作者：格林教育发展中心
出版社：河北科学技术出版社
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生命与医学试读：
生命
与医学作者：格林教育发展中心
出版社：河北科学技术出版社
出版时间：2013-01-01
ISBN：9787537555326
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版权所有 侵权必究生命
1. 生命有什么基本特征
有生命之物就是生物。生物具有多样性，有记载的生物有200多万种或更多，小至病毒、细菌、单细胞生物，大至大型哺乳动物和高大的种子植物，它们在形态结构、生理、生态等方面千差万别，但有其共同的属性。生命的基本特征可以归纳为以下几个方面：
化学成分的同一性
尽管生物的大小和形态结构各异，但其所含的化学元素却十分相近，都含有组成有机物的碳、氢、氧、氮、磷、硫等非金属元素，以及在生命活动中起着重要作用的钾、钠、钙、镁等金属元素。各类生物中除含多种无机物外，都含有蛋白质、脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）、脂类、糖类、维生素等有机分子。核酸和蛋白质等生物大分子在不同生物中有着不同的组成，但令人惊奇的是，从病毒、细菌到高等动物和植物，构成各种蛋白质的结构单位都不外乎20种氨基酸，构成核酸的结构单位核苷酸也不过8种。DNA（有时是RNA）是一切已知生物的遗传物质，甚至连DNA上所携带的遗传密码在各类不同的生物中都是通用的，这也正是转基因技术能够在不同类别的生物之间广泛应用的重要基础之一。生物的大小和形态结构各异，但所含的化学元素却十分相近尽
有序的结构
生物体的结构基础就是细胞，生物有机体并非是用各种不同的有机的和无机的分子随机堆积而成的，而是有着严整有序的结构。生物体的结构基础就是细胞，已知的所有生物除了病毒之外都是由细胞组成的。细胞不仅是生物体的结构单位，更是其功能单位。有了细胞，就如同将有机体进行了功能分区，不同类型的组织中的细胞执行不同功能。而细胞中的细胞器（如内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体等）又用生物膜进一步地将细胞分为功能亚区。功能分区使得生命活动能够有序地进行，失去了这种有序性生命就将完结。执行同一功能的细胞组成了组织，由不同组织又构成器官，再由器官组成个体。自然界中每一物种的个体并非单独存在的，在个体之上还有种群、群落等不同层次的生命结构形式。生物体结构基础——细胞
新陈代谢
细胞及有机体是高度有序的结构，但一个系统中的自发过程总是向着无序化即熵增方向进行。熵增对生物体来讲意味着向死亡发展。细胞和有机体是和外界环境联系紧密的开放系统，它们不断地与外界进行着物质和能量交换。生物体从环境中吸收日光或含自由能的有机物，而将热和含自由能较少的代谢废物送回环境，通过使环境中熵增加来使自身熵减以抵消体内的熵增。新陈代谢是维持生物体生命活动过程中的化学变化的总称
新陈代谢就是维持生物体的生长、繁殖、运动等生命活动过程中的化学变化的总称。生物体不断地从外界吸收物质，使之在体内发生一系列变化后又将最终产物排出体外。生物体将从食物中摄取的养料转换成自身的组成物质并储存能量，称为同化作用或组成代谢；生物体将自身的组成物质分解以释放能量或排出体外，称为异化作用或分解代谢。只要生命没有终结，新陈代谢就会进行。
生长和繁殖
生物体在新陈代谢的过程中成长。生长，是生物的又一重要特性。一方面，每一细胞从产生开始要经历一系列发育过程，另一方面，生物体的生长通常要靠细胞的分裂、增长而得以实现。多细胞生物的受精卵经过反反复复的细胞分裂过程变成一个幼小的个体，而后又不断地长大成为成熟的个体。生长和繁殖
生物都产生后代。所有生物都有产生后代、使之得以世世代代不断延续的能力。每一个细胞、每一个个体在一步步地发育走向成熟后，又总会一步步地走向衰亡。但生物可以通过有性或无性的过程产生具有与自身部分相同或者完全相同的特征的新一代个体。生物体可以繁殖后代而使生命得以延续下去。
遗传、进化和适应
生物不仅能繁殖出其后代，亲代的各种性状还可以在子代中得到重现，这种现象就是遗传。但亲代与子代之间、子代的个体与个体之间各种性状的改变也时有发生，这就是变异。生物的遗传是由基因决定的，而基因就是DNA上的片断。基因的改变（基因突变）或基因组合的改变（基因重组）都会导致生物体表型的变异。生物为了其自身的生存还表现了对外界环境的适应性，反过来环境对生物又有选择作用，使有利的基因或基因型在生物的种群中得以保留并且遗传下去，这也就是自然选择。变异，加上选择压力的作用就导致地球上的生物在从诞生至现在的这一个漫长时期之中不断地发展，发生一系列不可逆转的演变，这个过程就是进化。亲代的各种性状还可以在子代中得到重现
2. 生命的物质基础是什么
生物体的元素组成
不同生物或同一生物的不同细胞中各种元素的含量是不同的，但碳、氢、氮、氧这4种元素是必需的且大量存在。碳原子构成各种生物大分子的碳链骨架，作用尤为重要；氢和氧几乎存在于一切生物大分子中；氮元素则是构成蛋白质和核酸所必需的成分。
生物体内的元素按含量可分为常量元素和微量元素，按在细胞中的作用可分为必需元素和非必需元素。除上述4种元素外，硫、磷、氯、钙、钾、钠、镁等也是生物体内必需的常量元素。生物体内碳、氢、氮、氧这4种元素是必需的
生物体的分子组成（1）水和无机盐
生命是在原始海洋中孕育的，水对生命的意义十分重要。水是生命的介质，它存在于细胞内，也存在于细胞与细胞之间。细胞中无机盐一般是以离子状态存在。水对生命的意义十分重要（2）糖类
糖类常被称为碳水化合物，是由碳、氢、氧三种元素构成的有机化合物，这三种元素的比例一般为1∶2∶1。在生物体内，糖既是能源，又是代谢过程的中间产物，某些糖还是构成其他重要生物大分子（如糖蛋白）的成分。生物体内的糖主要有单糖、寡糖和多糖。（3）脂类
组成脂类的主要元素也是碳、氢、氧（有时含有磷、氮），但与糖类不同的是，脂类分子中氢与氧之比例远大于2。脂类是非极性物质，它们不溶于水，能溶于非极性溶剂。葡萄中含有大量单糖动物身上的脂肪储存能量
脂类在生物体内也有一系列重要功能：其一，磷脂是构成生物膜结构的基础；其二，脂肪含较高能量，因而是储能物质；其三，蜡质等可以作为保护层，起保水、保温和绝缘等作用；其四，维生素、激素等重要的生物活性物质按其理化性质也可归为脂类中。生物体所含有的脂类主要有：脂肪和油、蜡、磷脂类、类固醇和萜类。（4）蛋白质
蛋白质是由氨基酸构成的生物大分子。生物体内的蛋白是基因表达的结果，在生命活动中起十分重要的功能：
氨基酸为蛋白质的结构单位，它是一种有机酸，但与羧基相连的碳原子上又连有一个氨基。天然存在于蛋白质中的氨基酸有20种，它们在亲水性、带电性和酸碱性等方面各有不同。蛋白质由数十个至数十万个氨基酸组成，相对分子质量在6000～6 000 000，每一种蛋白质都会形成其特定的空间结构。
蛋白质是重要的生命物质，但蛋白质分子在重金属盐、酸、碱、尿素及紫外线等的作用下，空间结构会发生严重的改变和破坏导致失活，这就是蛋白质的变性。（5）核酸
核酸是由多个核苷酸相连而成的多核苷酸分子，分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它们是遗传信息的携带者或传递者。
核苷酸是组成核酸的结构单位，它由戊糖（核糖或脱氧核糖）分子、磷酸分子及含氮的碱基形成。核糖或脱氧核糖与碱基结合成为核苷，核苷再与磷酸结合即形成了核苷酸。构成核苷酸的碱基有两类：
一类为嘌呤，包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）；一类为嘧啶，包括胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。三磷酸腺苷（ATP）也是一种特殊的核苷酸，它虽然不是核酸的组成单位，却是细胞内的能量携带者，它水解时释放大量自由能并转化为二磷酸腺苷（ADP）和一磷酸腺苷（AMP）。核酸的结构图
核糖核酸与脱氧核糖核酸虽然都是由核苷酸组成的长链分子，但它们所含的核糖和碱基各有不同。核糖核酸（RNA），其所含戊糖为核糖，碱基为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C），一般为单链分子。脱氧核糖核酸（DNA），其所含戊糖是脱氧核糖，碱基则为腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA通常由两条长链互以碱基配对（A—T，G—C）相连而成双链分子，呈螺旋状，这就是DNA的双螺旋结构。DNA的双螺旋结构模型是沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）在1953年提出的，DNA双螺旋结构的发现乃是20世纪生物学领域最为重大的发现之一。
生物世界的基本结构
生物世界最富有特色的性质之一是其多层次的结构模式。根据不同的组织水平和逐级结合的关系，可以将生物世界划分为基因、细胞、器官、有机体、种群和群落等6个主要的结构层次。这些层次之间是一种相互依存、相互作用的关系，科学地认识生物世界的谱系结构对于学习和研究生物学有着十分重要的意义。应该看到，沿着这一谱线的任何一个环节都不可能有明显的断裂，有机体不能脱离其种群而长期存在，就如同器官不能够没有它的有机体而作为一个自持的单元。另一方面，不可否认，上一层次的单元是由下一层次的单元结合而成的，但更为重要的是，每一层次之所以能作为一个独特的层次而存在，正是因为其有着其下一层次所没有的特质而不仅仅是其下一层次的简单相加。正如种群之所以作为一个层次存在，就是因为它有着种群内所包含的各个单个的个体所不可能具有的特征，如种群的数量特征、空间特征、遗传特征等。
3. 什么是基因
基因的本质——DNA（或RNA）DNA分子模型
孟德尔在其所发表的著名的豌豆杂交实验论文中，首先提到控制性状的“遗传因子”这一概念，1909年丹麦遗传学家W．Johansen将孟德尔的遗传因子更名为基因。1910~1925年，美国遗传学家摩尔根利用果蝇作为研究材料，证明基因是在染色体上呈直线排列的遗传单位。1928年，英国细菌学家Frcdrick Griffith进行了著名的肺炎链球菌的转化实验，但直到14年后才由O．Avery用实验证明DNA就是转化源。此后，更多的实验结果都支持DNA就是遗传物质这一观念。德国科学家用烟草花叶病毒为材料进行实验，发现在一些不具有DNA的病毒中，RNA是遗传物质。1957年S.Benzer用大肠杆菌T4噬菌体为材料，在DNA分子结构的水平上，通过互补实验分析了基因内部的精细结构，证明基因是DNA分子上的一个特定区域，其功能是独立的遗传单位。DNA复制
DNA复制是遗传的基础。DNA能够作为遗传信息的载体，并能在细胞的增殖和有机体的繁殖过程中保持遗传物质的稳定性，它本身准确复制十分必要。在合成DNA时，决定其结构特异性的遗传信息只能来自其本身，因此必须用原来存在的分子作为模板来合成新的分子，DNA的双链结构对于维持遗传的稳定性和复制都是极为重要的。DNA的复制是在细胞分裂的间期进行的，采取的是一种半保留复制方式，这就是说，并非是从原来的DNA分子上产生一个全新的DNA分子，而是DNA之双链经过解螺旋过程而分开，每一条链作为一个模板通过碱基配对的方式而配上一条新链。这样形成的两个DNA分子，每个都有一条旧的链和一条新的链。DNA的半保留复制正是维持遗传物质稳定的有利因素之一，这与其遗传功能是相符合的。但遗传物质的稳定性也并非绝对的，配对的误差、DNA分子的损伤以及基因突变等都有一定的发生频率。
基因的表达
虽然DNA携带着基因并可以遗传，但细胞中的一切生化反应都要在酶的催化下才得以完成，而酶是蛋白质。基因只有表达为蛋白质，才能发挥其作用。过去，曾有“一个基因一个酶”或“一个基因一个蛋白质”的说法，但实际上是“一个基因一条肽链”，而一个酶或一个蛋白质可以是由几个基因决定的。而由基因到肽链的过程包括转录和翻译两个过程。
一个基因是编码一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列，它不仅包含编码多肽链或RNA的序列，还包括保证转录必需的调控序列，以及位于编码区上游的非编码序列、内含子和位于编码区下游的非编码序列。基因的种类较多，至少包括3种类型：一是结构基因和调节基因，都可以翻译为多肽，而调节基因更可调控其他基因的活性；二是rRNA基因和tRNA基因，这两类基因只转录为相应的RNA，而不翻译为多肽；三是启动子和操纵基因，前者是转录时RNA聚合酶与DNA的结合部位，后者是调节基因的产物与DNA的结合部位，它们并不转录，确切地说不应称为基因。DNA转录
把DNA分子所携带的遗传信息准确无误地转移到RNA中的过程称为“转录”。各种RNA分子都是从DNA转录而来的，而携带蛋白质合成信息的RNA为信使RNA（mRNA）。转录过程也要经过DNA解螺旋及碱基配对的过程，但与DNA分子的复制过程不同的是，从DNA双链分子转录为RNA的过程是全保留式的，即转录的结果是产生一段单链的RNA分子，而DNA却仍保持原来的双链结构。
从DNA上直接转录下来RNA链还要经过一些修饰，切去不编码氨基酸的部分，再把编码氨基酸的部分拼接起来，才成为mRNA。
mRNA的碱基顺序决定了蛋白质的氨基酸序列的顺序，依照mRNA的碱基顺序所携带的遗传密码合成蛋白质的过程就称为“翻译”。RNA分子上有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，在RNA分子上的3个相连的碱基决定一个蛋白质分子的一个氨基酸，这就是三联体密码。1957年，这种编码方式被M.Nirenberg和S.Ochoa用实验证实，此后，20种氨基酸的三联体密码全部得到破解并被证明在所有的生物中都是通用的。而细胞内蛋白质的合成要依靠一种细胞器——核糖体，核糖体“阅读”mRNA的遗传密码后，由另一种RNA——转移RNA（tRNA）携带各种不同的氨基酸并依次连接成肽链。
基因并不是一成不变的，有时候基因会发生突变。基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的可遗传的变异。从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。基因虽然十分稳定，能在细胞分裂时精确地复制自己，但这种稳定性是相对的。在一定的条件下基因也可以从原来的存在形式突然改变成另一种新的存在形式，就是在一个位点上，突然出现了一个新基因，代替了原有基因，这个基因叫做突变基因。于是后代的表现中也就突然地出现祖先从未有的新性状。
例如英国女王维多利亚家族在她以前没有发现过血友病的病人，但是她的一个儿子患了血友病，成了她家族中第一个患血友病的成员。后来，又在她的外孙中出现了几个血友病病人。很显然，在她的父亲或母亲中产生了一个血友病基因的突变。这个突变基因传给了她，而她是杂合子，所以表现型仍是正常的，但却通过她传给了她的儿子。
基因突变的后果除如上所述形成致病基因引起遗传病外，还可造成死胎、自然流产和出生后夭折等，称为致死性突变；当然也可能对人体并无影响，仅仅造成正常人体间的遗传学差异，甚至可能给个体的生存带来一定的好处。
4. 基因工程是怎么开始的
孟德尔提出的基因决定性状，经过100余年的研究，已经演绎为DNA决定蛋白质。三体密码的概念，又具体生动地说明了DNA中的核苷酸与组成蛋白质的氨基酸的关系。但是，细胞学所揭示的事实是这样的：DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质主要存在于细胞质中，另外，由氨基酸合成蛋白质是在细胞质内进行的，而且DNA这种大分子不能随意进入细胞质。根据这种事实，法国的生物化学家雅各布和莫诺首先提出“位于细胞核内的DNA怎样决定蛋白质的合成”，或者说“锁在档案室中的密码如何把密码所记载的信息传递出去呢？”
在提出问题时已经在思考答案了。他们做出这样的推理：“档案室里的密码虽不能外借，但一定是可以翻录的，而翻录带一定可以带出档案室。”那么，细胞核里除了DNA外，有没有结构与DNA相似又能从细胞核内进入细胞质的物质呢？有，那就是核糖核酸（RNA）。RNA的结构与DNA十分相似，因为RNA也是由核苷酸连接而成的长链，这种长链也确实是按照DNA的模子，像DNA半保留复制那样形成的。即在细胞核内的DNA，首先双链拆成单链，然后在DNA单链的鸟嘌呤（G）处，连上一个胞嘧啶（C），在腺嘌呤（A）的地方，接上一个尿嘧啶（U），这样形成的一条新链就是RNA。由此可见，RNA与DNA相比，在碱基的种类上只是由尿嘧啶代替了DNA链中的胸腺嘧啶。此外，RNA的糖是核糖，DNA是去（脱）氧核糖，DNA是双链，RNA是单链。照着细胞核内DNA的样子，由4种核苷酸连成RNA长链，叫做转录（或翻录），可想而知，RNA是带着DNA的信息的，意思是说DNA中碱基的相互连接情况也反映在RNA的结构上，例如DNA一条链上组成密码的碱基如果是—AAC-CGG—，那么，由此链转录成的RNA链，碱基的排列为—U-UGGCC—。这种RNA长链由于带着DNA链上的信息，因此叫做信使RNA（mRNA）。
mRNA能从细胞核内进入细胞质。但是，根据罗马尼亚血统的美国生物化学家帕拉德1956年用电子显微镜观察的结果，进入细胞质的mRNA是与细胞质中的小颗粒结合在一起的，这个小颗粒叫核糖体。细胞里的蛋白质都是在这个小颗粒里合成的，因此，可以说，核糖体是细胞中合成蛋白质的车间。
美国另一位化学家霍格兰在研究细胞质中的RNA时，又发现了一种相对分子质量比mRNA小得多的RNA，后来证明，这种RNA一端能与某种特定的氨基酸结合，另一端有三个碱基组成的一个密码子，这个密码子能与mRNA相应的密码子结合，为了与mRNA上的密码子区别起见，特把这种能与氨基酸相结合的相对分子质量较小的RNA上的密码子叫“反密码子”。实际上，这种RNA是专门“搬运”氨基酸的，所以也叫搬运RNA（tRNA）。
由于对DNA转录为RNA的研究和发现了细胞质中合成蛋白质的车间以及搬运RNA，最终阐明了DNA、RNA和蛋白质三者的关系。这三者是密切相连的，DNA上由碱基排列顺序组成的信息，先传给mRNA，再由mRNA指导蛋白质的合成。套句时髦的话说，遗传信息由DNA流向RNA，再由RNA流向蛋白质的过程，就是遗传学中的中心法则。
克里克提出的“三体密码”虽然赢得一片赞美声，但那个“密码子”代表着哪个具体氨基酸呢？这个问题吸引着一大批科学家。
1961年，美国生物学家尼伦伯格和马太合成了由许多“尿核苷酸”连结成的长链，称为“多聚尿苷酸（U—U—U—U……）”，他们把这条人工合成的长链加入含有多种氨基酸、酶、核糖体和一些合成蛋白质所需要的其他物质的溶液中。这种溶液中形成了一条只有苯丙氨酸连接而成的多肽链，这样，尼伦伯格和马太就确认苯丙氨酸的三联体密码是U—U—U。
接着尼伦伯格和奥乔亚联手进行了比第一次稍复杂的试验。首先，他们用“尿苷酸”和“腺苷酸”（A）两种核苷酸合成一条多苷酸，这条多核苷酸链中，除UUU外，当然还会有UUA、AUU、UAU等多种三联体出现。当他们把这条多核苷酸加进具有合成蛋白质一切必要物质的溶液中时，多肽链也在溶液中出现，可在这条多肽链中除苯丙氨酸外，还有亮氨酸、异亮氨酸和酪氨酸。
就是这样一步步地分析，到1967年，才写出了廿余种氨基酸的密码子，此外也发现了有些密码子另外还代表着起始、终止和标点。
DNA中核苷酸组合成的密码被破译，是一个世纪以来生命科学中最令人激动的巨大成就，但是这并不等于生命世界再也没有任何秘密。实际上，在密码被破译的时候，密码中之密码又在等待着人们去探索。
1968年，布里顿等人在用蛙和蝾螈作实验材料时，发现这些真核生物的DNA中，与大肠杆菌等原核生物不同之外是某一段上会出现同样核苷酸的重复，如某一段DNA上可能全是AAAA或ACACACAC或三个、四个等核苷酸重复，重复的次数可成千上万甚至百万。至于为什么会有这些重复，至今是一个未解之谜。
1971年，美国微生物学家内森斯和史密斯在细胞中发现了一种“限制性核酸内切酶”，这种酶能在DNA上核苷酸的特定连接处以特定的方式把DNA双链切开。此外，他们又发现了另一种“DNA连接酶”，这种酶能把二股DNA重新连接起来，从而为干预生物体的遗传物质，改造生物体的遗传特性，直至创造新生命的类型奠定了物质基础。在这样的科学背景下，基因工程应运而生了。
5. 什么是人类基因组计划
HGP概述
人类基因组计划（human genome project, HGP）是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。人类基因组计划（1）什么是基因组（Genome）
基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。（2）为什么选择人类的基因组进行研究
因为人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身，掌握生老病死规律，疾病的诊断和治疗，了解生命的起源。
在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。
HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象，为疾病的诊治提供科学依据。
基因组DNA测序是人类对自身基因组认识的第一步。随着测序的完成，功能基因组学研究成为研究的主流，它从基因组信息与外界环境相互作用的高度，阐明基因组的功能。功能基因组学的研究内容：人类基因组DNA序列变异性研究、基因组表达调控的研究、模式生物体的研究和生物信息学的研究等。
基因组也涉及伦理学问题有关问题：
①“基因是人类的共同财产”还是“人类基因组实际上是个人的”。大肠杆菌酵母②基因有无好坏之分？“致病基因”还是“必备基因”。③致病基因携带者都是病人吗？④能不能用于优生？⑤是否必须进行基因检查？
HGP伦理、法律和社会影响研究带来的隐私问题①利用和解释遗传信息时如何保护隐私和达到公正？②如何处理“知情同意”等问题？③如何保护隐私？
人类基因组图谱公布后将会带来一系列的政策问题。其中最重要的是如何平衡隐私和基因组公平使用之间的关系。尽管美国的法律规定在医疗保险中不得含有任何歧视，但以后如何更有效的实施仍需要进一步的调查与研究。另外，保护厂家和研究单位进行遗传实验的政策也需要尽快出台。每个国家都应该明确哪些遗传信息应该被保护，哪些可以使用以及如何使用。
防止“遗传歧视”，保护个人和家庭基因隐私被发现的基因序列，一旦经过分离或者纯化后就成为一种新产品。
人类基因组DNA序列是全人类的共同遗产，应该由全人类所共享；对基因组基础数据的垄断，将给人类利益和科学发展带来不良后果。基因技术不能用于优生
6. 你了解细胞吗
细胞的大小和形状
细胞是生物有机体的基本结构单位。目前已知的最小细胞为支原体，直径0.1微米，最大的为鸟类卵细胞，直径可达150毫米，植物中纤维细胞最长的可达100毫米。大多数细胞直径在10～100微米，需要借助于显微镜方能观察到。支原体
不同的生物体所含的细胞数目各有不同。单细胞生物（原生生物）的每一个体仅有一个细胞。据估计，个体最大的多细胞生物的每15一个体所含细胞可达10个。
在各类生物或在同一生物的不同部位的细胞形状变化极大。一般说来，单个的或者游离的细胞多为球状、接近球状或其他不规则形态，结构致密的组织中细胞常为多面体或其他形态如纤维状、柱状、片状等。
细胞的结构真核细胞
细胞有两种主要类型：原核细胞与真核细胞。细菌和蓝藻都是原核细胞，细胞内的遗传物质（DNA）没有以核膜包围而形成细胞核，细胞中的其他部分也相对简单。大多数生物的细胞都是真核细胞，其结构包括如下几部分：（1）细胞膜和细胞壁
细胞膜：也称为质膜，它位于原生质体表面，厚度7～8纳米，为单层的生物膜。生物膜的机构基础是具流动性的磷脂双分子层，蛋白质镶嵌在磷脂双分子层的中间或表面。细胞膜具选择性透性，可以控制物质进出细胞。细胞膜上有负责细胞内外物质转运的蛋白质分子，细胞膜的表面则携带有作为细胞识别的分子及某些生物活性物质如激素等的受体。
细胞壁：它是植物、细菌、真菌等所具有的细胞结构。植物细胞壁的主要成分为纤维素及半纤维素，次生加厚的细胞壁则有木质、栓质等成分；两相邻细胞壁之间为胞间层，主要成分是果胶质；相邻细胞壁间有小孔并有胞间连丝（原生质丝）穿过。细菌、真菌等虽然也有细胞壁，但其中不含纤维素成分。（2）细胞核
细胞核是真核生物细胞中的结构，它是由核被膜将核物质包裹起来而形成的，遗传物质就主要存在于细胞核中。细胞核在细胞壁中占有显著位置，可以将其认为是细胞中最大和最重要的细胞器。大多数细胞只有一个细胞核，也有多核细胞。原核生物虽然也有核物质，但不具备细胞核这一结构。细胞核包括以下几部分：核被膜是核的外层，包括核膜和核纤层。核膜为双层的单位膜结构，两层膜间有宽10～50纳米的核周腔；外膜上常附有核糖体并与内质网相连；膜上有核孔。核膜与核孔对物质进出细胞核起选择和调控作用。核纤层位于核膜内，成分为纤维蛋白，在细胞分裂过程中对分裂形成的子细胞的核膜的重新组装起重要作用。
染色质是核被膜内的主要部分，真核细胞的染色质的成分为DNA和蛋白质及少量RNA。经苏木精染色后在光学显微镜下可见它在核内呈丝状交织并有染色更深的团块。丝状者为常染色质，是DNA长链分子的伸展部分；团块状者为异染色质，是DNA长链分子紧缩盘绕而成。细胞分裂时，染色质丝收缩为光学显微镜下更为明显可见的染色体。
在光学显微镜下核内有折光更为强烈的区域（染色后更为明显），这就是核仁。它是由某一个或几个特定染色体的核仁组织区及蛋白质和RNA（核糖体RNA，即rRNA）分子构成的，核仁组织区内的一部分DNA即转录rRNA的基因。
细胞核内还有由蛋白质构成的网状的核基质，它是支持染色质的结构，核基质网孔中还充满液体。（3）细胞质和细胞器
细胞质是细胞膜内除细胞核外的部分，包括胞质溶胶和多种细胞器。胞质溶胶为透明、黏稠状，具胶体性质而且呈流动状态，汇集了细胞中25％～50％的蛋白质，含有多种酶，是代谢活动的主要场所之一。细胞质中还常有储藏物质，如植物胚乳细胞中的淀粉粒、糊粉粒（蛋白质的储存形式）和动物肝脏细胞中的糖原等。细胞器是存在于细胞质中的微小结构，通常只有借助于电子显微镜下才能看清其结构。细胞中的细胞器一部分是由生物膜围成的结构，另一部分则是非膜结构。
有膜结构的细胞器主要有内质网、高尔基体、线粒体、质体、溶酶体、液泡。
非膜结构的细胞器主要有核糖体、微管和微丝。
细胞的分裂
细胞是在地球由非生命世界向生命世界演变的过程中由生物大分子逐渐形成的一种多分子体系，这种演变是在特定的气候条件下发生的，现今地球上自然条件下可能已不再具备由生物大分子直接组装为细胞的条件。因此，早在1858年德国细胞学家R.Virchow就提出有这样一个著名的论断：“细胞来自细胞。”
生物有机体中总有一部分细胞走向衰亡，而又有一部分新的细胞产生。产生新的细胞的方式只能是细胞分裂，细胞分裂是生长、发育和繁殖的基础。
细胞的分裂总是一分为二的，但经过一个又一个生活周期（从受精卵发育为成熟个体，再产生精子和卵，经过受精作用又形成下一代的受精卵）后必须维持核物质的稳定，因此，每一次细胞分裂前细胞内都会有一个DNA复制过程。有丝分裂
细胞分裂有两种类型：有丝分裂和减数分裂。有丝分裂是在有机体的整个生活周期中尤其是在营养生长过程中出现的一种分裂方式，在分裂间期中细胞核中DNA复制一次，细胞分裂时DNA长链反复缠绕、紧缩为一条条染色体（每条染色体含两条相同的染色单体），在由微管组成的纺锤丝的牵引下每条染色体的两条染色单体被分配到两个子细胞中，而后染色体又变回染色质丝并恢复细胞核的形态。经过一个细胞周期后，细胞中无论染色体数目还是核物质的总量都维持不变。
减数分裂总是伴随着有性生殖过程而发生，通常在配子（精子和卵）或配子体产生前进行，只有少数生物的减数分裂发生在受精作用之后。由于有性生殖过程中必然有受精作用，即精子与卵的细胞融合，这一过程会使核物质和染色体数加倍，因此必须通过减数分裂使染色体减半。减数分裂之前的细胞间期中细胞核中DNA复制一次，但细胞分裂却接连进行两次，因而经过减数分裂后细胞中的染色体减少至分裂前的一半。减数分裂
7. 什么是器官
尽管有数以万计的单细胞生物，如细菌、原生动物和单细胞藻类植物等，生物界中占多数的还是多细胞生物。对单细胞生物而言，并非所有的细胞都执行相同的功能，而是通过细胞分化构成不同的组织，再由几种不同的组织构成器官并形成器官系统。
具有一定的形态结构并执行一定功能的细胞群就是组织。在植物中有分生组织、薄壁组织、保护组织、机械组织、输导组织和分泌组织，在动物中则有上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织等。组织虽然是功能单元，无论在植物中还是在动物中它们却都不能构成独立的结构单元，而总是存在于不同的器官中，正如输导组织并不单独存在而是分布于植物的根、茎、叶、花、果实等器官中，而结缔组织在动物体内的各器官中也无处不在。因此，由细胞组成的组织在生物谱系中并不是一个独立的结构层次。
多细胞生物的器官是由不同的组织按照一定方式组成的结构和功能单位。植物的根、茎、叶、花、果实、种子，动物的眼、耳、鼻等感官及心、肝、胃内脏等都是器官，它们不仅各自执行特定的功能，而且各自又都是相对独立的结构单位，是生物谱系中重要的结构层次之一。
8. 有机体的含义是什么
一棵树、一只鸟、一个人……都可以称为有机体生物有机体，又称为个体。除非是在实验条件下，器官是不能脱离其母体而长期地单独生存的。个体由器官组成，而个体却是能在较长时期内单独生存的最小单位。毫无疑问，个体是生物谱系中的基本结构层次之一。
尽管生物有机体大小差异甚大，但是，一棵树，一只鸟，一个人……看上去对个体的区分是轻而易举的。实际上，由于克隆繁殖的存在给个体的界定带来极大的困难。克隆就是用无性的方法得到的遗传上完全一致的生物学单位，基因可以被克隆，细胞可以被克隆，有机体也可以被克隆。如果说哺乳动物的克隆在当今还是生命科学领域的一项引人注目的高新技术，那么，在自然条件下高等植物中本来就较为普遍的存在克隆繁殖现象，正如一株草莓可以通过其匍匐茎繁殖出一株甚至数株新的草莓植株，一株百合可以通过其珠芽用无性的方式繁殖出多个新的百合植株，这类繁殖方式通常也称为“营养繁殖”。
由于克隆繁殖的新的个体所携带的所有的基因与其母体是完全一致的，问题就是，到底应该将形态上相对独立的单位看作是一个个体，还是应该将遗传上一致的所有生物学单位都看作是一个个体？区分形态学的“个体”相对容易，但要真正识别每一个遗传学上的个体却是十分困难的事情。就像区分一株一株的百合相对容易，但如果把遗传基因完全一致的单位全部看作一个个体，要确定哪些百合植株是由同一母株无性繁殖而来则要困难得多。
9. 什么是种群
种群不单是一个一般意义上的群体含义种群也被系统和进化生物学家称为“居群”，或被遗传学家称为“群体”。它是指一定时间、一定区域内某一生物物种的所有个体总和。
种群虽然是有不同的个体组成的，但它本身也是一个有机的整体。一个种群不单是一个一般意义上的群体的含义，而且是一个具有空间和时间性的实体，它具有5个方面的性质：其一，种群具有一定的结构和组成；其二，种群有其自身的“个体”发育，表现出生长、分化和分工、生存、衰老及死亡等过程；其三，种群有其遗传属性；其四，种群是由作用成相互依存机制的遗传和生态两方面的因素整合起来的；其五，种群也像一个有机体一样，作为一个整体单位而接受其环境的影响，这种影响导致其自身发生变化，而最终又会改变其生境。
种群有其数量特征、空间特征和遗传特征。种群的数量特征包括三个层次，最基本的参数是种群大小和密度，影响种群大小的参数有出生率、死亡率、迁入率和迁出率这四个次级种群特征，而影响次级种群特征的因素又有种群的年龄结构、性比、增长率、遗传组成和分布式样等。种群的空间特征即其空间结构，是指组成种群的个体在空间上的分布及其动态。任何一个个体都有一个最小的空间需求，而任何一个种群所能占据的空间又总是有限的，因此种群的数量特征与空间特征是密切相关的。种群内个体的分布格局可以粗分为随机的、均匀的和聚集的三种类型。所谓随机分布，就是每一个体在种群内的各个点上分布的机会是均等的，同时，某一个体的存在并不影响另一个体的分布。均匀分布是指种群内的各个个体多多少少呈等距离的分布，这种式样往往在由于个体间的竞争导致产生相等的空间间隔的地方可以观察到。聚集分布指种群内个体成群或成团分布，绝大多数情况下种群都是呈现出这种分布型，因为这种分布格局对个体的生长和繁殖都较为有利。种群由同种的个体组成，但这些个体在遗传上却不一定是一致的，它们可能都有自己特定的基因型。种群具有一定的遗传组成，构成一个基因库，其中的每一种基因都有一定的比例，即基因频率，由基因组合成的基因型在种群中也有一定的出现频率，即基因型频率。
此外，种群还有其繁育特征。同一种群内的个体生活在一起，有着更多的相互交配的机会，个体与个体之间有较多的基因交流，它们彼此依靠血缘纽带紧密地联系着。
种群还与进化过程直接相关。进化，就是亲代种群与子代种群之间相异性的发展。个体可能发生变异，个体的变异却与进化无关，变异如果发展到了种群水平就有可能导致进化。种群作为一个整体来接受外界环境的影响，使自身的数量结构、空间结构或遗传结构发生变化，在一定的时间和空间内，或是走向兴盛，或是走向衰亡，更多的是在不同的交配机制的控制下基因型频率向着特点的方向变化。如果把个体理解为生存的最小单位，那么种群就是进化的最小单位。
10. 什么是群落
地球上的生物并非是以一个一个种群而独立存在的，也就是说，并非每个区域只生活着一个种群。只要具备适宜的条件，地球上表面的每一个空间都会挤满生物，而且常常是许多种生物共同生活在一起。虽然由于自然条件不同，生活在各处的生物种类也不会相同，但在任何一个特定的区域内，只要那里的气候、地形及其他自然条件都基本相同，那里就会出现一定的生物组合，即由一定的生物种类所组成的生态功能单位，这个功能单位就是群落。群落是一定空间和时间内的各种生物个体的总和，换句话说，群落就是一定空间和时间内的多种生物种群的复合体。群落可以是指某一时间某一空间中所有生物种群的集合，包括所有的植物、动物和微生物种群，也可以是特指某一时间某一空间某一类生物种群的集合，如植物群落、动物群落和微生物群落。
自然界中的生物群落并不是任意物种的随意组合，生活在同一群落中的各个物种是通过长期的历史发展和自然选择而保存下来的。生活在同一群体中的物种也不是独立的、互不相干的，这些生物彼此之间存在着一定的相互关系或相互作用，如竞争、捕食和共生等，这种相互依存和相互制约的关系使群落内的各物种处于一种动态的稳定之中。群落中的生物彼此之间的相互作用不仅有利于它们各自的生存和繁殖，而且也有利于保持群落的稳定性。
实际上，群落就是各种物种适应环境及彼此相互适应的产物。因此，群落的性质是由组成群落的各种生物对环境条件（如土壤、温度、湿度、光照和营养物质或食物等）的适应性以及这些生物彼此之间的相互关系（如竞争、捕食和共生等）所决定的。
生物群落的基本特征主要有以下几个方面：第一，生物组成的多样性。一个群落总是包含着多种生物物种，其中有植物、动物及微生物，但组成不同群落的物种成分及其多样性水平往往有较大的差异。第二，群落的层次性。不同群落常常具有极不相同的外貌，群落中的个体的物种总是占据不同的空间位置、利用不同的空间资源，这就决定了群落结构的层次性。第三，优势现象。在组成群落的许多物种中只有少数能凭借自己的大小、数量和活力等对群落产生重大影响，这些物种就是优势种，这些物种有高等的生态适应性，其存在往往影响着其他生物的存活和生长。第四，相对数量。群落中各种生物的数量各不相同，表现出在多度、密度、盖度、频度、体积和重量等多个指标上的差异。第五，营养结构。群落中的各种生物在取食关系上各有其特定的位置，而这种取食关系决定着物种和能量的流动方向。群落包括很多种生物
就像有机体的生长和发育一样，生物群落会发生演替。群落演替就是指群落中的一些生物种类逐渐取代另一些生物种类，使得一种类型的群落逐渐演变为另一种群落的过程，这一过程直到出现一个顶极群落才会中止。群落的演替是一个有规律的、有一定方向性的和可以被预测的自然过程。
群落，加上群落的环境就构成了生态系统。生态系统是指在一定空间内生物成分和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的传递而互相作用、互相依存所构成的一个有自组能力和自我调控能力的生态学功能单位。地球上存在许多大大小小的生态系统，大至整个生物圈，小至某个池塘等。但正是因为生态系统除生物成分外，还包含有非生物成分，因此通常不把它作为生物世界的一个基本结构层次来理解。
11. 你了解第一只克隆羊吗
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