细胞重建细胞起源的缩影王谷岩(中国科学院生物物理研究所)北京

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五、细胞起源是自组织过程
2、 生命系统是一种与外界不断进行着物
质和能量交换的开放系统，系统运动的 结果是维持自身结构的有序性。 生命体的有序性， 在细胞层次上表现为具有严密的结构， 以及有规律的新陈代谢和自我复制。
五、细胞起源是自组织过程
3、这种新的有序状态是自 发形成的，是自组织 （self-organization）过程。
七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索
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多数学者认为，地球上的细胞起源过程 是先形成原核细胞，而真核细胞由原核细胞进化而来。 既然现已证明，原核细胞和真核细胞都可以经由 细胞重建的自组织过程，从无到有，产生新的细胞。 因此，原核细胞和真核细胞 是否也具有并行的自组织起源途径？ 真核细胞可以不直接来自原核细胞？ 细胞重建理论可以为细胞起源的研究提供新的思路。
细胞起源的缩影
一、生命起源与细胞起源 3、细胞起源 具有原始新陈代谢和自我繁殖能力的非 细胞形态原始生命的诞生，标志着生命起 源化学进化阶段的结束、并进入生命起源 的生物进化阶段——细胞起源阶段。
细胞起源是非细胞形态的原始生命，随 着环境的变化演变为原始细胞形态，之后 又发展进化为原核细胞和真核细胞的过程。
细胞起源的缩影
一、生命起源与细胞起源 3、细胞起源
细胞的构造
二、现存细胞繁殖增生的两条途径
1、 在现存生物体的细胞繁殖增生过程中， 既有现存结构的复制， 也有经由自组织、从无到有 形成新结构的过程： 细胞分裂（cell division） 是现存细胞结构的整体复制； 细胞重建（cell reformation） 则是经由自组织、从无到有形成 新细胞结构的过程。
三、细胞重建
卵黄颗粒 重建细胞 的电子显 微镜观察
a、卵黄颗粒开始发生结构变化， b-c、卵黄颗粒结构进一步变化， d、已发展成重建的裸核， e、 重建核的外面正在形细胞质和细胞膜， f 、 已形成一个完整的重建细胞
四、细胞重建学说
1 贝时璋院士从1932年开始细胞重建 的研究， 1970年建立了研究组， 由现象到机理，进行了广泛的 取证与探索。
南京丰年虫中间性
三、细胞重建
南京丰年虫中 间性 非雌非雄、亦 雌亦雄 在生活周期的 某一时期会进 行性的转变， 转变成雌性或 雄性。 在发生这种性 转变时，生殖 细胞也同时发 生性的转变。
三、细胞重建
*从南京丰 年 虫中间性 生 殖囊内 分离出 卵母细胞； *卵母细胞解 形 释放出 细胞质中的 卵黄颗粒。 *然后，进行 离体培养。
四、细胞重建学说
至1980年，提出了 “细胞重建学说”： 1）不论是生殖细胞还是体细胞， 不论是真核细胞还是原核细胞， 都广泛存在着细胞重建现象； 2）细胞重建是一个自组织的过程， 只要具备物质基础和合适的环境， 在生物体内或在离体培养的情况 下， 都有可能发生核重建和细胞重建；
四、细胞重建学说
五、细胞起源是自组织过程
4 、生命体以及作为生命起源与进 化基本单位的细胞， 是典型的自组织系统。 在生命的起源和进化过程中， 正是通过自组织过程，生命形态 不断适应环境的变化，完善自身 结构，形成空间上特定的有序性 和运动的特定规律性。
五、细胞起源是自组织过程
5、 例如，在化学进化阶段，有机分子一经形
贝时璋院士
五、细胞起源是自组织过程
具有原始新陈代谢和自我繁殖 能力的非细胞形态原始生命的 诞生， 标志着生命起源化学进化阶段的 结束、 进入生命起源的生物进化阶--细胞的起源：
五、细胞起源是自组织过程
非细胞形态的原始生命， 先演变为原始细胞形态， 之后又发展进化为 原核细胞和真核细胞； 这个过程就是“细胞起源”
七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索 细胞重建与细胞起源有着相似的过程， 都是从头开始、从无到有的 自组织过程 ， 都是由非细胞形态到细胞形态。 因此，对细胞重建过程的探索， 可能提供细胞起源的某些线索。
七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索
1 细胞核和细胞的起源，是从头开始、从无到有的自 组织过程，因此可能不一定 如“内共生假说” （endosymbiotic hypothesis）和 “分隔假说”（compartmental hypothesis ） 等假说所主张的，要以某种结构为起源的基础。 重要的是要有物质基础和合适的环境与条件， 只要具备物质基础和合适的环境与条件， 都有可能经由自组织过程，从无到有， 产生出细胞核和细胞。 （起源与进化过程不同，进化一般是结构和功能的 逐步完善，要有结构基础。）
六、细胞起源过程 在现存细胞中遗留的“痕迹”
2、遗留在现存生物体内的 细胞重建过程， 就如同人与其他哺乳动物、 鸟类、爬行类、两栖类和鱼 类的早期胚胎同样保留着尾 和鳃裂、 人类大脑的新皮层之下保着 进化过程中形成的旧皮层和 古皮层、人类基因组中保留 着一系列祖先的基因一样，
六、细胞起源过程 在现存细胞中遗留 的“痕迹” 是生命进化或起源过程 遗留在现存生物体中的“痕迹”。 深入研究现存生物体中的这些 起源与进化“痕迹”， 在现存生物体内寻找非细胞形态 转变为细胞的过程， 无疑是探讨生命起源与生命进化 的可行途径。//
四、细胞重建学说
5）细胞分裂是“闭锁性”的繁殖， 细胞在分裂过程中， 与环境是以细胞膜隔离的； 细胞重建是“开放性”的繁殖， 在重建过程中， 细胞组份始终 与周围环境打成一片；
四、细胞重建学说
6） 细胞重建可能是 地球上细胞起源 在今日生命世界的反映， 是简单的生命形态 发展为细胞的漫长过程的 一个缩影． 细胞重建的研究， 有助于生命起源与生命进 化的阐释．
成，它们会继续受到物理定律的影响，由于 热力学的作用，通过自组织趋向于使分子结 构稳定在某种状态，从而形成了链、环、螺 旋和折叠，显现生物活性，进而形成相互关 联的多分子体系； 在原始生命出现后，也会通过自组织进一步 完善自身结构，由非细胞形态自组织成为原 始细胞形态，并进而发展成具有酶催化、 DNA复制过程和遗传信息转录与翻译功能的 完善结构—原核细胞和真和细胞。//
七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索
4 现存生物体内的细胞重建过程，一般先形成核，但 有时也可先出现细胞膜（质膜）框架，再在框架内 重建核结构。 核的形成，开始时没有核膜，成为比较模糊的一 团，之后形成单层核膜，成为原始“裸核” 。 再后成为双层核膜，核外先包以较薄的一层细胞 质，之后逐渐加厚，最后由细胞膜（质膜）包围。 这层质膜也是逐渐形成的。 这样就产生了新的细胞 。
六、细胞起源过程 在现存细胞中遗留 的“痕迹”
1、贝时璋院士关于“细胞重建现象是地球上 细胞起源缩影”的推断，含义是： 在地球原始生命出现之后，正是以某种原 始的非细胞生命形态（如团聚体 microsphere 或微球体coacervate ）中 的生命物质为基础，经历了有如细胞重建 那样的自组织过程，从无到有，一步步产 生出了地球上最初的原始细胞。 也可以理解为：细胞重建现象是地球上细 胞起源过程在现存细胞繁殖增生中遗留的 “痕迹”。
三、细胞重建
卵黄颗粒在离体培养下重建为细胞
显微缩时电影
（ 25秒：1秒~3小时）

连续记录了
*透明、均匀的卵 黄颗粒中，逐渐 出现粒状或泡状 结构， 外形由 椭圆逐渐变圆； *结构进一步变 化，继而出现 核结构和细胞结 构。
三、细胞重建
卵黄颗粒重建为细胞的电子显微镜观察
a、卵黄颗粒开始发生结构变化， b-c、卵黄颗粒结构进一步变化， d、已发展成重建的裸核， e、 重建核的外面正在形细胞质和细胞膜， f 、 已形成一个完整的重建细胞
细胞起源的缩影
Epitome of Cell Origin 王谷岩 （中国科学院生物物理研究所）
细胞起源的缩影
一、生命起源与细胞起源 二、现存细胞繁殖增生的两条途径 三、细胞重建 四、细胞重建学说 五、细胞起源是自组织过程 六、细胞起源过程 在现存细胞中遗留的“痕迹” 七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索
七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索
这种新形成细胞的特点，是细胞质内基本上 还没有任何细胞器，核的各种结构成分还不明显， 有时可见染色质块和类似核仁的结构。 最后才发展为较成熟的细胞，主要标志是 细胞质内出现细胞器。 新的细胞器如线粒体、 内质网等的形成， 也是经由重建的途径。 显然，深入了解各个细胞组份从无到有的 重建过程，可以为了解细胞组份起源和 细胞起源过程提供线索。
细胞起源的缩影
一、生命起源与细胞起源
1、生命是地球上一种最为奇妙、最富魅力 的自然现象。 然而，在 46 亿年前，当地球在宇宙中形 成之初，还是一个无生命的荒凉沉寂的世 界。过了大约 10 亿年，地球上似乎才有了 简单的蓝藻类微生物。那么，地球上最初 的生命是何时、何地又是如何诞生的呢？ 这就是人们普遍关心的地球生命起源的问 题。
七、从细胞重建过程寻找细胞起源的线索
3 在现存生物体内寻找由非细胞转变为细胞的途
径，应该是研究细胞起源的一种直接方法。 可以去研究在某些特殊情况，特别是当细胞发 生剧烈变化、损伤和大量新生时，如创伤愈合、 骨髓造血、昆虫变态、癌细胞形成、辐射损伤 与修复以及动物性转变时可能发生的、通过核 重建和细胞重建由非细胞形态转变为细胞、或 由细胞的某些产物转变为细胞的途径。
3）首次发现 卵黄颗粒中 含有染色质，
←鸡胚卵黄颗粒中的染色质
Dnase I消化
Rnase消化
丰年虫卵黄颗粒中的染色质
四、细胞重建学说
不仅证明细胞重建具有物质基础， 而且，卵黄颗粒等细胞质物质中含 有染色质， 也说明染色质不是细胞核独有 的物质， 卵黄颗粒等细胞物质不是没有生命 的细胞内含物；
四、细胞重建学说 4）细胞和细胞核 可以从细胞质重建， 说明 细胞质与细胞核之间 本来就没有森严的 壁垒；
细胞分裂与细胞重建的过程
三、细胞重建
细胞重建现象是 贝时璋院士发现的。 1932 年，在研究南京丰年虫中间性 生殖细胞的性转变时， 他观察到： 中间性丰年虫的卵母细胞中， 新形成的细胞并不是由母细胞分裂 来的，而是以母细胞细胞质中的卵 黄颗粒为基础材料，经由自组织过 程逐渐形成的。