显微镜下的生命之美
发布时间:2016-01-08 浏览次数:

编者按:通过天文望远镜,我们能看见无尽的星空、璀璨的银河以及更为遥远的星系......毫无疑问,宏观世界的博大宏伟让人心眩神迷。但在肉眼看不见的微观世界,同样存在不为我们所知的瑰丽美景。中国细胞生物学会的科学家们通过光学显微镜拍摄了一系列细胞的奇妙行为,向我们展示了生命的勃发之美。

1.散步

细胞迁移有重要的生理功能,也是肿瘤转移的原因。与体内紧张的集体生活不同,离体培养的人类细胞吃饱喝足后在悠闲地漫步,撞上“熟人”要寒暄一阵才舍得离开;处于饥饿状态的细胞则会停在原地养精蓄锐。动物细胞的这种自主迁移能力可追溯到地球上最早出现的单细胞动物——变形虫。


2.走钢丝

动物细胞形状多变,能力超强,这使得它们在一根从衣服中抽出的纤维上也行走自如,样子很是可爱。动物组织中的细胞可能就是这样沿着胶原等胞外基质爬行的。



3. 领地

为了避免过度增殖,动物细胞长满培养空间后,会为自己隔出“领地”,互不侵犯,而且繁殖速率会下降。这是正常细胞才有的“理性”行为。如果恶变成了癌细胞,就会重叠起来生长,也不实行“计划生育”。



4. 扩张

在密集的细胞旁划出块空地,细胞们就会争先恐后地去抢占。这种“定向迁移”能力对组织器官形成、损伤修复、病原体清除等至关重要。同时,很多细胞也开始迅速增殖(分裂)。这些“自私”的行为跟动物个体何其相似!其实,保全自己并尽力繁殖后代是所有生命的共同特征,也是生命得以繁衍的重要因素。



5. 健美

一个正在爬行的细胞展示出浑身的“肌肉”(蓝色,微丝)和“手脚”(黄色,黏着斑)。正是这些由蛋白质形成的结构的协同工作使细胞能够发生位移。



6. 足迹

用红绿蓝依次编码不同时间的黏着斑,就形成细胞足迹的斑斓图案,并显示其变化规律:有些移动,有些产生,有些消失。其实每块色斑内,还有很多微小的“手”在工作。而色斑外弥散的颜色显示还有很多“手”的组件在时刻准备着发挥功能。复杂而精巧,这就是生命的美妙之处。



7. 铺展

细胞迁移的方向感来源于特定蛋白质在特定方向上的激活。人为地使这种蛋白质在各个方向都激活,细胞就丧失了方向性,以至于虽然把自己扯成了薄饼,却还是停留在原地。步调一致才能得胜利,这话千真万确。



8.列队待发

细胞通过分裂来增殖。动物细胞分裂前,从两个中心体(粉红)分别发出的微管(绿色)会锚定到遗传物质——染色体(蓝色)的特定位置(动粒,红色)上,并牵拉染色体。染色体的整齐排列意味着分裂前的准备工作已经完成。只等一声令下,染色体就会齐刷刷地像两边分开。这个过程叫有丝分裂。



9.一个不能少

在有丝分裂中,尚未排列到中央位置的染色体会从动粒发出信号(红色),警告已经列队的染色体不要抢跑。抢跑会使子代细胞拥有不同数量的染色体,导致细胞病变、死亡或癌变,因此需要被禁止。正是这种机制保证了细胞的遗传稳定性。



10.僵持

有四个中心体的异常细胞形成企图将染色体分成四份的尴尬局面。僵持的结果往往是细胞的异常分裂或死亡,这类情况常见于肿瘤细胞。因此,肿瘤中的细胞常会拥有不同数目的染色体,即缺乏遗传稳定性,因而容易发生变异。



11.藕断丝连

这是正在分裂的细胞,其染色体(粉红色)已经通过微管(绿色)的牵拉被均分成两份,但细胞体还在一起。



12.握别

染色体(红色)分离完成之后就是细胞质(蓝色)的分裂。等胞质间的联系完全断开,细胞分裂也就完成了。断点处的特殊结构(中体,绿色)好像子细胞在即将各奔东西之前最后伸手握别。



13.传承

这些棒状结构是一个母细胞中,成对并联在一起的姐妹染色体,每条染色单体(姐或妹)包含一条双链DNA。其中的一条DNA链是其为孩子亲手制作(复制),另一条链则来自于其母亲(紫红色)或更遥远的祖辈。而且,这个母细胞还像它母亲一样把姐妹染色单体的有些区域互换了位置(重组,图中有些紫红色区域不连贯的原因),使祖辈来源的遗传物质能够更均匀地分配给子孙。由此,我们可以更深刻地理解生命“遗传”的含义。

作者:朱学良 中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所细胞生物学国家重点实验室主任,研究员,中国细胞生物学学会首席科学传播专家

图片来源:朱学良课题组



 
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