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第3章 生命(3)

染色质是核被膜内的主要部分,真核细胞的染色质的成分为DNA和蛋白质及少量RNA。经苏木精染色后在光学显微镜下可见它在核内呈丝状交织并有染色更深的团块。丝状者为常染色质,是DNA长链分子的伸展部分;团块状者为异染色质,是DNA长链分子紧缩盘绕而成。细胞分裂时,染色质丝收缩为光学显微镜下更为明显可见的染色体。

在光学显微镜下核内有折光更为强烈的区域(染色后更为明显),这就是核仁。它是由某一个或几个特定染色体的核仁组织区及蛋白质和RNA(核糖体RNA,即rRNA)分子构成的,核仁组织区内的一部分DNA即转录rRNA的基因c细胞核内还有由蛋白质构成的网状的核基质,它是支持染色质的结构,核基质网孔中还充满液体。

(3)细胞质和细胞器

细胞质是细胞膜内除细胞核外的部分,包括胞质溶胶和多种细胞器。胞质溶胶为透明、黏稠状,具胶体性质而且呈流动状态,汇集了细胞中25%~50%的蛋白质,含有多种酶,是代谢活动的主要场所之一。细胞质中还常有储藏物质,如植物胚乳细胞中的淀粉粒、糊粉粒(蛋白质的储存形式)和动物肝脏细胞中的糖原等。细胞器是存在于细胞质中的微小结构,通常只有借助于电子显微镜下才能看清其结构。细胞中的细胞器一部分是由生物膜围成的结构,另一部分则是非膜结构。

有膜结构的细胞器主要有内质网、高尔基体、线粒体、质体、溶酶体、液泡。

非膜结构的细胞器主要有核糖体、微管和微丝。

细胞的分裂

细胞是在地球由非生命世界向生命世界演变的过程中由生物大分子逐渐形成的一种多分子体系,这种演变是在特定的气候条件下发生的,现今地球上自然条件下可能巳不再具备由生;物大分子直接组装为细胞的条件。因此,早在1858年德国细胞学家R.Virchow就提出有这样一个著名的论断:“细胞来自细胞。”

生物有机体中总有一部分细胞走向衰亡,而又有一部分新的细胞产生。产生新的细胞的方式只能是细胞分裂,细胞分裂是生长、发育和繁殖的基础。

细胞的分裂总是一分为二的,但经过一个又一个生活周期(从受精卵发育为成熟个体,再产生精子和卵,经过受精作用又形成下一代的受精卵)后必须维持核物质的稳定,因此,每一次细胞分裂前细胞内都会有一个DNA复制过程。

细胞分裂有两种类型:有丝分裂和减数分裂。有丝分裂是在有机体的整个生活周期中尤其是在营养生长过程中出现的一种分裂方式,在分裂间期中细胞核中DNA复制一次,细胞分裂时DNA长链反复缠绕、紧缩为一条条染色体(每条染色体含两条相同的染色单体),在由微管组成的纺锤丝的牵引下每条染色体的两条染色单体被分配到两个子细胞中,而后染色体又变回染色质丝并恢复细胞核的形态。经过一个细胞周期后,细胞中无论染色体数目还是核物质的总量都维持不变。

减数分裂总是伴随着有性生殖过程而发生,通常在配子(精子和卵)或配子体产生前进行,只有少数生物的减数分裂发生在受精作用之后。由于有性生殖过程中必然有受精作用,即精子与卵的细胞融合,这一过程会使核物质和染色体数加倍,因此必须通过减数分裂使染色体减半。减数分裂之前的细胞间期中细胞核中DNA复制一次,但细胞分裂却接连进行两次,因而经过减数分裂后细胞中的染色体减少至分裂前的一半。

7.什么是器官

尽管有数以万计的单细胞生物,如细菌、原生动物和单细胞藻类植物等,生物界中占多数的还是多细胞生物。对单细胞生物而言,并非所有的细胞都执行相同的功能,而是通过细胞分化构成不同的组织,再由几种不同的组织构成器官并形成器官系统。

具有一定的形态结构并执行一定功能的细胞群就是组织。在植物中有分生组织、薄壁组织、保护组织、机械组织、输导组织和分泌组织,在动物中则有上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织等。组织虽然是功能单元,无论在植物中还是在动物中它们却都不能构成独立的结构单元,而总是存在于不同的器官中,正如输导组织并不单独存在而是分布于植物的根、茎、叶、花、果实等器官中,而结缔组织在动物体内的各器官中也无处不在。因此,由细胞组成的组织在生物谱系中并不是一个独立的结构层次。

多细胞生物的器官是由不同的组织按照一定方式组成的结构和功能单位。植物的根、茎、叶、花、果实、种子,动物的眼、耳、鼻等感官及心、肝、胃内脏等都是器官,它们不仅各自执行特定的功能,而且各自又都是相对独立的结构单位,是生物谱系中重要的结构层次之一。

8.有机体的含义是什么

生物有机体,又称为个体。除非是在实验条件下,器官是不能脱离其母体而长期地单独生存的。个体由器官组成,而个体却是能在较长时期内单独生存的最小单位。毫无疑问,个体是生物谱系中的基本结构层次之一。

尽管生物有机体大小差异甚大,但是,一棵树,一只鸟,一个人……看上去对个体的区分是轻而易举的。实际上,由于克隆繁殖的存在给个体的界定带来极大的困难。克隆就是用无性的方法得到的遗传上完全一致的生物学单位,基因可以被克隆,细胞可以被克隆,有机体也可以被克隆。如果说哺乳动物的克隆在当今还是生命科学领域的一项引人注目的高新技术,那么,在自然条件下高等植物中本来就较为普遍的存在克隆繁殖现象,正如一株草莓可以通过其匍匐茎繁殖出一株甚至数株新的草莓植株,一株百合可以通过其珠芽用无性的方式繁殖出多个新的百合植株,这类繁殖方式通常也称为“营养繁殖”。

由于克隆繁殖的新的个体所携带的所有的基因与其母体是完全一致的,问题就是,到底应该将形态上相对独立的单位看作是一个个体,还是应该将遗传上一致的所有生物学单位都看作是一个个体?区分形态学的“个体”相对容易,但要真正识别每一个遗传学上的个体却是十分困难的事情。就像区分一株一株的百合相对容易,但如果把遗传基因完全一致的单位全部看作一个个体,要确定哪些百合植株是由同一母株无性繁殖而来则要困难得多。

9.什么是种群

种群也被系统和进化生物学家称为“居群”,或被遗传学家称为“群体”。它是指一"定时间、一定区域内某一生物物种的所有个体总和。

种群虽然是有不同的个体组成的,但它本身也是一个有机的整体。一个种群不单是一个一般意义上的群体的含义,而且是一个具有空间和时间性的实体,它具有5个方面的性质:其一,种群具有一定的结构和组成;其二,种群有其自身的“个体”发育,表现出生长、分化和分工、生存、衰老及死亡等过程;其三,种群有其遗传属性;其四,种群是由作用成相互依存机制的遗传和生态两方面的因素整合起来的;其五,种群也像一个有机体一样,作为一个整体单位而接受其环境的影响,这种影响导致其自身发生变化,而最终又会改变其生境。

种群有其数量特征、空间特征和遗传特征。种群的数量特征包括三个层次,最基本的参数是种群大小和密度,影响种群大小的参数有出生率、死亡率、迁人率和迁出率这四个次级种群特征,而影响次级种群特征的因素又有种群的年龄结构、性比、增长率、遗传组成和分布式样等。种群的空间特征即其空间结构,是指组成种群的个体在空间上的分布及其动态。任何一个个体都有一个最小的空间需求,而任何一个种群所能占据的空间又总是有限的,因此种群的数量特征与空间特征是密切相关的。种群内个体的分布格局可以粗分为随机的、均匀的和聚集的三种类型。所谓随机分布,就是每一个体在种群内的各个点上分布的机会是均等的,同时,某一个体的存在并不影响另一个体的分布。均匀分布是指种群内的各个个体多多少少呈等距离的分布,这种式样往往在由于个体间的竞争导致产生相等的空间间隔的地方可以观察到。聚集分布指种群内个体成群或成团分布,绝大多数情况下种群都是呈现出这种分布型,因为这种分布格局对个体的生长和繁殖都较为有利。种群由同种的个体组成,但这些个体在遗传上却不一定是一致的,它们可能都有自己特定的基因型。种群具有一定的遗传组成,构成一个基因库,其中的每一种基因都有一定的比例,即基因频率,由基因组合成的基因型在种群中也有一定的出现频率,即基因型频率。

此外,种群还有其繁育特征。同一种群内的个体生活在一起,有着更多的相互交配的机会,个体与个体之间有较多的基;因交流,它们彼此依靠血缘纽带紧密地联系着。

种群还与进化过程直接相关。进化,就是亲代种群与子代种群之间相异性的发展。个体可能发生变异,个体的变异却与进化无关,变异如果发展到了种群水平就有可能导致进化。种群作为一个整体来接受外界环境的影响,使自身的数量结构、空间结构或遗传结构发生变化,在一定的时间和空间内,或是走向兴盛,或是走向衰亡,更多的是在不同的交配机制的控制下基因型频率向着特点的方向变化。如果把个体理解为生存的最小单位,那么种群就是进化的最小单位。

10.什么是群落

地球上的生物并非是以一个一个种群而独立存在的,也就是说,并非每个区域只生活着一个种群。只要具备适宜的条件,地球上表面的每一个空间都会挤满生物,而且常常是许多种生物共同生活在一起。虽然由于自然条件不同,生活在各处的生物种类也不会相同,但在任何一个特定的区域内,只要那里的气候、地形及其他自然条件都基本相同,那里就会出现一定的生物组合,即由一定的生物种类所组成的生态功能单位,这个功能单位就是群落。群落是一定空间和时间内的各种生物个体的总和,换句话说,群落就是一定空间和时间内的多种生物种群的复合体。群落可以是指某一时间某一空间中所有生物种群的集合,包括所有的植物、动物和微生物种群,也可以是特指某一时间某一空间某一类生物种群的集合,如植物群落、动物群落和微生物群落。

自然界中的生物群落并不是任意物种的随意组合,生活在同一群落中的各个物种是通过长期的历史发展和自然选择而保存下来的。生活在同一群体中的物种也不是独立的、互不相干的,A

;这些生物彼此之间存在着一定的相互关系或相互作用,如竞争、捕食和共生等,这种相互依存和相互制约的关系使群落内的各物种处于一种动态的稳定之中。群落中的生物彼此之间的相互作用不仅有利于它们各自的生存和繁殖,而且也有利于保持群落的稳定性。

实际上,群落就是各种物种适应环境及彼此相互适应的产物。因此,群落的性质是由组成群落的各种生物对环境条件(如土壤、温度、湿度、光照和营养物质或食物等)的适应性以及这些生物彼此之间的相互关系(如竞争、捕食和共生等)所决定的。

生物群落的基本特征主要有以下几个方面:第一,生物组成的多样性。一个群落总是包含着多种生物物种,其中有植物、动物及微生物,但组成不同群落的物种成分及其多样性水平往往有较大的差异。第二,群落的层次性。不同群落常常具有极不相同的外貌,群落中的个体的物种总是占据不同的空间位置、利用不同的空间资源,这就决定了群落结构的层次性。第三,优势现象。在组成群落的许多物种中只有少数能凭借自己的大小、数量和活力等对群落产生重大影响,这些物种就是优势种,这些物种有高等的生态适应性,其存在往往影响着其他生物的存活和生长。第四,相对数量。群落中各种生物的数量各不相同,表现出在多度、密度、盖度、频度、体积和重量等多个指标上的差异。第五,营养结构。群落中的各种生物在取食关系上各有其特定的位置,而这种取食关系决定着物种和能量的流动方向。

就像有机体的生长和发育一样,生物群落会发生演替。群落演替就是指群落中的一些生物种类逐渐取代另一些生物种类,使得一种类型的群落逐渐演变为另一种群落的过程,这一过程直到出现一个顶极群落才会中止。群落的演替是一个有规律的、有一定方向性的和可以被预测的自然过程。

群落,加上群落的环境就构成了生态系统。生态系统是指在一定空间内生物成分和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的传递而互相作用、互相依存所构成的一个有自组能力和自我调控能力的生态学功能单位。地球上存在许多大大小小的生态系统,大至整个生物圈,小至某个池塘等。但正是因为生态系统除生物成分外,还包含有非生物成分,因此通常不把它作为生物世界的一个基本结构层次来理解。

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