細胞與幹細胞：神奇的生命科學

前言

人類認識細胞的歷程
大約40億年前，生命在地球這顆美麗的藍色星球上誕生。直到今天，我們仍然不知道這些最初的生命究竟是什麼，但利用已有的生物學知識推測，它們能夠和外界環境進行物質和信息交流，粗略地複製自己。隨著生物進化，自然界最終出現了細胞形態的生命。
目前，地球上發現的最古老的生物化石來自澳大利亞，叫疊層石。化石里的生物是藍藻，距今大約35億年。藍藻不像動植物細胞，它沒有典型的細胞核，跟細菌相似，又叫藍細菌，是一種單細胞生物。

原始海洋里布滿了這種單細胞的藍藻。它們有球形的，有管狀的，細胞結構複雜。像今天生活在地球上的綠色植物一樣，藍藻能夠利用太陽光能，把二氧化碳和水合成自身需要的有機物，並釋放出氧氣。隨著氧氣出現，生物進化速度加快了。與此同時，為了更好地適應生存環境，若干單細胞藻類組合在一起，形成了一種多細胞的群體生物，就像今天的盤藻和團藻一樣，介於單細胞生物和多細胞生物之間。隨著生物繼續進化，到了大約30億年前，出現了多細胞植物，接著又誕生了多細胞動物。海洋生物開始登入，陸地上的生物繼續進化。在大約幾百萬年前，最初的人類終於誕生。　隨著人類誕生，文明的曙光開始出現。不過，在人類誕生後相當漫長的時期里，生命的奧秘——細胞並沒有被發現。這主要是因為絕大多數細胞實在是太小了，在0.03毫米以下，大大超過了人類肉眼能夠直接觀察的範圍（0.1毫米）。

第一位真正觀察到活細胞的是荷蘭科學家安東尼·列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）。1677年，他用自製顯微鏡觀察了池塘水中的原生動物、人和哺乳動物的精子，後來看到了鮭魚血紅細胞核。1683年，他又在牙垢中發現了細菌。
活細胞的發現促進了細胞生物學的發展。1938年，德國植物學家施萊登（Matthias Jakob Schleiden）發現所有植物體都是由細胞組成的。一年以後，德國動物學家西奧多·施旺（Theodor Schwann）發現動物體也是由細胞組成的。施萊登和施旺共同創立了細胞學說。細胞學說包括三個內容：第一，細胞是多細胞生物的最小結構單位，對單細胞生物來說，一個細胞就是一個生物個體；第二，多細胞生物的每一個細胞都執行特定的功能；第三，細胞只能由細胞分裂而來。這個學說明確了動物和植物之間的統一性，被譽為19世紀自然科學三大發現之一。
細胞學說創立後，許多科學家把注意力轉移到細胞內含物上來，發現了細胞中的生活物質——原生質。利用固定染色技術發現了中心體、高爾基體、線粒體等細胞器，同時對於細胞分裂和染色體的研究取得了長足進展。
隨後，人們開始利用細胞，改造細胞，生產有價值的工農業產品，創造動植物新品種，為人類生活和健康服務。
1907年，細胞培養技術建立，這為利用細胞奠定了基礎。1958年，日本科學家岡田善雄發現紫外線滅活的仙台病毒可引起艾氏腹水瘤細胞彼此融合。到了1965年，哈里斯（Harris）誘導不同種的動物體細胞融合。出乎預料的是，雜種細胞居然能存活下來。這是一種新型工程細胞，卻沒有實際用途。1975年是細胞歷史上值得紀念的日子。這一年，免疫學家柯樂（Kohler）和米爾斯坦（Milstein）用仙台病毒誘導綿羊紅細胞免疫的小鼠脾細胞與小鼠骨髓瘤細胞融合，選擇出一種能夠分泌單克隆抗體的雜種細胞。今天，單克隆抗體在疾病診斷和腫瘤治療中被廣泛套用，有“生物飛彈”的美譽。
通過植物細胞培養，生產出了大批名貴花卉，如君子蘭、風信子、康乃馨等，還可以生產名貴中草藥，如人參、當歸、三七等。動物細胞大量培養也十分誘人，一是可以生產疫苗，二是可以生產治療腫瘤、心血管疾病等的高價值蛋白藥物。
動物克隆的研究則使細胞技術成為舉世矚目的高科技。1952年，美國科學家用一隻蝌蚪的細胞創造了與原版完全一樣的複製品。1996年，世界上第一隻成年體細胞克隆羊“多莉”，在英國愛丁堡羅斯林研究所出世，首次證明，動物體細胞和植物細胞一樣具有遺傳全能性，打破了傳統的科學概念，轟動了世界。1998年，美國夏威夷大學的科學家用成年鼠細胞克隆出50多隻老鼠，從此開始克隆批量化。2008年，美國食品藥品管理局宣布，批准克隆動物的奶製品和肉製品上市，並宣稱這些有爭議的食品可以像正常動物製品那樣被安全食用。
近年來，細胞移植治療受到廣泛關注。1999年，幹細胞研究被《科學》雜誌推為21世紀最重要的十項科研領域之一，且排名第一，先於“人類基因組計畫”。2000年，幹細胞研究再度入選《科學》雜誌評選的當年十大科技成就。2011年起，韓國、美國、加拿大等國相繼批准了幹細胞新藥，使一些疑難雜症得到了有效治療。2012年，中國進行幹細胞治療規範管理，同時免疫細胞治療得到了空前發展。2013年，《科學》雜誌將腫瘤免疫治療列為年度十大科學突破的首位。2015年，中國取消第三類醫療審批，並發布幹細胞製劑質量控制及臨床前研究指導原則，大大促進了幹細胞藥物的研究和發展。
細胞是奇妙的。細胞科學改變了我們的生活，使我們生活變得更加美好。
編著者
2017年3月18日於北京

細胞與幹細胞：神奇的生命科學

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