出生后,在突然呈開放的狀態下,會大量接收新的能量信息,嬰兒的一些習性會與最初接觸的非家族成員的習性有許多相似點。正象民間所說:“生的不像看的像”。這是因為嬰兒本體完全具有與自己有血緣關系人群的信息,故而會大量接收另一族系的新的能量信息。
由于人類的進化經歷了整個自然界生命的進化歷程,生命的誕生又是宇宙演化的結果。故而,人類有著相當寬的頻譜帶,能廣泛吸收各種能量信息。它包括了無生命的自然與天體的信息,及有生命的動植物信息。這些信息能量籍由地球的自轉,及磁場的螺旋狀運動,形成了環繞地球旋轉的信息海洋。一切生命的誕生,由于自身所保持的開放狀態,都會被這無所不在的場所影響。所謂“龍生九子,其性不一”,說明人的誕生并沒有因遺傳的因素,使同胞兄弟姊妹具有完全一樣的性格和智慧。正因為如此,才使得大自然如此豐富多彩,人類和整個自然界才能不斷進化、繁榮和發展。
篇6
關鍵詞 生物進化 活動教學 教學設計
中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B
1 教材分析
“生物進化的歷程”是魯科版《生物》八年級下冊第八單元“生物圈中生命的延續和發展”的第二節。是在探索生命的起源以后,繼續探索生物進化的證據、歷程。本節內容對于培養學生形成進化的基本觀點和比較、歸納、推測等科學研究方法的學習和學科素養的形成上具有重要意義。本節課重點包括“生物進化的主要證據”“科學方法――比較法”“生物進化的歷程”等。教學中,教師需要拓展內容的信息量大、知識點多,還涉及到學過的各種動植物分類知識。如何把本節抽象的知識變得生動有趣,讓學生積極主動地投入課堂中,如何既能落實好課堂“雙基”,又能夠培養學科核心素養呢?筆者在教學中采用活動教學法,通過設計多種教學活動以激發學生的求知欲,讓學生在活動中高效掌握知識。
2 教學目標
2.1 知識目標
舉例說出生物進化的主要證據――化石;概述生物進化的主要歷程。
2.2 能力目標
通過觀察、比較和分析法,培養分析、解決問題的能力;通過“拼圖”游戲,鍛煉小組合作和探究能力。
2.3 情感、態度與價值觀目標
通過對科學價值的認識,激發探索古生物學的興趣;通過進化樹的學習,進一步認同生物進化的觀點。
3 教學重點、難點
生物進化的各種證據;掌握科學方法比較法的應用,訓練邏輯思維能力。
4 教具準備
“生物進化的歷程”科教視頻、“三葉蟲”和“魚類”化石標本各12套、地層自制教具模型12套、古生物化石圖片和空白地層圖各12份、“生物進化樹”貼圖12套、孔子鳥復原圖和爬行動物、現代鳥類相關知識小資料12份。
5 教學過程
5.1 視頻激趣,導入新課
師:原始的生命在地球上誕生以后,大約經歷35億年的漫長時間才發展成為現在多姿多彩的生物界?原始的生命是如何進化發展的呢?在現實中能找到哪些證據呢?
教師播放科普類視頻“生命進化的歷程”,進而引導進入本節課――生物進化的歷程。
教師用精彩、震撼的視頻導入,激發學生的求知欲、探究欲望和學習熱情。
5.2 設問導學,尋找證據
學生閱讀教材,根據課件展示的教學目標進行自主學習,完成導學案自學反饋部分:① 什么是化石?化石在地層中有何分布規律?② 孔子鳥與爬行動物及現代鳥類在身體結構上有哪些相似點?③ 5種哺乳動物的前肢在骨的組成和排列上非常相似能說明什么?為何在形態和功能上又出現了差異?
學生在充分自學的基礎上,能夠獨立完成部分導學案中的內容,但是對部分抽象知識點還存在很多疑惑。自學過程中,學生對整節知識有了大致的了解,同時對于個人有疑問的地方也埋下伏筆,激發學生進一步探究意識。
5.3 生成反饋,發現線索
小組成員交流后,由小組代表展示答案:化石是古生物在地層中的遺體、遺物或者遺跡。
教師追問:化石存在哪里?從而引導出地層的概念和形成過程。教師展示地層相關圖片,進一步啟發學生思考:地層的形成有何規律?
活動1:演示地層形成過程。小組交流并利用自制教具演示地層形成的過程。小組展示,教師再引導評價。
學生通過簡單的教具演示活動,輕松突破抽象的知識,并得出結論:越古老的地層越分布在地底層,越年輕的地層越靠近表層。而化石正是隨著巖石等沉積物形成于相應地質年代的地層中。最后,教師再引導學生根據地層中脊椎動物化石的分布圖找出分布規律,進而推測出脊椎動物的進化順序:古代魚類古代兩棲類古代爬行類古代哺乳類。
活動2:模擬考古――幫化石找“家”。教師發放古生物化石圖片,學生扮演考古學家,小組交流各化石的特征并推測他們在地層中的順序,并粘貼在相應的地層中。學生以“科考匯報”的形式進行展示匯報。
以上兩個教學活動,一個讓學生生成“地層”的概念,體驗“地層”形成的過程;另一個讓學生根據化石的特征推測它們位于哪個地層,再通過對地層中化石分布的順序,進一步引導學生得出脊椎動物的大致進化順序。
活動3:資料分析,縱向比^。小組發放閱讀資料,教師引導學生比較孔子鳥、遠古爬行類和鳥類,回答問題:通過比較,孔子鳥化石為鳥類的起源提供了哪些線索呢?學生討論思考得出:孔子鳥是古代爬行動物向古代鳥類進化的中間過渡類型。現代鳥類是由古代爬行動物中的一支進化來。
這個小活動既能解決學生對于鳥類起源的疑惑,又進一步完善了脊柱動物的進化歷程;同時也鍛煉了學生觀察、比較和邏輯推斷能力,激發了學生學有所獲的成就感。
活動4:圖片觀察,橫向比較。學生觀察5種哺乳類動物上肢(圖2),思考:它們為何形態不一,但在骨的排列和組成卻如此相似?教師引導學生思考并推測:哺乳類動物具有著共同的原始祖先。在進化過程中,這些動物適應了不同的生活環境,這些同源器官逐漸出現了形態和功能上的改變。
活動5:列表比較、判斷生物間親緣關系遠近。教師出示表1,引導學生分析人類與其他生物細胞色素C在氨基酸排列順序的差異,并找出規律。學生交流展示,教師引導:和人類親緣關系越近的生物,它們細胞色素c和人類的差別越小。反之,親緣關系越遠,細胞色素c和人類差別越大。
活動6:“考考你――幫動物找‘親戚’”。教師設置情景:科學家在一個與外界隔絕的山谷中發現一種未知的神秘動物。為了確定它的進化位置,科學家比較了這種動物與幾種不同的生物的核酸序列。學生分析、比較表格中的數據后得出答案。
活動4和活動5分別運用圖片和表格進一步豐富了生物進化的其他證據。活動4用哺乳類動物的上肢骨進行比較分析,引導出核心概念――同源器官,進而推斷出:哺乳類擁有共同祖先。活動5則通過表格引導學生分析、比較數據,從而引導學生學會判斷生物間親緣關系的遠近。活動6通過情景設置,鍛煉學生分析、比較技能和實際應用能力。
5.4 小結線索,生成方法
教師帶領學生梳理以上獲得的種種線索:通過地層中化石的縱向比較,推測出脊椎動物的進化過程:古代魚類古代兩棲類古代爬行類古代鳥類和哺乳類。通過對哺乳類動物解剖生理學的橫向比較,推測出哺乳類動物具有共同祖先,同時適應不同的環境,也發生著不同的進化。通過不同生物在大分子蛋白或者核酸的分子生物學上的比較,推測出生物之間親緣關系的遠近和進化位置。
在這些過程中,學生也獲得了科學方法――比較法的學習。利用比較法,可以把握事物之間的內在聯系,認識事物的本質。
通過以上種種證據線索和比較法的運用,教師結合學生學過的動植物類群的特征,啟發學生推測生物進化的大體歷程。
5.5 合作交流,推測歷程
“貼圖競賽”活動(圖3):活動前,教師對各小組提前作出要求:① 將各種生物類群的名字剪下來,由組長組織組員討論,并嘗試結合各種生物的特點,按照它們的進化順序粘在“進化樹”上。② 仔細閱讀、討論進化樹,小組復述動物、植物的主要進化歷程。③ 進一步討論,歸納出生物進化總體趨勢。
活動中,教師參與小組討論,引導、點撥、激勵小組進行充分思考,選擇優秀小組代表進行投影展示,并扮演“小小解說家”進行講解,再由其他同學進行補充、評價。
最后,教師匯總學生的推測成果:從形態結構分析生物進化趨勢由單細胞到多細胞;從生活環境分析生物進化趨勢由水生到陸生;從進化等級分析生物進化趨勢由低等到高等。
本h節中學生不僅僅回憶了各種動植物的特征,而且也鍛煉學會使用科學比較法,討論交流并歸納,推測出生物進化的歷程。此過程同時也鍛煉了學生的理性思維能力和科學探究能力。
5.6 知識梳理,構建網絡
學生暢談本節課的收獲,教師做出評價和總結:我們不僅獲得了很多進化相關的證據:化石證據、解剖生物學、分子生物學等;并通過科學研究方法――比較法的應用,再運用比較、歸納,最終推測出了生物進化的大致歷程和生物進化的大體趨勢。
情感教育:對待生物共同生活的環境的態度:生物要適應環境、更要保護環境;對待地球上有共同起源的生物:人類要尊重生命,與他們和諧共處!
5.7 板書設計(圖4)
5.8 堂清檢測,紅筆糾錯
學生完成部分精選習題,優秀學生充當“小老師”,批改小組其他同學習題。針對有疑問的題目,小組代表展示,教師評價、引導,并得出正確答案。
5.9 拓展延伸,技能訓練
教師播放恐龍滅絕的視頻資料,展示兩種滅絕的假說。學生從教材中列好的證據中,判斷哪些證據支持假說A或者假說B。教師評價并激發學生立志做一名科學探索者,為自己贊同的假說尋找更多證據,為古生物學研究,做出自己貢獻。
技能訓練不僅能夠讓學生學會區分“假說”和“事實”兩個概念,而且對于學生科學研究素養的形成具有很好的鍛煉作用。
6 教學反思
6.1 思路清晰,環環相扣
筆者采用“先學而后教,以學定教”的教學策略,在教學環節設計上環環相扣,包括“設問導學”“生成反饋”“合作交流”“知識梳理”“堂清檢測”“拓展延伸”等,環節中再加以“小組合作”“小結線索”等形式突破重難點。同時,筆者按照發現證據、分析證據、歸納推測的教學思路,引導學生作為“考古學家”“古生物研究專家”“未來的科學家”等不同角色參與多種教學活動,非常高效地完成本堂課的教學任務。
篇7
關鍵詞 文化哲學細胞分裂有性生殖
中國古老的文化哲學典籍《老子》中就有關于生命規律的論述,《老子》又名《道德經》、《德道經》,是講述關于天道和人道的玄妙至理。《道德經》第四十二章說:“道生一,一生二,二生三,三生萬物,萬物負陰而抱陽,沖氣以為和。”[1]講的是天道至理,可以看做是萬物生命演化繁衍的至理。
一、“道生一”的規律
何謂道?道在哲學上可看做是“無”和“規律”。宇宙間沒有出現的事物是“無”,但在這無中蘊含著“有”的規律。《易經》中說:“形而上者謂之道,形而下者謂之器。”形而上在哲學中指的是那些無形或未成形的東西,形而下指的是有形或已經成形的東西,道是形而上的無形的規律,器是形而下的有形的事物。
“一”是事物的最初形式,是“有”,但其發展并沒有固定的方向,只是在外界條件成熟下的一種“萌芽”,是一個開始。相當于《易經》中的“太極”,由無極而太極,是由無到有的過程。太極之理最為玄妙,最簡單的一個初始本源卻蘊含著整個宇宙蒼生的諸多規律。北宋哲學家邵雍說:“一者,數之始而非數也。”(《皇極經世書?觀物外篇上》)“一”并不是一個數字,而是數字的開始,萬物的開始。邵雍之子邵伯溫解釋“一”說:“天地萬物莫不以一為本,原于一而衍之為萬,窮天下之數復歸于一。一者何也?天地之心也,造化之原也。”(《宋元學案?百源學案》)最稚嫩、最單純、最簡單的一個雛形,卻擁有著巨大的能量,在生物中就相當于干細胞。
道生一的規律就可以看做是生命出現的最原始方式,當外界條件滿足于生命形成的條件后,這一規律便呈現出來,進而出現了原始的單細胞生物。地球之初,天地混沌,沒有生命。但隨著時間的推移,地球環境發生了變化,出現了符合生命形成的條件,特別是蛋白質形成之后,最原始的生命形成了,這就是一個從無到有的過程。不管是厭氧型細菌,還是單細胞生物,不管是陸上的還是水中的,所有的生命的遠祖都曾經歷了一次從無到有的過程。原始大氣中生命的最初原料,在太陽的紫外線、放射線、火山活動、隕石沖擊、雷電等自然能源的長期作用下,大氣中的甲烷、氨、二氧化碳、氫、水等生成了氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖等有機小分子。這些有機小分子是形成原始生命的基本粒子。經過長時間的演變,產生了生物大分子――蛋白質和核酸。然后隨著地球上自然條件的演變,生物大分子進一步演變成能進行自我復制、可以新陳代謝的原始生命。
生物化學家米勒模擬原始地球條件,把地球原始大氣的主要成分甲烷、氨、氫和水蒸氣混合并進行放電實驗,結果產生了氨基酸、脂肪酸、糖、尿素、嘌呤、嘧啶等簡單有機分子的生命物質。這是生命起源研究的一次重大突破,通過實驗證實地球生命起源的一個假說:在早期地球環境中,原始大氣中的無機物可以形成有機物,有機物可以發展為生物大分子。
后來,科學家們仿效米勒的模擬實驗,合成出大量與生命有關的有機分子。如嘌呤、嘧啶、核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸、脂肪酸等多種重要的生物大分子。越來越多的實驗證據支持化學進化論:地球上的生命是由非生命物質經過長期演化而來。
二、“一生二”的規律
《易經?系辭上》中說:“易有太極,是生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦。”[2]太極在這里就相當于“一”的位置,而《易經》中的這種成卦規律,是一種二分方法,符合萬事萬物“一生二”的規律。
“一”在這里是初始的意思,是一個獨立體,是一個最原始的生命,是萬物的開端,沒有數字意義。而“二”則是兩個互為對應的本體,兩者有著相對、相近、相同的特征,具備了數字的內涵。周敦頤《太極圖說》:“無極而太極,太極動而生陽,動極而靜,靜而生陰,靜極復動,一動一靜,互為其根,分陰分陽,兩儀立焉。”就是說由無到有,有后成性,性動而變陰陽,陰陽是萬事萬物相對的兩面,相互轉化,由一而生。邵雍說:太極一也,不動,生二,二則神也。“二”由“一”而生,一中蘊含著二,經過外在環境的變化,適時蛻變為二。張載在《正蒙?參兩》中說:“一物兩體,氣也;一故神,(自注:兩在故不測)兩故化,(自注:推行于一)此天之所以參也。”這里的“兩體”指陰陽兩個對立面,前一個“一”是一個物體,后一個“一”指對立面的統一;“神”指氣化運動的潛能,“兩”指對立面,“化”指陰陽相互作用引起的變化。“一故神”是說有對立面的統一,才有運動的性能;“兩在故不測”是說,由于統一體中存在著對立面,所以其運動的性能神秘莫測。“兩故化”是說有對立面才有運動變化的過程,其自注“推行于一”是說,對立面的相互作用存在于統一體中。所以,因二存在于一中,而生出二。這一哲學,在生物學中更是隨處可見。
首先,分裂生長。細胞學說的創立,打破了動植物之間的界限,植物和動物都擁有相同的基本組織結構細胞,而生命體的成長壯大也是因為細胞具有分裂功能,由一個細胞分裂成兩個,不斷重復的細胞分裂,使生命體不斷壯大,最后形成各式各樣不同功能和性狀的生命體征。細胞的分裂生長模式是一種最為典型的“一生二”的生長方式。
其次,分離再生。分離再生主要指一些動物和植物,生命體具有再生能力,即一部分從母體脫落后,母體與脫落體都能獨自繼續生長,最后成長為與母體一樣的體征。在動物界,低等動物有些是靠無性生殖來繁殖的,還有些動物雌雄共體,也具有很強的再生能力,如蚯蚓、水螅或渦蟲被橫切為兩段,可分別再生,成為兩個獨立個體。植物在繁殖中更鮮明地體現分離繁殖的特征,植物的枝條與母體分離后仍具有獨立生長的能力,如:分離繁殖、壓條繁殖、插桿繁殖、嫁接繁殖都可以看做是一種“一生二”的繁殖方式。
再次,分裂繁殖。指生物體在正常情況下,由生命本體分裂出來的個體,脫落于母體后形成的新生命。出芽生殖,酵母菌在母體的一個部位上長出芽體,芽體長大后從母體脫落,成為與母體一樣的新個體。孢子生殖,真菌和一些植物,產生無性生殖的細胞――孢子,在適宜的環境下,孢子萌發長出新個體。如:青霉、曲霉、衣藻、苔蘚。營養生殖,馬鈴薯的塊莖、草莓的匍匐莖等植物體的營養器官(根、莖、葉)的一部分,從母體脫落后,能夠發育成為一個新的個體。
三、“二生三”的規律
“二”是一個數詞,代表兩個,是增多的含義,在量上有一個增進;同時也是一個代詞,指相對的兩個或兩方面,兩者相互運動、沖撞、相交、矛盾,而這種運動之后,就產生了“三”。張載說:“兩體者,虛實也,動靜也,聚散也,清濁也,其究一而已。”任何事物都是“一”與“二”的矛盾統一體,對立和統一是不可分割的,統一體中具有對立面,對立面又存在統一體之中。“三”不是數量三的本意,其有兩層含義,第一是新生事物,由二而生成的不同于“一生二”的新個體。第二是多的意思,是萬事萬物的高級繁殖方式,含有發展的含義。如果說“一生二”是量變,那么“二生三”是質變。如果說“一生二”是無性生殖,那么“二生三”就是有性生殖。
“三”代表著一種新的子代,也代表著所有的各式各樣的子代。在“道生一,一生二,二生三,三生萬物,萬物負陰而抱陽,沖氣以為和”中,萬物附陰而抱陽,即闡釋“道生一,一生二”之理,任何一個事物或生命,都含有陰陽兩個方面,也能分化出陰和陽兩個個體。而“沖氣以為和”則是闡釋“二生三,三生萬物”的道理,二生三之理便是沖氣以為和,也就是陰陽相交,產生的平衡和發展。在生物學中可以理解為有性生殖,產生的子代就是“三”。
在動物界,高級動物幾乎都是通過有性生殖來繁衍后代的,通過雄性和雌性的合體,來達到受精,產生下一代。有性生殖是通過生殖細胞的結合而產生新生命的生殖方式。通常生物的生長過程中包括二倍體時期與單倍體時期的交替。二倍體細胞通過減數分裂來產生單倍體細胞,可稱為雌雄配子或卵細胞和;單倍體細胞通過受精形成新的二倍體細胞。
接合生殖是一種低級生物的有性生殖。多細胞生物及單細胞生物群體由特化的單倍體細胞“配子”進行融合生殖。細菌的接合生殖是兩個菌體通過暫時形成的原生質橋單向地轉移遺傳信息:供體(雄體)部分染色體可以轉移到受體(雌體)的細胞中并進行基因重組,這種連接是最原始的接合生殖。原生動物的接合生殖多見于纖毛蟲類,按接合子的形態又分為兩類:第一,同配接合,接合子的形態相同。接合時雙方暫時融合,小核在減數分裂后進行交換,相互受精后分開,如尾草履蟲。第二,異配接合,在進行接合生殖前,蟲體先有一次不均等分裂,分成大接合子和小接合子,大接合子固著,小接合子自由游泳,小接合子找到大接合子后就牢固地附著在上面并開始接合,小接合子被大接合子吸收。異配生殖有兩種類型:第一,生理異配生殖,參加結合的配子型不同,但形態上并無區別,相同型的配子間不發生結合,不同型的配子相互結合,如衣藻中的少數種類,這種異配生殖是最原始類型。第二,形態異配生殖,參加結合的配子大小和性表現不同。大的不活潑是雌配子,小的活潑是雄配子,有了性別在形態上的分化。在原生動物和單細胞植物等低級生物中,所有個體或營養細胞都可能直接轉變為配子或產生配子,而在高等動物中,生殖細胞是由動物的性腺生長產生的。另外還存在一種特殊生物的配子可不經融合而單獨發育為新個體,為單性生殖,如蜜蜂、螞蟻的雄性是未經受精的卵細胞長成的,屬于“一生二”的范疇了。
四、三生萬物
“三”除了表示不同于“二”的量變特征外,另一層含義是“多”。道生一,一生二,二生三的所有結果都屬于“三”的范疇。三是各類成熟的個體的總和,有這個“三”就可以產生萬事萬物了。三為簡約穩固之數,沖氣之后的狀態,如生活中的三角形、三足鼎等。同時“三”又是一個簡約變數,沖氣之后形成的新的初始,也就是三,含有運化萬物的道理,如生活中的口號:1、2、3開始。1和2是不動的,3則變動。“一”和“三”的區別是,“一”是一種抽象的萬物初始,“三”是一種具象的萬物綜合。“一動一靜,天地之妙歟?一動一靜之間,天地之至妙歟?一動一靜之間者,非動非靜,而主乎動靜,所謂太極也。”(《宋元學案?百源學案》)太極就是有極,就是“一”,這種動靜之間而產生的至妙之理,由“一”而主,歸于“三”終。“三生萬物”是玄而又玄,眾妙之門。尤其高級動物的生命演化,即便是現在仍能找到進化的痕跡。
萬物演化都屬于三生萬物的規律,其包羅萬象,復雜而神秘,現僅以幾種動物和人的生命從胚胎的形成過程為例,做一個管窺探討。胎兒的形成與其他動物的形成區別不大,不管是魚類、鳥類、爬行類,還是哺乳類,在胚胎形成發育過程中,都有相通之處,但有各自不同。18世紀晚期,歐洲政府和醫學界將健康和數量眾多的人口看做是一個社會井然有序、頗具競爭力的國度所必不可少的,于是,新建醫院會向未婚先孕的女性提供各方面的照顧。這些機構增加了解剖學家接觸胚胎和胎兒標本的機會,最終令他們制作出諸如此類的圖像。來自于赫克爾后來編寫的一本書,描寫了從魚到人的脊椎動物胚胎在三個發育階段的進程,用以說明人和動物胚胎的相似之處。
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參考文獻
[1] 邱進之.道法自然.成都:四川教育出版社,1996.
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近十年來,以導致腫瘤發生的基因產物作為靶分子而設計、篩選出的新的治療用藥物,稱之為靶分子藥物(Molecular Targeting Drugs),逐漸用于腫瘤的治療。從臨床應用的角度,應該說到了上世紀90年代末期才取得了實質性的進展,癌癥的基礎生物學研究現在已經被有效地應用到了臨床治療上。近年來在臨床治療方面取得的令人鼓舞人心的結果,為以病因機制為基礎的腫瘤治療帶來了曙光。這些靶分子藥物在臨床上的成功應用在癌癥的治療歷史上具有里程碑的意義。
鑒于癌癥的靶分子治療涉及到分子生物學,免疫學,藥物化學,生物化學等多學科的有機聯系,其內容龐雜,難以在此一一詳述,所以本文以近年來被美國FDA批準上市的新抗癌藥為主線,主要概述抗體或配體導向的靶向治療新進展。
一、抗癌藥物的研究概況
據估計,到2005年整個抗癌藥的市場總額將達到320億美元。盡管市場的需求很大,但是涉及法律和技術等諸多因素仍然影響著抗癌藥的進展。目前,在美國總共有90多個抗癌藥已被批準用于臨床,涵蓋了從1949年到2005年被批準的抗癌藥。在1991年有126個抗癌藥物在研發階段,而2001年有513個抗癌藥化合物處于開發階段。處于試驗階段的藥物中,有40%的化合物是針對新的靶點或機制;有70%的靶點是全新的抗癌藥物靶分子。在1996-2001年期間,被批準的抗癌藥中僅有9個新的靶分子用于抗癌藥的新靶點。在2003年,處于臨床Ⅲ期試驗的抗癌藥中,有15個新的靶分子被作為抗癌藥的新靶點。按照作用靶點和作用機制,上市的抗腫瘤藥主要針對下列靶分子:
1、以細胞表面分子為靶分子的配體靶向治療(Ligand-Targeted Therapeutics in Anticancer Therapy, LTTs)
2、 針對信號傳導分子而設計的抗癌藥
3、 轉錄因子(Transcription factor)作為抗癌藥的靶分子
4、 以抗炎癥為機制的抗腫瘤藥(Anti-cancer therapeutics based on anti-inflammatory)
5、 以抗血管增生為機制的抗腫瘤藥(anti-tumor therapeutics based on anti-agiogenesis)
6、 以細胞骨架蛋白為靶點的抗腫瘤藥物
7、 以DNA拓撲酶(Topoisomerase)為靶點的抗腫瘤藥
8、 其它,如基因外療法藥物等,隨著研究的進展,將有新的作用靶點的抗癌藥用于臨床治療。
鑒于篇幅的限制,本文主要概述抗體或配體導向的腫瘤靶向治療新進展。
二、抗體或配體導向的腫瘤靶向治療新進展
腫瘤細胞起源于不同的組織類型,所以和正常組織在許多方面難以區分。理想的抗腫瘤藥物應當特異地殺傷腫瘤細胞而對正常組織細胞的毒性很低。許多細胞表面受體或分子選擇性地高表達在某些特定組織類型的癌細胞表面。有些受體與相應的自然配體結合后,其受體被激活并啟動一系列與癌細胞增殖有關的信號傳導反應。針對此類分子,一方面可應用針對自然配體的抗體來中和自然配體并阻斷其與受體的結合,另一方面也可用受體的抗體阻斷其與自然配體的結合,從而有效抑制癌細胞的增值。這些針對表面受體或自然配體的抗體統稱為導向配體。有些導向配體也可選用重組蛋白,其氨基酸序列和自然配體相似但不能激活其表面受體或激活后其信號傳導反應和癌細胞的增殖無關。我們可以在此類導向配體上標記有腫瘤殺傷作用的同位素或免疫毒素等,或者把表達免疫毒素的基因和配體重組蛋白的基因連接產生一個包含有能和受體結合的配體序列和免疫毒素蛋白序列的重組蛋白,從而特異的殺傷癌細胞。除此之外,有些細胞表面分子并沒有相應的自然配體但和特定的腫瘤組織類型相關,如癌細胞表面相關抗原或血液/淋巴系統癌細胞表面的CD分子等,我們可應用標記有同位素或免疫毒素的相應抗體,從而選擇性的殺傷腫瘤細胞。
配體導向(LTTs)策略有很多,包括放射免疫療法(Radioimmunotherapy)、免疫毒素療法(Immunotoxic)、免疫結合法(Immunoconjugates)、和免疫多聚體(Immunopolymers)等,本文在此不對其策略進行一一描述。選用的導向配體仍然以抗體為主,包括單克隆抗體,雙抗 (2個Fab各針對一個特異的抗原),人-鼠嵌合抗體(Chemeric mAb),人源化抗體等等。后兩種抗體的Fc段用人抗體的Fc段取代鼠抗體的Fc段,可以極大的降低針對鼠抗Fc段的免疫反應。在FDA批準的以配體導向(LTTs)為策略的抗癌藥物中,目前有針對CD20的同位素標記的兩個抗體藥物,一個針對CD33和免疫毒素結合的抗體藥物,一個含有白介素-2(IL-2)序列和白喉毒素序列的重組蛋白,和五個沒有任何標記的人-鼠嵌合抗體(Chemeric mAb)即抗- CD20,抗-CD52,抗-VEGF, 抗-EGFR1和抗-Her2抗體。其中抗-VEGF, 抗-EGFR1和抗-Her2抗體將在后面的小節中敘述(見表1)。
表1:針對8個靶分子的9個配體導向藥物被批準用于腫瘤的治療
1、抗CD20抗體: CD20是一個人B細胞分化抗原(B-lymphocyte-restricted differentiationantigen, Bp35)。CD20表達在未成熟與成熟的B淋巴細胞(pre-B and mature B lymphocytes)表面,但不表達在造血干細胞、正常漿細胞、pro-B 細胞和其他正常組織上。90% 多的B細胞非何杰金氏淋巴瘤(Non-Hodgkin’s Lymphoma, NHL)表達CD20, 所以與非何杰金氏淋巴瘤和其它B細胞分化性疾病(B-cell Lymphoproliferative diseases)密切相關。
2、抗CD33抗體:CD33抗原是一種唾液酸依賴的黏附蛋白,在80%的急性白血病(acute myeloid leukemia, AML)病人的leukemic blasts上表達。CD33也表達在正常的和惡變的骨髓集落形成細胞(myeloid colony-forming cells),但不表達在多能干造血干細胞和非造血干細胞上。
和免疫毒素calicheamicin結合的抗CD33抗體(Gemtuzumab Ozogamicin,商標名,Mylotarg)由Wyeth-Ayerst公司研制,于2000年5月由FDA批準上市。 Mylotarg的抗體部分在細胞表面和CD33形成復合物,內在化以后在溶酶體內釋放calicheamicin。釋放的calicheamicin可結合到雙螺旋DNA的淺凹槽(minor groove),從而導致DNA的雙連斷裂和巴細胞死亡。Mylotarg 被批準用于60歲以上的且CD33陽性的急性白血病(AML)患者或不適于其它細胞毒藥物的同類病人。
3、抗CD52抗體: CD52 廣泛的表達在T、B淋巴細胞表面,也在大多數單核細胞、巨噬細胞和NK細胞表面表達,但沒有發現在紅細胞和造血干細胞表面表達。
4、白介素-2(IL-2)和白喉毒素的重組蛋白(通用名Denileukin diftitox, 商品名Ontak):重組蛋白含有白喉毒素387個氨基酸和白介素-2(IL-2)133個氨基酸。重組蛋白在大腸桿菌中表達,其分子量為58 kD。白介素-2(IL-2)能結合到白介素-2受體,使得Ontak中的白喉毒素部分特異的殺死表達白介素-2受體的細胞。Ontak由Seragren,Inc公司研制,于1999年2月被FDA批準用于Cutaneous T-cell Lymphoma(皮膚性T-細胞淋巴瘤)的治療。皮膚性T-細胞淋巴瘤是一種罕見的腫瘤,它不但影響白細胞也導致皮膚的損害。
5、以表皮生長因子受體(EGFR)為靶分子的單克隆抗體
A. Erbitnx: 是針對EGFR1的人源化單抗,由Imclone Systems公司研制,于2004年2月由FDA批準用于EGFR-表達的、發生轉移的結腸癌,特別是對Irinotecan產生抗藥性的結腸癌。
篇9
世界微循環研究領域的前緣正在向前推進,其范圍也以加速度向外擴展,成為現代科學揭示生命系統分子水平奧秘的尖端學科,是基礎與應用的生物醫學科學中不可缺少的一部分。使這一特殊領域得以進一步輝煌的重要因素之一是來自基礎與臨床的研究者在自己的研究實踐中認識到了微循環的重要性并正在積極投身其中,利用分子生物學、細胞生物學、化學、物理和工程學的大量工具和分析手段,由此入手而開始解開在過去被認為非常復雜的難題。微循環信息獨特而豐富,它是任何動物活體組織不可缺少的組成部分,并且是活體細胞與外部環境之間獨特的物質交流途徑。
世界微循環領域的起源可以追溯至幾百年前。Malpighi和Leuwenhock用簡易的顯微鏡進行觀察,第一次描述了血液在相對纖細的毛細管中川流不息的情景。這些顯微鏡下看到的血管一開始被形容為類似一種田間灌溉的渠道。事實上,很長一段時間里科學家們還不能肯定它們是血管還是組織間隙。這些具有獨立功能呈樹枝狀分布的血管,其周圍的分枝當時僅被認為是微血管對局部損傷或發炎作出反應時的產物。
兩種方法學的進展促進了對微循環血流動力學的了解。本世紀70和80年代應用電子顯微鏡使人們清晰地觀察到這些小血管壁中的細胞(內皮細胞、平滑肌細胞、周細胞)內構造和它們的細胞器。近一段時期,細胞培養技術和特殊的免疫學探針的發展為揭示生物化學和生物物理學與多細胞組織的關系及對生命結構的選擇性自我改建開辟了廣闊前景。人體活體顯微鏡及計算機圖像檢測分析系列用最有力的證據證明了末梢血管床在大多數疾病及衰老過程中起著原動或從動的作用。
本世紀50年代首次統一了該領域使用的名詞——微循環(microcirculation)。早在1880年,Claude Bernard已經認識到對于多細胞組織的生理組成,其本質的也是首要的問題是保持穩定的內環境。在這內環境中實質細胞得以完成它們的功能性活動,Walter B.Cannon在《人的智慧》一書中涉及到了一個最基本的問題,即神經系統的自主性,并提出了“內環境穩定”(homeostasis)一詞,強調保護組織完整和內平衡的絕對必要性。顯然,末梢血管床是完成這一重要功能的基本園地。某些類型的局部反饋是必需的,它不僅能保障穩定的組織環境,而且是在人體代謝活動中重新調整血液、組織液的機理之所在。
有關血液與組織間液體交換的定性概念首先是由Ludwin于1861年提出,后來又經Starling進行了詳細說明。那時,末梢血管床的行為引起病理學家們的興趣,有關組織中血液控制的細節與選擇性分配大多是推理性的。直到20世紀二三十年代August Krough所做的經典性貢獻才將人們的注意力集中到組織灌注上來。
被應用相關的基礎學科,如工程學、物理學和化學的原理和工具進行研究之后,微血管研究的方向和重點有過多次改變。然而,在能夠進行動態測量微血管行為之前,只能根據疾病的早期現象和這些學科發生表面的相互聯系。
毛細血管(capillary)一詞由原意為頭狀的拉丁詞capilla衍生而來,一開始用來表示所有口徑特別細小的血管,這些構成毛細血管網狀組織的狹窄通道樣排列看上去類似一系列灌溉渠道,靠動脈端血流閘門的閉合使之充滿血流。
電子顯微鏡的出現帶來了許多傳統顯微鏡無法得到的高分辨率信息,但它們對微血液動力學研究的意義仍然有限。近幾年分子生物學發展的選擇性免疫學探針和體外培養技術成為揭示微血管系統中細胞組織功能性活動的極好工具,今天我們綜合來自不同基本學科的豐富信息,將結構與功能結合起來,就能把它們組織成一幅栩栩如生的、美麗的畫卷。
心血管系統的末端微血管在顯微鏡下可描述為互不關聯的有機單元,網絡是各種組織所需營養的送達地點,是抵御外來不良作用的重要陣地,是保持體內溫度的關鍵自然因子。它也緊密包含在受創傷組織的再生或重組中,它既是腦、肝、脾、腎和各類腺體處理各自特殊物質的環境,也是循環系統的重要組成部分,通過與局部控制的對抗以達到中心控制的平衡。最后,它還能適應并改建末梢毛細血管的自然結構,體現了人及動物集體應激非常條件和抵御衰老及疾病挑戰的巨大潛在功能。
如果拿研究者60或70年前 討論的問題與現狀作個對比,不僅我們今天仍面臨同樣的課題,而且許多早先拋棄的概念仍具有挑戰性。
本世紀早些時期,科學家們的思路受August Krogh所做工作的支配。這位丹麥生理學家因他在該領域的創先性研究而獲諾貝爾獎。他的研究著重認識到局部控制的重要性,并把他的概念建立在對組織供氧能力的調節需要上。他針對骨骼肌建立的Krogh柱面模型以毛細血管空間排列為基礎,使交換物質從血液向實質組織細胞擴散時呈最佳變化梯度。Krogh闡述的操作機理,在穩態條件下機體能自動地有選擇性地減少開放的毛細血管數量,而在肌肉運作時根據需要增加開放的毛細血管。
之后,法國胚胎學家Charles Rouget提出,毛細血管網絡可以被認為是血管系統中尚未完全成熟的一部分,在生命期間有進一步完善的潛力,通過電子顯微鏡掃描已經證實在大多數毛細血管基底膜中有多分支的周細胞存在,這種細胞可使毛細血管內腔變形。
Rouget的研究和推論建立了使微循環結構得到進一步發展的基本概念,并對大量衰老過程和血管生成的研究產生了影響。目前的研究已經表明微循環網絡不單純以靜態的結構存在,而且能為保持血管-組織的內環境穩定而做一連串的隨機改建,以應激可能出現的破壞性變化的一種極具獨特活力的器官單位。美國那句古老的諺語“你和你的動脈一樣老”也許應改為“你和你的微循環一樣老”。
活體顯微鏡方法學的不斷更新使科學家們能夠觀察到越來越多的哺乳動物的活體組織,并發現當骨骼肌增大工作負荷時,充滿血液流動的毛細血管數量確實增加了近10倍,從而進一步證實了Krough的推理。
綜上所述,過去的研究已經證明,微循環的主要功能之一是能夠為適應組織中實質細胞代謝活動的增加而增加血流量,這種調節意味著存在一些反饋活動來控制那些在兩種可能性連續影響下的血管,最接近末梢血管床的輸入枝血管,其功能意義介乎大循環(系統循環)與微循環(局部循環)之間。這兒要強調的一點是這一區域的動脈枝連續地受到系統和局部控制機制的影響。與大循環有關的調節作用受神經系統支配,以保持中心血壓,而對于微循環系統則通過控制組織灌注來滿足代謝活動的需要。雖然兩種方式的作用匯于一身,其作用方向卻不盡相同,甚至在疾病狀態下是相互沖突的。
微循環系指大循環中的游離血管進入每一器官之后的循環部分。它由微動脈、前毛細血管、真毛細血管網、后毛細血管及微靜脈組成。在微動脈壁上有較密布的平滑肌細胞,在前、后毛細血管中,平滑肌分布稀疏,呈束狀,環抱著它們,又稱前、后毛細血管括約肌,起閘門作用,在真毛細血管壁中卻沒有平滑肌細胞,其管壁僅由一層內皮細胞構筑。微血管平滑肌的基本特性之一是這些細胞保持在部分緊張或松弛狀態,這種被部分激發的狀態可比喻成是肌肉的緊張度。這是一種變化著的動力,不僅決定著血流的導通或阻隔,而且決定著對其他物理化學刺激的反應強度。神經系統強加于供給動脈的緊張性是為了將系統血壓保持在一定范圍。另外,來自局部環境的因素直接作用于更末梢的小血管,或增強或減弱平滑肌細胞的反應狀態,這種一分為二的作用對調節效應細胞反應狀態的部分性介入甚至可以壓倒中樞刺激。
血液運載物質與組織間隙的物質交換假設是一種被動過程,其中微血管壁內皮屏障的作用像一個濾過器,使選擇性的交換物質通過假設的眾多的“孔”或水性通道。這種功能反映內皮細胞與其他細胞肯定有重要不同,或者存在其他特殊的結構。
對隔開組織間隙與血流的屏障進行詳細的超微結構分析,揭示出幾種自然通道的存在,應該加以區別對待。形成稱為內皮膜的內皮細胞鑲嵌體,排列在由一層糖蛋白組成的內表面和由一層無定形的基底膜組成的外表面中,盡管已經進一步論證存在一些自然通道使物質穿過內皮細胞移動,內皮交換的復雜性仍在隨著人們的目光變敏銳而增加。 轉貼于
早期對上皮膜可透性的大體研究提出了物質從這些細胞鄰近的表面之間敏捷地移動穿過多細胞屏障的可能性。最近幾年通過電子顯微鏡觀察發現,表面上溶在一起的鄰近的內皮細胞之間保持著50~100埃區域的間隔,足夠保證物質分子的傳遞。
內皮細胞的狀態是關鍵因素。毛細血管內層和基底膜被內皮細胞結合起來,相鄰內皮細胞之間的接觸或緊或松,很大程度上由這些細胞的調節來規定。有充分證據證明局部區域因素能以一種指定方式影響細胞間關系,并以此改變內皮傳輸屏障的交換,這種反饋承擔著對機體受到嚴重干擾時的局部適應任務。
最近對保持鄰近細胞表面胞間制約作用力的研究表明,這一特征可通過決定細胞形狀的F-肌纖蛋白的內部細胞骨架的動因來改變。這一外觀與交換之間的相關性是由20年代Landis提出的,他研究了穿過單支毛細血管的液體移動,首次對血管壁液體通透性進行了定量估算,并證實了Starling在1890年提出的關于在膠體滲透壓與靜水壓之間保持著一種平衡的假說。后來的研究者們則采用更精巧的途徑包括對整個附加物的連續稱重來測量液體的得與失,以及藉此了解流體靜水壓與膠體滲透壓的相互作用。
通過電子顯微鏡得到的數據還揭示,大量內皮小泡是物質傳遞潛在的交通工具,并已有研究證明經這一結構類型可完成大分子移動。然而,大量胞質交通工具的分布使一些研究者提出這些90埃的鏈泡能排列成一個相當大的毛孔系統,對其傳遞的動態過程正在研究中。
沿著微循環發展史,我們把注意力轉向人體。大多數從動物實驗得到的信息能用于探索人體的問題。與動物相比,人體微循環測量的障礙之一是能作為詳細研究的部位有限。
活體微循環顯微鏡作為研究人體微循環動態變化的實用工具在國外開始于30年代。皮膚、眼球結膜、手指的甲皺區域較薄且相對較透明是特別適合的觀察位置。在這些部位可以長時間觀察和記錄大量的真毛細血管回路和血流狀態。但在早期、微循環作為臨床工具的主要不利之處是受到技術上的限制,其各指標在本質上只是描述性的。David是這一研究的先驅,他最先描述了高血壓患者甲皺微循環的變化特征。
我國最早的微循環研究開始于臨床,陸道培等于1961年首次報道了應用毛細血管鏡對40例正常人及20例再生障礙性貧血患者甲皺微循環的研究,描述了毛細血管襻的輪廓、長短、密疏及形狀。陳文杰等1962年在對再生障礙性貧血出血機制的研究中,除對甲皺毛細血管襻進行了形態的描述外,還對其機能(脆性、通透性)進行了檢測。1964年,李志山,陳文杰首次系統地介紹了甲皺皮膚微循環的檢查方法,同時介紹了13項檢查指標及其相對正常值。13項指標是: ① 管襻一般外觀;② 管襻數目;③ 管襻長度;④ 管襻畸型;⑤ 管襻直徑;⑥ 襻頂寬度;⑦ 管襻周圍滲出點;⑧ 毛細血管壓及指側小動脈壓;⑨ 管襻內血流速度;⑩血流狀態;管襻對針刺的反應;對束臂刺激反應;二次出血檢查。以上工作為我國臨床微循環的研究起了奠基作用。
1965年,在祝壽河、華光與閻田玉領導的搶救流腦患兒的合作項目中,修瑞娟應用甲皺微循環研究方法日夜連續檢測了58例流行性腦脊髓膜炎患兒的甲皺微循環各指標的動態變化,自患兒入院追蹤至患兒痊愈或死亡,同時由陳祥銀等測定這些患兒體內生物胺的變化。發現患兒甲皺微循環的變化與生物胺的變化密切相關,還發現不同臨床類型(普通型、腦型、皮膚型、肺型)患兒的甲皺微循環表現及變化也不同。該研究首次在世界上發現了微循環自律運動的激活對改善人體各器官及組織急性缺血的重要作用并應用微循環指標協助臨床治療,取得了顯著的療效。1971年,修瑞娟在肺心病微循環障礙動物模型實驗研究之先又將甲皺微循環的觀測指標應用到肺心病患者,在臨床觀測中設正常對照組和哮喘病、慢性支氣管炎、風心病、冠心病對照組,發現肺心病患者微循環變化的特點是血流緩慢及管襻痙攣,對寒冷刺激特別敏感。這一階段對甲皺微循環的深入研究,一方面證明該指標在不同疾病或同一疾病的不同階段具有不同的表現特點,在判定病情、指導臨床治療和判斷預后方面具有重要的臨床價值。通過急性腦膜炎患兒甲皺微循環晝夜連續檢測、發現微血管自律運動在病情轉化中的動態表現及其重要性。與此同時,也發現甲皺微循環各項指標的變化沒有嚴格的特異性,管徑的收縮和擴張、流速的降低或血流淤滯、管襻形態的異常以及微栓子的形成等等,在許多疾病中都可以有類似的表現,即使在正常人中甲皺微循環的各項指標間也存在較大差異。在疾病的發病過程中以及疾病治療的前后進行自身對照較異體對照更為有價值。從本質上看,甲皺管襻只是微循環的真毛細血管網部分,而不是皮膚微循環的全部,也不是體內其他器官功能的唯一代表。因此絕對不能單純依據某人某時刻的甲皺微循環檢測對其健康狀態下結論,甲皺微循環檢測只是一項輔助指標。1980年至1982年,修瑞娟將上述臨床及實驗研究在美國及歐洲進行了報告,并發表在國際學術雜志上,首次將我國的臨床微循環研究介紹給了西方國家。
隨著宇航高科技的出現和發展,加州理工學院的Wayland等接觸了醫學的理工學者們決定將他們精細的專業知識應用于探索人體功能。于是,微循環系統的研究被選為突破口。70年代初期電子細胞計數器、微血流流速測量儀、微血管管徑圖像剪切測量儀、微血管自律運動的頻譜分析技術相繼出現。時代性的技術革新將微循環的研究推向蓬勃發展的新階段。我國廣大微循環研究工作者應用微血液動力學、生物流變學和臨床血液流變學、活體微循環和大循環顯微電視同步檢測技術、計算機數據及圖像處理技術、無創傷臨床研究和檢測系統等一系列方法,對微血管的正常功能及其障礙從臨床到實驗室做了大量的研究,對休克、糖尿病、腦卒中、冠心病、高血壓、腫瘤等疾病發病機理和防治作了進一步闡明。這些成績使我國的微循環研究在國際上獨樹一幟。
當前,細胞生物學及分子生物學技術的應用使微血管功能的研究向縱深開拓。如從組織培養角度來研究大鼠主動脈環的新生末梢微血管在無血清培養基中的生長;應用肝素、FGF和VEGF等生長因子來研究其對心臟側支微血管血液循環狀況的改善作用;從血管生理學角度,研究微血管內皮源性的EDHF(內皮源性超極化因子)作用于微血管平滑肌細胞產生超極化作用,促進血管舒張、以減弱血管壁對一些縮血管活性物質的反應性;應用顯微縮時錄像等技術從宏觀和微觀研究微血管的自律運動的機制和微血管壁內皮細胞的有絲分裂的動態過程。動脈粥樣硬化、冠心病患者體內循環內皮細胞及其凋亡機制也正在深入闡明。
篇10
關鍵詞:主動適應被動適應自然選擇社會選擇可持續發展
從1859年達爾文的《物種起源》出版至今,由于對進化論的理解不深,因而出現了2種極端現象:一是生物進化中的自然主義傾向,即忽視社會選擇的巨大作用,僅僅將生物進化歸結為自然選擇作用的結果;二是絕對的人類中心主義傾向,過分夸大社會選擇的作用,而低估了自然選擇在生物進化中的作用。
目前,全球生物多樣性的減少和生態環境的不斷惡化,使我們必須把大尺度上的生物進化和小尺度上的人類可持續發展結合起來,才能把生物多樣性保護落實到人類的生產生活實踐活動中,保證人類的各種行為不偏離可持續發展的軌道,使人類走上真正的可持續發展之路。因此,筆者從一個全新的角度來探索生物的進化和人類可持續發展的問題,旨在為生物進化大背景下人類的可持續發展研究奠定基礎。
1生物進化與生物的適應
達爾文在《物種起源》中闡明了生命是進化的產物,現代的生物是在長期進化過程中發展起來的,給神創論以巨大打擊,使生物學擺脫了神學的羈絆…。達爾文認為由于隨機變異的產生和自然選擇的作用,適應的變異被保留了下來,而不適應的變異則被淘汰。因此,自然選擇的過程,就是生存斗爭及適者生存的過程,適應是生物進化的最終結果。
進化論及進化生物學的研究發現多細胞生物起源于單細胞生物,結構復雜的生命體總是源于結構簡單的生命體。據此,部分學者認為進化就是指事物由低級到高級的變化發展過程。生物的進化就是生物體由低級到高級、從簡單到復雜的前進發展過程,其中存在著一個從低級到高級的方向性,這和達爾文對生物進化這一基本問題的理解是相背的,這是人類中心說的判定標準在生物進化論中的體現。即使現代的進化觀也并未認為“進化就是革命性的進步”,而把“進化”定義為“進化是生物適應性的改變和生物群體多樣性的變化”,和達爾文的進化理論一致,在進化理論中堅持了徹底的唯物主義,是達爾文整個進化理論體系和現代進化觀的奠基石。
適應是生物進化的最終結果。生物的進化是生物物種的趨異化過程,是生物的隨機變異和自然選擇的過程。自然選擇是對隨機的多種變異的選擇,大自然為選擇者,而隨機的各種變異成為被選擇的對象,被大自然最終所選擇的那種變異就得以保存下來,而同一物種中的其他變異就被淘汰,得以保存的變異就是適應大自然的。可見,生物物種產生的各種變異,無論是變異的程度上、方向上,還是變異范圍的大小、數目的多少上,都是隨機的、不定向的,但又是客觀存在的。而大自然的選擇相對于物種的變異來看,卻是有一定方向的。自然選擇的方向性和物種變異的隨機性,客觀上就決定了生物對自然的適應是一種被動的過程,生物體在結構、功能上對自然的適應都是自然選擇的結果。生物對自然的適應性總是滯后于自然對生物物種的選擇性,也就是說,生物物種對環境的適應是相對的、暫時的、有條件的,而不適應才是絕對的、永恒的。這就從根本上澄清了達爾文自然選擇理論和現代進化論所基于的客觀事實,在進化論中堅持了徹底的唯物主義,劃清了進化論和神創論的界限。
2自然選擇與社會選擇
生存斗爭及適者生存的過程就是自然選擇的過程。除此之外,還有另外1種選擇——社會選擇也與生物的進化密切相關。伴隨著人類社會工業文明的開始,現代工業和現代農業的日新月異,市場經濟和資源環境私有制的全球化浪潮的沖擊,加上當代生物工程技術的飛速發展,人類對生物界的改造力度越來越大,表現在一些物種逐漸消失;一些物種數量急劇減少,成為瀕危物種;一些物種地理分布區域大幅度縮小;一些物種生活習性及部分性狀發生改變;不時有新品種出現等現象,表明人類的社會實踐活動對生物物種的演化具有不可低估的選擇作用,這種選擇稱為社會選擇。社會選擇是人類主動適應自然環境的表現和手段,是人類為了求得自身的生存和發展,更好地適應自然的一種必然。從本質上說,人類的農業生產、工業生產和科學實踐活動等都是人類自主選擇的結果,無論是農業生產還是工業生產以及科學實踐活動等人類行為的發生發展和演化等各個方面都屬于社會選擇的范疇。
事實證明,現在人類社會選擇的力量的確是越來越強大,無論是對自然的改造力還是對自然的破壞力都超過了人類發展歷史上的任何一個時期。但是,人類、人類社會本身以及社會選擇等都是自然選擇的結果,都是在自然選擇的基礎上發揮效能的。在一定程度上,社會選擇是人類社會對自然選擇作用的一種應答和反映,可以看作是生物與環境相互聯系、相互作用的一個典型。但社會選擇一經發生后,便有其獨立作用的一面,可以和自然選擇作用一道共同作用于生物的進化過程。
自然選擇和社會選擇的辯證關系表現在:一方面,當二者一致時,社會選擇對自然選擇起到了促進和加速的正向作用,使自然選擇的力度、范圍、時效得以加強,而自然選擇使社會選擇的目標得以快速實現,二者互相促進,共同加速生物物種的演化。另一方面,當二者不一致時,有3種情況:①當自然選擇的力量大于社會選擇時,生物物種的演化由自然選擇所控制,社會選擇在一定程度上被抑制,自然選擇成為了社會選擇的阻力。這種現象在人類的動植物新品種的選育過程中表現得最為明顯。②當二者力量近于相等時,自然選擇和社會選擇都在自己一定的范圍內作用,社會選擇的目標停留在研究成果階段,無法有效推廣和應用,而自然選擇也以其自身的作用規律對生物進行著選擇。③當自然選擇的力量小于社會選擇時,社會選擇的結果在自然界中得以快速體現,自然所固有的一些平衡體系被打破,自然選擇的方向被改變,社會選擇在一定時空范圍內控制著生物的演化。
2種選擇的相互作用是一個動態的過程。從人類社會誕生起,2種選擇過程都直接或間接地貫穿在每一個具體的物種的演化過程當中。但是,社會選擇的對象、原始材料和最終歸宿都統一在自然界當中,社會選擇無論多么強大。都必須以自然選擇為基礎。因此,正確的做法是在尊重自然和自然規律的前提下,充分發揮社會選擇對生物和環境的再創造作用,同時利用社會選擇來抑制或從根本上扭轉對人類或自然界(如物種多樣性及生態環境等)都不利的自然選擇,或減緩各種對物種多樣性、生態系統的平衡具有毀滅性打擊的自然災害等,降低災害對自然環境的破壞力,保護生物的多樣性。
3社會選擇與可持續發展的關系
可持續發展本質上是人類的一種社會性選擇,是一種非常理智的自主性選擇,同時也是人類主動適應不斷變化的自然環境的一種機制,是一種實現長期自我演化的策略和手段。可持續發展戰略的實施使人類的現代化工業和現代化農業以及現代科學實踐活動等各個方面的發展都有了正確的方向,把人類的社會選擇和人類對自然環境的主動適應都有機地統一在可持續發展這個大框架下,使人類的社會選擇和主動適應終于走上了“有法可依”和“有法必依”的道路,從而實現了人類在自己的演化歷史上第一次按自己所設計的演化模式去謀求自身的生存和發展。
人類的可持續發展問題本質上轉化為人類的社會選擇和大自然的自然選擇二者間的關系問題,但這種相互關系無論是從時間、空間維度還是二者間力量強弱的對比情況來看,都是不對稱的。從生物進化的時空尺度上來看,人類必須充分發揮自己所特有的主動適應力來確保社會選擇在最大時空尺度上與大自然的自然選擇相適應,人類才可能實現自身的可持續發展以實現長期的自主演化。
從純生物學的觀點來看,自然和自然選擇都不會支持人類在社會經濟文化等領域內發展水平的全方位提高,因為這意味著人類作為一個生物學種群,將占有越來越多的物質和能量,因而會剝奪其他物種生存和演化的機會,這與生物界的演化趨勢相背離。因此,在生物進化的大背景下,人類要實現自身的可持續發展還需要全人類長期的艱苦努力,還必須同時處理好進化、適應和選擇等重大問題,只有這樣人類的可持續發展才能落到實處。
綜上所述,生物的進化、適應和大自然的選擇以及人類的可持續發展,都統一在生命的演化過程中。進化是生物適應自然的結果,適應是選擇的結果,而選擇是自然界所固有的屬性。換句話說,進化、適應和選擇都是自然界所固有的運動規律在生物物種演化過程中的體現,是物種演化過程中3個最重要的環節。人類的社會選擇和可持續發展必須以此為前提,才能正確地發揮作用,為人類造福。