細胞分化

精子的形成部位：睾丸（精巢）的曲細精管中。在精巢中，通過有絲分裂產生了大量的原始生殖細胞，也就是精原細胞。根據有絲分裂的特徵，可知精原細胞的染色體數目與體細胞染色體數目是相同的。在精原細胞時期，進行了染色體複製。當雄性動物性成熟後，睾丸里的一部分精原細胞就開始進行減數分裂，經過減數分裂以後，精原細胞就形成了成熟的生殖細胞——精子。精原細胞在減數分裂過程中連續進行了兩次分裂1間 前1間後 （複製）1前 期（聯會）1中 期1後期1末期2間 期2前期2中期2後期2末期減數分裂第一次分裂染色體減半；第二次分裂兩條姐妹染色體分離。 第一次分裂的前期，細胞中的同源染色體兩兩配對，叫聯會。所謂的同源染色體，指減數分裂時配對的兩條染色體，形狀和大小一般都相同，一個來自父方，一個來自母方。聯會後，染色體進一步螺旋化變粗，逐漸在光學顯微鏡下可見每個染色體都含有兩個姐妹染色單體，由一個著絲點相連，每對同源染色體則含有四個姐妹染色單體，叫四分體。把四分體時期和聯會時比較，由於染色體複製在精原細胞時就發生了，因此，它們所含的染色單體、DNA數目都是相同的，不同的主要是染色體的螺旋化程度不同，聯會時染色體螺旋化程度低，染色體細，在光學顯微鏡下還看不清染色單體，因此，沒有在圖上表示出來。四分體時期，染色體螺旋化程度高，染色體變粗了，可在光學顯微鏡下清楚地看到每一個染色體有兩個單體。 在細胞分裂的同時，細胞內的同源染色體彼此分離，結果一個初級精母細胞便分裂成兩個次級精母細胞，而此時細胞內的染色體數目也減少了一半，細胞內不再存在同源染色體。減數第一次分裂結束。 減數第二次分裂是從次級精母細胞開始的，細胞未經染色體的複製，直接進入第二次分裂。在細胞第二次分裂過程中，染色體的行為和前面所學的有絲分裂過程中 染色體的行為非常相似，細胞內染色體的著絲點排列在赤道板這一位置後，接著進行分裂，於是兩條姐妹染色單體分離，分別移向細胞兩極。與此同時，細胞分裂， 結果生成了精子細胞。精子細胞經過變形後成為精子，兩個次級精母細胞最後生成了四個精子，減數分裂結束。 隨後，各個四分體排列在細胞中央，同源染色體好像手拉手似地排成兩排，紡錘絲收縮，牽引染色體向兩極移動，導致四分體平分為二，配對的同源染色體分開， 但此時著絲點並未分開，每一染色體上仍有兩條染色單體。接著發生細胞分裂，一個初級精母細胞分裂成兩個次級精母細胞，而每個次級精母細胞中的染色體數目就 只有初級精母細胞的一半了，初級精母細胞有4條染色體，而次級精母細胞只有條染色體，染色體數目減半的原因是同源染色體分開，在次級精母細胞中已沒有同源 染色體了。 聯會的同源染色體分開，說明染色體具有一定的獨立性，由於兩個同源染色體在細胞中央的排列位置是隨機的，可以互相交換，因此，就決定了同源的兩個染色體 各移向哪一極也是隨機的，這樣，不同對的染色體之間就可以自由組合。這是將來要學的基因的自由組合規律的細胞學基礎。 第二次分裂的基本過程與有絲分裂相似：中期，染色體的著絲點排成一排，後期，著絲點一分為二，兩個姐妹染色單體成為兩個染色體，在紡錘絲的牽引下，移向兩極，接著，細胞分裂，兩個次級精母細胞分裂成4個精子細胞，減數分裂完成。精子細胞再經過變形，形成精子，在這個過程中，丟掉了精子細胞的大部分細胞質，帶上重要的物質——細胞核內的染色體，輕裝上陣，並形成了一個長長的尾，便於遊動。【卵細胞的形成過程】卵細胞在卵巢中形成，其過程與精子形成過程基本相同，但也有區別。相同點：染色體複製一次，都有聯會和四分體時期，經過第一次分裂，同源染色體分開，染色體數目減少一半，在第二次分裂過程中，有著絲點的分裂，最後形成的卵細胞，它的染色體數目也比卵原細胞減少了一半。不同點：每次分裂都形成一大一小兩個細胞，小的叫極體， 極體以後都要退化，只剩下一個卵細胞，而一個精原細胞是形成4個精子；卵細胞形成後，不需要經過變形，而精子要經過變形才能形成。卵細胞：細胞體形較大， 呈球形，不能遊動；含卵黃多，營養物質豐富，保證受精後發育成新個體。精子：細胞體形較小，有鞭毛，能遊動，其特點是保證受精作用的實現。受精作用——精子與卵細胞結合成為合子的過程 精子的頭部進入卵細胞，精子與卵細胞的細胞核結合在一起，因此，合子中染色體數目又恢復到原來的體細胞的數目，其中一半來自精子（父方），一半來自卵細 胞（母方）。從同源染色體的角度看，精子和卵細胞中的同源染色體都是成單存在，但精子帶有其中的一條，卵細胞帶有其中的另一條，受精後，這兩條同源染色體 到了一個細胞中，它們就成對存在了，所以，關於同源染色體的概念說，一條來自父方，一條來自母方，就是這個意思。 減數分裂使染色體數目減半，受精作用使染色體數目又恢復到原來的數目，從而使生物前後代染色體數目保持恆定。細胞分化 以高等動物為例，受精卵卵裂進行到一定時間細胞增多，形成了一個內部有腔的球狀胚，這個時期的胚叫囊胚。這時期的胚其特點是中央有一空腔，叫囊胚腔。 胚繼續發育形成原腸胚。由於動物極一端的細胞分裂較快，新產生的細胞便向植物極方向推移、使植物極一端的細胞向囊胚腔陷入，囊胚腔縮小，內陷的細胞不僅構 成了胚胎的內胚層，而且圍成了一個新的腔叫原腸腔。在內外細胞層之間分化出了一個新的細胞層，叫做中胚層，這時期的胚就叫原腸胚。原腸胚的特點是：具有原腸腔和外、中、內三個胚層。原腸胚的外胚層由包被胚胎表面的動物極一端的細胞構成，內胚層由陷入囊胚腔的細胞構成，中胚層位於內、外胚層之間，這三個胚層繼續發育，經過組織分化、器官形成，最後形成一個完整的幼體。外胚層：形成神經系統的各個器官，包括腦、脊髓和神經、眼的網膜、虹膜上皮、內耳上皮、以及皮膚的表皮和皮膚的附屬結構。內胚層：形成消化道（咽、食道、胃、腸等）和呼吸道（喉、氣管、支氣管等）的上皮，肺、肝、胰和咽部分衍生的腺體（甲狀腺，副甲狀腺、胸腺等）以及泌尿系統的膀胱、尿道和附屬腺體的上皮等。中胚層：主要形成各種肌肉、骨胳、結締組織以及皮膚的真皮，循環系統（心臟、血管和血液）、排泄系統（腎、輸尿管）、生殖系統（生殖腺、生殖管道及附腺等）、氣管和消化道的管壁、體腔膜等。細胞分化在胚胎期達到最大限度。幹細胞（ES） 是一類具有自我更新和分化潛能的細胞。它包括胚胎幹細胞和成體幹細胞。幹細胞的發育受多種內在機制和微環境因素的影響。目前人類胚胎幹細胞已可成功地在體外培養。最新研究發現，成體幹細胞可以橫向分化為其他類型的細胞和組織，為幹細胞的廣泛應用提供了基礎。 在胚胎的發生髮育中，單個受精卵可以分裂發育為多細胞的組織或器官。在成年動物中，正常的生理代謝或病理損傷也會引起組織或器官的修復再生。胚胎的分化 形成和成年組織的再生是幹細胞進一步分化的結果。胚胎幹細胞是全能的，具有分化為幾乎全部組織和器官的能力。 到了個體發育的一定階段甚至成體，仍有一部分細胞負責組織的更新和修復，諸如血液、腸道粘膜上皮、皮膚表皮等。這些細胞便是一般所指的特定組織的幹細胞，又稱為多能性細胞。 隨著細胞生物學的發展，人們現已發現，栽些成體組織不但能再生，而且可以衍生成與其來源不同的細胞類型。例如肌肉細胞在一定的環境下可以成為有增殖能力的骨髓細胞；相反地，血液「前體細胞」(即未完全成熟的血細胞)也可變成肌肉細胞，甚至長出肝或腦細胞來。 ES雖好，但其來源有限。目前ES多取自人工流產的極早期胚胎或是培植試管嬰兒時剩餘的胚胎。然而現已有科學家證實ES可以在體外即實驗室的試管中培養與繁殖，並且可以使ES細胞增殖、定向分化並形成多巴胺能性細胞，而這正是治療帕金森病所亟需的神經元。 起開關作用的蛋白質名為「GATA」。研究人員利用基因工程方法使老鼠胚胎幹細胞的「GATA」含量增加，結果胚胎幹細胞變成了在孕育生命階段起重要作用的其他細胞。研究人員還同時發現，除了蛋白質「GATA」，還有其他物質也起到開關作用，它們相互合作，共同決定胚胎幹細胞的命運。 研究人員計劃通過基因技術找到所有「開關」，這樣胚胎幹細胞就會按人的意志生成各種組織。操作好這些「開關」，可能使普通幹細胞變成真正的「萬能細胞」。 幹細胞尤其是胚胎幹細胞的識別、分離、增殖、定向分化將成為細胞生物學以及整個生命科學的主攻熱點。 目前一個新的有趣的發現是，生命細胞活著時左旋，死亡後即右旋，一切病毒細菌和死亡的物質卻只會右旋不會左旋。這是什麼原因？這是否與宇宙本來就是左右 不對稱有關（地球的自轉、公轉仍然是左旋的，十大行星幾乎都是左旋的，宇宙大黑洞也是左旋的，中微子現也認為是左旋的）。看來衰老問題聯繫到更廣闊的研究 領域。
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