文丨煜捷史馆

编辑丨煜捷史馆

当时，对遗传学家来说，这听起来是个好主意。

“走出实验室，呼吸点新鲜空气，”他们告诉他，“找点乐子。看看你和你的研究生分析的一些样本实际上来自哪里。”

因此，当他所在部门的灵长类动物学家邀请他到她位于东非的野外地点帮忙收集样本时，他欣然同意前往。

这位遗传学家以前露营过，身体状况良好，所以野外条件并没有使他担心。

当他到达这个半永久性的研究营地时，这位灵长类动物学家热情地迎接了他，并带他去了他的帐篷小屋。

往里面看，遗传学家注意到一条细长的浅灰色的蛇，大约一米半长，蜷缩在一只蝙蝠周围。他向灵长类动物学家指出了这一点。

“哦，”她说，“那是一条黑曼巴。非常毒。避开那些。”

然后她让他打开行李。一个对黑曼巴更有经验的野外助手最终来把这条蛇移走了。遗传学家那天晚上没有睡好。

第二天，遗传学家开始工作。

在野外对黑猩猩的研究已经进行了好几年，涉及到它们行为和生态的所有方面。当前项目的焦点是黑猩猩的粪便。

研究粪便不是为了它的内在品质，而是因为它是一种非侵入性的现成的DNA来源。

多年来，在该地点工作的行为灵长类动物学家绘制了几个黑猩猩群体的活动和相互作用的图表。他们想知道这些群体在基因上是如何相互联系的。

他们特别想回答的一个问题是，高山或大河这样的地理特征是否是基因屏障，阻止了不同群体之间的基因流动？

对遗传学家来说，粪便收集似乎很简单，找到黑猩猩，或它们最近去过的地方，收集粪便样本。

将它们放入装有旨在保存遗传物质的溶液的小瓶中(尽管最终它们将不得不被冷冻以长期保存)，并用GPS设备记录样本的来源。

黑猩猩每天晚上睡在临时的床上，或者说是它们在树上做的“窝”里。这些筑巢地点下面的地面是收集新鲜粪便的好地方。

在他们开始之前，遗传学家微妙地询问了他们应该寻找什么。

灵长类动物学家说，“黑猩猩的便便看起来很像人类的便便，但闻起来不同。”

尽管遗传学家认为他的身体状况非常好，但事实证明，他们不得不攀登陡峭的山脊和崎岖的森林小径，让他们筋疲力尽。然后就下雨了。

他经常想起他那漂亮干燥的实验室。然而，在旅行结束时，这位遗传学家感到非常兴奋。

他不仅有他需要的所有样本，而且现场环境——日常生活被剥离到本质，加上在有限的时间内完成工作的压力——确实让他感觉更有活力。

尽管如此，他还是期待回到他的实验室，看看粪便中储存了什么，以了解这些黑猩猩的遗传基因。

现代基因科学力量的一个最显著的例子是从广泛的生物物质中回收DNA的能力，包括毛发、唾液甚至粪便。

已经死亡很久的有机体的遗骸，包括骨头、羽毛、干尸皮肤和其他组织，已经被探索作为古代DNA的现成来源。

尽管灭绝动物的复活(就像电影《侏罗纪公园》中那样)仍然停留在科幻小说的领域中，但我们仍然应该感到印象深刻的是，活生物体如此微妙而基本的方面可以在它们死亡数万年后被观察到。

今天的媒体充斥着关于基因科学有朝一日会为我们做些什么的报道，但对遗传学及其应用的关注并不新鲜。

关于遗传的观点可以在所有人类文化中找到。

没有比“物以类聚”更基本的自然观察了；它适用于植物、动物和人。

如果没有对遗传的一些了解，至少始于10，000年前的植物和动物的驯化是不可能的。

在过去的一百年里，现代遗传学的发展使我们对遗传背后的生物学过程有了更好的理解。

如果我们想了解进化是如何发生的，我们需要了解遗传学，因为遗传变异为进化变化提供了原材料。

在这一章中，我们将开始我们对遗传学的探索，这将在第三章中继续，并概述当今的遗传科学。

首先，我们将看看生命的基本组成部分，细胞，并考虑其结构和功能。

然后我们将讨论DNA，遗传物质本身，以及它如何执行复制和蛋白质合成的重要功能。

我们还将了解DNA是如何被包装成称为染色体的结构的，染色体在两种细胞分裂、减数分裂和有丝分裂过程中变得可见。

本章最后将讨论生物人类学家用来研究人类和灵长类进化的分子方法。以及如何使用这些原料的说明。

在某种程度上，遗传物质是一种将能量和一系列必要成分转化为身体的配方，一个在任何意义上都不能“被制造”的有机体。

然而，我们的基因和食谱之间的主要区别是，在烹饪中，食谱规定的环境可以根据生产最终产品的需要进行控制和修改。

相比之下，基因存在的环境是无法控制的。

然而，人类有一种前所未有的生物学能力来改变他们自己的环境，使他们对自己携带的基因更加友好。

最近，为了适应信息时代，有一种趋势认为遗传物质是信息储存的一种形式。

毫无疑问，我们的基因携带着关于他们制造的身体的信息，并且包含着这些身体生长和发育的信息。

将遗传物质主要视为一种信息存储装置的问题在于，它远不止于此。

当你读到这里的时候，你身体里的基因至少在完成一千项任务。一些被打开，而另一些被关闭。

基因不仅仅是信息，也是生命体基本机械的一部分。支撑地球生命发展的遗传系统是独一无二的，也是真正非凡的东西。

没有一个简单的比喻可以涵盖它的所有属性和功能。

虽然我们的讨论现在将转向细胞结构和功能这一有点不浪漫的领域，但我们不应该停止对近40亿年进化形成的精致遗传机制的惊叹。

（作者观点）简单的来说，细胞是一个功能组成单位，细胞多了构成组织，器官，而分子是构成物质，这就像是土和砖，砖是由土烧制成的，砖再去构成墙，但是不能说土是砖的一种。

理解细胞是地球上生命的基本单位，并能够标记一般细胞的组成成分。生命的基本组成部分是细胞。

细胞是一个微小的有机实体，其中遗传物质和其他结构通过半透膜与周围环境隔开。有些生物，如细菌或原生动物，只由一个单细胞组成。

其他的，包括人类和其他一切肉眼可见的生命形式，都是多细胞生物。

海蛞蝓(海兔)长期以来一直是科学研究的对象，部分原因是其中枢神经系统由可管理的20，000个细胞组成(Kandel等人，2000年)。

相比之下，人类和el- ephant大脑分别有大约860亿和2570亿个神经细胞，因此非常复杂(Herculano-Houzel等人，2014年)。

地球上生命的基本划分不是单细胞生物和多细胞生物，而是原核生物和真核生物。

包括细菌和蓝藻在内的原核生物都是单细胞生物，细胞内没有将遗传物质与细胞其他成分分开的主要隔间。

真核生物，包括所有其他形式的生命，其细胞解剖学特征是在一种称为细胞核的结构中将遗传物质与细胞的其余部分分开。

细胞的外边界由质膜确定，质膜调节物质进出细胞的运输，并控制细胞间的通讯和协同活动。

细胞内围绕细胞核的充满液体的空间称为细胞质。细胞质包含许多结构，统称为细胞器，帮助维持细胞并执行其功能。

原核生物化石出现在大约34亿年前的化石记录中，而真核生物直到大约15亿年前才出现。

与今天发现的更相似的真核生物至少在12亿年前进化，多细胞生物(如植物和动物)首次出现6亿年前。

因此单细胞生物主宰了地球生命的大部分历史(Figure 2.2).

复杂生物有各种不同的体细胞类型。体细胞仅仅是不是配子或性细胞的身体细胞；配子是直接参与繁殖或生殖的生殖细胞。

人类有大约200种不同类型的组织，每种组织都由一种特征性的体细胞类型组成(Klug，Cummings，斯潘塞和帕拉迪诺，2009)。

我们有神经细胞、肌肉细胞、皮肤细胞、骨细胞、分泌激素的细胞等等。

在发育的最初阶段，人类胚胎含有一群被称为干细胞的细胞。这些细胞是全能的，这意味着它们可以分化成胎儿或成人中发现的任何体细胞类型。

干细胞也存在于成人中，但成人干细胞可以分化成更有限的细胞类型(Stewart和Pryzborski，2002)。

近年来，干细胞研究已成为一个重要而有争议的话题。

鉴于其全能能力，胚胎干细胞可能有助于治疗以特定类型细胞缺失为特征的疾病(泰伯里和斯图德，2014年)。

这方面的一个例子是帕金森病(PD)，这是一种以运动问题为特征的神经系统疾病，由大脑中特定细胞群的缺失引起。

人们希望胚胎干细胞能够取代帕金森病中丢失的特定细胞(即呈现其形态和功能)。

目前，干细胞科学家已经证明，移植到帕金森患者大脑中的全能胚胎干细胞可以恢复丢失的神经细胞的某些功能，尽管持续、积极的临床结果已被证明是难以实现的。

围绕胚胎干细胞研究的争议在于这样一个事实，即人类胚胎(在实验室通过体外受精产生)是目前我们全能干细胞的最佳来源；干细胞被移除后，胚胎不再存活(Insights and Advances: Cloning Controversies 第42页)。

为了绕过这个伦理问题，许多研究致力于从成人而不是胚胎中回收干细胞。干细胞存在于成人身体的某些部位。

例如，已经从鼻腔通道的嗅粘膜(细胞更新率高的区域)中回收了干细胞，并在实验室中成功培养(Mackay-Sim和Silburn，2008)。

移植自病人自己鼻子的鼻干细胞正被用于脊髓损伤的实验性治疗，没有任何副作用。

关于组织排斥或所用细胞的伦理地位的研究(Ekberg和St. John，2014)。

（作者观点）细胞（英文名：cell）并没有统一的定义，比较普遍的提法是：细胞是生物体基本的结构和功能单位。

参考文献：

《细胞与人体》

《生物体基本结构》

《细胞解剖学》