无丝分裂

基本简介

无丝分裂(amitosis)是指处于间期的细胞核不经过任何有丝分裂时期,而分裂为大小大致相等的两部分的细胞分裂方式。细胞无丝分裂的过程比较简单,一般是细胞核先延长,从核的中部向内凹进,缢裂成为两个细胞核;接着,整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化,所以叫做无丝分裂。例如,蛙的红细胞的无丝分裂。关于动植物细胞无丝分裂的知识已经积累了很多,但是对无丝分裂地位的看法,人们的认识还有争议。由于无丝分裂后遗传物质不能平均分配,涉及到遗传的稳定性,有人认为无丝分裂大部分出现在不健康的细胞中。但是事实似乎不是这样,无丝分裂在正常组织中也还是比较常见的。

发展历程

在各种条件的促成下,一直到1970年,细胞重建的研究才又在中国科学院生物物理研究所重新开展起来。和30年代相比,已经处在一个新的时代,工作也换了新的面貌。原先基本上是我一个人干,现在有了一个研究组。原先的研究材料只有南京丰年虫一种,现在除丰年虫外,还研究鸡胚、小鼠骨髓以及沙眼衣原体、大豆根瘤菌等。原来的研究方法只是光学显微镜观察,现在应用了包括电子显微镜、显微缩时电影、相差定位观察、放射自显影、荧光偏振、双荧光标记能量转移、荧光漂白恢复、拉曼光谱等以及生化方面的各种新技术和新方法。

时代变了,但传统观点的压力依然存在。当时我想,研究细胞重建不一定局限于生殖细胞。体细胞中的干细胞,例如造血系统中的干细胞,发育再生能力也是很强的,也可能有细胞重建现象。我准备了一篇开题报告,题目是《造血系统中细胞起源和细胞转化以及其他一些有关问题》,我详详细细说明了这个课题的意义、研究目的和计划等,在会上讲了近两个小时。然而,却没什么反应,既没有人反对,也没有人赞成。我作为中国科学院学部委员、研究所所长,居然做不成自己想做的研究,我是非常想不通的。可见想要做点创新的工作有多难哪!既然对细胞重建存在不同的看法,为了避免不必要的争论,经多方面考虑,开始时把研究组称为“细胞生物学组”,把研究课题的名称定为《造血系统中或创伤愈合中各种非细胞形态转变为细胞的研究》。1971年制订“四五”规划时,以及1972年在中国科学院生物学研究工作会议上,该课题都被列为重点研究项目。但还是有人反对。1973年,还有人写信给我,要我不要再研究这样的问题。也有人说研究细胞起源是“共产主义的任务”,意思是说研究细胞起源超越了时代,脱离了现实,不可能完成。幸好,当时传出毛泽东主席曾经说过“细胞起源的问题要研究一下”,调查结果是确实有一份毛主席谈话笔记,因而情况有所好转。这样,细胞起源的研究仍留在计划内,并说清楚研究重点在于以丰年虫为材料,探讨非细胞形态转变为细胞的过程。

到了1974年,在丰年虫性转变的研究方面已经做出了许多重要的工作,细胞重建现象得到了充分的验证。

非细胞形态转变为细胞形态的论述,四十多年来,多次受到讽刺和打击,能不能顶住,要看做的工作是不是站得住脚。如果观察和实验正确无误,经得起考验,就该昂首阔步,一往无前。

1975年11月,考虑到只用丰年虫作材料研究生殖细胞的起源,说服力还不强,不如联系实际再做体细胞的起源。当时研究所里要调查研究河南林县食道癌的医疗问题,我结合这个问题提出了在正常状态和病理状态下血细胞形成与转化的调节控制问题。血细胞在有机体内组成一个游离性的细胞系统,是机体自我更新的后勤组织。循环系统配合神经系统控制着全身,对机体的调节起着重要的作用。我认为,研究各种造血器官及其基质中的生命活动、各种血细胞的形成和相互转化及其与非细胞形态的关系,对阐明机体内细胞的基本活动,特别是对于解决实际问题,例如对于解决肿瘤问题,具有重要意义。研究工作可从鸡的胚盘及原条的形成入手,研究胚胎时期的卵黄囊,鸡胚的肝脏和骨髓,小鸡的胸腺、胰脏、骨髓、淋巴腺等。从血细胞的形成和转化的调节控制着眼,找出血细胞和血相变化时,对食管细胞增生和食道癌细胞的形成和转化的关系。但我提交的这个书面计划报告没有下文。

1976年,“文化大革命”最终结束了,有了正常的工作秩序。这对于研究组是个好机会。这一年的7月,研究组进行了改组,改称“细胞重建研究组”,组里工作人员也增加了,前前后后参加到这一集体中来工作的有李公岫、蓝碧霞、陈楚楚、曹懋孙、郑若玄、李玉安、张碧辉、张锦珠等40余人。工作也有了新部署。除丰年虫外还开展了鸡胚早期发育中的体细胞重建的研究。在原先工作的基础上,获得了新的发现、新的知识。例如,不仅观察到鸡胚发育中普遍存在细胞重建现象,还发现卵黄颗粒内有DNA、组蛋白和染色质。卵黄颗粒的染色质和细胞核的染色质有同样的结构和行为,DNA分子的形状也与核DNA很相似。染色质一直被认为是细胞核所特有的。卵黄颗粒内有染色质,这是生物学发展史上的第一次发现。

至此,研究结果已经说明,细胞重建不仅仅是生殖细胞的一种繁殖方式,对胚胎时期的体细胞来说,还是大量繁殖的手段。结果也表明,重建的细胞不仅结构完整,功能也正常,在适当情况下重建的细胞能够分裂。由此可知,细胞重建和细胞分裂一样也是正常的繁殖方式。鸡是比较高等的脊椎动物,它的胚胎时期有细胞重建现象,这就可以推论各种生物在发育、变态、造血、创伤再生、肿瘤形成等过程中都可能有细胞重建。

此后,又开始了丰年虫和鸡胚的离体培养研究细胞重建的工作,1977年上半年观察到了许多前所未见的现象。1977年8月,制订了到1980年、1985年、2000年的3年、8年和23年的工作目标。1979年,证实在小鼠成体的骨髓造血系统中也存在着细胞重建现象

基本特点

无丝分裂和有丝分裂相比,速度快,耗能少。物理化学和细胞化学证明无丝分裂产生的二个子核,具有质上的区别。

基本性质

无丝分裂曾一度被认为是植物体在不正常状态下的一种分裂方式,但现在发现,无丝分裂还是较普遍地存在。如在胚乳发育过程中,以及植物形成愈伤组织时,常频繁出现;即使在一些正常组织中,如薄壁组织、表皮、顶端分生组织、花药的绒毡层细胞等,也都有报道。因此,对无丝分裂的生物学意义,还有待进一步的深入研究。

分裂周期

第1期核内染色质复制倍增,核及核仁体积增大,核仁及核仁组织中心分裂。

第2期以核仁及核仁组织中心为分裂制动中心,以核仁与核膜周染色质相联系的染色质丝为牵引带,分别牵引着新复制的染色质和原有的染色质。新复制的染色质在对侧核仁组织中心发出的染色质丝的牵引下,离开核膜移动到核的赤道面上。

第3期为核拉长呈哑铃形,中央部分缢缩变细,这是因为赤道面部位的核膜周染色质不与核膜分离,而核仁组织中心发出的染色质丝(与核膜周染色质相联系)螺旋化加强,产生的牵引拉力导致赤道面部位的核膜内陷。

第4期核膜内陷加深,终于缢裂成两个完整的子细胞核。每个子核中含有一半原有染色质和一半新复制的染色质。无丝分裂不仅在动植物的病变细胞中,而且在正常组织细胞中普遍存在。不仅在体细胞中,而且在生殖细胞中都能进行无丝分裂。在一定条件下,无丝分裂和有丝分裂交替进行,在某些生物的某种组织中(如蚕睾丸上皮)无丝分裂是唯一的细胞分裂方式。无丝分裂具有独特的优越性:比有丝分裂消耗能量少;分裂迅速并可能同时形成多个核;分裂时细胞核的生理功能仍可进行;在不利条件下,细胞分裂仍能进行。

分裂过程

无丝分裂的早期,球形的细胞核和核仁都伸长。然后细胞核进一步伸长呈哑铃形,中央部分狭细。最后,细胞核分裂,这时细胞质也随着分裂,并且在滑面型内质网的参与下形成细胞膜。在无丝分裂中,核膜和核仁都不消失,没有染色体和纺锤丝的出现,当然也就看不到染色体复制的规律性变化。但是,这并不说明染色质没有发生深刻的变化,实际上染色质也要进行复制,并且细胞要增大。当细胞核体积增大一倍时,细胞核就发生分裂,核中的遗传物质就分配到子细胞中去。至于核中的遗传物质DNA是如何分配的,还有待进一步的研究。无丝分裂不能保证母细胞的遗传物质平均地分配到两个子细胞中去。

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  • 更新时间: 2015-01-08