第二讲 给点颜色看看——染色体

1838年，德国生物学家施莱登在前人研究成果的基础上提出：细胞是一切植物的基本构造；细胞不仅本身是独立的生命，并且是植物体生命的一部分，维系整个植物体的生命。

1839年，施莱登的朋友施旺，经常和施莱登一起喝酒聊天，他在交流中得到启发，结合自己在动物方面的研究成果，提出所有动物也是由细胞组成的，把细胞说扩大到动物界，从而建立了生物学中统一的细胞学说。

但是，新细胞是如何产生的呢？

施莱登认为新细胞要么是从老细胞的细胞核中长出来的，要么是在老细胞的细胞质中像结晶那样产生的。

1858年，德国的魏尔肖提出“细胞通过分裂产生新细胞”。他的名言是：“所有的细胞都来源于先前存在的细胞”。

如上便是细胞学说的三大支柱：

1）所有生物都是由一个或多个细胞组成的。

2）细胞是生命的最基本单位。

3）所有细胞均来自先前存在的活细胞。

对于大多数人来说，前两点很容易通过显微镜观察得到。而第三点却不是那么显而易见。我们需要观察到一个细胞正在分裂的过程，才能有说服力。

在显微镜下观察细胞的分裂过程，是非常难的。因为细胞基本上是透明的，即使放大了也不太容易看清它的精细结构。所以，在很长一段时间里，人们无法弄清细胞分裂的机理和详细过程。

那么，有什么办法能让人看清透明的物质呢？很简单啊，让它不透明！

1879年，德国的生物学家弗莱明发现，可以用碱性的苯胺染料，把细胞核里的有些物质染成深色。他把这些物质称为染色质。后来被改名为染色体。

他用高倍的显微镜观察蝾螈的皮肤细胞。

他发现细胞开始分裂时，染色体聚集成丝状，如盛开的烟花。

随着分裂过程的进行，染色丝一分为二，然后形成两个细胞核。

两个细胞最终分开，各自有了自己的细胞核，有了自己的一套染色体。

那么，问题来了：分裂后子细胞里的染色体数目，和分裂前母细胞里的染色体数目一样多，这是怎么回事呢？

原来，在分裂之时，母细胞会复制出一套新的染色体，使得染色体数目加倍——先复制，乘2，再分裂，除以2，这样就保持数目不变。你看，细胞的算术不差吧？至少会做乘法和除法。

这个细胞分裂的过程，称为有丝分裂，因为在分裂过程中有很多丝状物出现。

2016年，《科学频道》将弗莱明的有丝分裂和染色体发现，评为有史以来最重要的100个科学发现之一，也是细胞生物学中最重要的10个发现之一。

染色，把细胞核里的物质染成了红色或紫色，不仅让我们看清了细胞核内部的构造，还看清了细胞分裂时那些丝丝缕缕的细节——这件事告诉了我们一个道理，想要看清楚一个人的品性，先让他红起来，一夜成名、红得发紫的那种。

弗莱明（1843-1915年）和弗莱明著作上的插图：染色体

1883年，比利时细胞学家贝内登发现了染色体的另一个特性：每一个卵细胞和精子细胞所含的染色体，只有其他正常体细胞染色体数目的一半。

他选用马蛔虫作为模式生物，详细研究卵的成熟过程和受精作用。

为什么选用马蛔虫呢？因为马蛔虫的染色体少，只有4条，容易观察和统计。

他发现马蛔虫的精子和卵细胞中都只有体细胞中一半数目的染色体，精子细胞带有2个染色体，卵子细胞带有2个染色体。

而受精卵中有4个染色体，其中2个来自父本（精子），2个来自母本（卵细胞）。

他由此推断，生物在形成配子（即卵细胞和精子）的过程中，染色体数目减半。配子细胞只有其他体细胞的一半染色体。形成配子细胞的这个分裂过程，叫减数分裂。

减数分裂：其中染色体复制一次，分裂两次（染色体数字乘2，除以2，除以2）

这个减数分裂的过程非常重要。我们来设想一下如果没有减数分裂，会出现什么情况？

假设有一种生物，第一代的细胞核中有2个染色体。如果没有减数分裂，那么它的配子细胞中同样有2个染色体。

这样一来，第二代的生物细胞中将会有4个染色体，2个来自父本，2个来自母本。

第三代的生物细胞中将会有8个染色体。

十代之后，生物细胞中将有1024个染色体。

二十代之后，生物细胞中将有1 048 576个染色体。

子子孙孙，无穷匮也！ 一个细胞中的染色体数目将无穷匮也。

生物不可能这样传宗接代下去，细胞核非涨破爆炸不可。

所以，减数分裂对于有性繁殖是必需的。必须要能舍去，才能传下去。

如果减数分裂明天消失，所有有性繁殖的生物都会停止繁殖后代。这意味着不再有婴儿、小狗、小猫等。虽然所有无性繁殖生物、活着的人和动物都将继续生活，但不会再有后代。这将导致世界上大多数物种灭绝。

有丝分裂和减数分裂，在细胞生长、生物繁殖过程中起着至关重要的作用。

有丝分裂，它的算术是这样的：先乘二，再除以二，染色体随着细胞分裂被新的细胞继承，保证了生物体内每个细胞染色体数目相同。

减数分裂，它的算术是这样的：配子细胞只取一半染色体，有性繁殖时再合两半为一，一半来自父亲，一半来自母亲，破镜重圆，重获完整。

我们回头来看生物学的发展，它在19世纪末是非常尴尬的。一方面，孟德尔的天才成果被尘封，没人知道它的存在和伟大。另一方面，生物学家观察和研究细胞和染色体，却不知染色体有何用。这好比有一群人，在黑夜中登山，而他们肩上的行囊中恰好有一支手电筒，却无人知道，更无人拿出来照亮前面的道路。

因为染色，原本朦胧和模糊的构造，显现出了它的轮廓和线条。因为染色，我们看清了细胞核内部深处更细微的秘密。“这般颜色做将来”，这样的颜色和条纹，在研究细胞的科学家眼里，是最美的风景。

染色体和遗传存在什么样的关系，染色体在遗传中的作用是什么，这些问题需要有观察力和灵感闪现的人来揭示答案。“天青色等烟雨”，而染色体正等着有缘之人。