细胞生物学未来发展趋势论文

论细胞生物学的发展 悠悠300余年，关于细胞的研究硕果累累；近50年来更进入了分子水平，老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活：植物细胞在培养瓶中悄然长成幼苗；动物体细胞核移植诞生了克隆动物；不同生物细胞间DNA的转移创造出新的生物类型及其产品；病危的生命期盼着干细胞移植的救助…… 现在，生物学在人类的生产生活中的使用愈加广泛。美国细胞生物学家威尔逊曾经说过：“每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中。”这句话明显说明了细胞生物学对整个生物科学的研究有着怎样的重要性。细胞生物学的发展，越来越受到人们的重视。 谈起细胞生物学，不得不提的是建立于19世纪的《细胞学说》。《细胞学说》的建立可谓是自然科学史上的一座丰碑。《细胞学说》的两位建立者——德国科学家施莱登和施旺。经过长时间不断的探索和研究，分别从结构、功能和分裂三个方面对细胞进行了探究，并从中提炼出了三个要点，构成了《细胞学说》的主体。《细胞学说》的建立，不仅为达尔文的《进化论》奠定了基础，更为后人对细胞生物学的研究，做出了巨大贡献。 在细胞学说创立的100年间，人们对细胞的研究基本停留在简单观察和形态描述的水平，细胞在生物学家的眼中多多少少还像一团胶状物，里面杂乱地散布着一些含混不清的东西。此时出现了一名科学家——美国的细胞生物学科学家克劳德，他决心把细胞内部的组分分离开，探索细胞内组分的结构和功能。当时分离细胞器所遇到的困难是今天的人们难以想象的。许多人对他冷嘲热讽，认为把好好的细胞弄碎是毫无意义的。但是克劳德坚信，要深入了解细胞的秘密，就必须将细胞内的组分分离出来。经过艰苦的努力，他终于摸索出采用不同的转速对破碎的细胞进行离心的方法，将细胞内的不同组分分开。这就是一直沿用至今的“转速离心法”。 如果说《细胞学说》是通往细胞生物学的一扇门，那么我认为克劳德的“转速离心法”便是这扇门的钥匙。这种方法的发现，使人类对细胞内部的进一步探究，有着非常重要的意义。 随着对细胞内更深入的探究，人类发现了细胞中一个新的世界。细胞中每个组分如此精巧，一个个小小的细胞器，在细胞中都起到了非常关键的作用。霍中和院士在《细胞生物学》中写到：“我确信哪怕最简单的一个细胞，也比迄今为止设计出的任何只能电脑更精巧。”人类也曾经试图组装出一个细胞。1990年，科学家发现人体生殖道支原体可能是最小、最简单的细胞。1995年，美国科学见文特尔领导的研究小组，对这种支原体的基因组进行了测序，发现它仅有480个基因。如果在480个基因中辨认出对细胞生活必不可少的“基本基因”，那么就有希望人工合成这些基因——一段不很长的DNA分子。 文特尔的方法是破坏一个又一个的基因，看那些基因是绝对不可或缺的，终于筛选出了300个对生命活动必不可少的基因，但其中100个基因的重要性尚不清楚。 文特尔以及其他一些科学家认为，如果能人工合成这300个基因的DNA分子，再用一个细胞膜把它和环境分隔开，在培养基中培养，让他能够生存、生长和繁殖，组装细胞就成功了。科学家现在已经能够合成长度为5000个碱基因对的DNA片段，文特尔估计生殖道支原体的DNA的碱基对比这要多100倍，因此，DNA的人工合成还需要方法上的创新。怎样给DNA分子包上细胞膜也是一个难题。他们的设想是，把生殖道支原体细胞的DNA破坏掉，再把人工合成的基因组“注入”支原体细胞。 有关实验还在进行中，不过可以确信的是，人类对细胞生物学的研究愈加深入，对人类今后的发展就愈加有利。通过不断的科学探究和深入研究，我相信在不久的将来，细胞生物学将成为一个重要的科学领域，会吸引更多的人去探索、研究。它也会绽放出他耀眼的光辉，来迎接着这崭新的时代！

20世纪50年代人们还搞不清楚自己的染色体是多少条，但到了2000年“人类基因组计划”工作草图完成，标志着以研究基因功能为主的后基因组时代到来。随后蛋白质组学（proteomics），RNA组学（RNomics），糖组学（glycomics）、代谢组学（metabolomics）等各种“组学”研究相继登场，以及计算生物学、纳米生物学的发展，进入了系统生物学的迅速发展时期，可以预见在不远的将来，生物科学会将人类社会带入一个新的发展阶段。人类经历了漫长的采猎文明后，约在一万年前进入农业经济时代，18世纪60年代，英国率先进入工业经济，20世纪50美国最早走完工业经济的历程，进入信息时代。据专家估计这一经济形态的“寿命”为75~80年，到本世纪20年代将渐渐失去活力，届时人类迎接下一个经济时代，即生物经济时代的到来，生物经济的资源为基因，其核心技术为建立在细胞与分子生物学理论基础上的各类生物技术。 一、推动产业革命，创造新的经济生长点。生物产业的比重将逐步提高，药品中有15%基于生物技术，这一数字据估计到2010年会增加到40 %。生物芯片已广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域，将会成为与微电子芯片一样重要的产业。转基因动植物的市场前景广阔，2004 年全球转基因作物的种植面积已经达到8100万公顷。二、推动医学革命，延长人类寿命。20世纪初人类平均寿命约为40多岁左右，抗生素和疫苗的应用、医疗技术的提高和公共卫生观念的提出使人类摆脱了传染病的威胁，人类平均寿命逐渐提高，20世纪末人类平均寿命达到70多岁。但是心血管病、癌症和各类遗传病或遗传相关的疾病仍然是威胁人类健康的主凶。21世纪生物技术将推动新一轮医学革命，从疾病预防、疾病诊断、药物研制、组织工程、基因治疗、器官移植、抗衰老等方面，延长人类寿命。1990美国国立卫生研究院（NIH）进行了世界首例基因治疗，给一名患有先天性重度联合免疫缺陷病的4岁女孩实施了基因治疗。这种疾病是因为缺乏正常的腺苷脱氨酶（ADA）基因而引起的。专家们以病毒作为载体，将ADA基因导入从患者血液中分离出来的淋巴细胞，在体外培养后再输回病人体内，使这位女孩体内ADA酶的含量升高，免疫功能有所恢复，能正常活动而无副作用。这是世界首例基因治疗成功的病人，在此之后，全世界掀起基因治疗的热潮。三、推动绿色革命，解决食品危机。20世纪60年代以来，杂交玉米、杂交小麦和杂交水稻等农作物优质品种的栽培，标志着传统植物育种理论和各种农业措施在作物改良中的应用达到了高峰，对农业产生了深远的影响，被誉为第一次绿色革命。而二十一世纪转基因动植物、组织培养、胚胎移植、动物克隆等一系列新技术将再一次改变农业的面貌，新技术群将更有利于人们创造新品种、生产人类所急需的粮食、药物和工业用品，推动第二次绿色革命。四、创造生物新品种，改善生态环境。植物抗旱、抗盐基因的发现与应用，将有可能彻底改变10亿亩干旱地区的生态环境，使5亿亩不毛之地、盐碱地变为良田。用于废气、废水、废渣处理的基因工程极端微生物的应用，可降解生物塑料产品的产业化推广，将会解决工业排放、白色垃圾等环保难题，有效改善生态环境。五、发展绿色能源，解决能源危机。煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的开发具有十分重要的战略意义。全球生物质能的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。生物能源将会使作物秸秆等废弃的有机物成为能源，缓解化石能源不足的危机，为石油短缺国家解决能源危机问题找到一个较为经济的途径。利用“绿金”代替“黑金”，开发生物乙醇、生物柴油、生物发电、生物氢等替代部分化石能源，已经成为许多国家的能源战略。除此之外，植物光合作用机理研究取得重大突破，人工光解水产生的氢气将成为继化石燃料之后主要的能源。六、生物安全关系到国家安全。必须认识到生物技术是一柄双刃剑，生物工程武器将彻底改变传统战争的方式与后果，没有对生物战剂、生物恐怖和外来入侵物种的防御与应对能力，就不能从根本上保障国家安全。七、是冲击传统伦理观念。转基因动植物、动物克隆、胚胎干细胞、组织工程、器官移植技术的应用，将对人传统伦理观念产生强烈冲击。可以预见，在未来的时代细胞生物学仍然是生命科学的领头学科，是支撑生物技术发展的基础科学。尽管发现细胞已经300多年了，人类对细胞在整体层次上（哪怕是“简单的”细菌）的工作机理并未获得一个完整清晰的认识。细胞生物学在如下领域内的发现将为生物技术带来新的发展动力。①对干细胞生长和分化的控制机制的认识或许会带来治疗应用方面的重大突破；②对遗传基因和生化途径调控机制的认识将催生更先进的遗传修饰方法；③理解细胞感知环境的机理会有助于研发具有广泛应用前景的生物传感器；④了解细胞骨架和分子马达的协同工作机制将很可能在下半个世纪中引领纳米技术的生物应用。 1．有效地解决当今重大疑难疾病治疗的世界性难题：当前胚胎组织干细胞技术已经发展到只要获取病人身体上任意活细胞的DNA，就可以培养出身体除大脑以外的任意部分组织结构的器官（科普：皮肤，指甲等组织也是器官的一种），从而达到医学上真正的器官再生。 2．带动信息产业和某些特殊行业如电脑制造业的划时代的革命；一个现在的你从未想到过得世界：1、当今的电脑在人类的生活中起着举足轻重的作用，人们日常的工作、学习、生产、生活包括科学研究、航空航天这些高端行业都依赖电脑。当今的电脑基本模式都是冯、诺依曼模式，制造材料都是金属材料居多，从本质上来说从电脑诞生的第一天到今天，它的运行模式没有发生任何实质变化。而生物学的发展则可以再未来有可能彻底解决这个问题，用生物材料制造类似人类大脑运行的模式运行的超级电脑，让电脑像人类一样的思考和工作，真正意义上实现运行原理的飞跃。2、复制一个你自己的手或者是脚成本低廉，可以随时“换”手脚甚至是心脏，让你的寿命延长到200-300岁甚至更多。社会结构和人的社会意识能发生什么变化，你能想象吗3．经济结构发生变化：钢铁已经不是在重工业的标志性的产品了。坚硬“骨头”构成的房屋，高度仿生化的汽车、飞机等等。返璞归真的生活在等待着你。4．生物技术的发展其实已经超越了你的想象，但是根据《国际教科文组织45号协议》中约定的各国之间由于民族、文化、生活传统等巨大差异造成的一些列相关问题的讨论决议。很多已经实现了的成果和产品不能进入我们的现实生活。这也是制约生物技术发展和应用的最关键因素。