生命溯源探幽(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：苏易

出版社：河北科学技术出版社

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生命溯源探幽试读：

前言

生命是从哪儿来的？最初是如何产生的？古往今来，不知有多少人对这样的问题产生了疑问，也不知道人们对这个问题争论了多少个世纪。然而，人们一直都无法找到正确的答案。

随着现代科学技术的进步和社会文化知识的丰富，大千世界变得日新月异，充满了无穷的魅力。人们对世界的认识也由最初的保守、被动接受转变为积极地探索研究，科技的发展使得人类的眼界越来越宽阔了，但是未知的世界也愈来愈多，对于生命，人们更是坚持不懈地进行探索和研究。

我们都知道，生命是地球上独特的存在，也是人类着重研究的神秘现象之一，一直以来，人们孜孜不倦地对生命进行探索，想解开关于生命现象的各种谜团，生命的溯源是人类最渴望得知的。从最初的生物进化，到第一批生物懂得追杀别的生物，再到从第一批生物从水中踏上陆地……它们究竟是怎样的一个进化过程呢？生命究竟是如何演变而来的呢？

这些问题，我们试图在《生命溯源探幽》一书中尽量给你解惑，并极大地激发你的想象力。本书文风谨严、文字流畅，既无八股式的陈旧呆板，也无学究式的晦涩艰深，真正做到了深入浅出、通俗易懂。在注重知识性、科学性、实用性的同时，还增添了精美的插图，版式精致。既能帮助青少年增长知识、开阔视野，又有助于他们文化素质的提高和阅读能力的培养，是青少年朋友应读的最佳课外读物之一。

希望本书能满足读者们强烈的好奇心，激发其旺盛的求知欲，开拓其视野，丰富其知识，顽强其精神，让读者们主动、积极地去认识，去追寻，去发现，去探索这个世界更多的未知领域。

第一章　地球生命溯源探幽

我们从何处而来

从肉眼无法看见的细菌，到体形庞大的鲸；从极其原始的某些单细胞病毒，到进化程度最高的人类，都有着一个共同之处：他们都是“生物”，都是由氨基酸、核酸、多肽、生物碱等一些微小的有机分子构成的。这有点像儿童玩“搭积木”一样，一块块看似简简单单的积木，却能组合成千姿百态的形状。但是，这些有机分子——生命的“积木”，究竟又来自何方？

早在19世纪70年代，维克拉玛辛、霍伊尔等一些科学家，在遥远的恒星周围的尘粒中发现了据他们认为是生命痕迹的东西。由此，他们做出以下推断：

在一颗与太阳相仿的不知名的恒星的轨道中，运行着一颗微不足道的彗星。在它的体内，一个只有在显微镜下才能看到的外星生命的“种子”——孢子，正静静地躺着，安稳地休眠。不知过了多少年，恒星的引力突然发生了变化，导致这颗彗星从原来的轨道中越了出来。在后来长达一亿多年的时间中，它一直在广漠、寂静而冰冷的宇宙空间里独自遨游。直到有一天，这颗彗星闯进了太阳系。先是几颗巨大的气体状行星从它身边呼啸而过，然后，在它面前出现了一颗庞大的、夹杂着片片褐色的蓝色星球——地球。彗星与无数宇宙尘埃和陨星碎片一起，撞击在地球上，碎裂开来。在它体内休眠了几亿年的孢子，被抛进了地球表面温暖的海洋中。这颗珍贵的生命种子，在某些催化剂的作用下，通过一些化学反应和生物反应，形成地球上最原始的生命形式。这大约是在33亿年前，从此，地球的历史完全改写了，一个全新的、孕育着生命的世界就这样开始了。

然而从一开始，很多人就对这犹如天方夜谭般的假设提出了怀疑。地球上的生命为什么一定是茫茫宇宙中一个突然闯入的“不速之客”带来的？彗星体内的孢子生命力有那么强吗？难道地球本身不可能通过一系列化学变化和生物变化而孕育生命吗？尤其是在1953年以后，由于一个美国化学家的实验，维克拉玛辛和霍伊尔等人的假设，更被大多数科学家冷落在了一边。

那一年，美国圣迭戈大学一位年轻的化学家斯担利·米勒，进行了一个有趣的实验。他先把甲烷、氢气、氨气和水蒸气等气体，按照“地球原始状态”时的组成比例，混合在一个玻璃瓶中。然后，他用电流模仿古老的、也是今天常见的气候现象——闪电，轰击这些气体。在一个星期后，米勒惊喜地发现，在玻璃瓶中出现了一种从未见过的橘黄色气体。通过测定，这一气体中含有大量氨基酸等有机物质。此后，德国科学家格罗茨和维森霍夫也进行大致类似的实验。他们先按照“地球原始状态”配置气体，然后通过对这些气体进行紫外线照射，也同样得到了氨基酸。

到20世纪60年代，科学家奥罗利用氰化氢等物质，成功地合成了核酸的重要组成成分之一——腺嘌呤。1963年，波南佩鲁马等科学家通过紫外线照射，得到了在生命体中用于传输能量的重要物质——ATP。这些实验证明：在一定的物质条件和能量条件下，即使没有生物酶的参与，从无机物转化为有机物、从简单的有机物转化为复杂的生命物质的进化过程，也完全有可能在地球上实现。于是，“地球生命自生说”在这些科学实验的支撑下，渐渐战胜了“地球生命天降说”。

在一些人看来，地球生命诞生的奥秘，似乎从此解开了。但是且慢，“地球生命自生说”实际上得意了没多久，就又遇上了新的挑战。原来，科学家们发现，在太阳系的九大行星中，木星、土星、天王星和海王星的大气成分以甲烷（CH）、氨气（NH）为主，而火43星、金星等类地行星的大气，则是以二氧化碳（CO）为主的。马上2有人提出：凭什么断定“原始状态”时的地球大气中，一定含有甲烷而不是二氧化碳呢？

另外，科学家们最近的研究还发现，某些微生物和病毒孢子的生命力之强，超出了人们的想象。如在20世纪80年代，荷兰天体物理学家彼得、韦伯和梅奥·格林伯格，把地球上的枯草芽孢杆菌放在低温中，用相当强的紫外线（2000A°～3000A°）和真空紫外线（1000A°～2000A°）来照射，实验结果令人大为吃惊：如此强烈的紫外线轰击，竟然没有杀死它们。由此他们推断，99.9%的孢子即使在裸露的情况下也可以在宇宙空间存活约2500年。更何况在星际空间中，孢子并不是完全裸露的，而是躲在陨石或宇宙尘埃的缝隙中，为自己披上了一件坚固的“装甲”。韦伯等人还认为，有些孢子能将周围的分子吸收到自己的表面，形成一道屏蔽宇宙辐射的保护层，这就能使它们的寿命达到450～4500万年，甚至永不死亡。如果是这样的话，几十亿年的“星际旅行”又算得了什么呢？

科学家霍利尔还别出心裁地检验了细菌的生命力。他动用足以置人于死地的强烈X射线，照射一个“微不足道”的细菌。结果发现，虽然细菌的基因组织（即脱氧核糖核酸）的双螺旋结构上出现了10000多个大大小小的裂痕（这表明细菌受到了巨大的损伤），但它依然能够进行顽强有效的“自救”，后来竟成功地活了下来。看来，无论是强烈的宇宙辐射，还是干燥冰冷的恶劣环境，都无法消灭这些生命的种子。

1967年4月20日，美国的无人宇宙飞船“观察者3号”在月球表面进行探测时，不慎将一台电视录像机“忘”在了月球上。两年后，美国载人宇宙飞船阿波罗号光临月球，将这台电视录像机带回。科学家们马上对它进行“隔离检查”，检查中竟发现了活的链球菌类细菌。

1977年，李森科等科学家将一个取样器投放在距地面75千米的高空中，收集大气层上部的空气样品。在采集的大气样品中，他们发现了30多个活的细菌。可能是为了抵抗高空强烈的紫外线辐射，这些细菌的颜色明显深于地球表面的细菌。科学家们推断，这表明它们并不是来自地球表面，而是来自宇宙空间。

1983年1月，美国、英国、荷兰三国联合研制、发射的红外线天文卫星，已经在星际云层中发现了一种结构相对较为复杂的有机体——多环芳香碳氢化合物（HAP）。它是由数十个碳原子通过不同的排列次序组合而成的。既然连这些“硕大”而复杂的有机分子，都可以在条件异常恶劣的宇宙空间中大量存在，那就更不用说一些结构更原始、更简单的孢子了。

在领略了这些“简单生命体”生命力的强大后，人们不禁又想到了那个久已萦绕在心头的疑惑：地球上的生命究竟是地球本土的“特产”，还是“天外来客”的“后裔”呢？如今我们这个星球已经不缺乏生命，但是还像遥远的天文时代一样，几乎每年都有很不起眼的、浑浑噩噩的“天外来客”光临。这些陨星、彗星、流星或是小行星的碎片，不断地降落在高山、峡谷、丛林、海洋。也许它们身上到处都包含着已经沉睡了几千年甚至是几万年的、我们所看不见的生命的种子、生命的信息。

我们目前虽然无法彻底解开地球生命诞生的奥秘，但是因为有了这么多新的重要发现，寻求生命起源的历程也由此变得奇妙有趣了。因为我们知道，自己有可能是外星生命的后代；而地球上的一草一木、飞禽走兽，包括我们自己，都可能最终来自那些古怪、难看的陨石块。

生命起源的星星之火

十几亿年前，在各种自然外力的不断作用与影响下，生命悄无声息地来到了地球。也许生命早已存在与其他星球或者说生命的诞生本就随着宇宙的大爆炸应运而生。我们人类只有几十万年的到一百多万年的历史，人类科技的飞速发展也不过是近几百年来的积累。相对于亘古的时间，也许人类还不够能力与资格来谈论“生命”这个神圣的现象。但是人类已经在地球上经过了百万年的进化，经历了百万年的风风雨雨。他是目前地球的主宰，是地球上智慧最高的生物。人类不像一般生命那样，盲目或者被动地去适应周围的生存环境。人类是肉体与精神胶合的一种生命现象。人类对生命的探索，起源与其神圣的地位以及对外部环境主动探索、适应、改造的天性。正如生命经过了十几亿年的演化与进化，人类也有足够的自信确保其自身不断演进，去发展自己的群体，在地球上建造一个宇宙中的乐园。原始生命的起源

现代科学认为，在地球最初形成的时期，表面充满着原始大气层，后来这些原始大气发散到太空中去，但地球内部不断地释放出二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨等气体，地球表面和大气层中，火山和雷电等巨大能量不断释放，这第二代大气又不断地变化，形成占大气99%的氧气和氮气，有了这个大气层，地球表面温度变化就可以保持在一个相对稳定的范围内，初步具备了形成生命的条件。地球诞生初期，形成生命的基本物质蛋白质和氨基酸等就已经存在了，这样蛋白质和氨基酸、氮和氧、铁、磷、硫等基本元素，经过漫长时间的相互作用，生命的基本形式出现了。

1928年，德国著名的有机化学家弗里得里希·维勒（1800-1887）人工合成了尿素，尿素虽然是一种有机化合物，但却是从无机物中制造出来的，彻底打破了传统上认为有机物和无机物之间不可跨越的界线。科学家们进一步研究发现，生命是由细胞组成的，构成细胞的几十种元素，在自然界中广泛存在。1952年，美国人斯坦利·米勒突发奇想，进行了一个大胆的试验，他在一个烧瓶里装入几种气体——甲烷、二氧化碳等地球原始气体，然后他用电火花轰击烧瓶，因为据说雷电是形成生命的最初能量来源，他静静地等待着，几天后，他的努力没有白费，有一种十分油腻的物质，黏附在烧瓶壁上，经过检验正是形成生命的初始物质——氨基酸。米勒由此获得博士学位，并一度成为国际上生物化学领域的领头人。

随着现代科学的发展，科学家们在陆地和空中发现了大量生命基因物质。1969年澳大利亚发现了著名的默契森陨石，它的表面布满了氨基酸。中国科学家们也发现了具有原始形态的多细胞生命物质，存在的时间至少可以追溯到20亿年前。美国国家太空总署的U2高空侦察机，在10000米的高空，收取到了从大气平流层向下飘落的彗星尘埃，发现里面充满着有机物质，和漂浮着的生命分子，美国著名科学家卡尔·萨根（1934-1996）认为，生命的初始物质就是这样来到地球的。

这些生命科学的成果告诉我们，地球上最原始的生命，可能有两个来源，第一是从地球诞生开始，在地球表面和大气层中，就广泛地分布着大量的各种形式的生命基因物质；第二是来自外太空的生命基因物质，伴随着外太空陨石和风雨雷电，不断地降落到地球上。但不管是来自哪里，这些生命基因必然是多种多样的，不会处在同一条起跑线上，必然是有高级和低级、先进和落后的区别。在漫长的时间长河中，高级的生命基因不断向高级人类形式过渡，低级的生命基因在相对低级的范围内获得发展，形成今天地球上丰富多彩的生命形式。生命起源与演化规律

以生物化石为依据，配合现代的科学技术方法，经过几百年的研究与探索，人类不断地纠正先前理论的错误，补充其中的不足。人类发现，生命的演化基本上遵从了从单细胞到多细胞，从水生到陆生，从低等到高等，从简单到复杂的一个自然过程。

也就是说生命的演化大体上还是遵从了特定的自然规律。它以无机物为素材，以自然界中各种各样的自然现象为动力，经过时间的历练，不断地超越自我，完善自我功能，使生命本身的结构、功能不断地适应着周围生存环境的变化，从而开创地完成了自身立足地球，闪耀于宇宙的光辉使命。

生物的进化大体趋势始终遵循着从简单到复杂，从低等到高等的，从单细胞到多细胞，从水生到陆生的过程，但是在生物的演化进程的某个片段，我们也会发现某些个例。它们的诞生本身就开创了一个进化奇迹，它们并不遵循生物进化的一般规律，似乎它们本身的诞生就是为宇宙中生命的多样性创造其他适合的更有效率的模式。还有一些生物，当突发的宇宙环境的变化对地球环境造成影响时，由于它们的进化里程没有足够的效率，或者没有足够的防危机能力，也消逝在地球生命长河中。

反观人类社会，生命的进化规律似乎又隐隐约约在应实人类社会的种种规律、种种法则、种种悲剧或者即将上演的喜剧。

生命的演变和进化

生命的形成和演化，实际上是宇宙空间的一定的局部区域（局域）中物质在适当的环境和条件下，经过一定的物质化学变化过程，产生、形成生命形态的物质并发生一系列的形态演变或演化过程，从而表现为生命的物种进化的物质演化过程或“特殊”形式的物质演化过程。

生命的演化过程包括两个阶段，一是物质由无生命的物质演化成有生命的物质的过程，二是有生命的物质继续演化，由低级生命形式向高级生命形式演化的过程，前者是生命的形成过程，也称为生命的化学演化过程，后者是生命的物种演化过程，是生物界的生物进化和种属、种群的发生、发展和替变过程。

生命演化的化学过程生命形态的物质是在一定的环境和自身因素条件下，由无生命的一般物质逐步发展、变化而来的，这个过程本身是一个长期的复杂的化学变化过程，其过程的时间长度要以数以亿年计；生命形态的物质的活动方式的特征在于，它们一方面能够与外界进行物质交换，以进行自身的生命代谢活动，另一方面，它们能够进行自身的个体复制，产生结构、功能一致的子代个体，这是生命形态的物质活动方式的最基本特征，只有符合这个特征的物质才可以称为生命物质，生命物质的实际存在形式的最基本、最典型的结构是细胞，细胞可以称为最完整的生命形式的物质的体现；物质从无生命物质到有生命物质的演化，要经过以下几个过程，首先是简单的有机物小分子和无机物分子通过化学变化合成复杂的有机物小分子的过程，其次，是复杂的有机物小分子合成有机物大分子的过程，再次是有机物大分子结合成生命的最基本物质形式——细胞的过程，细胞的形成，意味着生命形态的物质最终形成了，接下来，则进入生命的物种演化过程，即生物本身的演化过程阶段。（1）简单的有机物小分子和无机物分子合成复杂的有机物小分子的过程在生命形成以前的早期无氧环境中，自然界中的氨、水和甲烷、氰化氢等无机和有机物小分子物质，在一定能量——如闪电和紫外线的激发下，逐步合成氨基酸、脂肪酸、糖类等和其他一些复杂的有机化合物质，这些物质落入海洋中，进一步发生接触作用，在适当的条件下，就会向更复杂的有机物大分子转化。这个阶段，是生命物质形成的最初阶段，它是最基本的化学变化阶段，它的条件要求相对简单一些，只要在无氧、温度不过高或过低的条件下即可，这个阶段形成的物质，只有在适当的条件下，才能向生命形成的第二阶段的物质形式转化，从而形成更复杂的有机大分子。（2）有机物小分子形成有机物大分子的过程。上述过程形成的有机物小分子，会随着雨水落入海洋中，它们彼此在紧密接触的情况下，发生更复杂的化学作用和反应，形成更大的分子聚合体形式如肽链和糖聚体以及彼此之间形成的更多的、更复杂的化合物，如某些可以作为有机大分子之间反应的简单酶类，这些物质在海水中由于波浪的搅拌和施加能量，逐步向具有生物结构的生命物质形式过渡。（3）复杂有机物大分子向细胞形式的生命物质过渡复杂的有机大分子在海水的推动下，经过适当强度和能量的搅拌，其中一些憎水性的物质会逐渐细化形成一些微小的液滴，这些微小的液滴中间可能包容一些其他的有机物大分子，例如肽链分子等，它们组成一个和外界隔离起来的物体，称为团聚体，团聚体是形成细胞过程的最初物质形式，它发展的较完善形式，能与外界交换物质，使自身物质更新甚至“生长”，甚至使自身“生长”，但不能进行主动的自我复制，其逐渐“长大”的个体，会随着波浪的搅拌而自行碎裂，分裂成两个或两个以上的个体，所以可看成是一种具有复杂活动的、包含生命形式的物质活动萌芽的有机物质的构合体，本身还不是真正的生命形式的物质，有关团聚体如何演变成细胞的过程，至今还没有搞清楚，可以想这个过程的化学变化过程是很复杂的，必须有更多的物质参与才行，中间也必须经过多步的逐步缓慢变化才能最终完成这个过程，首先，其中的肽链在环境合成的更多的物质的作用下，会进一步合成简单蛋白质，作为构造细胞的物质，其次，氨基酸会异构成核苷酸，它们再进一步合成简单的寡核苷酸，并在适当时候分化出脱氧核苷酸和合成寡脱氧核苷酸，逐步形成细胞内的初步代谢和主动复制过程，最后，寡核苷（脱氧核苷）酸进一步复杂起来，形成较大分子的多核苷（脱氧核苷）核酸甚至核（脱氧核）酸，与此同时，团聚体内功能结构也逐步完善起来，最后形成原始的原核细胞，生命就形成了。

从无生命物质转化为生命物质的中间形式，是原始的生物大分子，这是一种类似今天的病毒结构的半生命物质形式，和病毒不同的是，它们并不寄生在活的生物体内部，而是直接依靠周围的营养物质生活，这种原始的生物大分子的最初形式，可能是一种类似于阮病毒似的结构的物质形式，即通过只有蛋白质的物质形式组成它的分子结构，而没有核酸，以后则可能进一步分化出逆转录式的分子结构体，相当于反转录的病毒分子，即以核糖核酸为模板，以脱氧核糖核酸为信息和转运因子合成体蛋白，最后才分化出正转录式的分子结构体，这种分子结构体进一步完善起来，就形成了细胞，即生命的最完备形式的物质存在方式。这种转化过程中的一些原始的生物大分子，在细胞生物出现以后，加之其他一些新的环境因素的影响下，逐渐改变生活方式，变成寄生性的物种，演化为今天的各种病毒种类。

生物形态的演化，是指直接的物种形式的生命形式的演变或演化过程，分为两个阶段：早期生物演化阶段和以后的生物演化阶段，现分别介绍如下。（1）早期生物演化阶段：早期生物演化阶段，是指细胞形成以后到动植物分化这一阶段的生物演化阶段，这一阶段中的生物均是以单细胞形式存在的，在这一阶段中，细胞以周围的现成有机物为食，这些有机物原本存在于海洋中，是生命形成过程中残留下来的物质，同时由大气中形成的新的有机物不断补充，细胞利用阳光的能量，将水分解成氢和氧，然后利用它们的化合释放出的化学能，用于体内生物合成和代谢（吸收和排泄）的能量，合成生物体内各种生命和生长代谢的物质，如蛋白质和核酸、脂肪等物质，供生物体生长和发育的物质需要，这种过程要进行到大气中的有机物来源耗尽为止，在这以后，生物体由于环境变化的原因，将发生进一步的形态分化，进一步分化为原始的植物和动物两个不同的基本生物形态或分支类型，向着不同的方面或方向演化，从而进入以后的生物演化阶段。（2）生物演化的高级阶段从植物和动物的分化开始，生物界进入它的生物演化的高级阶段，这种阶段也称为生物演化的自组织阶段，其特点是食物的供给不再只依赖于外部环境的提供，而是在利用外部环境的简单物质的同时，主要以生物界内部的循环式利用为主，以维持生物界的存在。

这种演化阶段可分为单细胞生物演化阶段和多细胞生物演化阶段两个部分，在单细胞生物演化阶段中，原核生物的植物种属分化为细菌和含有叶绿体的藻类，并且一部分原核植物演化为真核植物，使之出现了真菌和真核藻类。伴随着这种发展，一方面植物界内部先后出现了不同的寄生生物种，另一方面则出现了高级的单细胞种类，因此，植物界本身发生了一些新的分化。

典型的单细胞动物是原生动物，为真核生物，原核生物中的动菌属于一种亚动物，它有和一般动物的不同之处。典型的动物和植物界的寄生物种或动菌不同的地方在于，植物界的寄生物种身体是不能运动的，而且它们的寄生方式是侵入细胞内取食（细菌），或由细胞的外膜从具有营养的外部环境中进行渗透吸收（真菌），动菌虽然能够运动，但和不动菌的取食方式却是一样的，而动物则不仅身体能够运动，而且取食的方式是将整个食物由口吞下去，然后再进行消化吸收和排泄，所以两者是不同的。原核生物向真核生物的演变过程，目前科学上还没有搞清楚，关于真核细胞的形成过程，可能是不同种类的原核生物彼此之间接触共生，例如像链状的葡萄球菌那样，以后逐渐进化变异、合并为一体，演化为同一细胞的不同细胞器而形成的。

动植物分化和形成的后果，是由于植物的代谢，大气中的微溶于水中的二氧化碳被植物吸收，而游离氧被分离出来，因此，大气中二氧化碳逐渐减少，氧逐渐积累增多，与此同时，氮被死亡植物的代谢活动重新释放出来，逐渐形成现代的生物大气结构的大气物质组成形式，由于动物和植物界的寄生物种对氧和植物体有机物的消耗，以及微生物对死亡动植物体的分解利用，形成了生物界内部的物质循环过程和生物界、无机界之间的物质循环过程，生物界的物质运动，由早期的开放式的交换过程演变为现今的封闭式循环利用过程，奠定了今天的生物界的物质活动方式和基础。

多细胞生物的出现，则是生物界进一步发展过程的产物，这个过程历时很长时间，最初大约发生在五亿年以前，这是大气中游离氧积累到一定阶段的产物或结果，其结果是，两类生物体由此获得了更多的制造能量的物质，从而使单细胞的生物体组织分化，向更复杂的生物体形式演变、融合更多的细胞共同生活成为可能，从而使原来的单细胞生物逐渐发生了进一步的身体变构，形成了新的多细胞的同体生长和各个不同细胞的组织功能分化从而产生生物体的不同的组织器官形成和分化的现象，从而使生物体在组织结构上大大分化发展起来，形成多细胞生物的生物体形式。有关生物体或生物物种的演化的具体过程和原因，我们前面已经说过了。

对于植物界大致从低等植物中的菌藻类开始，到高等植物中的苔藓植物、裸子植物和被子植物这一进化过程，演变为今天的植物种类和物种形式，不同的植物物种在一定的当地条件下，又发展为植物群落；而动物则大体是按早从单细胞的原生动物到多细胞的腔肠动物、线形动物、节肢动物等无脊椎动物形式进化为脊椎动物形式这一过程，逐渐进化为今天的各种动物种类和动物群落，并在这种进化过程中，由古猿这种生物中的一支，逐渐进化为人类，形成了高级的文明的生物进化的形式。

人类社会的进化

毛泽东同志在他的诗文中，把人类起源的复杂历程概括为一句话“人猿相揖别”，把人类在漫长的原始社会时期经历的旧石器时代、新石器时代和青铜器时代，高度地概括为“几千寒热。”

从现代考古学的发现中，我们知道人类诞生的过程极其艰辛，前后历时3000多万年时间。先是诞生了森林古猿，之后又诞生了拉玛古猿，此后南方古猿人类的祖先问世了。

400万年前人类诞生了，从此地球进入了人类阶段，地球经受着一次深刻而有意义的变化。

人类的诞生是在其他物种的基础上诞生的，是生物进化技术积累的再创新。人类的诞生也是遵守着生物进化的一般法则。而人类社会的发展却具有其与生俱来的天赋。

人类是一种特殊的生命现象。它具有良好的适应能力起因与其具有的智慧。它的智慧是其他物种无可匹敌的。利用其高度的智慧，人类不断的认识自然界，改造自然界，从而创造了一个优良的生存环境，确保了人类生命的延续。人类在此基础上种群规模逐步扩大，人类社会逐步诞生。

从马克思对人类社会的解释与探索中，我们得知。人类社会的发展里程经历了原始社会、奴隶社会、封建社会、资本主义社会、社会主义社会、并讲逐步过渡到共产主义社会。当然在现阶段，资本主义社会与社会主义社会共存现实是显然的。

人类社会的高度发展，起因于300多年的工业改变。这300多年中人类认识自然的能力飞速发展，从而也增大了人类影响自然的能力和改造自然的野心。

生命进化的规律告诉了我们人类社会一些基本知识。事物的发展是一个阶段性的突破过程，它必将经历一个漫长而艰难的改变过程，而不可能凭空而出。它为整个社会建立了一个基本格调。难怪亚当·斯密在其《国富论》篇首就一再强调“劳动是创造财富的源泉。”他其实是在强调一种基本精神，财富的创造过程或者说人类社会的发展本身就是一个艰辛的发展过程。它需要一代一代人艰苦的劳动积累，而不是所谓的投机。

在不断强调社会发展劳动积累重要性的同时，我们还不能忽视一个简单的事实。人类也不过是自然界成千上万物种中的一员。虽然现阶段它是地球的统治者，但是它也面临着潜在的威胁、危机与挑战。

恩格斯曾经这样说过：我们不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。每一次胜利，在第一线都确实取得了我们预期的结果，但是在第二线和第三线却有了完全不同的、出乎意料的影响，它常常把第一个结果重新消除。美索不达米亚、希腊小亚细亚以及别的地方的居民，为了得到耕地，毁灭了森林，他们想不到这些地方今天竟因此成为荒芜不毛之地，因为他们在这些地方剥夺了森林，也就剥夺了水分积聚中心和贮存器。

他其实也在告诉人类：人类也是生命物种，他也有威胁，也会面临自然界的挑战，它也可能会因为哪天不适应自然界而断然退出地球生命舞台。

的确，人类认识自然的能力与改造自然的能力达到了前所未有的高度，人类不断地运用自己的指挥去认识地球，改造地球，并把自己的视角逐步伸向宇宙空间。人类凭借其精神动力与生命使命感不断地企图对这个世界作出自己认同的解释。但是，同时，人类却又因为过多重视社会经济的快速发展，而忽略了可能的对自然界认识能力的不足而带来的盲目行为和潜在的深刻影响。

人类具有天生的冒险精神，会大胆尝试和实践自己的想法，也或者说人类欲望的高度促使它不断去追求社会发展的效率与高度。人类还是忽略了一个简单的事实：正如物种的起源，人类社会是需要建立的时间积累的深厚基础之上，任何盲目和无知的行为都是会造成潜在的影响和威胁的。人类应把握好这个简单的物种进化规律而运用到社会发展中去，而不应该盲目追求社会物质经济的迅速发展或者盲目进行科学探索，而忽视循序渐进的基本常识。

生命进化是一个时间积累与突发改变的一个阶段性演进过程。而社会发展也理应是一个劳动积累与科学技术创新与进步的一个徐徐进行的时间过程。新的人类起源——海猿说

古人类学家告诉我们，人类的远祖——古猿，生活在800万到1400万年前；人类的近祖——南猿和猿人，生活在20万到400万年前。那么，400万到800万年前这一段长达400万年的时间里，我们的祖先是什么模样，又生活在哪里呢？由于这400万年间的化石资料极少，所以古人类研究中出现了一段“化石空白的年代”。

1960年，英国人类学家利斯特·哈代提出一种假设：在这一段时间里，我们人类的祖先是生活在大海中的海猿。正是在大海中，他们完成了两足直立、控制呼吸的进化过程，为以后的直立行走、解放双手、发展语言交流等重大进化步骤创造了条件。这400万年的海中生活，给人类留下了许多“痕迹”。例如，所有的灵长类动物体表都长着浓密的毛发，唯独人类和水兽一样，皮肤是裸露的；灵长类动物都没有皮下脂肪，而人类却有水兽那样厚厚的皮下脂肪；人类胎儿的胎毛生长位置也与水兽接近，却明显地不同于灵长类动物；人类的泪腺分泌泪液、排出盐分的现象，也是水兽的特征，在灵长类动物中是绝无仅有的。

通过研究还发现，在对自身食盐需要量方面，其他哺乳动物有着精确的感觉，而人类却和水兽一样没有感觉。此外，在潜水本领上，猿人已经具备了屏息潜水的能力，而其他灵长类动物却没有。这些现象有力地支持了海猿的假说。

1974年，在非洲的埃塞俄比亚，发现了一具300万年前的南猿化石。对这具化石的骨骼结构的分析表明，我们人类的祖先有着在海中生活过的经历。

虽然关于海猿的假说还没有得到最后证实，并且被认为是“异想天开”，但是，也许有一天，人们将从地层中找到海猿的化石，并在人类进化史上写下：人类起源于大海。

化石——见证生命演变的镜子

化石存留在岩石中的动物或植物遗骸。通常如肌肉或表皮等柔软部分在保存前就已腐蚀殆尽，而只留下抵抗性较大的部分，如骨头或外壳。它们接着就被周遭沉积物的矿物质所渗入取代。许多化石也被覆盖其上的岩石重量压平。

化石，经过自然界的作用，保存于地层中的古生物遗体和他们的生活遗迹。

简单地说，化石就是生活在遥远的过去的生物的遗体或遗迹变成的石头。在漫长的地质年代里，地球上曾经生活过无数的生物，这些生物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹，许多都被当时的泥沙掩埋起来。在随后的岁月中，这些生物遗体中的有机物质分解殆尽，坚硬的部分如外壳、骨骼、枝叶等与包围在周围的沉积物一起经过石化变成了石头，但是它们原来的形态、结构（甚至一些细微的内部构造）依然保留着；同样，那些生物生活时留下的痕迹也可以这样保留下来。我们把这些石化的生物遗体、遗迹就称为化石。从化石中可以看到古代动物、植物的样子，从而可以推断出古代动物、植物的生活情况和生活环境，可以推断出埋藏化石的地层形成的年代和经历的变化，可以看到生物从古到今的变化等。

在有文字记载的人类历史的早期，某些希腊学者曾被在沙漠中及山区有鱼及海生贝壳的存在感到迷惑。公元前450年希罗多德注意到埃及沙漠，并正确地认为地中海曾淹没过那一地区。

公元前400年亚里士多德就证明化石是由有机物形成的，但是化石之被嵌埋在岩石中是由于地球内部的神秘的塑性力作用的结果。他的一个学生狄奥佛拉斯塔（约公元前350年）也提出了化石代表某些生命形式，但是他认为化石是由埋植在岩石中的种子和卵发展而成的。斯特拉波（约公元前63年到公元20年）注意到海生化石在海平面之上的存在，正确地推断出，含有该类化石的岩石曾受到很大的抬升。

在中世纪的黑暗时代，人们对化石有各种各样的解释，人们或者解释为自然界的奇特现象，或者解释为是魔鬼的特别创造和设计以便来迷惑人。这些迷信以及宗教权威们的反对，妨碍了化石研究达数百年。大约在15世纪初，化石的真正起源被普遍接受了。人们懂得了化石是史前生物的残体，但仍然认为是基督教圣经上所记载的大洪水的遗迹。科学家与神学家的争论大约持续了300年。

文艺复兴时期，几个早期自然科学家，著名的达·芬奇论及到化石的问题。他坚决主张，洪水不能对所有化石负责，也无法解释化石出现在高山上。他们肯定地相信，化石是古代生物无可置疑的证据，并认为海洋曾覆盖过意大利。他认为，古代动物的遗体被深埋在海底，在后来的某个时候，海底隆起高出海面，形成了意大利半岛。在18世纪末和19世纪初，为化石的研究打下了牢固的基础，并形成一门科学。从那时起，化石对于地质学家越来越重要了。化石主要发现于海相沉积岩中，当海水中沉积物如石灰质软泥、沙、贝壳层被压紧并胶结成岩时，就形成了海相沉积岩。只有极罕见的化石出现在火山岩和变质岩中。火山岩原来是熔融状态，它的里面是没有生命的。变质岩是经历了非常大的变化而形成的，使得原始的岩石中的化石一般都化为乌有。然而，即使在沉积岩中，所保留下来的记录也只是史前动植物的很小一部分。如果考虑到形成化石这一过程所需要的苛刻条件，也就不难理解为什么沉积岩中所保留下来的也只是史前动植物的很小一部分。形成条件

虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有三个因素是基本的：（1）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。（2）生物在死后必须立即避免被毁灭。如果一个生物的身体部分被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生物变成化石的可能性。（3）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。演变过程

人们已知道，由附近火山落下的火山灰曾覆盖过整片森林，在森林化石中有时还可见到依然站立的树，以很好的姿态被保存下来。流沙和焦油沥青通常也能迅速把动物掩埋起来。焦油沥青的行为好像一个捕获野兽的陷阱，又像防腐剂能阻止动物坚硬部分的分解。洛杉矶的兰乔·拉·布雷沥青湖由于在其中发现许多骨化石而闻名了，在其中发现的骨化石包括长着锐利牙齿的野猪、巨大的陆地树懒以及其他已经灭绝的动物。在冰期生存的某些动物的遗体被冻结在冰或冻土之中。显然，被冰冻的动物有的可以保存下来。

虽然地球上曾有众多的人并不知道的生物生存过，而只有少数生物留下了化石。然而，使生物变成化石的条件即使都满足了，仍然还有其他原因使得某些化石从未被人们发现过。例如，很多化石由于地面剥蚀而被破坏掉，或它的坚硬部分被地下水分解了。还有一些化石可能被保存在岩石中，但由于岩石经历了强烈的物理变化，如褶皱、断裂或熔化，这种变化可以使含化石的海相石灰岩变为大理岩，而原先存在于石灰岩中的生物的任何痕迹会完全或几乎完全消失。还有很多化石则存在于无法获得来进行研究的沉积岩层中，也还有很多出露于地表的含化石的岩石分布在世界上的某些地方，却没有进行地质学研究。另外一个很普遍的问题是，可能由于生物的残体变成碎片或保存得很差，而不能充分显示出该生物的情况。

再者，当我们向过去回溯的时间越古老，化石记录缺失的时间间隔越长。岩石越老，受到破坏性力量的机会就越多，化石也就越加不可辨认。而且由于较古老的生物和今天的生物不同，因而对它们进行分类就很困难，这一情况使问题进一步复杂化了。然而，尽管如此，大量保存下来的生物化石仍为我们认识过去提供很好的记录。

动物和植物变成化石可以通过很多不同途径，但究竟通过哪种途径，通常取决于：（1）生物的本来构成。（2）它所生存的地方。（3）生物死后，影响生物遗体的力。

大多数古生物学家认为生物残体的保存有4种形式，每一种形式取决于生物遗体的构成或者生物遗体所经历的变化。

生物的本来的柔软部分只有当它被埋在能够阻止其柔软部分分解的介质中时，才能得以保存。这种介质有冻土或冰，饱含油的土壤和琥珀。当生物在非常干燥的条件下变成木乃伊，也能保存它的身体上本来的柔软部分。这种情况一般只发生于干旱地区或沙漠地区，并且在遗体不被野兽吃掉的情况下。

大概动物柔软部分的化石得以保存的最著名的例子是在阿拉斯加和西伯利亚。在这两个地区的冻原上发现的大量的冻结的多毛的猛犸遗体——一种绝灭的象。这些巨兽有的已被埋藏达25000年。当冻土融解，猛犸的遗体就暴露出来。也有些尸体保存得很不好，当它们暴露出来时，其肉被狗吃了，其长牙被象牙商倒卖。猛犸象的毛皮现在在很多博物馆展览，有的把猛犸象的肉体或肌肉放在乙醇中保存。

生物身体的柔软部分在东波兰的饱含油的土壤中也发现过，在这里有保存很好的一种绝灭的犀牛的鼻角、前腿和部分皮。在新墨西哥州和亚利桑那州的洞穴中和火山口里发现了地树懒的天然形成的木乃伊。这里的极端干燥的沙漠气候能够使动物的软组织在腐烂之前就全部脱水，并能保存部分的皮、毛、腱、爪等。

生物变成化石的更有趣和不寻常的一种方式就是在琥珀中保存。古代的昆虫可被某些针叶树分泌出的粘树胶所捕获。当松脂硬结后并进一步变成琥珀，昆虫便留在其中。有些昆虫和蜘蛛被保存得非常好，甚至能在显微镜下研究它的细毛和肌肉组织。

虽然生物体的软组织的保存形成了一些有趣的和令人叹为观止的化石，但这种方式形成的化石是相对罕见的。古生物学家更多的是研究保存在岩石中的化石。

生物体上的硬组织也能被保存下来。差不多所有的植物和动物都拥有一些硬部分，例如蛤、蚝或蜗牛；脊椎动物的牙和骨头；蟹的外壳和能够变成化石的植物的木质组织。生物体的坚硬部分由于是以能抵抗风化作用和化学作用的物质构成的，所以这类化石分布的较普遍。无脊椎动物例如蛤、蜗牛和珊瑚等的壳是由方解石（碳酸钙）组成的，其中很多没有或几乎没有发生物理变化而被保存下来。脊椎动物的骨头和牙以及许多无脊椎动物的外甲含有磷酸钙，因为这种化合物抵抗风化作用的能力非常强，所以许多由磷酸盐组成的物质也能保存下来，如曾发现一枚保存极好的鱼牙。由硅质（二氧化硅）组成的骨骼也具有这种性质。微体古生物化石的硅质部分和某些海绵通过硅化而变成化石。

另一些有机物具有几丁质（一种类似于指甲的物质）的外甲，节足动物和其他有机物的几丁质外甲可以成为化石，由于它的化学成分和埋葬的方式，使这种物质以碳的薄膜的形式而保存下来。碳化作用（或蒸馏作用）是生物埋葬之后在缓慢腐烂的过程中发生的，在分解过程中，有机物逐渐失去所含有的气体和液体成分，仅留下碳质薄膜。这种碳化作用和煤的形成过程相同。在许多煤层中可以看到大量的碳化植物化石。

在许多地方，植物、鱼和无脊椎动物就是以这种方式保存下它们的化石。

有些碳的薄膜精确地记录了这些生物的最精细的结构。

化石还可以通过矿化作用和石化作用而保存下来。当含矿化的地下水把矿物沉淀于生物体的坚硬部分所在的空间时，使得生物的坚硬部分变得更坚硬、抵抗风化作用的能力更强。较普通的矿物有方解石、二氧化硅和各种铁的化合物。所谓置换作用或矿化作用是生物体的坚硬部分被地下水溶解，与此同时其他物质在所空出来的位置上沉淀下来的过程。有些置换形成的化石的原始结构被置换的矿物所破坏。

不仅动植物的遗体能形成化石，而且表明它们曾经存在过的证据或踪迹也都能形成化石。痕迹化石能提供有关该生物特点的相当多的情况。很多壳、骨、叶以及生物的其他部分，都能以阳模和阴模的形式保存下来。如果一个贝壳在沉积物硬化成岩之前就被压入海底，它的外表特征就会留下压印（阴模）。如果阴模后来又被另外一种物质充填，就形成阳模。阳模能显示出贝壳本来的外部特征。外部阴模显示的是生物体硬部分的外部特征，内部阴模显示的是生物体坚硬部分的内部特征。

一些动物以痕、印、足迹、孔、穴的形式留下了它们曾经存在的证据。

其中如足迹，不仅能表明动物的类型，而且提供了有关环境的资料。恐龙的足迹化石不仅揭示了它的足的大小和形状，还提供了有关它的长度和重量的线索，留有足迹的岩石还能帮助确定恐龙生存的环境条件。世界上最著名的恐龙足迹化石发现于得克萨斯州索美维尔县罗斯镇附近的帕卢西河床中的晚白垩纪石灰岩中，年代大约在1.1亿年前。留有恐龙足迹的大的石灰岩板被运到全世界的博物馆中，成为这种巨大爬行动物的亚证据。无脊椎动物也能留下踪痕。在许多砂岩和石灰岩沉积层的表面可以看到它们的踪迹。无脊椎动物的踪痕既有简单的踪迹，也有蟹及其他爬虫的洞穴。

这些踪痕提供了有关这些生物的活动方式和生活环境的证据。洞穴是动物为着藏身觅食而在地上、木头上、石头上以及其他能打洞的物质上打出的管状或圆洞状的孔穴，后来若被细物质充填，就可能得以保存下来。打出该洞穴的动物的遗体偶尔也能在充满洞中的沉积物中找到。在松软的海底，蠕虫、节肢动物、软体动物以及其他动物都可留在洞穴里。某些软体动物，如凿船虫——一种钻木的蛤、石蜊——一种钻石的蛤，它们的洞穴化石和钻孔化石也常常能被发现。在人们所知的最古老的化石之中，有管状构造，据认为这种管状构造是蠕虫的洞穴。在许多最古老的砂岩中，就有这种管状构造。

钻孔是某些动物为了觅食、附着和藏身而打的洞。钻孔经常出现在化石的贝壳、木头和其他生物体的化石之上。钻孔也是一种化石。像钻孔蜗牛这种食内动物就能穿过其他动物的壳来钻孔以吃食其软体部分。许多古代软体动物的壳上可见到像是钻孔蜗牛打的整齐的洞。

化石对于追溯动植物的发展演化是有用的，因为在较老的岩石中的化石通常是原始的和较简单的，而在年代较新的岩石中的类似种属的化石就要复杂和高级。

某些化石作为环境的指示物是很有价值的。例如造礁珊瑚似乎总是生活在与今天相似的条件下。因此，如果地质学家找到了珊瑚礁化石——珊瑚最初被埋藏的地方，就可以有理由地认为，这些含有珊瑚的岩石形成于温暖的相当浅的海中。这就使得勾画出史前时期海的位置及范围成为可能。珊瑚礁化石的存在还可指示出古代水体的深度、温度、底部条件和含盐度。

化石的一个更重要的用途是用来进行对比——确定若干岩层间彼此相互关系的密切的程度。通过对比或比较各岩层所含的特征化石，地质学家可以确定一个特定区域的某种地质建造的分布。有的化石在地质历史上生存的时间相当短，然而在地理分布上却相当广泛。这种化石被称为指示化石。由于这种化石通常只是和某一特定时代的岩石共生，所以在对比中特别有用。

微体生物的化石对于石油地质工作者作为指示化石特别有用。微体古生物学家（研究微体古生物的学者）通过对从钻孔中取得的岩心进行冲洗、将微小的化石分离出来，然后在显微镜下进行研究。通过对这些细小的古生物遗体的研究所获得的资料对于判断地下岩层的年代和储油的可能性是非常有价值的。微体古生物化石对于世界油田之重要可从某些储油地层用某些关键的有孔虫的属来命名这一点见其一斑。其他微体古生物化石，如介形虫、孢子和花粉，也被用来确定世界其他许多地区的地下岩层。

虽然植物化石对于指示气候十分有用，但用于地层对比就不很可靠。植物化石提供了许多有关整个地质时代的植物演化的资料。

第二章　基因信息和遗传研究

了解DNA

脱氧核糖核酸（DNA，为英文De-oxyribonucleicacid的缩写），又称去氧核糖核酸，是染色体的主要化学成分，同时也是组成基因的材料。有时被称为“遗传微粒”，因为在繁殖过程中，父代把它们自己DNA的一部分复制传递到子代中，从而完成性状的传播。（1）DNA是由核酸的单体聚合而成的聚合体。（2）每一种核酸由3个部分所组成：含氮盐基+五碳糖+磷酸根。（3）核酸的含氮盐基又可分为4类：鸟粪嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）（4）DNA的4种含氮盐基组成具有物种特异性。即4种含氮盐基的比例在同物种不同个体间是一致的，但在不同物种间则有差异。（5）DNA的4种含氮沿基比例具有奇特的规律性，每一种生物体DNA中A≈TC≈G加卡夫法则。生命的遗传奥秘

生命的遗传奥秘藏在DNA和RNA中。

现在人们都知道DNA和RNA是遗传物质，但是什么叫DNA呢？其实DNA和RNA是一种核酸的东西，因为它藏在细胞核内，又具有酸性，所以在它刚被发现的时候就被称为核酸。

核酸是一个叫米歇尔的瑞士青年化学家发现的，那还是1869年的事，到了1909年，一位美国生物化学家又发现核酸中的碳水化合物有两种核糖分子，因此核酸也有两种，一种叫脱氧核糖酸，英文缩写就是DNA；另一种是核糖核酸，英文缩写是RNA。DNA一般只在细胞核中，而RNA除了在细胞核中外，还分布在细胞质中。DNA和RNA与生物遗传基因

细菌学家艾弗里通过研究肺炎球菌转化时，偶然发现了DNA，就是那个被很多人找了很久的基因物质。在DNA上带着生命的遗传秘密的基因物质，这样，对于到底什么是决定生命遗传现象的探索，终于到了揭开秘密的时候了，这时已是20世纪40年代。组成DNA的4种核苷酸的排列组合顺序大有奥秘。解开DNA的秘密

当发现基因就是DNA后，人们还是想知道，这个DNA是怎么样的一种东西，它又是通过什么具体的办法把生命的那么多信息传递给新的接班人的呢？

首先人们想知道DNA是由什么组成的，人类总是爱这样刨根问底。结果有一个叫莱文的科学家通过研究，发现DNA是由4种更小的东西组成，这4种东西的总名字叫核苷酸，就像4个兄弟一样，它们都姓核苷酸，但名字却有所不同。分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），这4种名字很难记，不过只要记住DNA是由4种核苷酸只是随便聚在一起的、而且它们相互的连接没有什么规律。但后来核苷酸其实不一样，而且它们相互组合的方式也千变万化，大有奥秘。

生物遗传与变异

世界上现存的生物种类繁多，大至几十吨的巨鲸，小至仅有二三百个核苷酸的类病毒，都有一种不同于非生物的特点——繁殖。物生其类，传宗接代。这种一个物种只产生同一物种的后代，这些后代又都继承着上一代的各种基本特征的现象，就是遗传。正是因为遗传现象的存在，人类才能保持形态、生理和生化等特征的相对稳定。但是繁殖的结果还有一种可能，即各种生物所生的后代又不完全像，亲代、子代各个体间也不完全一样，这种亲子代间的差异称为变异。

遗传使物种保持相对稳定；变异则使物种的进化成为可能，其实质是在环境因素的作用下，机体在各种形态、生理等各方面获得了某些不是来自于亲代的一些新的特征。如果没有遗传现象，世界上的各个物种就不可能一代一代地连续下去；同样，若没有变异现象的存在，地球上的生命只能永远停留在最原始的类型，也不可能构成形形色色的生物界，更不可能有人类进化的历史。所以说遗传与变异的矛盾是生物发展和变化的主要矛盾，在生物进化过程中起决定作用。对于稳定品种的有机体，遗传是矛盾的主要方面，变异是次要方面，这样才可保持其特性一定的稳定和相对不变。但有时由于某种原因，变异会成为主要矛盾，遗传成为次要的，这时有机体的某些特征和特性就会发生改变，从而引起了生物的变化和发展。遗传的物质基础

在揭示了遗传分子基础的今天，遗传与变异的研究已进入了对遗传的物质基础及遗传物质的复制、重组、变异、遗传信息的传递和表达等各个方面。

几乎所有生物遗传的物质基础都是脱氧核糖核酸（DNA），只有一小部分病毒是以核糖核酸（RNA）作为遗传物质的。

1.遗传的染色体（chromosome）基础

人类从双亲处继承的全部遗传物质是存在于卵子和精子这2个细胞的细胞核内。在细胞有丝分裂中期，染色体的形态最为恒定，分化最清晰，便于观察和比较，因而是研究中通用的染色体分析对象。（1）常染色体与性染色体由核酸和蛋白质构成，具有储存和传递遗传信息。控制分化和发育的作用。正常人体细胞中共有46条染色体，构成23对。每一对染色体由2条形态功能相同，分别来源于父方和母方的染色体构成。这对染色体称为同源染色体（homologous chromosome）。每一条染色体都是由2条染色单位连于一个着丝粒所构成。着丝粒可将染色体分成2个臂，较长的为长臂（q），较短的称为短臂（p）。在23对染色体中，1～22号染色体为男女所共有，称为常染色体；另2条为性染色体，X和Y。男性为46，XY；女性为46，XX。人的性别是在受精时由精子和卵子中所含的性染色体所决定的。（2）核型（karyotype）与染色体显带

1）核型：由体细胞中全套染色体按形态特征和大小顺序排列构成，并依次配对、分组，构成该个体的核型或染色体细型。

染色体核型的表达，应将染色体总数，性染色体组成以及异常染色体情况一一加以描述。

一般正常核型的表达如下：

46，XX——即表示染色体总数为46条，性染色体为XX，是正常女性核型。

异常染色外该型表达分为结构异常和数目异常，分别表达如下：

47，XY，+21——这是“21三体综合征”（又称先天愚型）患儿的核型表达。说明该个体为男性，细胞含47条染色体，第21号染色体多了一条。属于常染色体数目异常。

46，XY，5P——表示该男性患儿第5号染色体短臂缺失，即临床上所谓的“猫叫综合征”。属于染色体的结构异常。

2）染色体的显带：当染色体经一定程序处理并用特定的染料染色后，在显微镜下可显示出深浅不同的条纹，或在荧光显微镜下看到不同强度的荧光节段，这就是染色体带。不同的染色体具有不同形态的带，称为“带型”，将染色体带显示的过程称为染色体显带。在一个人类中期细胞的染色体组上约可看到320条带。至20世纪70年代中期，自染色体高分辨显带技术问世后，研究者可以在细胞的前中期染色体上显示出1256条带；在早前期染色体上可显示出3000～10000条带。从而使染色体的研究进入分子生物学水平。因为显带技术不仅解决了染色体的识别问题，还为深入研究染色体的异常初人类基因定位创造了条件。

2.遗传的分子基础

染色体中的化学组成主要是DNA和组蛋白。携带遗传信息的主要是DNA分子的一个特定片段——基因。基因是细胞内遗传信息的结构和功能单位，它能通过特定的表达方式控制和影响个体的发生和发育。

人体细胞内的DNA是由两条多核苷酸链结合而成的一条双螺旋分子结构，每个基因都是DNA多核苷酸链上的一个特定的区段。基因的复制是以DNA复制为基础。在细胞周期中，DNA双螺旋中的两条互补链间的氢键断裂，双螺旋解旋，然后在特异性酶的作用下，以每股链的碱基顺序为模板，吸收周围游离核苷酸，按碱基互补原则，合成新的互补链。当新旧两股链结合后就形成了与原来碱基顺序完全相同的两条DNA双螺旋，并具备完全相同的遗传信息，从而保证了亲子代间遗传的连续性。

由此可见，DNA分子中的碱基对的排列顺序蕴藏着与生命活动密切相关的各种蛋白质的氨基酸排列顺序的遗传信息。基因的基本功能一方面是通过半保留复制，将母细胞的遗传信息传递给子细胞，以保证个体的生长发育，并在繁衍的过程中保持遗传性状的相对稳定。另一方面是经过翻译、转录而控制蛋白质的合成，构成各种细胞、组织，形成各种酶，催化生命活动中的各种生化反应，从而影响了遗传性状的形成，使遗传信息得以表达。一旦DNA分子结构发生改变，它所控制的蛋白质中氨基酸顺序也发生了改变，这就是突变，也是异常性状和遗传病的由来。

3.遗传的基本规律（1）分离律。当生物形成生殖细胞时，成对的等位基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞的规律。（2）自由组合律。在生殖细胞形成过程中，不同的非等位基因，可以相互独立的分离，有均等的机会组合到7个生殖细胞的规律性活动。（3）连锁律与交换律。如果决定两种性状的基因位于同源染色体上时，那么在生殖细胞的减数分裂时，位于同一条染色体上的决定两种性状的基因，将连在一起随着这条染色体进入一个生殖细胞中。因此，它们不能自由组合，而是连锁在一起传递，这就叫做连锁。在同一条染色体上的所有基因一起构成连锁群，并作为一个单位进行传递的规律，即称为连锁律。此外，在生殖细胞发生的过程中，两个相对连锁基因之间，可以发生交换的现象，则为交换律。变异

遗传物质的稳定只是相对的，在一定的条件下会发生变异。遗传和变异是生命的特征。从生物进化的角度来看，变异是生物从低级发展到高级的条件，也是进化的基础。遗传与变异在一定条件下相互转化，即遗传性的改变表现为变异性、变异性的稳定和传代就是遗传性。

遗传物质的变化和由其所引起的表型的改变，称为突变（mutation）。

1.基因突变

基因突变是指基因的核苷酸顺序或数目发生了改变。若仅为DNA分子中单个碱基的改变称为点突变（point mutation）。基因突变可发生在个体发育的任何阶段，且可发生于体细胞与生殖细胞的任何分期。但由于生殖细胞对外界环境的敏感性较高，所以发生突变的概率也高，一旦发生可遗传给后代。如果突变是发生在衣体细胞中，一般不能直接遗传给下一代，但可引起突变个体某些体细胞发生遗传结构的改变，而成为某些病理变化的基础。（1）基因突变的机制。基因突变的分子基础是DNA分子的改变引起蛋白质氨基酸的变化，从而使个体的性状也随之发生改变。根据突变发生原因的不同尚可分为自发突变和诱发突变。自发突变是指在自然状态下，环境中所存在的某些致突变物所引起的突变；诱发突变则是人为的，用能引起DNA改变的一些外界的物理和化学因素诱发的突变。基因突变引起个体某些性状改变的机制是它可引起酶分子的缺陷，然后进一步影响新陈代谢及细胞结构和功能。如某一基因发生突变，就会使相应的酶合成障碍，而酶是物质代谢中必不可少的催化剂，一旦缺乏，则导致代谢紊乱，从而产生先天性代谢缺陷。（2）基因突变的后果可以很轻微，对机体不产生可察觉效应。也可造成人体组成方面的遗传学差异，这种差异一般对人体并无影响。有些突变还可能增强机体的适应相生存能力。但大多数的基因突变对个体是不利的，不仅可引起遗传性感染，还能导致遗传性疾病的产生。更严惩的基因突变则造成死胎、自然流产和出生后夭折。

2.染色体畸变（chrorilosome aberration）

染色体畸变是指染色体在结构或数量上发生的改变。可以是染色体数成倍增加，也可以是某个染色体整条或部分节段的增减。其实质是染色体或染色体节段上基因群的增减或位置的转移，使基因之间的作用失去平衡，正常的物质代谢过程受影响，并使机体产生不同程度的损害。（1）染色体畸变的原因较为明确的原因有电离辐射，化学药物和毒物等。有些生物因素，如风疹和腮腺炎等病毒也可致畸变。此外，父母生育时年龄过大，尤其是35岁以上的母亲，由于生殖细胞在母体内停留时间过久，受各种因素影响的机会增多，在以后发生的减数分裂过程中，容易产生染色体不分离而引起数目异常。如21-三体综合征，在高龄孕妇中的发生率明显增高，主要原因就与卵龄老化有关。（2）染色体畸变的种类。

1）染色体数目的畸变：正常人的体细胞有46条染色体，称为二倍体。生殖细胞具有23条染色体，凡是在此基础上发生的染色体数目的增减，都属于染色体数目的畸变。它可以是成倍的增加，如三倍体细胞，即染色体总数变为69。在人类，全身三倍性是致死的，因而极为罕见。但在瘤组织中，这种细胞并不罕见。也可以是染色体单条的增减，如常见的先天性卵巢发育不全症，就是由于少了一条X染色体，核型为45，XO。染色体数目的畸变结果可导致死胎、流产及染色体病。

2）染色体结构的畸变：主要是染色体发生断裂，重接而形成重组的结果。染色体在某些物理或化学因素作用下，会发生断裂，但细胞中存在的修复机制可使大多数节段按原来结构在断面重新连接，恢复原状，这一过程称为愈合或重建。但在此过程中，由于染色体的断裂面有黏合的倾向，有可能以不同方式与邻近的断片重接，形成各种不同结构的染色体，表现为多种类型的染色体结构畸变。常见的有缺失、易位、移位、倒位、插入及重复等。

染色体畸变是引起染色体病的根本原因。如果是常染色体病患者，多伴有较严重的生长发育障碍和多发性畸形。性染色体病患者则以性分化发育异常和不育症为主要临床表现。

人类基因库的新突变正在不断地增加。虽然有些突变的危害不太明显或需要长时间才显现，有些还需要特定的环境才会表现出来。但对人类有益的突变是很少的。然而，从进化的观点而言，人类在经历了亿万年的自然选择过程中，不乏一些有益突变的存在，这也正是人类生存和对环境适应的基础。没有变异，选择作用成为不可能，生物界也就永远不会进化了。

根据基因结构的改变方式，基因突变可分为碱基置换突变和移码突变两种类型。

碱基置换突变：由一个错误的碱基对替代一个正确的碱基对的突变叫碱基置换突变。例如在DNA分子中的GC碱基对由CG或AT或TA所代替，AT碱基对由TA或GC或CG所代替。碱基替换过程只改变被替换碱基的那个密码子，也就是说每一次碱基替换只改变一个密码子，不会涉及其他的密码子。引起碱基置换突变的原因和途径有两个。一是碱基类似物的掺入，例如在大肠杆菌培养基中加入5-溴尿嘧啶（BU）后，会使DNA的一部分胸腺嘧啶被BU所取代，从而导致AT碱基对变成GC碱基对，或者GC碱基对变成AT碱基对。二是某些化学物质如亚硝酸、亚硝基胍、硫酸二乙酯和氮芥等，以及紫外线照射，也能引起碱基置换突变。

移码突变：基因中插入或者缺失一个或几个碱基对，会使DNA的阅读框架（读码框）发生改变，导致插入或缺失部位之后的所有密码子都跟着发生变化，结果产生一种异常的多肽链。移码突变诱发的原因是一些像嘧啶类染料分子能插入DNA分子，使DNA复制时发生差错，导致移码突变。

根据遗传信息的改变方式，基因突变又可以分为同义突变、错义突变和无义突变三种类型。

同义突变：有时DNA的一个碱基对的改变并不会影响它所编码的蛋白质的氨基酸序列，这是因为改变后的密码子和改变前的密码子是简并密码子，它们编码同一种氨基酸，这种基因突变称为同义突变。

错义突变：由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种氨基酸的密码子的基因突变叫错义突变。这种基因突变有可能使它所编码的蛋白质部分或完全失活，例如人血红蛋白β链的基因如果将决定第6位氨基酸（谷氨酸）的密码子由CTT变为CAT，就会使它合成出的β链多肽的第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸，从而引起镰刀形细胞贫血病。

无义突变：由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变成一个终止密码子的基因突变叫无义突变。其中密码子改变为UAG的无义突变又叫琥珀突变，密码子改变成UAA的无义突变又叫赭石突变。

分子遗传学中，营养缺陷型是指通过诱变而使得一些营养物质（如氨基酸）的合成能力出现缺陷，必须在基本培养基（如由葡萄糖和无机盐组成的培养基）中加入相应的有机成分才能正常生长的突变菌株或突变细胞。例如，野生型大肠杆菌在基本培基中能够正常生长，而组氨酸缺陷型的大肠杆菌（记为His-）只有在基本培养基中加入适量的组氨酸时才能正常生长。突变型基因转变成野生型基因的过程叫回复突变。例如把大量的His-大肠杆菌细胞接种在不含组氨酸的基本培养基中，会有极少量的细胞能够生长，出现这种情况的原因主要是这些细胞的组氨酸缺陷基因已回复为正常基因（记为His+）。

某一突变基因的表型效应由于第二个突变基因的出现而恢复正常时，称后一突变基因为前者的抑制基因。抑制基因并没有改变突变基因的DNA结构，而只是使突变型的表型恢复正常。例如，酪氨酸的密码子是UAC，置换突变使UAC变为无义密码子UAG后翻译便到此停止。如果酪氨酸tR-NA基因发生突变，使它的反密码子由AUG变为AUC时，其tR-NA仍然能与酪氨酸结合，而且它的反密码子AUC也能与突变的无义密码子UAG配对。因此这一突变型tRNA，能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸，而使翻译正常进行。这里酪氨酸tR-NA的突变基因便是前一个无义突变的抑制基因。基因突变的特点

基因突变作为生物变异的一个重要来源，它具有以下主要特点：（1）基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物，还是高等的动植物以及人，都可能发生基因突变。基因突变在自然界的物种中广泛存在。例如，棉花的短果枝、水稻的矮秆、糯性，果蝇的白眼、残翅，家鸽羽毛的灰红色，以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病，都是突变性状。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变，人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。（2）基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说，在生物个体发育的过程中，基因突变发生的时期越迟，生物体表现突变的部分就越少。例如，植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变，那么由这个叶芽长成的枝条，上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时，那么，将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。

基因突变可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变，可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变，一般是不能传递给后代的。（3）在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。据估计，在高等生物中，大约10万个到1亿个生殖细胞中，才会-5-8有一个生殖细胞发生基因突变，突变率是1×10～1×10。不同生物的基因突变率（mutation rate）是不同的。例如，细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动植物的要低。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。例如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06×-4-610，而黄色胚乳基因的突变率为2.2×10。（4）大多数基因突变对生物体是有害的，由于任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系。因此，基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如，绝大多数的人类遗传病，就是由基因突变造成的，这些病对人类健康构成了严重威胁。又如，植物中常见的白化苗，也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素，不能进行光合作用制造有机物，最终导致死亡。但是，也有少数基因突变是有利的。例如，植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等，都是有利于生物生存的。（5）基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。例如，控制小鼠毛色的灰色基因（A+）可以突变成黄色基因（AY），也可以突变成黑色基因（a）。但是每一个基因的突变，都不是没有任何限制的。例如，小鼠毛色基因的突变，只限定在色素的范围内，不会超出这个范围。

遗传基因技术的应用

随着人类基因组（测序）计划的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。然而，怎样去研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命科学工作者共同的课题。为此，建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速地检测、分析就显得格外重要了。

基因芯片（又称DNA芯片、生物芯片）技术就是顺应这一科学发展要求的产物，它的出现为解决此类问题提供了光辉的前景。该技术系指将大量（通常每平方厘米点阵密度高于400）探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。20世纪80年代，贝恩斯等人就将短的DNA片断固定到支持物上，借助杂交方式进行序列测定。但基因芯片从实验室走向工业化却是直接得益于探针固相原位合成技术和照相平版印刷技术的有机结合以及激光共聚焦显微技术的引入。它使得合成、固定高密度的数以万计的探针分子切实可行，而且借助激光共聚焦显微扫描技术使得可以对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测和分析。正如电子管电路向晶体管电路和集成电路发展时所经历的那样，核酸杂交技术的集成化也已经和正在使分子生物学技术发生着一场革命。现在全世界已有十多家公司专门从事基因芯片的研究和开发工作，且已有较为成型的产品和设备问世。主要代表为美国昂飞公司。该公司聚集有多位计算机、数学和分子生物学专家，其每年的研究经费在一千万美元以上，且已历时六七年之久，拥有多项专利。产品已有部分投放市场，产生的社会效益和经济效益令人咂舌。

基因芯片技术由于同时将大量探针固定于支持物上，所以可以一次性对样品大量序列进行检测和分析，从而解决了传统核酸印迹杂交（Southern Blot-ting和Northern Blotting等）技术操作繁杂、自动化程度低、操作序列数量少、检测效率低等不足。而且，通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值，如基因表达谱测定、实变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序等。原理

基因芯片（gene chip）的原型是20纪纪80年代中期提出的。基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列。

基因芯片又称为DNA微阵列（DNA microarray），可分为3种主要类型：（1）固定在聚合物基片（尼龙膜，硝酸纤维膜等）表面上的核酸探针或DNA片段，通常用同位素标记的靶基因与其杂交，通过放射显影技术进行检测。这种方法的优点是所需检测设备与目前分子生物学所用的放射显影技术相一致，相对比较成熟。但芯片上探针密度不高，样品和试剂的需求量大，定量检测存在较多问题。（2）用点样法固定在玻璃板上的DNA探针阵列，通过与荧光标记的靶基因杂交进行检测。这种方法点阵密度可有较大的提高，各个探针在表面上的结合量也比较一致，但在标准化和批量化生产方面仍有不易克服的困难。（3）在玻璃等硬质表面上直接合成的寡核苷酸探针阵列，与荧光标记的靶基因杂交进行检测。该方法把微电子光刻技术与DNA化学合成技术相结合，可以使基因芯片的探针密度大大提高，减少试剂的用量，实现标准化和批量化大规模生产，有着十分重要的发展潜力。

基因芯片是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。基因芯片通过应用平面微细加工技术和超分子自组装技术，把大量分子检测单元集成在一个微小的固体基片表面，可同时对大量的核酸和蛋白质等生物分子实现高效、快速、低成本的检测和分析。

由于尚未形成主流技术，生物芯片的形式非常多。以基质材料分，有尼龙膜、玻璃片、塑料、硅胶晶片、微型磁珠等；以所检测的生物信号种类分，有核酸、蛋白质、生物组织碎片甚至完整的活细胞；按工作原理分类，有杂交型、合成型、连接型、亲和识别型等。由于生物芯片概念是随着人类基因组的发展一起建立起来的，所以至今为止生物信号平行分析最成功的形式是以一种尼龙膜为基质的“DNA阵列”，用于检测生物样品中基因表达谱的改变。

探秘人类生命基因密码

基因组（genome），一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。可是基因组测序的结果发现基因编码序列只占整个基因组序列的很小一部分。因此，基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部DNA分子。说的更确切些，核基因组是单倍体细胞核内的全部DNA分子；线粒体基因组则是一个线粒体所包含的全部DNA分子；叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含的全部DNA分子。

现代遗传学家认为，基因是DNA（脱氧核糖核酸）分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。

基因是生命遗传的基本单位，由30亿个碱基对组成的人类基因组，蕴藏着生命的奥秘。始于1990年的国际人类基因组计划，被誉为生命科学的“登月”计划。各国所承担工作比例约为美国54%，英国33%，日本7%，法国2.8%，德国2.2%，中国1%。此前，人类基因组“工作框架图”已于2000年6月完成，科学家发现人类基因数目为3.4万～3.5万个，仅比果蝇多2万个，远少于原先10万个基因的估计。

人类基因组是全人类的共同财富。国内外专家普遍认为，基因组序列图首次在分子层面上为人类提供了一份生命“说明书”，不仅奠定了人类认识自我的基石，推动了生命与医学科学的革命性进展，而且为全人类的健康带来了福音。

人类只有一个基因组，有5～10万个基因。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，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，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。打个比方，这一过程就好像以步行的方式画出从北京到上海的路线图，并标明沿途的每一座山峰与山谷。虽然很慢，但非常精确。

随着人类基因组逐渐被破译，一张生命之图将被绘就，人们的生活也将发生巨大变化。基因药物已经走进人们的生活，利用基因治疗更多的疾病不再是一个奢望。因为随着我们对人类本身的了解迈上新的台阶，很多疾病的病因将被揭开，药物就会设计得更好些，治疗方案就能“对因下药”，生活起居、饮食习惯有可能根据基因情况进行调整，人类的整体健康状况将会提高，二十一世纪的医学基础将由此奠定。

利用基因，人们可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和动物、食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作物。通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的进化过程。

基因疗法治疗遗传病

遗传病是指由遗传物质发生改变而引起的或者是由致病基因所控制的疾病。

由于遗传物质的改变，包括染色体畸变以及在染色体水平上看不见的基因突变而导致的疾病，统称为遗传病。根据所涉及遗传物质的改变程序，可将遗传病分为3大类：（1）染色体病或染色体综合征。遗传物质的改变在染色体水平上可见，表现为数目或结构上的改变。由于染色体病累及的基因数目较多，故症状通常很严重，累及多器官、多系统的畸变和功能改变。（2）单基因病。目前，已经发现5余种单基因病，主要是指一对等位基因的突变导致的疾病，分别由显性基因和隐性基因突变所致。所谓显性基因是指等位基因（一对同源染色体同位置上控制相对性状的基因）中只要其中之一发生了突变即可导致疾病的基因。隐性基因是指只有当一对等位基因同时发生了突变才能致病的基因。（3）多基因病。顾名思义，这类疾病涉及多个基因起作用，与单基因病不同的是这些基因没有显性和隐性的关系，每个基因只有微效累加的作用，因此同样的病不同的人由于可能涉及的致病基因数目上的不同，其病情严重程度、复发风险均可有明显的不同，且表现出家族聚集现象，如唇裂就有轻有重，有些人同时还伴有腭裂。值得注意的是多基因病除与遗传有关外，环境因素影响也相当大，故又称多因子病。很多常见病如哮喘、唇裂、精神分裂症、高血压、先心病、癫痫等均为多基因病。

遗传病是指完全或部分由遗传因素决定的疾病，常为先天性的，也可后天发病。如先天愚型、多指（趾）、先天性聋哑、血友病等，这些遗传病完全由遗传因素决定发病，并且出生一定时间后才发病，有时要经过几年、十几年甚至几十年后才能出现明显症状。如假肥大型肌营养不良要到儿童期才发病；慢性进行性舞蹈病一般要在中年时期才出现疾病的表现。有些遗传病需要遗传因素与环境因素共同作用才能发病，如哮喘病，遗传因素占80%，环境因素占20%；胃及十二指肠溃疡，遗传因素占30%～40%，环境因素占60%～70%。遗传病常在一个家族中有多人发病，为家族性的，但也有可能一个家系中仅有一个病人，为散发性的。如苯丙酮尿症，因其致病基因频率低，又是常染色体隐性遗传病，只有夫妇双方均带有一个导致该疾病的基因时，子女才会成为这种隐性致病基因的纯合子（同一基因座位上的两个基因都不正常）而得病，因此多为散发性，特别在只有一个子女的家庭，偶有散发出现的遗传病患者，就不足为奇了。

那么，遗传病能够治疗吗？

以前，人们认为遗传病是不治之症。近年来，随着现代医学的发展，医学遗传学工作者在对遗传病的研究中，弄清了一些遗传病的发病过程，从而为遗传病的治疗和预防提供了一定的基础，并不断提出了新的治疗措施。

基因治疗遗传是一种根本的和有希望的方法。人类的遗传物质，也可以像“虾子向蚯蚓借眼睛”的故事一样，向别的生物借用。即向基因发生缺陷的细胞注入正常基因，以达到治疗目的。基因治疗说起来简单，可事实上是一个相当复杂的问题。首先必须从数十万基因中找出缺陷基因，同时必须制备出相应的正常基因，然后将正常基因转入细胞内替代缺陷基因，并能够进行正常的表达作用。此种治疗方法，目前还处在研究和探索阶段。

值得特别提出的是，在基因疗法还没有彻底研究出来的现阶段，遗传病中能够用上述几种简单方法进行治疗的，毕竟只是少数，而且这类治疗只有治标的作用，即所谓“表现型治疗”，只能消除一代人的病痛，而对致病基因本身却丝毫未触及。那些致病基因将一如既往，按照固有规律传递给患者的子孙后代。

人类血型遗传溯源

是以血液抗原形式表现出来的一种遗传性状。狭义地讲，血型专指红细胞抗原在个体间的差异；但现已知道除红细胞外，在白细胞、血小板乃至某些血浆蛋白，个体之间也存在着抗原差异。因此，广义的血型应包括血液各成分的抗原在个体间出现的差异。通常人们对血型的了解往往仅局限于A、B、O血型以及输血问题等方面，实际上，血型在人类学、遗传学、法医学、临床医学等学科都有广泛的实用价值，因此具有重要的理论和实践意义。同时，动物血型的发现也为血型研究提供了新的问题和研究方向。血型系统

红细胞血型是1900年由奥地利的K.兰德施泰纳发现的。他把每个人的红细胞分别与别人的血清交叉混合后，发现有的血液之间发生凝集反应，有的则不发生。他认为凡是凝集者，红细胞上有一种抗原，血清中有一种抗体。如抗原与抗体有相对应的特异关系，便发生凝集反应。如红细胞上有A抗原，血清中有抗A抗体，便会发生凝集。如果红细胞缺乏某一种抗原，或血清中缺乏与之对应的抗体，就不发生凝集。根据这个原理他发现了人的A、B、O血型。后来他又把不同人的红细胞分别注射到家兔体内，在家兔血清中产生了3种免疫性抗体，分别叫做M抗体、N抗体及P抗体。用这3种抗体，又可确定红细胞上3种新的抗原。这些新的抗原与A、B、O血型无关，是独立遗传的，是另外的血型系统。而且M、N与P也不是一个系统。控制不同血型系统的血型基因在不同的染色体上，即使在一个染色体上，两个系统的基因位点也相距甚远，不是连锁关系，因此是独立遗传的。

RH是恒河猴外文名称的头两个字母。兰德斯坦纳等科学家在1940年做动物实验时，发现恒河猴和多数人体内的红细胞上存在Rh血型的抗原物质，故而命名的。凡是人体血液红细胞上有RH抗原（又称D抗原）的，称为RH阳性。这样就使已发现的红细胞A、B、O及AB四种主要血型的人，又都分别一分为二地被划分为RH阳性和RH阴性两种。随着对RH血型的不断研究，认为RH血型系统可能是红细胞血型中最为复杂的一个血型系。RH血型的发现，对更加科学地指导输血工作和进一步提高新生儿溶血病的实验诊断和维护母婴健康，都有非常重要的作用。根据有关资料介绍，RH阳性血型在我国汉族及大多数民族人中约占99.7%，个别少数民族约为90%。在国外的一些民族中，RH阳性血型的人约为85%，其中在欧美白种人中，RH阴性血型人约占15%。

在我国，RH阴性血型只占3‰～4‰。RH阴性A型、B型、O型、AB型的比例是3：3：3：1。

RH阴性者不能接受RH阳性者血液，因为RH阳性血液中的抗原将刺激RH阴性人体产生RH抗体。如果再次输入RH阳性血液，即可导致溶血性输血反应。但是，RH阳性者可以接受RH阴性者的血液。临床意义（1）防止RH血型系统所致的溶血性输血反应。RH阴性患者如输入RH阳性血液后便可刺激机体产生抗RH抗体，当再次输入RH阳性血液时，就会发生溶血性输血反应。如RH阴性妇女曾孕育过RH阳性胎儿，当输入RH阳性血时亦可发生溶血反应。所以需要输血的患者和供血者，除检查A、B、O血型外，还应做RH血型鉴定，以避免这种情况的发生。（2）RH阳性红细胞引起的新生儿溶血症。RH阴性的母亲孕育了RH阳性的胎儿后，胎儿的红细胞若有一定数量进入母体时，即可刺激母体产生抗RH阳性抗体，如母亲再次怀孕生第二胎时，此种抗体便可通过胎盘，溶解破坏胎儿的红细胞造成新生儿溶血。若孕妇原曾输过RH阳性血液，则第一胎即可发生新生儿溶血。

RH血型系统，其中含有6种抗原，即C、c、D、d、E、e。凡红细胞含D抗原者为RH阳性，否则为阴性。RH血型无天然抗体，其抗体多由输血（RH阴性者被输入RH阳性血液）或妊娠（RH阴性母亲孕育着RH阳性胎儿）免疫生成，具有重要临床意义。一旦形成抗体，如再输入RH阳性血液，可发生严重输血反应。再孕育RH阳性胎儿可发生新生儿溶血症。

因此，RH阴性的女性在输了RH阳型的血后，血液里产生了抗体，就不能再怀RH阳性的孩子了，否则婴儿多半难以存活。也有部分存活胎儿由于溶血所产生的大量胆红素进入脑细胞，引起新生儿中枢神经细胞病变，（称为核黄疸。核黄疸残废率极高）即使幸存也会影响病儿的智力发育和运动能力。

女性如果不输RH阳性的血，则可生育第一胎，这是由于第一胎怀孕时，孕妇体内产生的抗体量较少，还不足以引起胎儿发病。如果第一胎是RH阳性，那么以后就不能继续生育了。

如果男性是RH阴性，那么生完RH阳性的孩子后也不要生育第二胎。但是男性输完RH阳性的血后不会丧失生育能力。

输血时，RH和A、B、O血型都要检验RH者如何自我保护？

请您记住这条原则：血液只能同型输注，即A型RH患者只能输A型RH血，B型的只能输B型RH血。假如您生病或手术需要输血时，您一定要将您是RH血型的情况告知医生，以便医生及早和血站联系，组织您所需要的RH血源。假如您是未婚女性，请您做好计划生育以避免人工流产，若您已有流产或输血史，妊娠期务必到血站血型室进行新生儿溶血病的预测检查，以防止今后新生儿溶血病的发生。

A、B、O血型基因

科学研究发现，控制人类的A、B、O血型的遗传基因有3个：IA、IB、i。

其中，IA和IB对i为显性，IA、IB间无显隐性关系。

也就是说：

A型血的基因组成可以是IAIA或IAi；

B型血的基因组成可以是IBIB或IBi；

AB型血的基因组成是IAIB；

O型血的基因组成是ii。

A、B、O血型鉴定通常只用两种抗血清即抗A及抗B血清，就可将群体分为4种血型。

根据血型的遗传规律和临床工作方便起见，配偶间所生子女的血型如下：血型人生

人的性格在幼儿期、少年期、青春期、中年期、老年期各有不同。一个人走向社会，从参加工作后，由新手成为骨干，由下级成为上级，由工作直到退休，这期间其性格也都在不断地变化。在这种变化中，可以看到不同血型的许多特征。A血型人小时候比较任性，年轻时性格果断刚毅，时时处处要强。走向社会后，随着年龄的增长和社会经验的积累，他们开始克制自己的情绪，表现出稳重谦虚的态度，容易成为不愿过分表现自己的谨慎派。A型人在老年时，则显得很固执。B血型人大都有一个天真烂漫的幼年期，随着年龄的增长，逐渐分成心直口快和不擅交际应酬型两种倾向。B型人由于性格自幼到老变化不大，相对来说会让人感到他们越活越年轻。O血型人年少时比较温顺，但随着年龄的增长，他们会积极地呈现出强烈的自我主张和自我表现，甚至成为非常有魄力的人。O型人从小至老的变化是最大的，往往是少年温顺，老来强硬。AB血型人大多小时候怕陌生人，很闭塞，但长大以后善交朋友，交际广泛。AB型人因过于自信，容易自满，老年时给人感觉很傲慢。

第三章　生命的基本组成单位

细胞的发现

绝大多数细胞都非常微小，超出人的视力极限，观察细胞必须用显微镜。

1677年列文·虎克用自己制造的简单显微镜观察到动物的“精虫”时，并不知道这是一个细胞。

1665年罗伯特·胡克在观察软木塞的切片时看到软木中含有一个个小室，就将它命名为细胞。其实这些小室并不是活的结构，而是细胞壁所构成的空隙，但细胞这个名词就此被沿用下来。

1827年贝尔发现哺乳类的卵子，才开始对细胞本身进行认真的观察。

对于研究细胞起了巨大推动作用的是德国生物学家施莱登和施旺。

1838年施莱登描述了细胞是在一种黏液状的母质中，经过一种像是结晶样的过程产生的，并且把植物看作细胞的共同体。在他的启发下施旺坚信动、植物都是由细胞构成的，并指出二者在结构和生长中的一致性。

1867年德国植物学家霍夫迈斯特对植物，施奈德1873年对动物，分别比较详细地叙述了间接分裂；德国细胞学家弗勒明1882年在发现了染色体的纵分裂之后提出了有丝分裂这一名称以代替间接分裂，霍伊泽尔描述了在间接分裂时的染色体分布；在他之后，施特拉斯布格把有丝分裂划分为直到现在还通用的前期、中期、后期、末期；他和其他学者还在植物中观察到减数分裂，经过进一步研究终于区别出单倍体和双倍体染色体数目。

与此同时，捷克动物生理学家浦肯野提出原生质的概念；德国动物学家西博尔德断定原生动物都是单细胞的。德国病理学家菲尔肖在研究结缔组织的基础上提出“一切细胞来自细胞”的名言，并且创立了细胞病理学。

从19世纪中期到20世纪初，关于细胞结构尤其是细胞核的研究，有了长足的进展。

1875年德国植物学家施特拉斯布格首先叙述了植物细胞中的着色物体，而且断定同种植物各自有一定数目的着色物体；1880年巴拉涅茨基描述了着色物体的螺旋状结构，翌年普菲茨纳发现了染色粒。

1888年瓦尔代尔才把核中的着色物体正式命名为染色体。

1891年德国学者亨金在昆虫的精细胞中观察到X染色体。

1902年史蒂文斯、威尔逊等发现了Y染色体。

1900年重新发现孟德尔的研究成就后，遗传学研究有力地推动了细胞学的进展。美国遗传学家和胚胎学家摩尔根研究果蝇的遗传，发现偶尔出现的白眼个体总是雄性；结合已有的、关于性染色体的知识，解释了白眼雄性的出现，开始从细胞解释遗传现象，遗传因子可能位于染色体上。细胞学和遗传学联系起来，从遗传学得到定量的和生理的概念，从细胞学得到定性的、物质的和叙述的概念，逐步产生出细胞遗传学。

此外，发现了辐射现象、温度能够引起果蝇突变之后，因突变的频率很高更有利于染色体的实验研究。辐射之后引起的各种突变，包括基因的移位、倒位及缺失等都在染色体中找到依据。利用突变型与野生型杂交，并且对其后代进行统计处理可以推算出染色体的基因排列图。广泛开展的性染色体形态的研究，也为雌雄性别的决定找到细胞学的基础。

20世纪40年代后，电子显微镜得到广泛使用，标本的包埋、切片一套技术逐渐完善，才有了很大改变。

开始逐渐开展了从生化方面研究细胞各部分功能的工作，产生了生化细胞学。定义概要

细胞是生命活动的基本单位，一切有机体（除病毒外）都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位。（1）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，是代谢与功能的基本单位。（2）细胞是有机体生长与发育的基础。（3）细胞是遗传的基本结构单位，细胞具有遗传的全能性。（4）没有细胞就没有完整的生命（病毒必须寄居在活体内）。（5）除病毒以外，其他生物都是细胞构成的。细胞的定义

细胞是由膜包围着含有细胞核（或拟核）的原生质所组成，是生物体的结构和功能的基本单位，也是生命活动的基本单位。细胞能够通过分裂而增殖，是生物体个体发育和系统发育的基础。细胞或是独立作为生命单位，或是多个细胞组成细胞群体、组织、器官，进而各部分相互作用、相互配合，具有一定的结构及功能，形成系统和个体（动物，主要为人体）。

细胞还能够进行分裂和繁殖，细胞是遗传的基本单位，并具有遗传的全能性（但在基因的表达上，具有选择性）。细胞内有成形细胞核的是真核生物（并不是细胞的任何时期都具有成形核），反之，则是原核生物（无成形核，但有拟核，或叫核区）。细胞定义的新思考

除病毒外的所有生物，都由细胞构成。自然界中既有单细胞生物，也有多细胞生物。细胞是生物体基本的结构和功能单位。细胞是生物界中，不可缺的一部分。

细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。细胞生物学已经成为当代生物科学中发展最快的一门尖端学科，是生物、农学、医学、畜牧、水产和许多生物相关专业的一门必修课程。20世纪50年代以来诺贝尔生理与医学奖大都授予了从事细胞生物学研究的科学家。细胞的基本共性（1）所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质及核糖构成的生物膜，即细胞膜。（2）所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA。（3）作为遗传信息复制与转录的载体。（4）作为蛋白质合成的机器——核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。（5）所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。细胞的基本结构

在光学显微镜下观察植物的细胞，可以看到它的结构分为下列4个部分。

显微镜下的细胞如下。

1.细胞壁

位于植物细胞的最外层，是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素和果胶组成的，孔隙较大，物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。

2.细胞膜

细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜，叫做细胞膜。这层由蛋白质分子和磷脂双层分子组成的薄膜，水和氧气等小分子物质能够自由通过，而某些离子和大分子物质则不能自由通过，因此，它除了起着保护细胞内部的作用以外，还具有控制物质进出细胞的作用：既不让有用物质任意地渗出细胞，也不让有害物质轻易地进入细胞。

细胞膜在光学显微镜下不易分辨。用电子显微镜观察，可以知道细胞膜主要由蛋白质分子和脂类分子构成。在细胞膜的中间，是磷脂双分子层，这是细胞膜的基本骨架。在磷脂双分子层的外侧和内侧，有许多球形的蛋白质分子，它们以不同深度镶嵌在磷脂分子层中，或者覆盖在磷脂分子层的表面。这些磷脂分子和蛋白质分子大都是可以流动的，可以说，细胞膜具有一定的流动性。细胞膜的这种结构特点，对于它完成各种生理功能是非常重要的。

细胞膜的基本结构。①脂双层：磷脂、胆固醇、糖脂，每个动物细胞质膜上约有109个脂分子，即每平方微米的质膜上约有5×106个脂分子。②膜蛋白：分内在蛋白和外在蛋白两种。内在蛋白以疏水的部分直接与磷脂的疏水部分共价结合，两端带有极性，贯穿膜的内外；外在蛋白以非共价键结合在固有蛋白的外端上，或结合在磷脂分子的亲水头上。如载体、特异受体、酶、表面抗原。③膜糖和糖衣：糖蛋白、糖脂。

细胞膜的特性。①结构特性：以凝脂双分子层作为基本骨架——流动性；②功能特性：载体蛋白在一定程度上决定了细胞内生命活动的丰富程度——选择透过性。

3.细胞质

细胞膜包着的黏稠透明的物质，叫做细胞质。在细胞质中还可看到一些带折光性的颗粒，这些颗粒多数具有一定的结构和功能，类似生物体的各种器官，因此叫做细胞器。例如，在绿色植物的叶肉细胞中，能看到许多绿色的颗粒，这就是一种细胞器，叫做叶绿体。绿色植物的光合作用就是在叶绿体中进行的。在细胞质中，往往还能看到一个或几个液泡，其中充满着液体，叫做细胞液。在成熟的植物细胞中，液泡合并为一个中央大液泡，其体积占去整个细胞的大半。

细胞质不是凝固静止的，而是缓缓地运动着的。在只具有一个中央液泡的细胞内，细胞质往往围绕液泡循环流动，这样便促进了细胞内物质的转运，也加强了细胞器之间的相互联系。细胞质运动是一种消耗能量的生命现象。细胞的生命活动越旺盛，细胞质流动越快，反之，则越慢。细胞死亡后，其细胞质的流动也就停止了。

除叶绿体外，植物细胞中还有一些细胞器，它们具有不同的结构，执行着不同的功能，共同完成细胞的生命活动。这些细胞器的结构需用电子显微镜观察。在电镜下观察到的细胞结构称为亚显微结构。（1）线粒体。呈线状、粒状，故名线粒体。在线粒体上，有很多种与呼吸作用有关的颗粒，即多种呼吸酶。它是细胞进行呼吸作用的场所，通过呼吸作用，将有机物氧化分解，并释放能量，供细胞的生命活动所需，所以有人称线粒体为细胞的“发电站”或“动力工厂”。（2）叶绿体。叶绿体是绿色植物细胞中重要的细胞器，其主要功能是进行光合作用。叶绿体由双层膜、基粒（类囊体）和基质3部分构成。类囊体是一种扁平的小囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合而成基粒。基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。基质中还含有DNA。（3）内质网。内质网是细胞质中由膜构成的网状管道系统广泛的分布在细胞质基质内。它与细胞膜及核膜相通连，对细胞内蛋白质及脂质等物质的合成和运输起着重要作用。

内质网有两种：一种是表面光滑的是滑面内质网，主要与脂质的合成有关；另一种是上面附着许多小颗粒状的，是粗面内质网，与蛋白质的合成有关。内质网增大了细胞内的膜面积，膜上附着着许多酶，为细胞内各种化学反应的正常进行提供了有利条件。（4）高尔基体。高尔基体普遍存在于植物细胞和动物细胞中。一般认为，细胞中的高尔基体与细胞分泌物的形成有关，高尔基体本身没有合成蛋白质的功能，但可以对蛋白质进行加工和运转。植物细胞分裂时，高尔基体与细胞壁的形成有关（赤道板周围有特别多的高尔基体，以便合成纤维素及果胶）。（5）核糖体。核糖体是椭球形的粒状小体，有些附着在内质网膜的外表面（供给膜上及膜外蛋白质），有些游离在细胞质基质中（供给膜内蛋白质，不经过高尔基体，直接在细胞质基质内的酶的作用下形成空间构形），是合成蛋白质的重要基地。（6）中心体。中心体存在于动物细胞和某些低等植物细胞中，因为它的位置靠近细胞核，所以叫中心体。每个中心体由两个互相垂直排列的中心粒及其周围的物质组成。动物细胞的中心体与有丝分裂有密切关系。（7）液泡。液泡是植物细胞中的泡状结构。成熟的植物细胞中的液泡很大，可占整个细胞体积的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡内有细胞液，其中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，可以达到很高的浓度。因此，它对细胞内的环境起着调节作用，可以使细胞保持一定的渗透压，保持膨胀的状态。动物细胞也同样有小液泡。（8）溶酶体。溶酶体是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器。其内含有很多种水解酶类，能够分解很多物质。

4.细胞核

细胞质里含有一个近似球形的细胞核，是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央，成熟的植物细胞的细胞核，往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。细胞核中有一种物质，易被洋红、苏木精、甲基绿等碱性染料染成深色，叫做染色质。生物体用于传宗接代的物质即遗传物质，就在染色质上。当细胞进行有丝分裂时，染色质就变化成染色体。

多数细胞只有一个细胞核，有些细胞含有2个或多个细胞核，如肌细胞、肝细胞等。细胞核可分为核膜、染色质、核液和核仁4部分。核膜与内质网相通连，染色质位于核膜与核仁之间。染色质主要由蛋白质和DNA组成。DNA是一种有机物大分子，又叫脱氧核糖核酸，是生物的遗传物质。在有丝分裂时，染色体复制，DNA也随之复制为2份，平均分配到2个子细胞中，使得后代细胞染色体数目恒定，从而保证了后代遗传特性的稳定。还有RNA, RNA是DNA在复制时形成的单链，它传递信息，控制合成蛋白质，其中有转移核糖核酸（tRNA）、信使核糖核酸（mRNA）和核糖体核糖核酸（rRNA）。

5.细胞骨架

细胞骨架是指真核细胞中蛋白纤维的网络结构。

细胞骨架由位于细胞质中的微丝、微管和中间纤维构成。微丝确定细胞表面特征，使细胞能够运动和收缩。微管确定膜性细胞器的位置和作为膜泡运输的轨道。中间纤维使细胞具有张力和抗剪切力。

细胞骨架不仅在维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构有序性方面起重要作用，而且还参与许多重要的生命活动，如：在细胞分裂中细胞骨架牵引染色体分离；在细胞物质运输中，各类小液泡和细胞器可沿着细胞骨架定向运转。

细胞骨架在20世纪60年代后期才被发现。主要因为早期电镜制样采用低温（0～4℃）固定，而细胞骨架会在低温下解聚。知道采用戊二醛常温固定，人们才逐渐认识到细胞骨架的客观存在。细胞的重要性

细胞学是研究细胞结构和功能的生物学分支学科。

细胞是组成有机体的形态和功能的基本单位，自身又是由许多部分构成的。所以关于细胞结构的研究不仅要知道它是由哪些部分构成的，而且要进一步搞清每个部分的组成。相应地，关于功能不仅要知道细胞作为一个整体的功能，而且要了解各个部分在功能上的相互关系。

有机体的生理功能和一切生命现象都是以细胞为基础表达的。因此，不论对有机体的遗传、发育以及生理机能的了解，还是对于作为医疗基础的病理学、药理学等以及农业的育种等，细胞学都至关重要。

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