
八年级生物上册期末考试复习提纲
一、水中生活的动物
1、目前已知的动物约150万种,按有无脊柱分为脊椎动物和无脊椎动物两大类。按生活环境分为陆地生活动物、水中生活动物和空中生活动物。
2、水生动物最常见的是鱼,此外,还有 ①腔肠动物,如海葵、珊瑚虫;②软体动物,如乌贼、章鱼; ③甲壳动物,如虾、蟹;④海豚(哺乳动物)、龟(爬行动物)等其他水生动物。
3、鱼适应水中生活最重要的两个特点:①能靠游泳来获取食物和防御敌害。 ②能在水中呼吸。
4、四大家鱼是:青鱼、鲢鱼、草鱼和鳙鱼。
5、鱼是较低等的脊椎动物。
6、鱼的外形呈梭形,其作用是:减少游泳阻力,适于游泳。鱼体分三大部分:头部、躯干部和尾部。
8、鱼在游泳时主要靠身体_躯干部_和尾鳍_的左右摆动击动水流产生前进的动力,其它鱼鳍起辅助作用。鱼在运动时,背鳍、胸鳍、和腹鳍都有维持平衡的作用,尾 鳍有决定鱼运动方向的作用。
9、鱼的感觉器官是侧线(感觉水流、测定方向)。
10、鱼鳃为鲜红色,因为内含丰富的毛细血管;鳃丝既多又细,其作用是大大增加了跟水的接触面积,促进血和外界进行气体交换。
12、水由鱼___口__流入鳃,然后由鳃盖后缘(鳃孔)流出。在水流经鳃丝时,水中溶解的_氧气_进入鳃丝的__毛细血管__中,而_二氧化碳_____由鳃丝排放到水中;所以经鳃流出的水流与由口流入的水流相比,_氧气_的含量减少,二氧化碳__的含量增高。
13、鱼类的主要特征有:适于_水_中生活;体表被_鳞片_;用_鳃_呼吸;通过尾部的摆动和_鳍 的协调作用游泳。
14、海葵、海蜇、珊瑚虫等动物的结构简单,它们有口无肛门_,食物从口_进入消化腔,消化后的食物残渣仍由口排出体外。这些动物称为腔肠动物。
15、像河蚌、蛾螺等身体柔软靠贝壳来保护身体的动物称为软体动物。乌贼、章鱼贝壳退化,也是软体动物。
16、虾类和蟹类等体表长有质地坚硬的甲,叫甲壳动物。
17、水中的各种生物都是水域生态系统的重要组成部分。它们之间通过食物链和食物网,形成紧密而复杂的联系,同时又都受水域环境的影响,其种类的变化和数量的消长都会影响到人类的生活。
18、海马是鱼类,鲸、海豚、海豹是哺乳动物,龟、海龟是爬行动物。
二、陆地生活的动物-------蚯蚓
1、陆地环境特点与陆生动物的适应:①气候干燥……有防止体内水分散失的结构,如爬行动物有角质的鳞或甲,昆虫有外骨骼. ②缺少水的浮力……具有支持躯体和运动的器官.,有多种运动方式. 如:爬行、行走、跳跃、奔跑、攀援等,以便觅食和避敌。③气态氧供呼吸……具能在空气中呼吸的、位于身体内部的呼吸器官,如肺和气管(蚯蚓例外,靠体壁呼吸) ④昼夜温差大,环境变化快而复杂……有发达的感觉器官和神经系统,对多变环境及时作出反应。
2、蚯蚓生活富含腐殖质的湿润土壤中,通过肌肉和刚毛的配合使身体蠕动,靠能分泌粘液、始终保持湿润的体壁呼吸。可根据环带着生在身体前端来判断首尾(环带也叫生殖带)。
3、蚯蚓身体分节的意义:可使蚯蚓的躯体运动灵活自如、转向方便。
4、用手指触摸蚯蚓体节近腹面处,有粗糙不平的感觉,用放大镜观察,看到腹面有许多小突起就是刚毛,刚毛的作用是协助运动(固着;支持)
5、蚯蚓在潮湿土壤的深层穴居的原因:因为能为蚯蚓提供适宜的生存、生活的环境及繁衍的条件,一般包括适宜的温度、湿度、气态氧、食物和便于避敌的栖息场所等。蚯蚓不能保持恒定的体温,因此只能生活在温度变化不太大的土壤深层。
6、在观察蚯蚓的实验中为什么要经常用浸水的湿棉球轻擦蚯蚓体表,使体表保持湿润:蚯蚓没有呼吸系统,要靠能分泌粘液、始终保持湿润的体壁呼吸。
7、蚯蚓的生活环境:具有一定温度和湿度、温差变化不大、富含腐殖质的土壤中穴居生活。生活习性和食性:一般昼伏夜出,以植物的枯叶、朽根和其他有机物为食。
8、大雨过后蚯蚓会纷纷爬到地面上来原因:大雨过后,过多的雨水会将土壤中的空气排挤出去,于是穴居的蚯蚓被迫爬到地表上来呼吸。
9、蚯蚓的呼吸过程:蚯蚓的体壁密布毛细血管,空气中的氧气先溶解在体表粘液里,然后进入体壁的毛细血管中。体内的二氧化碳也经体壁的毛细血管有体表排出。
10、身体由许多相似的环状体节构成的动物叫环节动物,如蚯蚓、沙蚕、水蛭。
三、陆地生活的动物-------兔
1、哺乳动物:具胎生、哺乳(后代成活率高),体表被毛,体温恒定等特征.如兔、大熊猫
2、恒温动物:可通过自身的调节而维持体温的恒定,使体温不随外界的变化而变化的动物,包括鸟类和哺乳动物.反之,体温随环境温度变化而改变的动物是变温动物,如蛇、昆虫等。恒温意义:减少对外界环境依赖性,扩大生活和分布范围
3、兔:体表被毛(保温作用),用肺呼吸,心脏四腔,体循环和肺循环两条途径,体温恒定,牙分门齿和臼齿,盲肠发达(在细菌作用下,有助于植物纤维质的消化),大脑发达,四肢发达灵活。
4、跳跃是兔的主要运动形式(后退比前腿长且肌肉发达)。
5、兔的食性:植物(草)。兔的身体分为:头、躯干、丝织和尾四部分。
6、兔的牙齿分化为门齿和臼齿。门齿似凿子适于切断食物,臼齿咀嚼面宽阔适于磨碎食物。兔的盲肠发达,这与兔吃植物的生活习性相适应。狼、虎等哺乳动物还有锋利的犬齿,用于撕裂食物(也用于攻击捕食)。
6、膈是哺乳动物特有的结构。
7、足够的食物、水分、隐蔽地是陆生动物生存的基本环境条件。
8、兔与人的内部结构相似,说明人与兔的分类地位很接近,同属于哺乳动物,但人的盲肠已退化,因为人是杂食性的。
四、空中飞行的动物---家鸽
1、空中飞行的动物有昆虫、蝙蝠、鸟类等。
2、世界上的鸟有9000多种。除了鸵鸟和企鹅等少数鸟不能飞行外,绝大多数都善于飞行。飞行使鸟类扩大了活动范围,有利于觅食和繁育后代。
3、鸟适于飞行的特点: ①体呈流线型(可以减少飞翔时空气的阻力)②体表被覆羽毛,前肢变成翼③胸部有高耸的龙骨突,长骨中空(内充空气)④胸肌发达⑤食量大消化快。即消化系统发达,消化、吸收、排除粪便都很迅速。⑥心脏四腔,心搏次数快,循环系统结构完善,运输营养物质和氧气的能力强。⑦有发达的气囊,既可减轻体重又与肺构成特有的双重呼吸。⑧喙短,口内无齿,无膀胱,直肠短,粪便尿液及时排出,右侧卵巢、输卵管退化(这些都是为了减轻体重,适于飞行)。
总之鸟类是体表被羽、前肢变成翼、具有迅速飞翔能力、内有气囊、体温高而恒定的一类动物。
4、翼(翅膀)是鸟的飞行器官。气囊辅助肺的呼吸。
5、鸟的羽毛分正羽(主要用于飞行)和绒毛(主要用于保温)。
6、家鸽口内没有牙齿,食物不经咀嚼经咽、食管进入嗉囊。----进入肌胃(内有沙粒、小石子用于磨碎食物)。
五、空中飞行的动物---昆虫
1、昆虫是种类最多的一类动物,超过100万种,也是唯一会飞的无脊椎动物,因而是分布最广泛的动物。
2、昆虫身体分为头、胸、腹三部分,一般有3对足,2对翅。蜘蛛、蜈蚣、虾、蟹等都不是昆虫,但它们都是节肢动物.。节肢动物的特点是:身体由很多体节构成,体表有外骨骼,足和触角分节。
3、昆虫的外骨骼是覆盖在昆虫身体表面的坚韧的外壳,有保护和支持内部柔软器官、防止体内水分蒸发的作用。
2、两栖动物:幼体生活在水中,用鳃呼吸,经变态发育成为成体,营水陆两栖生活,用肺呼吸,同时用皮肤辅助呼吸。代表动物:青蛙、蟾蜍。
六、动物的运动
1、哺乳动物的运动系统由骨骼和肌肉组成。骨骼是由多块骨连结而成。
2、骨骼肌包括中间较粗的肌腹和两端较细的肌腱(乳白色),一组肌肉的两端分别附着在不同骨上.骨骼肌受神经刺激后有收缩的特性。
3、骨骼肌只能收缩牵拉骨而不能推开骨,所以与骨相连的肌肉至少有两组,相互配合完成各种活动特别是伸、曲肘动作:屈肘时,肱二头肌收缩,肱三头肌舒张,伸肘时则相反
4、双比自然下垂,肱二头肌舒张,肱三头肌舒张;双手竖直向上提起重物或双手抓住单杠身体自然下垂,肱二头肌收缩,肱三头肌收缩。
5、运动系统的功能:运动、支持、保护。在运动中,神经系统起调节作用,骨起杠杆的作用,关节起支点作用(也有说枢纽作用),骨骼肌起动力作用。可见,人体完成一个运动都要有神经系统的调节,有骨、骨骼肌、关节的共同参与,多组肌肉的协调作用,才能完成。
6、骨、关节和肌肉的关系:骨骼肌收缩,牵动着它所附着的骨,绕着关节活动,于是躯体就产生了运动。
7、运动系统在神经系统控制和调节,以及消化系统、呼吸系统、循环系统的配合下共同完成运动(能量来自有机物的分解)。运动能力发达,利于捕食和避敌,以适应复杂多变的环境。
8、关节是由关节面、关节囊和关节腔三部分组成。关节面包括关节头和关节窝。使关节牢固的结构特点是:关节囊及囊里面、外面的韧带。使关节运动灵活的结构特点是:关节面上覆盖一层表面光滑的关节软骨,和关节囊的内表面还能分泌滑液,可减少运动时两骨间关节面的摩擦和缓冲运动时的震动。
9、脱臼:关节头从关节窝滑脱出来。(由于进行体育运动或从事体力劳动,因用力过猛或不慎摔倒所致。)
六、动物的行为
1、按行为表现不同可将动物行为分为攻击行为、取食行为、防御行为、繁殖行为、迁徙行为等;而按获得途径不同可分为先天性行为和学习行为。
2、先天性行为指动物生来就有的、由体内遗传物质决定的行为,对维持最基本的生存必不可少,如蜘蛛织网、蜜蜂采蜜、蚂蚁做巢等。而学习行为则是指在遗传因素的基础上,通过环境的作用,由生活经验和学习而获得的行为。动物越高等,学习能力越强,适应环境能力也就越强,对生存也就越有意义。
2、社会行为:营群体生活的动物,群体内部不同成员之间分工合作,共同维持群体的生活,从而具有的行为。(注意:并非所有营群体生活的动物都具社会行为,如蝗虫群体没有。)
3、社会行为大多具以下特征:①群体内部往往形成一定的组织成员之间有明确的分工 ③有的还形成等级
4、通讯:一个群体中的动物个体向其他个体发出某种信息,接受信息的个体产生某种行为反应的现象。分工合作需随时交流信息,交流方式有动作、声音、和气味等。
5、用提取的或人工合成的性外激素作引诱剂,可以诱杀农业害虫;在农田间放一定量的性引诱剂,干扰雌雄冲之间的通讯,是雄虫无法判断雌虫的位置,从而不能交配,这样也能达到控制害虫数量的目的。
即:(1)制造昆虫性外激素诱杀昆虫;(2)制造干扰使昆虫不能识别同种昆虫的性外激素。
6、
七、动物在生物圈中的作用
1. 动物在自然界中作用:①维持自然界中生态平衡 ②促进生态系统的物质循环 ③帮助植物传粉、传播种子。
2、生态平衡:在生态系统中各种生物的数量和所占的比例总是维持在相对稳定的状态,这种现象叫做生态平衡。
2. 食物链和食物网中的各种生物之间存在着相互依赖、相互制约的关系。其中任一环节出了问题,都会影响整个生态系统。正是由于物质流、能量流和信息流的存在,使各种生物与环境成为一个统一的整体。
3. 动物在人们生活中的作用:可供人类食用、药用、观赏用等,与生物反应器和仿生关系密切。
4. 生物反应器:利用生物做“生产车间”,生产人类所需的某些物质,这个生物或生物的某个器官即生物反应器。目前最理想的生物反应器是“乳房生物反应器”。 它意义在于:生产成本低、效率高,设备简单、产品作用效果显著,减少工业
5. 污染等。
6. 仿生:模仿生物的某些结构和功能来发明创造各种仪器设备的方法。
6、常见仿生例子:宇航员穿的“抗荷服”,冷光灯,雷达,薄壳建筑,智能机器人。
八、实验探究
1、仔细观察蝗虫的胸部和腹部。可以在左右两侧找到排列很整齐的一行小孔,这就是气门。气门与蝗虫体内的气管连通着,气门是气体进入蝗虫身体的门户,请依据给出的
一、细菌和真菌
7. 菌落:一个细菌或真菌繁殖后形成的肉眼可见的集合体,叫菌落。
细菌菌落特点:较小,表面光滑粘稠或粗糙干燥,白色;
真菌菌落特点:较大,呈绒毛状、絮状蛛网状,有红、绿、黄、褐、黑等颜色
8. 培养细菌真菌的方法:①配制培养基②高温灭菌 ③接种 ④恒温培养
9. 培养基:含营养物质的有机物
10. 细菌和真菌的生存也需一定的条件:水分、适宜的温度、有机物(营养物质)、一定的生存空间等。另外,有些需氧,而有些则厌氧(即有氧时生命活动受抑制)。除少数细菌外,都不能自己合成有机物,只能利用现成的有机物作为营养(即营养方式为异养)
11. 科学家在深海的火山口等极特殊的环境中,发现了古细菌。古细菌的存在说明:①古细菌适应环境的能力非常强② 细菌的分布很广泛。
12. 炎热的夏季,食物容易腐败,得胃肠炎的人很多,原因是:炎热的夏季,空气湿度大,温度高,适于细菌、真菌的繁殖和生长,食物保存不当或时间过长,就会因被细菌、真菌污染而变质,人们吃了变质的食品就会的胃肠炎。
13. 洗净晾干的衣服不会长霉,而脏衣服脏鞋就容易长霉,原因是:洗净晾干的衣服清洁干燥、缺乏营养物质,不适合真菌的繁殖,所以洗净晾干的衣服不易长霉;反之,脏衣服给真菌提供了适宜的生长环境,因此脏衣服协议发霉。
14. 制作泡菜时加盖后用水封口,其目的是不让空气进入坛内,而保持坛内缺氧环境,因为乳酸菌只有在缺氧或无氧环境下才能把蔬菜中的有机物分解为乳酸。
15. 17世纪后叶,荷兰人列文?虎克发明显微镜并发现细菌;而19世纪,“微生物学之父”巴斯德利用鹅颈瓶实验证明细菌不是自然发生的,而是原已存在的细菌产生的
16. 细菌很小,10亿个细菌堆积起来只有一颗小米粒大,单细胞。(病毒比它还小)
17. 细菌特征:微小,有杆状、球状、螺旋状等形态,无成形细胞核。大多只能利用现成的有机物来生活,属分解者。分裂繁殖。有些细菌能形成对不良环境有较强抵抗力的休眠体,叫芽孢
18. 细菌的结构特点:基本结构包括:细胞壁、细胞膜、细胞质、有DNA集中的区域,没有成形的细胞核;没有叶绿体;附属结构:有些细菌细胞壁外有荚膜(保护作用),有些细菌有鞭毛(用于在水中游动);有些细菌在生长发育后期形成芽孢(轻,对恶劣环境有抵抗能力的休眠体)。
19. 掌握课本60页细菌结构示意图。
20. 细菌的生殖方式:分裂生殖,速度快,不到半小时就分裂一次。
21. 细菌的营养方式:一般异养(包括腐生和寄生),即、没有叶绿体,大多数细菌只能利用现成的有机物生活,并把有机物分解为简单的无机物。
22. 细菌是生态系统中的分解者。
23. 细菌的哪些特点和它们的分布有关:细菌个体微小,极易为各种媒介携带;分裂生殖,繁殖速度快、数量多;有些细菌在生长发育后期,个体缩小,细胞壁增厚形成芽孢,芽孢对不良环境有较强的抵抗能力;芽孢小而轻,可以随风四处飘散,落在适当环境中,就能萌发为细菌。这些特点都有利于细菌的广泛分布。
24. 真菌特征:菌体由许多细胞连接形成的菌丝构成;每个细胞都有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核;另外还有单细胞的真菌,如酵母菌;没有叶绿体,均利用现成的有机物生活即异养型;用孢子繁殖后代
25. 青霉:青绿色,着生孢子的菌丝成扫帚状;曲霉:黑褐色(有时也有黄、绿等色),孢子着生在放射状菌丝顶端;蘑菇从腐烂的植物体获得营养。这些真菌生活在温度适宜、水分充足且富含有机物的地方。
26. 各种各样的真菌:蘑菇、木耳、银耳、灵芝。
27. 蘑菇也是由菌丝集合而成
营养方式:异养(腐生)
生殖:孢子生殖
环境:阴暗潮湿,有机物丰富,温暖
28. 酵母菌(了解)
⑴形态:(单细胞)卵圆形,无色
⑵结构:细胞膜、细胞质、细胞核、细胞壁、液泡、无叶绿体
⑶营养方式:异养(腐生)有氧:葡萄糖—二氧化碳+水+能量(多)
无氧:葡萄糖—二氧化碳+酒精+能量(少)
⑷生殖方式:出芽生殖,特殊情况进行孢子生殖
29. 蘑菇、木耳等可以食用的真菌统称为食用菌。
30. 细菌真菌在自然界中作用:
①作为分解者参与物质循环。即把动植物遗体分解成二氧化碳、水和无机盐,被植物重新吸收利用,制造有机物。故对于自然界中二氧化碳等物质的循环起重要作用 。
②引起动植物和人患病。这类微生物多营寄生生活,从活的动植物体上吸收营养物质。如链球菌引起扁桃体炎,真菌引起癣、小麦叶锈病 。注意:脚气和细、真菌没关系(是缺维生素B1导致的)
③与动植物共生。共生指一种生物与另一种生物共同生活在一起,相互依赖、不能分开的现象,简言之,互利共生。如真菌与藻类共生形成地衣
再如:根瘤菌与豆科植物,根瘤菌将空气中的氮转化为植物能够吸收的含氮物质,从而使土壤中氮元素含量增高,增加土壤肥力,提高农作物产量(氮是植物生活中需要量较大的物质)。
与功能:兔、牛、羊内有些细菌帮助分解维生素
与人:人的肠道中有一些细菌能制造维生素B12和维生素K对身体有益
31. 人类对细菌和真菌的利用体现在四个方面:
① 食品制作。即发酵原理的应用,发酵就是有机物在一定温度下被酵母或其他菌类分解成某些产物的过程
② 食品保存。
腐败原因-------细菌和真菌分解食品中的有机物并在其中生长繁殖所导致;
保存原理-------将细菌和真菌杀死或抑制其生长繁殖;
常用保存方法:
“巴斯德“消毒法(依据高温灭菌原理)
罐藏法(依据高温消毒和防止于细菌和真菌接触的原理)
冷冻法、 冷藏法(依据低温可以抑菌的原理)
真空包装法(依据破坏需氧菌类生存环境的原理)
晒制与烟熏法、 腌制法、 脱水法、 渗透保存法 (依据除去水分防止细菌和真菌生长的原理)
使用防腐剂
使用射线
③ 疾病防治。主要指抗生素治病(如青霉素)与转基因技术生产药品(如胰岛素)。抗生素是真菌(另外还有放线菌)产生的可杀死某些致病菌的物质
④ 环境保护。无氧时一些杆菌、甲烷菌可将引发污染的有机物发酵分解,产生甲烷等,而有氧时另外一些细菌(如黄杆菌)可将这些废物分解成二氧化碳和水,这样都使污水得到净化
32、制作馒头或面包时,要用到酵母菌,它产生的二氧化碳气体会在面团中形成许多小孔,使馒头或面包膨大和松软,而面团中所含的酒精,则在蒸烤过程中挥发掉了。
33、制作馒头要用酵母菌,制酸奶用乳酸菌,制泡菜用醋酸菌,酿酒用酒曲。
第六单元 生物的多样性极其保护
34、生物分类
概念:根据生物的相似程度(包括形态结构和生理功能)把生物划分为种属不同的等级,并对每一类群的形态结构和生理功能等特征进行科学的描述。
依据:生物在形态结构和生理功能等方面的特征
目的:弄清不同类群之间的亲缘关系和进化关系
意义:可以更好地研究利用和保护生物,了解各种生物在生物界中所占的地位及其进化的途径和过程。
34.植物所属类群从简单到复杂的顺序是藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物。
对植物进行分类主要观察其形态结构,如被子植物的根、茎、叶、花、果实、和种子。
花、果实、种子是被子植物分类最重要的依据。
35、动物根据有无脊柱分为脊椎动物和无脊椎动物 。
脊椎动物由简单到复杂顺序为鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类
无脊椎动物学主要类群有原生动物、腔肠动物、(扁形动物、线形动物)
软体动物、环节动物、节肢动物
36. 生物分类单位从大到小依次是界、门、纲、目、科、属、种,其中种是分类
的最基本单位。同种生物的亲缘关系是最密切的。
分类单位越大,包含物种越多,但物种间的相似程度越小,共同特征越少,亲缘关系越远;分类单位越小,包含物种越少,而共同特征越多
37.生物多样性的内涵:它包括三个层次:生物种类多样性(即物种多样性),基因多样性,生态系统的多样性.
生物种类多样性,基因多样性,生态系统的多样性三者关系:
(1)生物种类的多样性是生物多样性的最直观的体现,是生物多样性概念的中心。生物种类多样性影响生态系统多样性。
(2)基因的多样性是生物多样性的内在形式。基因多样性决定种类多样性,种
类多样性的实质是基因多样性。
(3)生态系统的多样性是生物多样性的外在形式。生态系统发生剧烈变化时也会加速生物种类多样性和基因多样性的丧失.所以保护生物多样性的根本措施是保护生物的栖息环境,保护生态系统的多样性。
38、我国是生物种类最丰富的国家之一。其中苔藓、蕨类和种子植物仅次于巴西和哥伦比亚,居世界第三。我国是裸子植物最丰富的国家,被称为“裸子植物的故乡”。
39、生物的各种特征是由基因控制的。不同生物的基因有较大差别,同种生物的个体之间,在基因组成上也不尽相同,因此每种生物都是一个丰富的基因库。
种类的多样性实质上是基因的多样性。
40、我国是世界上基因多样性最丰富的国家之一,特别是家养动物、栽培植物和野生亲缘种的基因多样性十分丰富,为动植物的遗传育种提供了宝贵的遗传资源。
41、利用基因多样性改良作物品种典型实例:
美国引进我国的野生大豆与当地品种杂交,培育出抗大豆萎黄病的优良品种;
我国科学家袁隆平利用野生水稻与普通栽培水稻多次杂交,培育出产量很高的杂交水稻新品种。
42、生态系统包括类型有:森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统、海洋生态系统、农田生态系统、城市生态系统等。
43、每种生物都是由一定数量的个体组成的,这些个体的基因组成是有差别的,它们共同构成了一个基因库,;每种生物又生活在一定的生态系统中,并且与他的生物种类相联系。
某种生物的数量减少或绝灭,必然会影响它所在的生态系统;当生态系统发生剧烈变化时,也会加速生物种类的多样性和基因多样性的丧失。
因此,保护生物的栖息环境,保护生态系统的多样性,是保护生物多样性的根本措施。
44、造成生物多样性面临威胁的原因:
(1) 生态环境的改变和破坏
(2) 掠夺式的开发和利用
(3) 环境污染
(4) 外来物种的影响
45、被称为植物中的“活化石”是银杉;被称为中生代动物的“活化石”的是扬子鳄;中国鸽子树(珙桐)也是植物界的“活化石”。
46、为保护生物的多样性,人们把含保护对象在内的一定面积的陆地或水体划分出来,进行保护和管理,这就是自然保护区。
47、建立自然保护区是保护生物多样性最为有效的措施。我国现已建成许多保护生态系统类型的自然保护区和保护珍稀动植物的自然保护区。
48、自然保护区是“天然基因库”,能够保护许多物种和各种类型的生态系统;自然保护区是进行科学研究的“天然实验室”,为开发生物科学研究提供了良好的基地;自然保护区是“活的自然博物馆”,是向人们普及生物学知识和宣传保护生物多样性的重要场所。
49、人们把某些濒危物种迁出原地,移入动物园、植物园、水族馆和濒危动物繁育中心,进行特殊的的保护和管理;建立濒危物种的种质库(植物的种子库、动物的精子库)以保护珍贵的遗传资源。
50、为保护生物多样性,我国相继颁布的法律和文件:
《中华人民共和国森林法》、《中华人民共和国野生动物保护法》、《中国自然保护纲要》。
通俗来讲,
植物是生物界中的一大类。
一般有叶绿素,
没有神经,
没有感觉,
有
30
多万种。而动物是生物界中的另一大类。一般不能将无机物合成有机物,
只能以有机物
(植物、
动物或微生物)
为食料,
因此具有与植物不同的形态结构
和生理功能,以进行摄食、消化、吸收、呼吸、循环、排泄、感觉、运动和繁殖
等生命活动。
动物的分类动物学根据自然界动物的形态、
身体内部构造、
胚胎发
育的特点、生理习性、生活的地理环境等特征
,
将特征相同或相似的动物归为同
一类。
而动物和植物的区别是在长期进化过程中形成的。但是就微小的生物而言,
它们之间的区别有时是不明显的。
作为植物的进化趋向,
由细胞积叠方式所形成
的个体发生、
细胞壁的形成、
靠叶绿素进行光合作用而成为独立的营养系统等独
立的物质代谢型的建立是主要的,
而在此基础上的非运动性等是次要的特征。
据
估计现存的植物种类约有
30
万种左右,而占植物界一半以上的菌类,由于重视
其缺乏叶绿素这个重要特点,
而把植物分为二大类群,
也有的认为整个生物界可
分为动物、
菌类、
植物三大类群就分类系统而言,
以前是以种子植物
(显花植物)
作为分类重点,其后转移到所谓的隐花植物。
其中一条十分严格的标准就是:在显微镜下观察他们的细胞的时候会发现,
植物的细胞有细胞壁,
而动物细胞只有细胞膜,
没有细胞壁。
这就是
“本质区别”
了。另外动物和植物还有一些主要区别。
第一,
几乎所有的植物,
都在同一个地方发芽生长,开花结果,
也就是说原
地不动地度过一生。
当然这中间也有少数例外,
如随水漂流的小型水生植物。
与
植物相反,
绝大多数动物为了觅食、
避敌等原因,
经常跑来跑去,
处于运动状态。
第二,
植物从小到大,
各种器官一直在发生不同的增减变化,
例如在幼小时
期只有根、茎、叶,成年之后长出了花朵,花朵凋谢后再结出果实种子。而大多
数动物
(低等动物除外)
不论老幼,
五官四肢等各种器官不增不减,
仅仅是体积
大小的不同。
例如刚生下来的小狮子或小老虎,
已经具备了与父母同样多的器官。
第三,
从两者的生活习性上说,
植物有个十分重要的特点,
那就是除了少数
寄生和腐生植物外,它们都能进行光合作用,能自己制造“粮食”养活自己。而
动物却无法做到这一点,它们只能依靠吃植物或捕食其他动物来养活自己。
但是并不是两者的本质区别。
其中,
只有有无细胞壁这一条是严格的,
其余
各条都是不严格的。例如,珊瑚是动物,但它却基本不走动,或者说,一般看不
出它会运动。再比如,蛇胡藤、猪笼草等植物是异养的。而且上面说的“本质区
别”只是动物和植物的“本质区别”
,这就是说,没有考虑微生物。事实上,很
多微生物也有细胞壁的,比如细菌。
还有,
看中心体看不出来,
很多低等植物细胞含有中心体;
看叶绿体要是区
分动植物可能还行,
很多微生物还含有叶绿体;
看大液泡也不太可行,
因为一些
较低等的植物和某些植物的“幼龄”细胞不含有大液泡。
而就生命的基本特征方面,
动物生命和植物生命本质是一样的,
动物、
植物
都是生命世界的组成者。
生命的物质基础是蛋白质和核酸。
生命运动的本质特征是不断自我更新,
是一个不断与外界进行物质和能量交
换的开放系统。
生命是物质的运动,是物质运动的一种高级的特殊实在形式。
生物是非生物长期运动变化产生的结果。
自然事物普遍具有相互作用相互影
响的性质和能力,
当一个非生物经过长期复杂的相互作用、
相互影响的过程,
逐
步形成了自主的生存发展性质和能力,
形成了自主的生存发展意识的时候,
一个
具有生命的生物就产生了。
这是动、
植物的共有特性,
然而,
从这些方面考虑恰能科学直观说明动植物
的区别,区别主要表现在:
一、形态结构特点的不同。
植物方面
,
最简单的植物只有一个细胞(如小球
藻及衣藻)
随着演化的进程,
由单细胞到多细胞,
从多细胞的丝状体到叶状体,
最后达到具有根、茎、叶、花、果实和种子的绿色开花植物;从结构层次上,植
物体是细胞、组织、器官、植物体四个层次。根据植物体的形态和结构的不同,
通常把植物类群划分为藻类植物、
苔藓植物、
蕨类植物、
裸子植物、
和被子植物。
动物方面,最简单的动物也是由一个细胞构成(如草履虫和变形虫)
,随着演化
的进程,
由单细胞的原生动物,
到多细胞的腔肠动物,
再到动物身体的分节、
分
部,进而身体分为头、颈、躯干、四肢、尾等的高等动物,在结构层次上,动物
体由细胞、组织、器官、系统和动物体五个层次,根据动物的形态结构,可以把
动物分为无脊椎动物和脊椎动物,
无脊椎动物通常分为原生动物、
腔肠动物、
扁
形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物,脊椎动物通常
分为鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲、和哺乳纲。
二、生殖方式的不同。
植物体的生殖方式有营养繁殖、孢子生殖和种子繁
殖;动物体的生殖方式有分裂生殖、卵生、卵胎生和胎生哺乳等。
三、细胞结构的构成不同。
植物细胞的结构中有细胞壁,而动物细胞没有
细胞壁,
大多数的植物细胞有液泡,
而动物细胞大多没有;
植物细胞中有叶绿体,
叶绿体中含有叶绿素,
能进行光合作用;
动物细胞中没有叶绿体,
动物细胞中有
中心体,
中心体与动物细胞的细胞有丝分裂有关,
只有较低等的植物体内才有中
心体。
四、新陈代谢的类型不同。
植物体的细胞内有叶绿体,
能利用光能,
进行光合
作用,
利用外界环境中的水、
二氧化碳等无机物转变为有机物,
变成自身的组成
物质,
并且释放出氧气,
储存能量,
这种代谢类型属于自养型;
光合作用是生物
界最基本的物质代谢和能量代谢,
它在整个生物界以至整个自然界中具有极其重
要的意义.
动物体内一般没有叶绿体,
不能进行光合作用,
不能直接利用无机物
来制造有机物,只能从外界摄取现成的有机物及营养物质转变为自身的组成物
质,并储存了能量,这种新陈代谢的类型属于异养型。
五、在生态系统中营养结构上的地位不同。
在生态系统中
,
植物是生产者
,
流
经生态系统的总能量就是生产者所固定的全部太阳能
,
人们把地球上的绿色植物
比做庞大的“绿色工厂”
。人类和动物的食物都直接或间接地来自光合作用制造
的有机物;
动物在生态系统中是消费者,
直接或间接的以植物为食.
在生态系统
中,如果没有植物的的光合作用,其中的生物将无法生活。
六、维持大气中氧气和二养化碳平衡的作用不同。
植物进行光合作用,
吸收二
氧化碳,放出氧气;使得大气中的氧气和二氧化碳的含量基本保持稳定,因此,
绿色植物可以成为“自动的空气净化器”
。动物体则相反,吸入氧气,呼出二氧
化碳。
七、排出废物的方式不同。
动物和人通过多种方式排出体内废物,例如:
出汗、
呼出气体和排尿可以将体内的代谢终产物排出体外,
称为排泄,
另外动物
体还可以通过胞肛、
肛门等将体内不能消化的食物残渣排出体外,
称为排遗;
植
物体也产生废物,枯枝和落叶能带走体内的一部分废物。
八、应激性的灵敏度不同。
动物对外界刺激所发生的反应是比较灵敏的,
单细胞动物通过细胞本身或者细胞内专门的结构来完成,
如草履虫和眼虫,
腔肠
动物是通过神经网来完成的,
神经网是最原始的神经系统,
大多数动物对外界刺
激的反应通过神经系统来完成,
神经系统有梯状神经系统,
链状神经系统等,
高
等的脊椎动物的神经系统,
又由三部分来组成,
即中枢神经系统、
周围神经系统
和感受器官。
可见动物对外界刺激所发生的反应,
是由十分完善的结构来完成的。
因此动物体的应激性十分的灵敏,
能感知冷热痛,
能品尝酸甜苦辣各种味道,
在
动作上则表现为各种各样的形式,游动、逃避、攀爬、跳跃、奔跑、飞翔等;植
物体对外界刺激所发生的反应迟缓,
像含羞草那样的是少数,
克隆是英文clone的音译,简单讲就是一种人工诱导的无性繁殖方式。但克隆与无性繁殖是不同的。无性繁殖是指不经过雌雄两性生殖细胞的结合、只由一个生物体产生后代的生殖方式,常见的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、茎、叶等经过压条或嫁接等方式产生新个体也叫无性繁殖。绵羊、猴子和牛等动物没有人工操作是不能进行无性繁殖的。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆,这门生物技术叫克隆技术。
克隆的基本过程是先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中,利用微电流刺激等使两者融合为一体,然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎,当胚胎发育到一定程度后,再被植入动物子宫中使动物怀孕,便可产下与提供细胞者基因相同的动物。这一过程中如果对供体细胞进行基因改造,那么无性繁殖的动物后代基因就会发生相同的变化。
克隆技术不需要雌雄交配,不需要精子和卵子的结合,只需从动物身上提取一个单细胞,用人工的方法将其培养成胚胎,再将胚胎植入雌性动物体内,就可孕育出新的个体。这种以单细胞培养出来的克隆动物,具有与单细胞供体完全相同的特征,是单细胞供体的“复制品”。英国英格兰科学家和美国俄勒冈科学家先后培养出了“克隆羊”和“克隆猴”。克隆技术的成功,被人们称为“历史性的事件,科学的创举”。有人甚至认为,克隆技术可以同当年原子弹的问世相提并论。
克隆技术可以用来生产“克隆人”,可以用来“复制”人,因而引起了全世界的广泛关注。对人类来说,克隆技术是悲是喜,是祸是福?唯物辩证法认为,世界上的任何事物都是矛盾的统一体,都是一分为二的。克隆技术也是这样。如果克隆技术被用于“复制”像希特勒之类的战争狂人,那会给人类社会带来什么呢?即使是用于“复制”普通的人,也会带来一系列的伦理道德问题。如果把克隆技术应用于畜牧业生产,将会使优良牲畜品种的培育与繁殖发生根本性的变革。若将克隆技术用于基因治疗的研究,就极有可能攻克那些危及人类生命健康的癌症、艾滋病等顽疾。克隆技术犹如原子能技术,是一把双刃剑,剑柄掌握在人类手中。人类应该采取联合行动,避免“克隆人”的出现,使克隆技术造福于人类社会。
克隆技术研究现状
一、克隆的早期研究
克隆一词是英文单词clone的音译,作为名词,clone通常被意译为无性繁殖系。同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的,例外仅见于有突变发生时。自然界早已存在天然植物、动物和微生物的克隆,例如:同卵双胞胎实际上就是一种克隆。然而,天然的哺乳动物克隆的发生率极低,成员数目太少(一般为两个),且缺乏目的性,所以很少能够被用来为人类造福,因此,人们开始探索用人工的方法来生产高等动物克隆。这样,克隆一词就开始被用作动词,指人工培育克隆动物这一动作。
目前,生产哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊“多莉”,以及其后各国科学家培育的各种克隆动物,采用的都是细胞核移植技术。所谓细胞核移植,是指将不同发育时期的胚胎或成体动物的细胞核,经显微手术和细胞融合方法移植到去核卵母细胞中,重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。与胚胎分割技术不同,细胞核移植技术,特别是细胞核连续移植技术可以产生无限个遗传相同的个体。由于细胞核移植是产生克隆动物的有效方法,故人们往往把它称为动物克隆技术。
采用细胞核移植技术克隆动物的设想,最初由汉斯·施佩曼在1938年提出,他称之为“奇异的实验”,即从发育到后期的胚胎(成熟或未成熟的胚胎均可)中取出细胞核,将其移植到一个卵子中。这一设想是现在克隆动物的基本途径。
从1952年起,科学家们首先采用青蛙开展细胞核移植克隆实验,先后获得了蝌蚪和成体蛙。1963年,我国童第周教授领导的科研组,首先以金鱼等为材料,研究了鱼类胚胎细胞核移植技术,获得成功。
哺乳动物胚胎细胞核移植研究的最初成果在1981年取得——卡尔·伊尔门泽和彼得·霍佩用鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。1984年,施特恩·维拉德森用取自羊的未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊,其他人后来利用牛、猪、山羊、兔和猕猴等各种动物对他采用的实验方法进行了重复实验。1989年,维拉德森获得连续移核二代的克隆牛。1994年,尼尔·菲尔斯特用发育到至少有120个细胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年,在主要的哺乳动物中,胚胎细胞核移植都获得成功,包括冷冻和体外生产的胚胎;对胚胎干细胞或成体干细胞的核移植实验,也都做了尝试。但到1995年为止,成体动物已分化细胞核移植一直未能取得成功。
二、克隆羊“多莉”的意义和引起的反响
以上事实说明,在1997年2月英国罗斯林研究所维尔穆特博士科研组公布体细胞克隆羊“多莉”培育成功之前,胚胎细胞核移植技术已经有了很大的发展。实际上,“多莉”的克隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程,但这并不能减低“多莉”的重大意义,因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物,是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着:在理论上证明了,同植物细胞一样,分化了的动物细胞核也具有全能性,在分化过程中细胞核中的遗传物质没有不可逆变化;在实践上证明了,利用体细胞进行动物克隆的技术是可行的,将有无数相同的细胞可用来作为供体进行核移植,并且在与卵细胞相融合前可对这些供体细胞进行一系列复杂的遗传操作,从而为大规模复制动物优良品种和生产转基因动物提供了有效方法。
在理论上,利用同样方法,人可以复制“克隆人”,这意味着以往科幻小说中的独裁狂人克隆自己的想法是完全可以实现的。因此,“多莉”的诞生在世界各国科学界、政界乃至宗教界都引起了强烈反响,并引发了一场由克隆人所衍生的道德问题的讨论。各国政府有关人士、民间纷纷作出反应:克隆人类有悖于伦理道德。尽管如此,克隆技术的巨大理论意义和实用价值促使科学家们加快了研究的步伐,从而使动物克隆技术的研究与开发进入一个高潮。
三、近3年来克隆研究的重要成果
克隆羊“多莉”的诞生在全世界掀起了克隆研究热潮,随后,有关克隆动物的报道接连不断。1997年3月,即“多莉”诞生后1个月,美国、中国台湾和澳大利亚科学家分别发表了他们成功克隆猴子、猪和牛的消息。不过,他们都是采用胚胎细胞进行克隆,其意义不能与“多莉”相比。同年7月,罗斯林研究所和PPL公司宣布用基因改造过的胎儿成纤维细胞克隆出世界上第一头带有人类基因的转基因绵羊“波莉”(Polly)。这一成果显示了克隆技术在培育转基因动物方面的巨大应用价值。
1998年7月,美国夏威夷大学Wakayama等报道,由小鼠卵丘细胞克隆了27只成活小鼠,其中7只是由克隆小鼠再次克隆的后代,这是继“多莉”以后的第二批哺乳动物体细胞核移植后代。此外,Wakayama等人采用了与“多莉”不同的、新的、相对简单的且成功率较高的克隆技术,这一技术以该大学所在地而命名为“檀香山技术”。
此后,美国、法国、荷兰和韩国等国科学家也相继报道了体细胞克隆牛成功的消息;日本科学家的研究热情尤为惊人,1998年7月至1999年4月,东京农业大学、近畿大学、家畜改良事业团、地方(石川县、大分县和鹿儿岛县等)家畜试验场以及民间企业(如日本最大的奶商品公司雪印乳业等)纷纷报道了,他们采用牛耳部、臀部肌肉、卵丘细胞以及初乳中提取的乳腺细胞克隆牛的成果。至1999年底,全世界已有6种类型细胞——胎儿成纤维细胞、乳腺细胞、卵丘细胞、输卵管/子宫上皮细胞、肌肉细胞和耳部皮肤细胞的体细胞克隆后代成功诞生。
2000年6月,中国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”,但其中一只因呼吸系统发育不良而早夭。据介绍,所采用的克隆技术为该研究组自己研究所得,与克隆“多莉”的技术完全不同,这表明我国科学家也掌握了体细胞克隆的尖端技术。
在不同种间进行细胞核移植实验也取得了一些可喜成果,1998年1月,美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家们以牛的卵子为受体,成功克隆出猪、牛、羊、鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎,这一研究结果表明,某个物种的未受精卵可以同取自多种动物的成熟细胞核相结合。虽然这些胚胎都流产了,但它对异种克隆的可能性作了有益的尝试。1999年,美国科学家用牛卵子克隆出珍稀动物盘羊的胚胎;我国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎,这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。
四、克隆技术的应用前景
克隆技术已展示出广阔的应用前景,概括起来大致有以下四个方面:(1)培育优良畜种和生产实验动物;(2)生产转基因动物;(3)生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法;(4)复制濒危的动物物种,保存和传播动物物种资源。以下就生产转基因动物和胚胎干细胞作简要说明。
转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一,转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器,以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。但目前转基因动物的实际应用并不多,除单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外,转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长,已进行了10多年,但目前在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验,5~6个药品进入2期临床试验;而其农艺性状发生改良、可资畜牧生产应用的转基因家畜品系至今没有诞生。转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵,以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状,是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。
体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命,动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移,可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。同时,采用转基因体细胞系,可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。在核移植前,先把目的外源基因和标记基因(如LagZ基因和新霉素抗生基因)的融合基因导入培养的体细胞中,再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆,然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中,最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。采用此法,Schnieke等(Bio Report,1997)已成功获得6只转基因绵羊,其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因(新霉素抗性基因),3只带有标记基因,目的外源基因整合率高达50%。Cibelli(Science,1997)同样利用核移植法获得3头转基因牛,证实了该法的有效性。由此可以看出,当今动物克隆技术最重要的应用方向之一,就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。
胚胎干细胞(ES)是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型,来替代那些受损的体内组织,比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞,使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。目前,科学家已成功分离到人ES细胞(Thomson等1998,Science),而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚,把重组胚体外培养到囊胚,然后从囊胚内分离出ES细胞,获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型(如神经细胞,肌肉细胞和血细胞),用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗,而非得到克隆个体,科学家们称之为“治疗克隆”。
克隆技术在基础研究中的应用也是很有意义的,它为研究配子和胚胎发生,细胞和组织分化,基因表达调控,核质互作等机理提供了工具。
五、克隆技术存在的问题
尽管克隆技术有着广泛的应用前景,但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域,克隆技术在理论和技术上都还很不成熟,在理论上,分化的体细胞克隆对遗传物质重编(细胞核内所有或大部分基因关闭,细胞重新恢复全能性的过程)的机理还不清楚;克隆动物是否会记住供体细胞的年龄,克隆动物的连续后代是否会累积突变基因,以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。
在实践中,克隆动物的成功率还很低,维尔穆特研究组在培育“多莉“的实验中,融合了277枚移植核的卵细胞,仅获得了“多莉”这一只成活羔羊,成功率只有0.36%,同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也分别只有1.7%和1.1%,即使是使用“檀香山”技术,以分化程度较低的卵丘细胞为核供体,其成功率也只有百分之几。
此外,生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。以克隆牛为例,日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内死去;到2000年2月,日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生,但存活的只有64头。观察结果表明,部分犊牛胎盘功能不完善,其血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平;有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常发育;克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向,这些都可能是死亡的原因。
即使是正常发育的“多莉”,也被发现有早衰迹象。染色体的末端被称为端粒,它决定着细胞能够分裂的次数:每一次分裂端粒都会缩短,而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。1998年,科学家发现“多莉”的细胞端粒比正常的要短,即其细胞处于更衰老的状态。当时认为,这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多莉”造成的,使其细胞具有成年细胞的印记,但这一解释目前受到了挑战,美国马萨诸塞州的医生罗伯特·兰扎等用培养的衰老细胞克隆牛,得到6头小牛,出生5~10个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长,有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。现在还不清楚这一现象的原因,也不清楚为何与“多莉“的情况有巨大差别。但这一实验说明,在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟,使其“恢复青春”,关于这种变化对克隆动物寿命的影响,还有待于进一步观察。
除了以上的理论和技术障碍外,克隆技术(尤其是在人胚胎方面的应用)对伦理道德的冲击和公众对此的强烈反应也限制了克隆技术的应用。但几年来克隆技术的发展表明,世界各科技大国都不甘落后,谁也没有放弃克隆技术研究。这一点上英国政府的态度非常具有代表性,在1997年2月底宣布中止对“多莉”研究小组投资后不到1个月,英国科技委员会就对克隆技术发表专题报告,表明英国政府将重新考虑这一决定,认为盲目禁止这方面的研究并不是明智之举,关键在于建立一定的规范利用它为人类造福。
一个细菌经过20分钟左右就可一分为二;一根葡萄枝切成十段就可能变成十株葡萄;仙人掌切成几块,每块落地就生根;一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎,一年内就能长出数百株草莓苗……凡此种种,都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代,这就是无性繁殖,无性繁殖的英文名称叫“Clone”,译音为“克隆”,实际上,英文的“Clone”起源于希腊文“Klone”,原意是用“嫩枝”或“插条”繁殖。时至今日,“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”,凡来自一个祖先,经过无性繁殖出的一群个体,也叫“克隆”。这种来自一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”,简称无性系。
自然界的许多动物,在正常情况下都是依靠父方产生的雄性细胞(精子)与母方产生的雌性细胞(卵子)融合(受精)成受精卵(合子),再由受精卵经过一系列细胞分裂长成胚胎,最终形成新的个体,这种依靠父母双方提供性细胞、并经两性细胞融合产生后代的繁殖方法就叫有性繁殖,但是,如果我们用外科手术将一个胚胎分割成两块,四块、八块……最后通过特殊的方法使一个胚胎长成两个、四个,八个……生物体,这些生物体就是克隆个体,而这两个、四个、八个……个体就叫做无性繁殖系(也叫克隆)。
可以这样说,关于克隆的设想,我国明代的大作家吴承恩已有精彩的描述——孙悟空经常在紧要关头拔一把猴毛变出一大群猴子,猴毛变猴就是克隆猴。
1979年春,中国科学院武汉水生生物研究所的科学家用鲫鱼囊胚期的细胞进行人工培养,经过385天59代连续传代培养后,用直径10微米左右的玻璃管在显微镜下从培养细胞中吸出细胞核,在此同时,除去鲫鱼卵细胞的核,让卵细胞留出空间作好接纳囊胚细胞核的准备,一切准备就绪后,把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鲫鱼卵细胞内,得到了囊胚细胞核的卵细胞在人工培养下大部分夭亡了,在189个这种换核卵细胞中,只有两个孵化出了鱼苗,而最终只有一条幼鱼度过难关,经过80多天培养后长成8厘米长的鲫鱼。这种鲫鱼并没有经过雌、雄细胞的结合,仅仅是给卵细胞换了个囊胚细胞的核,实际上是由换核卵产生的,因此也是克隆鱼。
在克隆鲫鱼出现之前,英国牛津大学的科学家已经在1960年和1962年,先后用非洲一种有爪的蟾蜍(非洲爪蟾)进行过克隆试验。试验方式是先用紫外线照射爪蟾卵细胞,破坏其中的核,然后依靠高超的外科手术从爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞、肝细胞、肾细胞中取出核,并把这些细胞的核精确地放进已被紫外线破坏了细胞核的卵细胞内,经过精心照料,这些换核卵中终于有一部分长出了活蹦乱跳的爪蟾,这种爪蟾也不是经过精细胞和卵细胞州结合产生的,所以也是克隆爪蟾。
我国著名生物学家童第周先生在1978年成功地进行了黑斑蛙的克隆试验,他将黑斑蛙的红细胞的核移人事先除去了核的黑斑蛙卵中,这种换核卵最后长成能在水中自由游泳的蝌蚪。
鱼类换核技术的成熟和两栖类换核的成功,使一批从事良种培育工作的科学家激动不已,既然鲫鱼的囊胚细胞核取代鲫鱼卵细胞核后能得到克隆鱼,那么异种鱼换核能否得到新的杂种鱼呢?我国科学家首先提出了这个问题,也首先解决了这个问题,就是培养克隆鲫鱼成功的那个研究所,设法把鲤鱼胚胎细胞的核取代了鲫鱼卵细胞的核。鲤鱼细胞核和鲫鱼卵细胞质居然能相安无事,并开始了类似受精卵分裂发育的过程,最后长出有“胡须”的“鲤鲫鱼”,这种鱼有“胡须”,生长快,完全像鲤鱼,但它的侧线鳞片数和脊椎骨的数目与鲫鱼相同,而且鱼味鲜美不亚于鲫鱼。这种人工克隆新鱼种的出现为鱼类育种开辟了新途径。
对科学的追求是永无止境的,鱼类,两栖类克隆的成功自然而然地使科学家把目光投向了哺乳类。美国和瑞士的科学家率先从灰色小鼠的胚胎细胞中取出细胞核,用这个核取代黑色小鼠受精卵细胞核。实际上,这个黑色小鼠的受精卵在精细胞核刚进入卵细胞后,就把精细胞核连同卵细胞的核一起除去。灰鼠胚胎细胞的核移人黑色小鼠的去核受精卵后,在试管里人工培养了四天,然后再把它植人白色小鼠的子宫内、经几百次灰、黑、白这样的操作以后,白色小鼠终于生下了三只小灰鼠。
去年2月27日出版的英国“自然”杂志公布了爱丁堡罗斯林研究所威尔莫特等人的研究成果:经过247次失败之后,他们在前年7月得到了一只名为“多利”的克隆雌性绵羊。
“多利”绵羊是如何“创造”出来的呢?威尔莫特等学者先给“苏格兰黑面羊”注射促性腺素,促使它排卵,得到卵之后,立即用极细的吸管从卵细胞中取出核,与此同时,从怀孕三个月的“芬多席特”六龄母羊的乳腺细胞中取出核,立即送人取走核的“苏格兰黑面羊”的卵细胞中,手术完成之后,用相同频率的电脉冲刺激换核卵,让“苏格兰黑面羊”的卵细胞质与“芬多席特”母羊乳腺细胞的核相互协调,使这个“组装”细胞在试管里经历受精卵那样的分裂、发育而形成胚胎的过程,然后,将胚胎巧妙地植人另一只母羊的子宫里。到去年7月,这只“护理”体外形成胚胎的母羊终于产下了小绵羊“多利”。“多利”不是由母羊的卵细胞和公羊的精细胞受精的产物,而是“换核卵”一步一步发展的结果,因此是“克隆羊”。
“克隆羊”的诞生,在世界各国引起了震惊,它难能可贵之处在于换进去的是体细胞的核,而不是胚胎细胞核。这个结果证明:动物体中执行特殊功能、具有特定形态的所谓高度分化的细胞与受精卵一样具有发育成完整个体的潜在能力。也就是说,动物细胞与植物细胞一样,也具有全能性。
克隆技术会给人类带来极大的好处,例如,英国PPL公司已培育出羊奶中含有治疗肺气肿的a-1抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6千美元一升。一只母羊就好比一座制药厂,用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢?最好的办法就是“克隆”。同样,荷兰PHP公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛,以色列LAS公司育成了能生产血清白蛋白的羊,这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖?答案当然还是“克隆”。
母马配公驴可以得到杂种优势特别强的动物——骡,骡不能繁殖后代,那么,优良的骡如何扩大繁殖?最好的办法也是“克隆”,我国的大熊猫是国宝,但自然交配成功率低,因此已濒临绝种。如何挽救这类珍稀动物?“克隆”为人类提供了切实可行的途径。
克隆动物还对于研究癌生物学、研究免疫学、研究人的寿命等都有不可低估的作用。
不可否认,“克隆绵羊”的问世也引起了许多人对“克隆人”的兴趣,例如,有人在考虑,是否可用自己的细胞克隆成一个胚胎,在其成形前就冰冻起来。在将来的某一天,自身的某个器官出了问题时,就可从胚胎中取出这个器官进行培养,然后替换自己病变的器官,这也就是用克隆法为人类自身提供“配件”。
有关“克隆人”的讨论提醒人们,科技进步是一首悲喜交集的进行曲。科技越发展,对社会的渗透越广泛深入,就越有可能引起许多有关的伦理、道德和法律等问题。我想用诺贝尔奖获得者,著名分子生物学家J.D.沃森的话来结束本文:“可以期待,许多生物学家,特别是那些从事无性繁殖研究的科学家,将会严肃地考虑它的含意,并展开科学讨论,用以教育世界人民。”