第四章 生命的延续细胞分裂及遗传.doc

第四章 生命的延续─细胞分裂及遗传当我们介绍生物的特征时，我们曾经介绍过生命与无生命之间最大又最明显的不同之处在于—生命能用他们自己为蓝本复制新生命。当生命这么做的时候，生命必须完成两件大事，其一是能确保生物结构单位的再现，即细胞的再生；其二为生命信息蓝本能由旧细胞中完整的传递给新细胞，使其能正确无误的继续执行与旧细胞相同的生物功能。在生物体内能完成上述两件大事的活动分别为细胞分裂和遗传。本章就是要介绍在生命活动中与生命延续息息相关的这两件大事。第一节 细胞分裂细胞依核的有无可分成两种形式，一为真核细胞，一为原核细胞，就如我们前面所介绍的，生命中除了细菌及蓝绿藻为原核生物外，其它的生物都是真核生物；但不论是原核或是真核生物，在其生活史的某一个阶段都会以自己为蓝本，复制新的生命个体。单细胞生物在这种生命的延续过程中，只要简单地经过细胞分裂的过程就可以完成(图一)；但在多细胞生物中，这种复制产生新生命的过程就不是单单靠细胞分裂就可以完成的了。下面我们将以真核细胞的细胞分裂的过程为例，说明单细胞如何分裂并复制新的细胞，而多细胞生物复制自己的过程及其它有关的问题则将在后面几节中陆续加以说明。 图一：细菌细胞分裂一、有丝分裂细胞分裂为一个细胞分裂成二的过程，真核细胞的分裂一共有两种形式，一是有丝分裂﹝图二﹞，一是减数分裂﹝图四﹞；各种特性不同的真核细胞都会行有丝分裂以复制新的真核细胞，但减数分裂却只在多细胞生物的生殖细胞﹝如：动物的生殖细胞，雌性为卵，雄性为精子，植物则雌性为卵，雄性为花粉，真菌的生殖细胞则为孢子 ，这些特化的细胞又可统称为配子﹞的成熟特化过程中才会发生。图二：有丝分裂 其实，绝大多数的细胞在其死亡之前，都会重复的进行细胞的新生工作─细胞分裂。这种周而复始的分裂过程，是细胞生命史中一个重要的标的。如果以细胞的分裂为标准来观察细胞的生命，我们会发现细胞一直重复着一种生长后分裂的生命周期 ，这种分裂生长交替出现的过程，我们称之为细胞周期（图三）；从一细胞分裂时开始一直到下一次分裂前为一个周期。不同种的细胞其周期的长短各不相同，比如在胚胎发育中的细胞，它的细胞周期就很短，相反的，在一成熟的生命个体中，其细胞的细胞周期就长的多了。在每一个周期中又可以再细分成为两个部份，分裂期及介于分裂之间的细胞生长期，分裂期是细胞一分为二的时候，细胞生长期则为细胞生长与预备分裂的时候。 图三：细胞周期细胞核分裂与细胞质分裂真核细胞是一具核的细胞，所以当细胞分裂时，不论是有丝或是减数分裂，分裂的过程实包括了两个部分，一为核的分裂，另一为细胞质的分裂。在核的分裂中，真核细胞核内的遗传物质被分成为内容完全相同的两部份，分别进入两个新生成的子细胞内﹝图二﹞。质分裂则只是将母细胞的细胞质大略等分成二份分入两个新的子细胞内。由此观之，细胞的分裂，只是将成长至一定大小的细胞等分成二的过程，尤其是将遗传物质等分为二是其主要的目的。 染色体在真核细胞的核内拥有该生物的遗传物质，即DNA，这种物质在细胞分裂的过程中与蛋白质作用折叠成一种可被碱性染剂染色而能在显微镜下观察的实体，故我们称其为染色体﹝图二﹞；染色体在细胞分裂的过程中可以用光学显微镜加以观察及计数，科学家发现，在不同种的生物体中染色体的数目是不相同的，但在同一种生物中则完全一样﹝表一﹞，如人有46个染色体，不管他是男人还是女人，是住在亚马逊河流域的土著还是住在台北的我们都是一样；除此之外，科学家还发现这些染色体有两两相似的情况发生，其大小、形状及染色出来的形式都一样。表一：生物的染色体数目物种染色体数目物种染色体数目人46小麦42老鼠40碗豆14鸡78玉米20另外科学家也发现在这些染色体中有一个到两个染色体则与生物的性别决定有关，这种染色体被称为性染色体，其它的染色体则称为体染色体。在细胞周期的细胞生长期中，组成每一个染色体的物质都会经复制而加倍，这些加倍的遗传物质在细胞生长期都会联在一起，直到核分裂时才会分开，我们称这种加倍复制成的两个相连的实体为这个染色体的染色分体（这种染色体或染色分体只有在细胞分裂时利用显微镜才能观察得到的，在细胞生长期遗传物质是无法直接染色由显微镜观察的）。两个染色分体分开的过程非常细腻，以确保遗传物质的等分，首先，染色体以着丝粒与细胞分裂时才出现的纺锤丝相连，纺锤丝的丝状结构则分别带领染色体上的两个染色分体往不同的方向﹝相反的极端﹞移动（图二，d,e），将一个拥有两个染色分体的染色体一分为二。其实，核分裂的过程就是等分遗传物质的过程。在有丝分裂的过程中，经过核分裂的细胞，其染色体的数目与分裂前是一样的，如人，仍旧是46个。这种物质先加倍再等分的分