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在健康機(jī)體中,細(xì)胞的生死存在著一個良性的動態(tài)平衡,即細(xì)胞不但要恰當(dāng)誕生,也要恰當(dāng)?shù)蛲?,否則機(jī)體就會患病、甚至死亡。那么,細(xì)胞這種“恰當(dāng)?shù)蛲觥笔侨绾螌?shí)現(xiàn)的呢?從20世紀(jì)60年代起,科學(xué)家開始尋找合適的實(shí)驗(yàn)材料并進(jìn)行相關(guān)分子機(jī)制的探索。
1965年,布雷內(nèi)對秀麗隱桿線蟲(C.elegans)(如圖1)進(jìn)行了解剖、觀察和遺傳分析,開創(chuàng)了用該線蟲作生物學(xué)研究材料的先河。秀麗隱桿線蟲體長約1mm、呈圓柱形、身體透明,有雌雄同體和雄性兩種生物類型,能在實(shí)驗(yàn)室用培養(yǎng)皿培養(yǎng),并可以在-80℃下冷凍保存。20℃下,秀麗隱桿線蟲平均生活史為3.5天;雌雄同體型秀麗隱桿線蟲的平均繁殖力為300~350個后代,若與雄蟲交配,則可產(chǎn)生多達(dá)1400個以上的后代。另外,該線蟲基因組相對較小,約含3000個基因。
蘇爾斯頓加入布雷內(nèi)研究組后,主要工作是分析線蟲的細(xì)胞譜系。和人類的家譜一樣,生物體的每一個細(xì)胞也有譜系關(guān)系,單個受精卵不斷分裂產(chǎn)生更多的細(xì)胞,最后形成構(gòu)成生物體的許多不同類型的細(xì)胞。1983年,通過耐心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘@微鏡下觀察,蘇爾斯頓揭示了秀麗隱桿線蟲的細(xì)胞譜系(如圖2,字母代表細(xì)胞譜系的分支;右側(cè)框內(nèi)代表AB分支中部分細(xì)胞的生命歷程)。
雌雄同體型秀麗隱桿線蟲從受精卵到發(fā)育成熟,共產(chǎn)生1090個體細(xì)胞,其中131個細(xì)胞發(fā)生凋亡而被清除,最終成體共有959個體細(xì)胞。
為什么有些細(xì)胞在個體的發(fā)育過程中會產(chǎn)生,又在特定的發(fā)育階段凋亡呢?霍維茨經(jīng)過一系列的研究,揭秘了上述細(xì)胞發(fā)生凋亡的分子機(jī)制。經(jīng)鑒定,共有四個基因編碼的蛋白質(zhì)參與細(xì)胞凋亡,它們分別是EGL-1、CED-3、CED-4和CED-9,它們相互作用的機(jī)制如圖3。
秀麗隱桿線蟲的系列研究看似簡單,卻是三位科學(xué)家近40年承前啟后艱辛工作的成果。因此,三位科學(xué)家共享了2002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的殊榮。
(1)秀麗隱桿線蟲作為研究器官發(fā)育的模型生物,其優(yōu)勢有
(至少兩點(diǎn))。
(2)請結(jié)合圖2說出文中“131個細(xì)胞發(fā)生凋亡而被清除”這一過程發(fā)生在特定的
兩方面。
(3)根據(jù)圖3,用文字描述細(xì)胞凋亡過程的分子機(jī)制:
。
(4)你對“細(xì)胞凋亡”的理解是
(請用一句話描述)。