发育生物学

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  发育生物学汉语拼音:Fa yu sheng wu xue;英语:developmental biology),由实验胚胎学发展起来的,用分子生物学细胞生物学的方法研究个体发育机制的学科。主要研究发育中的胚胎各部分间的相互关系实质是什么,是什么物质(或哪些物质)在起作用,起作用的物质怎样使胚胎细胞向一定方向分化,分化中的细胞如何构成组织或器官,以保证组织和器官的发育,正常发育的胚胎怎样生长、成熟,成为成长的个体,后者在发育到一定阶段后为什么逐步走向衰老,如何在规定的时间和空间的顺序下完成个体的全部发育,等等。

  从学科范围讲,发育生物学比实验胚胎学大,后者基本上是研究卵的受精和受精后的发育,虽然也包括再生及变态等问题,但主要是胚胎期的发育。发育生物学研究的则是有机体的全部生命过程。从雌雄性生殖细胞的发生、形成,直到个体的衰老。

  从研究对象看,实验胚胎学一般专指动物实验胚胎学;发育生物学既研究动物的也研究植物的个体发育。

主要研究方法及常用实验材料

  发育生物学是一个多学科的研究领域,它利用一切有关学科的技术方法,也利用它们的研究成果,来研究和解释发育中的问题。关于发育机制的探索,可以从分子水平,亚显微或细胞水平,直到个体水平。不论哪个水平的发育,追究到底都可以从有关基因的调节、激活去探索。有关基因在何时被激活,它的产物在何时、如何在不同的水平上起作用,导致出现各个水平的形态发生过程,则是发育生物学的重点所在。一些遗传学背景已经充分了解的生物,如果蝇、小鼠和一种自由生活的秀丽隐杆线虫是发育生物学常用的材料。实验胚胎学的传统材料——棘皮动物、两栖类、鸟类等,仍然是重要的,只是用来研究的问题不同。

主要研究内容

  从胚胎学的角度,个体发育从受精开始,因为卵受精之后才能发育,但发育生物学则应把个体发育追溯到卵的形成。卵通过细胞核中的基因活动,合成下一代发育中,尤其是早期发育中所需要的物质。已经知道一些基因,它们的产物显示所谓母体效应,决定下一代某些性状的发育,而受精之后父方的细胞核不能改变这种情况。依靠受精前转录的RNA可以进行一定的发育,但进一步发育则依赖于合子基因组的转录物。

  原肠形成是动物发育中形态建成的关键,通过囊胚各部分细胞的一系列运动形成原肠胚,才能产生3个胚层,才有进一步的细胞分化和器官发生。从小鼠T基因复合体的研究得知,它所包括的一系列隐性致死或半致死突变型(t)中,t9大致就是在这时起作用 ,这一突变基因在原条期产生影响,阻碍中胚层细胞不能从原条上迁出,干扰了原肠形成的正常进行,使中轴器官不能正常发育。这一基因可能影响了胚盘中下胚层细胞的表面抗原和位于其下的微丝,从而影响了细胞的运动。

  了解基因起作用的时间还可以利用温度敏感突变型。这些突变型可以推断在发育或性状发育的某一时期需要某些专一的基因。

  对细胞分化的分子机制,已经有相当深入的研究。在个体发育中细胞分化和组织发生、器官发生——不同来源的细胞构成器官——是并行的。组织的排列是怎样控制的,也是发育生物学的中心问题。

意义

  生物学的研究使人们了解到,脊椎动物中,不论是低等的卵生的或高等的胎生的,发育的原则是一致的,因为形成这些胚胎的基本机制,例如形成各个胚层时的细胞运动、各种器官原基的发育中的细胞间相互关系等,都是大同小异。求同存异可以找到适用于各类动物的基本原则;存同求异则可了解到不同之处是如何产生的,为何会产生出来,从而了解物种进化中发育机制的演变,从个体发育了解系统发育。

  凡是与发育有关的生产实践中的技术问题都是随着发育生物学工作的深入而得到解决的。例如经济动物的繁育,低温长期保存精子,早期胚胎的贮存,进行异体移植等。

  此外,由于发育的基本原则也适用于人类,研究人类自身的发育机制谋求人类的康泰,这本身就具有很大的实际意义。如控制人口和优生、对癌的控制和衰老等问题,都依赖于对全部生命过程中细胞、组织以至机体生长的认识。