双滴虫与细胞核起源问题的探索──庆祝潘清华老师八十寿辰

分析了可能用作研究原始性细胞核的模型的涡鞭毛虫与双滴虫核，发现实际上只有后者是适用的。以蓝氏贾第虫（Ｇｉａｒｉｄｉａｌａｍｂｌｉａ）作为双滴虫类的代表，对其核作了多方面的考察，发现其核中确实还没有核仁；核被膜上有天然的缺口；但核内已经有了核骨架及５种组蛋白。比较的免疫印迹检查表明，在检查到的各种原生生物中，蓝氏贾第虫的着丝粒／动粒蛋白最接近于原细菌的相应蛋白。有人怀疑蓝氏贾第虫缺少线粒体及典型高尔基氏器等原始性特征实际上不过是由于过寄生生活所致。本文针对这种怀疑进行了多方面的分析。其实所有过自由生活的双滴虫类都没有线粒体及典型高尔基氏器，看来也全都没有核仁，核被膜全都有缺口。依据上述的发现，对真核细胞发生之初原始性细胞核的特性进行了推断，进而对细胞核的整个起源过程进行了分析：认为在真核细胞的原细菌祖先体内就已经有了核骨架；多个类核体的ＤＮＡ结合在其上而构成了核区。我们关于组蛋白的分子进化研究表明，核小体组蛋白的共同祖先在极早的时候就已经分化成了４种。因此可以相信，真核细胞的原细菌祖先很早就有了４种核小体组蛋白和核小体。本文着重分析了染色体的起源过程并进一步发展了过去已经提出的核被膜起源于原始性内质网的学说（?

削偶合今祖法的提出

以低等真核生物的5.8S rRNA为材料进行研究。发现在用今祖法消除了进化速度之差的影响所得到的差异矩阵d＇中,各组理应彼此相等的数值会因核苷酸偶合的影响而成为不等值的。取各组中各自的的最大值作为受偶合的影响最小者,以之对今祖法所得到的分枝型式进行校正,即可得到更为正确的结果。在此基础上提出了对差异矩阵d＇进行最大值成聚以代替原法中的平均值成聚的削偶合今祖法。新法在结果的正确性、稳定性和一致性上都优于原法。

进化观点与有机结构进化的根本问题——谨以此文悼念中国自然辩证法研究会前秘书长查汝强先生

1.生物体内的一切有机结构及其所进行的生命活动过程全都是进化的产物。生命在本质上就是跟进化密不可分的。因此,进化的观点在一切生物学领域都是普遍有效的,包括细胞生物学和分子生物学。从进化的观点进行考察,是进一步发展细胞生物学以至分子生物学的一条新的必然的道路,即进化细胞生物学的道路。 2.本文结合有机结构的层次性分析了有机结构的结构体制、其所进行的生命活动的活动机理与它们所承担的机能任务三者之间的内在联系。 3.有机结构与其生命活动过程的进化的动力源泉,在于它们与其所承担的机能任务之间的矛盾。没有这种根本性的矛盾,也就不会有任何结构体制或活动机理的进化。进化中起决定性作用的并不是突变,而是决定着自然选择的方向、亦即进化方向的上述矛盾。这种矛盾的具体状态还会极大地影响各种非中性突变有利或有害的程度。外界环境的改变也是通过激化上述的矛盾,才能对进化起作用、各种有利于缓解已经激化了的矛盾的突变,将会以异常之高的机率在自然选择中得到保存。 4.进化方向的转换起因于有机结构或具体的生命活动过程担负起了新的机能任务,或原先的次要机能转化成了主要机能。有机结构与新的机能或新的主要机能之间的矛盾决定了新的进化方向。 5.进化历史中一种有机结构为同功?

勒柏辛斯卡娅“新细胞学说”的兴亡

十九世纪前期,对动植物机体结构的研究使人们发现了生物原来具有共同的基本结构单位,即细胞。随之,也就认识到了胚胎发育和有机体各种生命活动的基础。在确定了动植物都同样是由细胞构成的以后,自然也就会提出:细胞从何而来?从1840至1860的二十年当中,许多人作了大量的工作,才弄清了有机体内所有的细胞原来都是从先前的细胞进行分裂而来的。魏尔肖于1855年提出了“细胞来自细胞”。

进化细胞生物学的提出及其任务

作者提出应创建一门源于进化生物学与细胞生物学两者的交叉学科一进化细胞生物学(细胞的进化生物学)。其根本任务在于用进化的观点考察真核细胞的一切方面,从它们的起源和演化来认识它们的现在。文中列举了其具体的研究内容,并分析了其研究方法上的特点,指出在这里需要把进化生物学的综合性分析与细胞生物学的实验研究最紧密地结合起来。文中还论述了真核细胞的细胞器的“不进化”现象,指出其根本原因在于进化焦点的转移。

仔猪白痢毒性大肠杆菌粗制核糖体疫苗的初步研究

以硫酸铵沉淀的方法制备了仔猪白痢病原体——毒性大肠杆菌的核糖体粗制品,而未使用超速离心设备。本工作表明如此制备的核糖体也同样有很高的免疫保护效力。给小鼠皮下注射50或100微克核糖体15天后,用四倍于全数致死量的活菌作皮下攻击,动物百分之百存活(P<0.001),注射25微克,即已可存活86.7%(P<0.001)。皮下给予核糖体500微克后两个月,进行皮下攻击,动物仍可存活94.7%(P<0.001)。皮下免疫注射后进行腹腔攻击,免疫效果即低得多,此点与文献上肺炎双球菌核糖体的情况相似。

细胞学说

在十九世纪前半所奠立的生物学概念中,最重要、影响最深远的无过于细胞学说,因而恩格斯把细胞学说誉为整个十九世纪三项最伟大的自然科学发现之一,也就是很自然的了。细胞学说指出,自然界中的动植物虽则种类万千,形态上千差万别,但全都是由一种共同的有生命的基本结构单位一细胞(及其衍生物和产物)所构成的。细胞学说在自然科学史中首次证明了生物界的统一性。细胞学说是现代生物科学最早奠立下的基石之一。它的提出,对于当时人们认识动植物的结构、生理、病理、生长和发育,都有极其重大的意义。没有细胞学说,也就根本不可能有整个现代生物科学。

细胞核起源研究的意义和研究途径的探讨

细胞核的起源是真核细胞进化形成的关键。回顾了过去几十年国内外对细胞核起源问题的探索历程。通过多年的摸索找到了一条切实可行的探索细胞核起源问题的途径。其要点是 :在一系列的进化环节中首先抓住原始性的细胞核这一重要环节 ,探明原始性细胞核的特性 ,解决了从原始核到典型细胞核的进化问题 ,原始性细胞核自身的起源问题也就有了基础。为探察原始性细胞核的特性 ,需要在现存的原生生物中间寻找最原始的类群 ,然后对它们的细胞核进行尽可能深入地和多方面地研究 ,对所得结果作进化地分析 ,以期提出一个原始性细胞核的模型。依据这个模型也就可以对典型细胞核的进化形成和原始核自身的起源作出推论。而这些推论是可以设法加以检验的。不仅可以检验这些推论的正确性 ,而且对原始核模型的建立也是重要的 ,可以据之加以发展 ,修正 ,甚至否定。沿此途径已经否定了原始性细胞核的涡鞭毛虫核模型 。

生物的分界与前源真核生物界的提出

根据本实验室对贾第虫（Ｇｉａｒｄｉａ）细胞核的观察、研究，并参阅有关文献及电镜照片报道，发现双滴虫类的细胞核有两个极原始的特征：１）还没有进化出核仁；２）核被膜尚不完整。它们在核分裂方面也是极原始的。据此，作者建议把Ｃａｖａｌｉｅｒ—Ｓｍｉｔｈ（１９８９）提出的源真核生物（Ａｒｃｈｅｚｏａ）超界中的源真核生物界划分为两个界，即以双滴虫门为代表的前源真核生物（Ｐｒｏａｒｃｈｅｚｏａ）界和包含目前所知的其他源真核生物的后源真核生物（Ｍｅｔａｒｃｈｅｚｏａ）界。

一种考虑到不同物种同源大分子间的偶合关系的新的今祖法

今祖法可以在建立分子进化树时避免由于进化速率的差异而造成的误差。但是在实地应用中发现,在理论上应该存在的一些等式关系往往并不存在,而且在用不同物种的同源大分子作为参证时,往往竟会得到各不相同的结果。作者以前的分析表明,这是由于参证物种与被研究物种同源大分子之间的不同程度的偶合关系所造成的。据此作者提出了一种新方法,以DC′i_(a)i_(b)代替今祖法中所用的d'i_(a)i_(b)来进行成聚分析,在此DC′i_(a)i_(b)=d'i_(a)i_(b)-COi_(a)j-COi_(b)j(j代表参证物种),CO_(ij)则为d'_(ij)与任意选定的一个基准数之差。这样,同时也就避免了参证物种与被研究物种同源大分子之间的偶合关系所造成的混乱。

分子进化研究中的今祖法,其理论基础、存在的问题和解释

在分子进化树的建立上,今祖法(Present-Day Ancestor Method)由于能够避免由于不同进化枝进化速率的不同所造成的错误,对于相距较远的各类群低等生物的进化关系的研究有着特别重要的意义。但是在应用此法于具体的研究时,也遇到了一些令人困惑的带根本性的问题。为此我们对它的理论基础、适用范围和所遇到的问题等等进行了一番认真的考察,并对存在的问题给予了合理的说明。

Prorocentrum属涡鞭毛虫核仁的观察

迄今未能在光学显微镜下观察到Prerocentrum属的涡鞭毛虫有核仁。本文作者用伊红的酒精溶液和用甲基缘—派若宁法染色,也未能在Prerocentrum micans和Proro-centrum cassubica的细胞核中显示出核仁来。但是在用专门为显示单细胞生物的核仁组织者区(NOR)而改进了的Ag—1法进行染色时,这两种涡鞭毛虫的核仁都会被染作鲜明的深褐色或深黑色,而身体的所有其他部份,包括染色体,全都不着色。染色适当时可以看出,实际上只是核仁的中央部分被染上色。在电镜下可见,此时所有的银粒全部是集中在核仁的纤维区中。染色的结果表明,Prorocentrum cassbica只有一个扁园形的小核仁,后者是贴附在核膜上,其NOR通常是作O形或C形。与P.cassubica不同,P.micans的核仁的数量变化很大,可以有一个至七个;其核仁的大小与形状同样也变化很大;其NOR的形状也复杂多变。发现P.micans的核仁数量与个体的生活状况有一定的关联:向老的培养液中加入等量的新的培养液一天以后,具有三个核仁的个体是最多的(占三分之一),具有4—6个核仁的个体占28.5%,只有一个核仁的个体只占8.6%;加入新培养液三天后,具两个核仁的个体变成是最多的(占38.8%),具4—6个核仁的个体降为占18.4%;加入新培养液一个月以后,只有一个核仁的个体是最多的(占36.6%), 其四个核仁的个体仅占2.4%,没有任何个体有五个成六个核仁。

1979年冬在瑞典的见闻与感触

1979年冬我有幸参加中国科学院细胞生物学考察小组，和姚鑫、陈瑞明、王亚辉共四人，作为英国皇家学会和瑞典皇家科学院的客人赴英、瑞两国考察。转眼28年过去了，我们国家在党的领导下，真正发生了翻天覆地的伟大变化。许许多多的事是当年做梦也想象不到的，例如如今不仅普通老百姓能够出国旅游，

无核仁原生动物蓝氏贾第虫rDNA的分布

过去的工作已表明 ,源真核生物 (Archezoa)中的双滴虫类极其原始 ,核中尚无核仁发生 ,以蓝氏贾第虫 (Giardialamblia)作为双滴虫类的代表 ,用高度特异的核仁组织区银染法 (改良的Ag Ⅰ法 ,李靖炎 ,1985 )在电镜下检视其rDNA在核中的分布。结果发现 ,代表rDNA之所在的银粒并不集中形成任何类似核仁组织区或核仁纤维区的结构 ;在作为对照的小眼虫 (Euglenagracilis)体内 ,银粒则完全集中在核仁纤维区中 ,因此 。

源真核生物蓝氏贾第虫核分裂的初步观察

贾第虫属于源真核生物（Ａｒｃｈｅｚｏａ）中的双滴虫门，是目前所知的最低等的真核生物。本工作首次对蓝氏贾第虫（Ｇｉａｒｄｌｉａｌａｍｂｌａ）的核分裂作了初步的电镜观察，未能在分裂着的核中见到纺锤体或纺锤体微管。以０．１—２０μｇ／ｍｌ浓度的秋水仙素作实验，其核分裂也不受阻抑。以抗微管蛋白的多抗作免疫荧光检查，也未见分裂着的核中有微管蛋白。这似乎意味着其核分裂方式乃是前有丝分裂性质的。对此进行了讨论。

源真核生物贾第虫与原细菌着丝粒／动粒蛋白的免疫印迹检查

以抗人着丝粒蛋白Ｂ的单抗和多抗以及抗ＣＨＯ细胞动粒蛋白的单抗对源真核生物（ａｒｃｈｅｚｏａ）蓝氏贾第虫（Ｇｉａｒｄｉａｌａｍｂｌｉａ）和分别代表原细菌的３个枝的３种原细菌（Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｍａ、Ｓｕｌｆｏｓｐｈａｅｒｅｌｌｕｓ）作了免疫电泳检查，并以小眼虫和大肠杆菌作为对照。结果表明，３种原细菌都呈阳性反应；而且贾第虫的反应情况显然比纤毛虫、眼虫、典型涡鞭毛虫、尖尾虫（Ｏｘｙｒｒｈｉｓ）等单细胞后真核生物的更接近于原细菌的情况。这不仅从一个新的方面为真核细胞起源于古代的原细菌的学说提供了新的佐证，而且从着丝粒／动粒蛋白方面证明了源真核生物贾第虫的原始性。本工作还为认识着丝粒蛋白Ｂ和动粒蛋白的起源和演化提供了线索。

特殊涡鞭毛虫——尖尾藻的核骨架

采用分级抽提,DGD包埋-去包埋剂电镜技术在特殊涡鞭毛虫——尖尾藻的细胞核内显示出了一个纤维网络结构。此网络结构不溶于CSK液和可抽去微管与微丝的溶液,不被DNase所酶解和热三氯醋酸所抽提,因而是一个非DNA性质的纤维蛋白网络结构。它的一系列形态结构特征——整个呈网络形态,纤维的粗细为2.8—24nm,与细胞质内的中间纤维有广泛的连接,含有少量对维持其结构完整性所必需的RNA成分等,都十分相似于典型真核细胞的核骨架结构,但所显示的核纤层为一层不均匀、不连续的结构,这有别于典型真核细胞的核纤层。 本工作首次证实了特殊涡鞭毛虫——尖尾藻已进化产生了核骨架结构,且与典型真核细胞的核骨架在形态结构上已很接近。

蓝氏贾第虫核被膜缺口的电镜观寨

双滴虫类是迄今所知的现存最原始的真核生物类群。以蓝氏贾第虫作为双滴虫类的代表，对其细胞核进行了电镜观察。除了未见有核仁外，还发现其核被膜的横切面上存在有缺口。在缺口的边缘处，核内膜与校外膜是相互连接着的，表明并非切片时所造成的假象。核被膜缺口处常有一核纤层样的薄层分隔核质与细胞质。用高锰酸钾固定细胞以求只保存膜结构时，核被膜缺口仍然可见，上述的薄层即未见到。核被膜缺口的发现证实了李靖炎（１９７９）的核被膜起源假说所作出的推断。

寇氏隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)细胞核骨架与中间纤维的研究

甲藻(涡鞭毛虫,dinoflagellate)的细胞核是现存真核生物中最原始的。我们采用整装细胞制样和非树脂包埋去包埋剂超薄切片电镜技术,结合选择性生化抽提方法显示在寇氏隐甲藻(Cryptheccdinium cohnii)细胞中存在一个以水不溶性纤维蛋白成份为主的,贯穿于细胞核和细胞质的纤维网架系统,即核骨架-中间纤维结构体系,而Lamina结构不明显。免疫印迹法显示,甲藻细胞中存在类角蛋白组分,分子量为63kD和67kD,哺乳动物Lamin抗体与甲藻细胞全蛋白反应阴性。实验结果表明,在原始真核细胞中已经出现了类似于哺乳动物细胞的核骨架和中间纤维,并提示核骨架-中间纤维细胞骨架体系可能起源于真核细胞起源早期。本文对Lamina与中间纤维在进化上的关系及Lamina在真核细胞进化中的功能意义作了讨论。

蓝氏贾第虫组蛋白的初步研究

本文初步比较分析了贾第虫组蛋白的存在及其基本组成。通过甲醇固定，两次０．３ｍｏｌ／ＬＨＣｌ抽提及丙酮沉淀，提取贾第虫酸溶性蛋白，利用亲和层析制取总ＤＮＡ结合蛋白，经酸性尿素系统及ＳＤＳ系统电泳分析表明，贾第虫已存在５种组蛋白，其在两种不同性质电泳系统中的电泳行为与相应的小牛胸腺组蛋白有近似的对应关系。说明贾第虫的组蛋白已发生了分化，并已初步形成了性质不同的几个组份，从而在一定程度上支持核小体组蛋白在真核生物的原核祖先阶段就已产生了分化的假说。