精选
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1932年,南京实验室里,一只特殊的丰年虫正在改变人们对生命最基本的认知:原来细胞可以不通过分裂,而是“无中生有”地重建出来。
1980年春天,北京中国科学院生物物理所的实验室里,79岁的贝时璋教授正凝视着显微镜。镜头下,鸡胚胎中的卵黄颗粒正在发生不可思议的变化——这些原本被认为只是营养物质的颗粒,竟然在自主形成新的细胞结构。这一刻,距离他第一次观察到类似现象已经过去了整整48年。
半个世纪前,那只在南京实验室里显示出异常特征的丰年虫,开启了一场挑战传统细胞学说的科学长征。而此刻,卵黄颗粒的“变身”正在为这场长征落下坚实的注脚。
01 生命起源的永恒追问:细胞从何而来?
要理解贝时璋工作的革命性,我们首先要回到生物学的一个根本问题:新的细胞从何而来?
1858年,德国生物学家鲁道夫·魏尔肖提出了“一切细胞来自细胞”的著名论断,成为现代生物学的基石之一。此后百年间,“细胞分裂”被普遍认为是细胞增殖的唯一途径——就像一间房子只能通过拆分已有房子来建造新的房子。
但贝时璋却对这个“常识”产生了怀疑。如果细胞只能来自细胞,那么地球上的第一个细胞又是从何而来的?进化的过程是否还保留着某些原始的形成机制?这些思考引领他走上了一条与众不同的研究道路。
02 南京的偶然发现:丰年虫的异常“性转变”
故事真正开始于1932年的南京。当时29岁的贝时璋在中央大学任教,研究方向是丰年虫的性转变现象。丰年虫是一种小型水生动物,在特定条件下会发生性别转换。
一天,贝时璋在显微镜下观察一只处于性转变过程中的丰年虫时,注意到了一个奇特现象:在它的体内,一些细胞的细胞核正在发生异常变化。更奇怪的是,在细胞核消失的地方,似乎有新的细胞正在形成,而且形成方式明显不同于传统细胞分裂。
贝时璋没有忽视这个异常现象。他进行了更系统的观察,结果更加惊人:在丰年虫的性转变期间,某些细胞竟然会解体为更基本的生命物质,然后这些物质又能重新组织成新的细胞。这完全颠覆了“细胞只能来自细胞”的传统观点。
通过大量观察,贝时璋将这一过程命名为“细胞重建”——细胞可以从非细胞的生命物质重新构建,而不必依赖已有细胞的分裂。
03 “贝氏学说”的困境:主流学界的质疑
当贝时璋将他的发现公之于众时,迎接他的不是掌声,而是普遍的怀疑和质疑。
当时国际生物学界完全被细胞分裂理论主导,几乎所有已知现象都能用这一理论解释。贝时璋提出的细胞重建学说,听起来像是回到了“自然发生说”——那个早在17世纪就被否定的古老观念。
更麻烦的是,贝时璋的观察结果很难被重复。细胞重建似乎只在特定条件下发生,而且过程缓慢而不确定,其他实验室很难验证他的发现。此外,当时的技术手段有限,无法提供细胞重建过程的分子层面证据。
面对质疑,贝时璋选择了沉默而坚持的回应:用更多实验证据说话。他深知,要挑战一个被普遍接受的理论,需要比维护这一理论更多的证据。
04 研究中断与思想酝酿:动荡年代的坚守
随后的几十年,中国经历了战争和社会变革,贝时璋的细胞重建研究不得不时断时续。然而,这段时间反而成为他深化理论的契机。
贝时璋广泛阅读了生物学各个领域的文献,从胚胎发育到细胞分化,从原生动物到高等生物。他注意到,在许多生命过程中,都存在着细胞解体与重组的现象:
在胚胎发育早期,卵细胞中的卵黄颗粒参与细胞形成
在某些原生动物中,细胞器可以自主复制
在组织再生过程中,似乎存在去分化与再分化的过程
这些观察让贝时璋更加坚信,细胞重建可能是一种被忽视的普遍生命现象,而不仅仅是丰年虫特有的异常现象。他形成了一套完整的理论框架:细胞重建可能代表着生命演化过程中保留的原始细胞形成机制,在某些特殊条件下被重新激活。
05 科学的回归:鸡胚卵黄颗粒的突破性证据
1970年代末,随着中国科研环境的改善,贝时璋终于有机会全面重启细胞重建研究。这一次,他选择了鸡胚胎作为研究对象,因为鸡胚发育过程规范,易于观察。
研究团队设计了一系列精巧的实验。他们从鸡胚中分离出纯净的卵黄颗粒——这些传统上被认为只是营养物质的小球体,然后在特定条件下培养这些颗粒。
惊人的结果出现了:在电子显微镜下,可以清晰看到卵黄颗粒逐渐形成膜结构,内部出现类似染色质的物质,最终形成了具备基本细胞特征的构造。更重要的是,这个过程可以在没有完整细胞参与的情况下发生。
贝时璋团队进行了大量对照实验,排除了一切可能的污染因素。他们甚至使用放射性同位素标记,追踪了卵黄颗粒内物质转化为细胞结构的过程。所有证据都指向同一个结论:在某些条件下,非细胞的生命物质确实能够重建为细胞结构。
06 细胞重建的三种类型
基于多年研究,贝时璋将细胞重建分为三种类型:
第一种是“自组织重建”,就像他们在鸡胚卵黄颗粒中观察到的,生命物质自主组织成细胞结构。这个过程不需要模板指导,更像是生命物质的固有属性在一定条件下的表达。
第二种是“模板引导重建”,已有细胞的某些成分(如染色质或核膜碎片)可以作为模板,指导新细胞的形成。这种现象在丰年虫的性转变过程中尤为明显。
第三种是“细胞转化重建”,一个已分化的细胞可以解体和重组,转变为另一种类型的细胞。这为理解细胞分化和去分化提供了新视角。
贝时璋特别强调,细胞重建不是要取代细胞分裂理论,而是对其的重要补充。在大多数情况下,细胞通过分裂增殖;但在某些特殊发育阶段或生理条件下,细胞重建可能发挥着独特作用。
07 细胞重建的机制探索:生命物质的自组织潜能
细胞重建如何发生?贝时璋提出了一个基于生命物质自组织潜能的理论框架。
他认为,某些生命物质(如卵黄颗粒中的特定蛋白质和核酸复合物)本身就蕴含着形成细胞结构的“程序”。在适当条件下——特定的离子浓度、pH值、温度或生物化学环境——这些程序被激活,引导物质自发组织成膜结构、核样结构等细胞组件。
这个过程类似于结晶:溶液中分散的分子在达到一定浓度和条件时,会自发形成有序的晶体结构。不同的是,细胞重建涉及的是更复杂、多层次的自我组织。
贝时璋团队还发现,在细胞重建过程中,生物膜的形成是关键步骤。脂质分子在水环境中会自动形成双层膜结构,这为细胞重建提供了结构基础。而膜上的蛋白质则决定了重建细胞的特性和功能。
08 从争议到认可:国际学界的逐渐接受
1980年代,随着贝时璋团队发表更多严谨的研究论文,国际生物学界开始认真对待细胞重建学说。虽然仍有许多科学家持保留态度,但无人能否认贝时璋提供的详实实验证据。
一些国际实验室开始尝试重复贝时璋的实验,部分获得了相似结果。特别是在胚胎发育和干细胞研究领域,科学家们发现了越来越多用传统细胞分裂理论难以解释的现象,而这些现象用细胞重建理论则能得到较好解释。
1990年代,随着系统生物学和自组织理论的发展,贝时璋的学说获得了新的理论支撑。科学家们越来越认识到,生命系统具有强大的自组织能力,细胞重建可能是这种能力在细胞层面的体现。
2003年,在贝时璋百岁诞辰之际,国际细胞生物学界专门举办研讨会,讨论细胞重建学说的现状与未来。这位几乎用一生坚持一个理念的科学家,终于亲眼看到了自己工作的国际认可。
09 细胞重建学说的现代意义
今天,细胞重建学说已经超越了最初的争议,成为理解生命复杂性的重要视角之一。
在再生医学领域,细胞重建理论为组织再生提供了新思路。如果成熟细胞能够通过解体和重建转化为其他类型细胞,这可能为器官修复开辟新途径。
在合成生物学领域,科学家们尝试从非生命物质构建人工细胞。贝时璋的工作为这一尝试提供了重要参考——生命物质确实具有自组织为细胞结构的潜力。
在生命起源研究领域,细胞重建可能模拟了原始细胞形成的过程。如果现代生物仍保留着从非细胞物质形成细胞的能力,那么这可能为地球生命最初如何从化学进化过渡到生物进化提供线索。
贝时璋常说的“见微知著,精益求精”不仅是他科研态度的写照,也恰好描述了细胞重建学说的发展历程:从显微镜下的微小异常开始,通过半个世纪的精益求精,最终改变了我们对生命基本过程的理解。
2009年,贝时璋以107岁高龄辞世。他留给科学界的不仅是一个挑战传统的理论,更是一种敢于质疑“常识”的勇气和用一生坚持真理的精神。
今天,当我们看到实验室里干细胞分化为各种组织,或是人造细胞从简单成分中自组织形成时,不应忘记1932年南京实验室里那只特殊的丰年虫,以及它开启的这场关于生命本质的思考。
细胞重建学说提醒我们,科学中没有永恒的定论,只有不断深化的认识。生命之复杂,远超我们现有理解;而探索之路,正是从挑战每一个看似不可动摇的“真理”开始。
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