细胞分化

• 【精子的形成过程 】简介

   精子的形成部位：睾丸（精巢）的曲细精管中。在精巢中，通过有丝分裂产生了大量的原始生殖细胞，也就是精原细胞。根据有丝分裂的特征，可知精原细胞的染色体数目与体细胞染色体数目是相同的。在精原细胞时期，进行了染色体复制。当雄性动物性成熟后，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂，经过减数分裂以后，精原细胞就形成了成熟的生殖细胞——精子。 

精原细胞在减数分裂过程中连续进行了两次分裂 
1间 前 
1间后 （复制） 
1前 期（联会） 
1中 期 
1后期 
1末期 

2间 期 
2前期 
2中期 
2后期 
2末期 

减数分裂 
第一次分裂染色体减半； 
第二次分裂两条姐妹染色体分离。 

   第一次分裂的前期，细胞中的同源染色体两两配对，叫联会。所谓的同源染色体，指减数分裂时配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一个来自父方，一个来自母方。联会后，染色体进一步螺旋化变粗，逐渐在光学显微镜下可见每个染色体都含有两个姐妹染色单体，由一个着丝点相连，每对同源染色体则含有四个姐妹染色单体，叫四分体。把四分体时期和联会时比较，由于染色体复制在精原细胞时就发生了，因此，它们所含的染色单体、DNA数目都是相同的，不同的主要是染色体的螺旋化程度不同，联会时染色体螺旋化程度低，染色体细，在光学显微镜下还看不清染色单体，因此，没有在图上表示出来。四分体时期，染色体螺旋化程度高，染色体变粗了，可在光学显微镜下清楚地看到每一个染色体有两个单体。 

   在细胞分裂的同时，细胞内的同源染色体彼此分离，结果一个初级精母细胞便分裂成两个次级精母细胞，而此时细胞内的染色体数目也减少了一半，细胞内不再存在同源染色体。减数第一次分裂结束。 
   减数第二次分裂是从次级精母细胞开始的，细胞未经染色体的复制，直接进入第二次分裂。在细胞第二次分裂过程中，染色体的行为和前面所学的有丝分裂过程中 染色体的行为非常相似，细胞内染色体的着丝点排列在赤道板这一位置后，接着进行分裂，于是两条姐妹染色单体分离，分别移向细胞两极。与此同时，细胞分裂， 结果生成了精子细胞。精子细胞经过变形后成为精子，两个次级精母细胞最后生成了四个精子，减数分裂结束。 
   随后，各个四分体排列在细胞中央，同源染色体好像手拉手似地排成两排，纺锤丝收缩，牵引染色体向两极移动，导致四分体平分为二，配对的同源染色体分开， 但此时着丝点并未分开，每一染色体上仍有两条染色单体。接着发生细胞分裂，一个初级精母细胞分裂成两个次级精母细胞，而每个次级精母细胞中的染色体数目就 只有初级精母细胞的一半了，初级精母细胞有4条染色体，而次级精母细胞只有条染色体，染色体数目减半的原因是同源染色体分开，在次级精母细胞中已没有同源 染色体了。 
   联会的同源染色体分开，说明染色体具有一定的独立性，由于两个同源染色体在细胞中央的排列位置是随机的，可以互相交换，因此，就决定了同源的两个染色体 各移向哪一极也是随机的，这样，不同对的染色体之间就可以自由组合。这是将来要学的基因的自由组合规律的细胞学基础。 
   第二次分裂的基本过程与有丝分裂相似：中期，染色体的着丝点排成一排，后期，着丝点一分为二，两个姐妹染色单体成为两个染色体，在纺锤丝的牵引下，移向两极，接着，细胞分裂，两个次级精母细胞分裂成4个精子细胞，减数分裂完成。 
精子细胞再经过变形，形成精子，在这个过程中，丢掉了精子细胞的大部分细胞质，带上重要的物质——细胞核内的染色体，轻装上阵，并形成了一个长长的尾，便于游动。 


【卵细胞的形成过程】   卵细胞在卵巢中形成，其过程与精子形成过程基本相同，但也有区别。相同点：染色体复制一次，都有联会和四分体时期，经过第一次分裂，同源染色体分开，染色体数目减少一半，在第二次分裂过程中，有着丝点的分裂，最后形成的卵细胞，它的染色体数目也比卵原细胞减少了一半。不同点：每次分裂都形成一大一小两个细胞，小的叫极体， 极体以后都要退化，只剩下一个卵细胞，而一个精原细胞是形成4个精子；卵细胞形成后，不需要经过变形，而精子要经过变形才能形成。卵细胞：细胞体形较大， 呈球形，不能游动；含卵黄多，营养物质丰富，保证受精后发育成新个体。精子：细胞体形较小，有鞭毛，能游动，其特点是保证受精作用的实现。 

受精作用——精子与卵细胞结合成为合子的过程 
   精子的头部进入卵细胞，精子与卵细胞的细胞核结合在一起，因此，合子中染色体数目又恢复到原来的体细胞的数目，其中一半来自精子（父方），一半来自卵细 胞（母方）。从同源染色体的角度看，精子和卵细胞中的同源染色体都是成单存在，但精子带有其中的一条，卵细胞带有其中的另一条，受精后，这两条同源染色体 到了一个细胞中，它们就成对存在了，所以，关于同源染色体的概念说，一条来自父方，一条来自母方，就是这个意思。 
   减数分裂使染色体数目减半，受精作用使染色体数目又恢复到原来的数目，从而使生物前后代染色体数目保持恒定。 


细胞分化 

   以高等动物为例，受精卵卵裂进行到一定时间细胞增多，形成了一个内部有腔的球状胚，这个时期的胚叫囊胚。这时期的胚其特点是中央有一空腔，叫囊胚腔。 胚继续发育形成原肠胚。由于动物极一端的细胞分裂较快，新产生的细胞便向植物极方向推移、使植物极一端的细胞向囊胚腔陷入，囊胚腔缩小，内陷的细胞不仅构 成了胚胎的内胚层，而且围成了一个新的腔叫原肠腔。在内外细胞层之间分化出了一个新的细胞层，叫做中胚层，这时期的胚就叫原肠胚。原肠胚的特点是：具有原肠腔和外、中、内三个胚层。原肠胚的外胚层由包被胚胎表面的动物极一端的细胞构成，内胚层由陷入囊胚腔的细胞构成，中胚层位于内、外胚层之间，这三个胚层继续发育，经过组织分化、器官形成，最后形成一个完整的幼体。 
   外胚层：形成神经系统的各个器官，包括脑、脊髓和神经、眼的网膜、虹膜上皮、内耳上皮、以及皮肤的表皮和皮肤的附属结构。 
    内胚层：形成消化道（咽、食道、胃、肠等）和呼吸道（喉、气管、支气管等）的上皮，肺、肝、胰和咽部分衍生的腺体（甲状腺，副甲状腺、胸腺等）以及泌尿系统的膀胱、尿道和附属腺体的上皮等。 
  中胚层：主要形成各种肌肉、骨胳、结缔组织以及皮肤的真皮，循环系统（心脏、血管和血液）、排泄系统（肾、输尿管）、生殖系统（生殖腺、生殖管道及附腺等）、气管和消化道的管壁、体腔膜等。 
细胞分化在胚胎期达到最大限度。 

干细胞（ES）
   是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。它包括胚胎干细胞和成体干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响。目前人类胚胎干细胞已可成功地在体外培养。最新研究发现，成体干细胞可以横向分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。 
   在胚胎的发生发育中，单个受精卵可以分裂发育为多细胞的组织或器官。在成年动物中，正常的生理代谢或病理损伤也会引起组织或器官的修复再生。胚胎的分化 形成和成年组织的再生是干细胞进一步分化的结果。胚胎干细胞是全能的，具有分化为几乎全部组织和器官的能力。 
   到了个体发育的一定阶段甚至成体，仍有一部分细胞负责组织的更新和修复，诸如血液、肠道粘膜上皮、皮肤表皮等。这些细胞便是一般所指的特定组织的干细胞，又称为多能性细胞。 
   随着细胞生物学的发展，人们现已发现，栽些成体组织不但能再生，而且可以衍生成与其来源不同的细胞类型。例如肌肉细胞在一定的环境下可以成为有增殖能力的骨髓细胞；相反地，血液“前体细胞”(即未完全成熟的血细胞)也可变成肌肉细胞，甚至长出肝或脑细胞来。 
   ES虽好，但其来源有限。目前ES多取自人工流产的极早期胚胎或是培植试管婴儿时剩余的胚胎。然而现已有科学家证实ES可以在体外即实验室的试管中培养与繁殖，并且可以使ES细胞增殖、定向分化并形成多巴胺能性细胞，而这正是治疗帕金森病所亟需的神经元。 
   起开关作用的蛋白质名为“GATA”。研究人员利用基因工程方法使老鼠胚胎干细胞的“GATA”含量增加，结果胚胎干细胞变成了在孕育生命阶段起重要作用的其他细胞。研究人员还同时发现，除了蛋白质“GATA”，还有其他物质也起到开关作用，它们相互合作，共同决定胚胎干细胞的命运。 
   研究人员计划通过基因技术找到所有“开关”，这样胚胎干细胞就会按人的意志生成各种组织。操作好这些“开关”，可能使普通干细胞变成真正的“万能细胞”。 
   干细胞尤其是胚胎干细胞的识别、分离、增殖、定向分化将成为细胞生物学以及整个生命科学的主攻热点。 
   目前一个新的有趣的发现是，生命细胞活着时左旋，死亡后即右旋，一切病毒细菌和死亡的物质却只会右旋不会左旋。这是什么原因？这是否与宇宙本来就是左右 不对称有关（地球的自转、公转仍然是左旋的，十大行星几乎都是左旋的，宇宙大黑洞也是左旋的，中微子现也认为是左旋的）。看来衰老问题联系到更广阔的研究 领域。