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複製生命:克隆技術(簡體書)
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目次

書摘/試閱

  《新知識圖書館》叢書是一套自然科學類叢書,囊括人類科技多個領域等一系列新知識、新技術的應用情況,為青少年朋友了解推動當今人類社會發畏的動力提供了方便,同時也為新知識和新技術的傳播作出了貢獻。
  《復制生命--克隆技術》由王建國編著,《復制生命--克隆技術》是《新知識圖書館》叢書的其中之一,供讀者閱讀學習。

克隆技術是生物技術領域中的一大“富礦”,科學家可以從中發掘出許許多多以往人們根本無法想象的“寶貝”。在基礎生命科學方面,克隆技術可以克隆出各種動物,從而提供基因型完全一致的實驗動物,這有利于找到疾病的有效治療方法,揭示發病的機制,并有助于抗衰老及其機制的研究。克隆技術的出現,對于挽救珍稀瀕危動物來說,是一個福音。體細胞克隆技術為動物品種保存提供了新的手段。從一套遺傳信息,從一個細胞可以繁殖出一個動物,的確是一個誘人的前景。
《復制生命--克隆技術》由王建國編著,內容全面、題材新穎、創意無限、供讀者閱讀學習。
克隆在英國綿羊“多莉”誕生之前還是一個相當專業化不為多少人所知的名詞,但在“多莉”誕生之后,它迅速成為世界上最流行的名詞之一。
克隆是英文“clone”一詞的音譯,一般意譯為復制或轉殖,是利用生物技術由無性生殖產生與原個體有完全相同基因組之后代的過程。科學家把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫克隆,這門生物技術叫克隆技術。其本身的含義是無性繁殖,即由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞系,該細胞系中每個細胞的基因彼此相同。
其實在“多莉”之前已有多種克隆動物誕生,但它們并未在世界上產生廣泛的影響,這是因為這些克隆動物的遺傳基因來自胚胎,且都是用胚胎細胞進行的核移植,不能嚴格地說是“無性繁殖”。另一原因,胚胎細胞本身是通過有性繁殖的,其細胞核中的基因組一半來自父本,一半來自母本;而“多莉”是體細胞克隆的產物,其基因組全都來自單親,這才是真正的無性繁殖。因此,從嚴格的意義上說,“多莉”是世界上第一個真正克隆出來的哺乳動物。
以往的遺傳學理論認為,體細胞的功能是高度分化的。它只能發育成定向的組織,不可能重新發育成為一個個體。例如,乳腺細胞只能發育成乳腺組織,不可能發育成其他組織。“多莉”的誕生推翻了這條被科學家奉為圭臬的定律,實現了遺傳學理論的重大突破。
克隆技術是生物技術領域中的一大“富礦”,科學家可以從中發掘出許許多多以往人們根本無法想象的“寶貝”。在園藝業和畜牧業中,有了克隆技術,保持優良品種的水果就變得十分簡單:只要對遺傳性質穩定的優質果樹進行克隆,那么,由此生產的水果便與上一代一樣,基本不會退化。在醫學領域中,克隆技術除了制藥以外,還可以制造出人的乳房、耳朵、軟骨、肝臟,甚至心臟、動脈等組織和器官,供醫院臨床使用。在繁殖許多有價值的基因方面,克隆技術也大有用武之地。科學家們為了讓細菌等微生物“生產”出名貴的藥品,如治療糖尿病的胰島素。在基礎生命科學方面,克隆技術可以克隆出各種動物,從而提供基因型完全一致的實驗動物,這有利于找到疾病的有效治療方法,揭示發病的機制,并有助于抗衰老及其機制的研究。克隆技術的出現,對于挽救珍稀瀕危動物來說,是一個福音。體細胞克隆技術為動物品種保存提供了新的手段。從一套遺傳信息,從一個細胞可以繁殖出一個動物,的確是一個誘人的前景。
但是科技進步往往是一把雙刃劍,克隆技術也是這樣。克隆會減少遺傳變異,可以設想,如果一個國家的牛群都是同一個克隆產物,一種并不嚴重的病毒就可能毀滅全國的畜牧業。克隆技術的使用將使人們傾向于大量繁殖現有種群中最有利用價值的個體,而不是按自然規律促進整個種群的優勝劣汰,因此干擾了自然進化過程,其產生的后果不堪設想。克隆技術也可用來創造‘‘超人”,或擁有健壯的體格卻智力低下的人,如果克隆技術能夠在人類中有效運用,男性也就失去了遺傳上的意義。克隆技術對倫理關系的沖擊也是巨大的,一個男人的細胞克隆生成的孩子是應當看做他的兒子還是雙胞胎兄弟,實在搞不清。
所以我們對待克隆技術應有一個理性的態度,用其有利的一面,回避其有害的一面,使我們人類更加健康而美好的生活在這個星球上!
克隆技術的生命基礎
生命的基本單位——細胞
遺傳信息載體——DNA
生命的密碼——基因
生命的法則——遺傳規律
與克隆聯姻的基因工程
認識基因工程
基因“剪刀”與“針線”
實施基因工程的步驟
轉基因食品
神通廣大的基因分析術
基因工程與環保
基因工程與醫療
基因工程的潛在危害
基因工程的燦爛前景
偉大的人類基因組計劃
基因工程大事記
克隆技術的輝煌成就
克隆技術發展簡史
施佩曼的“奇異實驗”
克隆羊多莉誕生記
多莉引發的連鎖反應
核移植成果
試管育苗一
克隆先驅童第周的怪魚
中國的克隆成就
世界克隆大事記
克隆技術的“親友團”
人工授精與胚胎移植
胚胎分割技術
胚胎嵌合技術
動物細胞核移植
雌核生殖技術
植物無性繁殖
哺乳動物克隆技術
克隆技術的利與害
生物導彈——單克隆抗體
干細胞研究
克隆技術與瀕危生物保護
克隆技術與器官移植
克隆技術與農業
克隆技術與畜牧業
未來的制藥廠
科技是把雙刃劍
克隆技術帶來的問題
克隆人的危害
克隆技術趣談
試管嬰兒迥異克隆人
克隆羊多莉之死
克隆技術突破種間隔離
克隆人誕生過程狂想
打開“潘多拉盒子”
顛覆孟德爾定律的克隆人
克隆完全相同的人可能嗎
理性對待克隆人
科學需要理解
讓克隆技術為人類造福
認識細胞
在古代,人們知道怎樣進行栽培、育種、嫁接和雜交,卻并不知道為什么要這么做。這其中的奧秘是現代生物科學家才給我們揭示出來的。現在我們知道,生命的基本單位是細胞,栽培、育種、嫁接和雜交實際上是細胞及細胞構成的組織在發揮作用。一個小小的細胞,誕生、發育、繁殖、分裂,使得育種和雜交成為可能。成千上萬個細胞構成的生物組織“軍團”,使得栽培和嫁接成為可能。歸根結底,還是因為細胞本身就具有生命的全部復制功能。
細胞是生命的基本單位,所有的生命形式,基本上都是以細胞為基礎的。生命要延續,不管是有性生殖,還是無性生殖,歸根結底,都是小小的細胞在不停地“吃喝拉撒”,在不停地復制自己。因為細胞本身就具有生命的全部復制功能,因此現代生物學家要進行“克隆”,就要對細胞進行“手術”。
生命開始于細胞,所有的生命活動只有在細胞結構中才能實現。但細胞的發現經歷了一個漫長的過程。17世紀60年代,胡克發現了孕育生命的細胞;19世紀30年代,施旺和施萊登創立了偉大的細胞學說,他們把生命的奧秘和生命的本身濃縮到了一個微觀境界,實現了生命科學的第一次統一。生命寶盒的開啟,使人們認識到小小的細胞如同人類社會一樣,是一個奇妙的大干世界,是由膜包裹著的生物大分子體系的精細結構。讓我們走進細胞的王國,去探尋奧秘吧!
細胞的結構
從整體上看,細胞分原核細胞和真核細胞兩大類。從原生動物到人類,從低等植物到高等植物,絕大多數動植物都是由真核細胞構成的。真核細胞里具有真正的細胞核。細菌、藍藻屬于原核細胞生物,它們的結構簡單,種類不一。原核細胞的外部由細胞膜包圍著,內部脫氧核糖核酸(DNA)的區域沒有被膜包圍,只有一條DNA。這就是說,它沒有一個像樣的細胞核,原核細胞因此而得名。在先進的高倍顯微鏡下,可以清晰地觀察到真核細胞的內部結構。以植物細胞為例,細胞的外面有細胞壁,細胞與細胞之間有一層膠狀物,把兩個細胞壁緊緊地黏合在一起;在相鄰兩個細胞細胞壁之間有胞間連絲,使細胞之間彼此互通;細胞內有細胞質和細胞核,細胞質內有線粒體、質體、內質網、高爾基體和液泡等內含物,還有絲狀和管狀結構,類似細胞的肌肉和骨架;細胞核內有核膜,使核與細胞質分開,還有染色質和核仁;細胞的表面由一層質膜包裹,控制著細胞內外物質的運輸。
細胞表面的那層質膜叫做細胞膜,又稱質膜。細胞膜是一個有序的、動態的、開放的、具有選擇性和滲透性的結構,它不僅是生命結構與非生命結構的邊界,也是細胞內許多獨立結構的邊界。在顯微鏡下,細胞膜的結構變化多端,有的向內折疊成手指狀,有的向外凸出形成月牙狀。植物細胞的細胞膜外還有細胞壁,其主要成分是纖維素,具有支持和保護植物細胞的功能。
細胞的中樞是細胞核,它是遺傳信息儲存、復制和轉錄的場所。細胞核包括核膜、染色質和核仁等部分。核膜是包在核外的雙層膜,外膜可延伸與細胞質中的內質網相連。一些蛋白質和RNA分子可通過核膜或核膜上的核孔進入或輸出細胞核。染色質是細胞核中由DNA和蛋白質組成并可被蘇木精等染料染色的物質,染色質DNA含有大量的基因片段,是生命的遺傳物質,因此,細胞核是細胞的控制中心。核仁是細胞核中的顆粒狀結構,富含蛋白質和RNA,是核糖體的裝配場所。在細胞核中,染色質和核仁都被液態的核質所包圍。
細胞質是細胞膜內的透明黏稠并可流動的物質,各種各樣的細胞器就分布在細胞質中。細胞器主要包括線粒體、內質網、高爾基體、溶酶體、質體等,其中線粒體和質體是較大的細胞器。另外,細胞質中還有由微管、肌動蛋白和中間絲構成的細胞骨架。有些細胞表面還有鞭毛和纖毛,可幫助細胞自主運動。這些細胞器相互關聯,相互補充,協同作用,共同執行生命功能。
各類細胞器的膜(如內質網膜、內囊體膜等)、核膜和質膜在分子結構上基本相同,它們統稱為生物膜。大多數生物膜的厚度只有7—8納米,主要是由磷脂類組成的雙分子層,脂雙層中還以各種方式鑲嵌著具有重要功能的蛋白質分子,如受體。脂雙層中的磷脂分子親水的“頭”(磷酸的一端)向著外側,磷脂分子疏水的“尾”(脂肪酸的一端)向著內側。根據脂雙層中脂類分子和蛋白質分子可以橫向移動的發現,生物學家辛格在1972年提出了生物膜的流動鑲嵌模型。
生物膜是支持細胞正常生命活動的最基本的結構,它使各個細胞器組成生命活動的統一體。內質網是合成膜的主要部位,大多數磷脂和膽固醇都是在此合成,許多膜蛋白也在這里合成。它們通過內質網表面時,將內質網膜包裹在自己身上,然后像乘車旅行那樣,到達高爾基體,并成了高爾基體的一部分。在高爾基體內,蛋白質進行再加工后,或到溶酶體內或被運輸到質膜與其他結構中。這樣,通過膜的流動(又稱膜流)就實現了物質的運輸更新,膜也隨之不斷得到再生和流轉。
生命起源于細胞。在漫長的生命演化過程中,為適應不同需要出現了各種各樣的細胞。如傳導沖動的神經細胞、自律跳動的心肌細胞、攜帶氧氣的紅細胞、提供能量的肌肉細胞、吞噬病菌的白細胞,等等。細胞直徑一般為10~30微米,但體積大的細胞,人的肉眼就可以看見,如鳥類的蛋最大的直徑達10厘米,章魚的神經細胞有幾米長;最小的細胞直徑不到1微米,如支原體只有0.1~0.3微米,原始細菌也要用高倍顯微鏡才能看清楚。細胞的大小,即使在同一生命體的相同組織中也不一樣。同一個細胞在不同發育階段,它的大小也會改變。
細胞的形狀多種多樣,有球體、多面體、紡錘體和柱狀體等。由于細胞內在的結構和自身表面張力以及外部的機械壓力,各種細胞總是保持自己的一定形狀。細胞的形狀和功能之間有密切關系。例如,神經細胞會伸長幾米,這是因為伸長的神經細胞有利于傳導外界的刺激信息;高大的樹木之所以能郁郁蔥蔥,是因為植物內的導管、篩管細胞是管狀的,有利于水分和營養的運輸。
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