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• 路漫漫 其修远兮

  作者：笨笨的猪 发布时间：2017-09-30 16:34:46

  #

  碎碎念

  #2017年花时间最多（历时4个月）；最纠结（几次想弃书不读，由于物化基础太差）；但是也最有意思的一本书（虽然闭书默思后，觉得此书每个标点符号都是知识点，但是一个没记住）。泰勒斯在2000多年前如果有当今如此微观之技术，所带来的视野，估计也会失去仰望天空而哲思的兴趣，而转向探索一番我们自身的细胞世界。毕竟我们自身才是一切知识的本源啊。

  感谢翟中和院士的这本书，给我扫了个盲。

  当我昨晚终于翻到这一页appendix，有一种媳妇熬成婆的赶脚～～～

  希望在下个5年内，逐步学会画出各种细胞器，以及基本的蛋白调控示意图，应该很有意思。哇哈哈！没有要求的人生，是何等无趣！！！

  

  第381页

  细胞生物学 - 翟中和

  出版社：高等教育出版社

  版本号： 2011年6月 第四版

  细胞生物学、分子生物学、神经生物学和生态学并列为生命科学的基础科学

  参考读物：

  1. 斯坦福大学免费的数据库，提供918中期刊的 全文。包括著名的JCB、 PNAS、JBC等

  2. 美国科学院学报， 提供1915年以来的全文，一些经典细胞生物学论文发表于该刊。

  3. Pubmed，大名鼎鼎的免费数据库，属于美国国立医学图书馆，可查阅生物医学领域的文摘。

  4.

  http://blog.renren.com/share/492241664/16661375271

  （生科学霸汇之 - 细胞生物学）

  学习助手：

  1. 知乎 - 感谢知友：

  韦俊宏、

  杀生丸

  、

  景磊

  、

  godfinger

  、

  我烦好生无趣

  

  第一章 绪论

  第一节 细胞生物学研究的内容和现状

  一、现代生命科学中的一门重要的基础前沿学科

  P002: 当前细胞生物学研究的课题归纳起来包括3个根本性的问题：

  1）基因组是如何在时间和空间上有序表达的？与体外实验不同，在细胞内环境中基因表达程序受到严格的调节与控制，其调控网络的复杂性是迄今任何超级计算机都无法比拟的。这也正是细胞作为生物体结构与功能基本单位的奥妙所在；

  2）基因表达的产物是如何逐级组装成能行驶生命活动的基本结构体系及各种细胞器的？这种自组装过程的调控程序与调控机制是什么？这又是一个极富挑战性的研究领域。它应是结构生物学和新兴的纳米生物学研究的重要组成部分，很多生命活动的本质问题可能在这里找到答案；

  3）基因及其表达的产物，特别是各种信号分子与活性因子，是如何调节诸如细胞的增殖、分化、衰老与凋亡等细胞最重要的生命活动过程的？这些问题不仅涉及细胞生物学中诸多的核心问题，而且与人类的健康和生产实践密切相关。

  二、细胞生物学的主要研究内容

  P002: 细胞生物学研究与教学内容一般可分为细胞结构与功能和细胞重要生命活动两大基本部分，但它们又是不可分割的。

  P002: 当前细胞生物学的研究内容大致可归纳为以下10个方面：1）生物膜与细胞器；2）细胞信号传导；3）细胞骨架体系；4）细胞核、染色体及基因表达；5）细胞增殖及其调控；6）细胞分化及干细胞生物学；7）细胞死亡；8）细胞衰老；9）细胞工程；10）细胞的起源与进化。

  第二节 细胞学与细胞生物学发展简史

  P005: 现在许多科学家认为，可以把生物科学的发展划分为3个阶段：1）19世纪以及更早的时期，是以形态描述为主的生物科学时期；2）20世纪的前半个世纪，主要是实验生物学时期；3）20世纪50年代以来，由于DNA双螺旋结构的发现与中心法则的确立，开始进入了精细定性与定量的现代生物学时期。

  P006：人们通常称1838-1839年施旺和施莱登确立的细胞学说、1859年达尔文确立的进化论和1866年孟德尔确立的遗传学为现代生物学的三大基石。

  P008: 1953年J. Watson和F. Crick发现了DNA分子的双螺旋结构，随后，又提出了遗传中心法则，标志着分子生物学这一新兴学科的问世。正是由于分子生物学概念与技术的引入，分子生物学、生物化学、遗传学等学科与细胞学之间相互渗透与结合，使人们对细胞结构与功能的研究水平达到了新的高度。20世纪70年代以后，细胞生物学这一学科最后得以形成并确立。

  P008: 而多莉羊的诞生、人胚胎干细胞的建系和诱导性多潜能干细胞技术的建立等，则可以看成是生命科学研究从分子水平回归到细胞水平，深入探索生命奥秘的几个最新的重要标志，显示出细胞生物学的发展进入了一个新的阶段。这个新阶段的基本特点可大致归纳如下：1）以细胞（及其社会），特别是活体细胞为研究对象；2）以细胞重大生命活动为主要研究内容；3）在揭示细胞生命活动分子机制方面，以细胞信号调控网络为研究重点；4）在多层次上特别是纳米尺度上揭示细胞生命活动本质为目标；5）多领域、多学科的交叉研究成为细胞生物学研究的重要特征。总的特点是从细胞静态的分析到细胞生命活动的动态综合，这在很大程度上也反映了生命科学研究的趋势。#

  碎碎念

  #1）知识服务于“生存”，揭示细胞的生命（增殖、分化、死亡）是更好的了解，从而可能控制机体的生命周期；2）组装后整体协调，不管是内部还是外部，一定有沟通机制，这也是我们必须了解的课题，从而更好的控制过程；3）基于目的，交叉学科，或者说细分的学科，共同研究一定是个必然。

  第二章 细胞的统一性与多样性

  第一节 细胞的基本特征

  一、细胞是生命活动的基本单位

  1. 细胞是构成有机体的基本单位

  2. 细胞是代谢与功能的基本单位

  3. 细胞是有机体生长与发育的基础

  4. 细胞是繁殖的基本单位，是遗传的桥梁

  5. 细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点

  6. 关于细胞概念的一些新思考 - 细胞是多层次、非线性与多层次的复杂结构体系：

  1. 细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体 - 人们早已比较清楚线粒体与叶绿体在能量代谢中的中心地位，但能量转移过程中尚有许多问题有待阐明。

  2. 细胞是高度有序的，具有自组装能力的自组织体系 - 生物分子的自组装能力，依靠生物分子间的非共价相互作用。

  二、细胞的基本共性

  1. 相似的化学组成：各种细胞的基本构成元素都是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫（S）等几种，这些化学元素所形成的氨基酸、核苷酸、脂质和糖类，是构成细胞的基本构件。

  2. 脂 - 蛋白体系的生物膜：所有的细胞表面均有主要由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的细胞质膜，细胞质膜使细胞与周围环境保持相对的独立性，形成相对稳定的细胞内环境，并通过细胞质膜与周围环境进行物质交换和信号传递。在真核细胞内，细胞质膜内演化为细胞的内膜体系，构件成各种以膜为基础的功能专一的细胞器。生物膜也是细胞能量转换的基地。

  3. 相同的遗传装置：所有的细胞都以DNA储存盒传递遗传信息，以RNA作为转录物指导蛋白质的合成，蛋白质的合成场合都是核糖体，几乎所有的细胞都使用一套相同的遗传密码。这说明，所有的细胞都起源于共同的祖先。

  4. 一分为二的分裂方式：所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂，遗传物质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀地分配到两个子细胞内，这是生命繁衍的基础和保证。所有现存细胞，都是由其祖先通过分裂产生。从进化的观点看，现存的所有细胞都来源于共同的祖先。

  第二节 原核细胞与古核细胞

  P012: 生物界最显著的差异表现在细胞层次，而不是个体之间的差异上。根据结构的这种差异，可以把细胞分为真核细胞（eukaryotic cell, eu是希腊语“真实”的意思，karyon是希腊语“核”的意思）与原核细胞(prokaryotic cell)两大类。

  P012: 整个生物界最基本的类群包括3个域：原核生物、古核生物、真核生物。相应地，生物被分为6个界：由原核生物组成的原核生物界，由古核生物组成的古核生物界，由真核生物组成的原生生物界、真菌界、植物界和动物界。

  一、原核细胞：原核生物在30 - 35亿年前就在地球上出现了，以细菌作为主要代表，并包括支原体、衣原体、立克次氏体、放线菌与蓝藻等多个庞大家族.

  二、最小最简单的细胞 - 支原体

  P013: 支原体（mycoplasma，又译为霉形体）是目前发现的能在无生命培基中生长繁殖的最小最简单的细胞，具备细胞的基本形态结构与功能。支原体没有细胞壁，只有细胞膜，所以支原体的形态可以随机变化；支原体的细胞膜含有胆固醇，比其他原核生物的质膜更坚韧，具有原核细胞膜所具有的多功能性。支原体的环状双螺旋DNA较均匀地散布在细胞内，没有像细菌一样的核区；mRNA与核糖体结合为多核糖体，指导合成约几百种蛋白质，这可能是细胞生存核增殖所必需的最低数量的蛋白质。支原体以一分为二的方式分裂繁殖。以上这些特征与非细胞形态的生命体 - 病毒是根本不同的。

  P013：最早发现的支原体为拟胸膜肺炎病原体 - PPLO（1898年发现，1967年正式命名为支原体），后来又从动物、植物体核环境中分离出很多支原体，它们中不少是致病的病原体，尤其是一些慢性病（呼吸道病、胸膜肺炎、关节炎与尿道炎等）的病原体很多都是支原体。支原体的体积很小，直径一般都是0.1 - 0.3um，仅为细菌的1/10。

  P013： 一个细胞生存与增殖必须具备的结构装置与机能是：细胞膜、DNA与RNA，一定数量的核糖体以及催化主要酶促反应所需要的酶。从保证一个细胞生命活动运转所必须的条件看，维持细胞基本生存的基因应该是200-300个，这些基因产物进行酶促反应所必须占有的空间直径约为50nm，加上核糖体（每个核糖体直径10-20nm)，细胞膜与核酸等，我们可以推算出来，一个细胞体积的最小极限直径为140-200nm，而现在发现的最小支原体细胞的直径已接近这个极限。因此，比支原体更小更简单的结构，似乎不可能满足生命活动的基本要求，也就是说支原体应该是最小最简单的细胞。#

  碎碎念

  #目前的细胞研究是从显微，亚显微和分子水平这三个层次上进行的。随着物理学，化学等技术的不断发展，谁又知道学科的深入会到达什么阶段呢？

  三、原核细胞的两个代表类群 - 细菌和蓝藻

  （一）细菌细胞：绝大多数细菌的直径大小在0.5 - 5.0um之间，当然还有极少的巨型细菌。细菌细胞没有典型的核结构，但绝大多数细菌有明显的核区或称类核（nucleoid），主要由一个环状DNA分子盘绕而成。核区四周是较浓密的胞质物质，除了核糖体外，没有类似真核细胞的细胞器。细菌细胞质膜是典型的生物膜结构，但它具有多功能性。

  1. 细菌细胞的表面结构：主要指细胞质膜、细胞壁及其特化结构：中膜体、荚膜与鞭毛等。细胞质膜是细胞表面的最重要结构。

  1. 细胞壁（cell wall)是位于细菌质膜外的一层较厚、较坚韧并略具弹性的结构。所有细菌的细胞壁都具有共同成分是肽聚糖，由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸与四五个氨基酸短肽聚合合成的多层网状大分子结构。革兰氏阳性菌与阴性菌的细胞壁成分与结构差异很明显，也是细胞呈革兰氏阳性反应和阴性反应的重要原因。

  PS：1）凡被染成紫色的细菌称为革兰氏阳性菌（G+菌）；染成红色的称为革兰氏阴性菌（G-菌）。2）常见的革兰氏阳性菌有：葡萄球菌（Staphylococcus）、链球菌(Streptococcus)、肺炎双球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌、破伤风杆菌等；常见的革兰氏阴性菌有痢疾杆菌、伤寒杆菌、变形杆菌、及霍乱弧菌等。在治疗上，大多数革兰氏阳性菌都对青霉素敏感（结核杆菌对青霉素不敏感）；而革兰氏阴性菌则对青霉素不敏感（但奈瑟氏菌中的流行性脑膜炎双球菌和淋病双球菌对青霉素敏感），而对链霉素、氯霉素等敏感。所以首先区分病原菌是革兰氏阳性菌还是阴性菌，在选择抗生素方面意义重大。

  2. 细胞质膜，是包围细菌原生质的典型生物膜，由磷脂双分子与镶嵌蛋白质构成富有弹性的半透性膜。可以完成内质网、高尔基体和线粒体所承担的大部分工作。此外细菌细胞膜外侧有受体蛋白，参与细菌对周围环境的应答反应。

  3. 中膜体（mesosome)，又称间体或质膜体，由细胞膜内陷形成的囊泡状、管状或包层状膜机构，每个细胞内有一个或数个中膜体，在兰氏阳性菌中更明显。推测中膜体可能起DNA复制的支点作用。也有人认为中膜体含有细胞色素和琥珀酸脱氢酶，功能类似线粒体。

  4. 此外，某些细菌表面具有夹馍，是位于细胞壁表面的一层由葡萄糖与葡萄糖醛酸组成的松散的粘液状聚合物，也有的含多肽与脂质。荚膜具有一定程度的保护作用，如保护细胞免于干燥的影响，保护病原菌免受细胞的吞噬。荚膜本身还可作为细胞的营养物质，在营养缺乏时被细菌所利用。某些细胞具有鞭毛，作为运动器官。鞭毛的结构与真核生物的鞭毛完全不一样，是由一种称为鞭毛蛋白（flagellin)的弹性蛋白所构成，运动机理也不相同。

  2. 细菌细胞的核区与基因组：1） 细菌细胞只具有DNA聚集的核区，形状不规则，没有核膜，更没有核仁。核区主要由一个环状的DNA分子所组成，在高分辨率电镜下，可以看到核区是丝状结构，某些原核细胞的DNA为线性，而某些细菌，如霍乱孤菌（Vibrio Cholerae）含有不止一条DNA分子。人们习惯延用了真核细胞的染色体概念，也把细菌的核区DNA称为染色体，实际上它没有真正的染色体结构，但DNA也在RNA和拟核蛋白（不同于组蛋白）的协助下进行了高效包装：遗传信息量足够编码2000-5000种蛋白质，因此细菌DNA的空间构建是十分精巧的。2）细菌细胞没有核膜把核与细胞质绝对地分开，因此DNA复制、RNA转录与蛋白质合成的结构装置没有在空间上分隔，可以同时进行，这是细菌乃至整个原核细胞与真核细胞最显著的差异之一。电镜分子形态图可以显示，DNA分子边复制边转录，转录的mRNA在没有脱离DNA的状态下，又与核糖体结合翻译肽链。转录与翻译在时间与空间上是连续进行的。

  3. 细菌细胞核外DNA：除了核区存在DNA外，还存在可进行自主复制的质粒（plasmid），它们是裸露的环状DNA分子，所含遗传信息量为2-200个基因。质粒基因可以赋予细菌以新的性状。细菌可以失去质粒DNA而无妨于正常代谢活动。

  4. 细菌细胞的核糖体：每个细菌细胞含5000-50000个核糖体，充满于细胞中，少部分附着在细胞膜内侧，合成运输胞外的蛋白质或质膜蛋白。核糖体与mRNA形成多核糖体，是翻译肽链的结构。

  5. 细菌细胞内生孢子：很多G+细菌处于不利的环境或耗尽营养时，容易形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体。细菌细胞内的重要物质，特别是DNA，积聚在细胞的一端，在特殊结合蛋白的协助下形成一种含水量较丰富的致密体，外被很厚的壁。内生孢子折光性很强，不易染色，具有度过恶劣环境的能力，可以在杀死普通细菌或营养型细菌的条件下依然存活。

  6. 细菌细胞的增殖及其调控：

  1. 增殖的过程：分裂前，首先是DNA复制。复制始于复制起点，复制起点处的DNA复制完成后，可能依附于质膜上将来发生分裂的位置左右，继续完成DNA其余部分的复制。随着细胞的伸长，在一些蛋白质的协助下，复制完成的两个DNA分子分开，形成两个核区，细胞质膜在两个核区之间凹陷、延伸，将两个子细胞分隔开，最后形成新的细胞壁。抑制蛋白质的合成，两个DNA分子会停留于母细胞中央，无法完全分开。

  2. 增殖的调控：DnaA蛋白是复制起点（OriC）的结合蛋白，大约10个DnaA蛋白携带ATP结合于OriC，ATP的水解促使此处富含AT碱基对的区域解链，开启DNA复制。DNA复制开始后，复制起点随即发生甲基化，使得下一轮复制不会立即启动。复制完成后，细胞的分裂依赖于DNA复制完成的信号，DNA是否受到损伤以及两个DNA分子是否分离。FtsZ(filamenting temperature-sensitive mutant Z)是起始DNA分离的关键蛋白。FtsZ与真核细胞的管蛋白（tubulin）是同源物，在细菌DNA复制完成后，FtsZ蛋白聚集到将来细胞分开的位置，沿着质膜装配成为环状，成为Z环；随后Z环收缩，并招募与细胞壁形成有关的蛋白聚集于此，最终细胞分裂。

  （二）蓝藻细胞：蓝藻又称为蓝细菌(cyanobacteria)，是自养型原核生物，能进行与高等植物类似的光合作用。它们的光合作用系统中具有叶绿素a和光系统，以水为电子供体，放出O2，而其他光合细菌的电子供体一般是H2，H2S和S，不产生O2。蓝藻细胞内含有丰富的色素。体积比其他的原核细胞大得多，直径一般在1-10um，有的可达60um。虽然属于单细胞生物，但有些蓝藻经常以丝状、片状或中空球状的细胞群体存在，“发菜”就是蓝藻的丝状体，对固定沙漠有重要作用。

  1. 细胞结构：蓝藻细胞膜外有细胞壁和一层胶质的鞘。蓝藻的细胞壁与革兰氏阴性菌十分相似，肽聚糖层薄，外面包有外膜；所不同的是，细胞壁内层含有纤维素层。蓝藻的细胞质部分有很多同心环样的膜片层结构，称为类囊体（thylakoid），光合色素和电子传递链均位于此。类囊体膜上还有大量藻胆蛋白，负责将光能传递给叶绿素a。蓝藻细胞中央部分位于光镜下较周围原生质明亮，是遗传物质DNA所在部分，相当于细菌的核区，称为中心质或中央体。“中心质”经常不位于中央，与周围胞质无明确界限。蓝藻的DNA也几乎为裸露的，复制也可连续进行。与细菌的核区不同，中心质DNA的拷贝数在不同种类和不同个体变动很大，有些种类含有多个DNA拷贝，DNA的平均含量比高等动物还多。

  PS :类囊体分布在叶绿体基质和蓝藻细胞中[1] ，是单层膜围成的扁平小囊，也称为囊状结构薄膜。沿叶绿体的长轴平行排列。类囊体膜上含有光合色素和电子传递链组分，“光能向活跃的化学能的转化（光反应）”在此上进行，因此类囊体膜亦称光合膜。类囊体可增大叶绿体的膜面积，增大光合作用率。

  2. 细胞分裂：蓝藻细胞分裂时，细胞中部向内生长出新横膈壁，将中心质与原生质分为两半。一般情况下，两个子细胞在一个公共的胶质鞘包围下保持在一起，并不断分裂而形成丝状、片状等多细胞群体。除此之外，蓝藻还可以通过出芽、断裂和复分裂增殖。

  3. 异形胞：丝状蓝藻（如念珠藻与项圈藻）在氮源不足时，群体中5%-10%的细胞转化为异形胞（heterocyst）。异形胞个体大，细胞壁厚，并且丢弃了光系统2，合成固氮酶。固氮酶以光系统1制造的ATP为能量，将N2还原为NH3。固氮酶对O2敏感，异形胞的厚壁阻止了O2的侵入，光系统2的关闭阻断了O2的合成，而呼吸作用消耗了少量存在的O2，由此创造了一个严格厌氧环境。

  四、古核细胞（古细菌）

  P017: DNA序列越相似，亲缘关系也越近。因此，可以通过直系同源基因（orthologous gene）序列相似性的比较，确定物种间的进化关系。形态结构非常相似的原核生物并不是统一的类群，而是在极早的时候就演化为两大类：古细菌（archaeobacteria）与真细菌（eu-bacteria）。

  P018: 古细菌形态多样，具有细胞壁，染色为G+或G-；细胞大小在0.1 - 15um不等，分裂方式有二分分裂、出芽等多种。

  1. 古细菌的细胞壁：真细菌的壁主要是由含壁酸的肽聚糖构成，古细菌也有细胞壁，但没有胞壁酸和D-氨基酸，因此溶菌酶以及抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸、抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对古细菌没有作用。

  2. 古细胞的质膜：由脂质与蛋白质构成，却与细菌和真核生物都不同：脂质由带有分支的C-H链末端以醚键，而不是酯键与甘油结合；膜脂中还有7%-30%为非极性脂质 - 鲨烯衍生物；极端耐热菌的质膜甚至是由C40四乙醚组成的单层膜。

  3. DNA与基因结构：遗传装置往往介于原核细胞和真核细胞之间。与细菌相似的地方有：DNA为环状、有操纵子结构、大部分基因无内含子、有多基因mRNA存在。另外一些特征与真核细胞类似，如DNA和组蛋白结合成类似核小体结构；tRNA和rRNA，甚至部分编码蛋白质的基因中有内含子，RNA聚合酶为复杂多聚体；翻译起始的氨基酸为Met（细菌是fMet）等。

  核糖体RNA (ribosomal RNAs，rRNAs) 约占RNA总量的 80%，它们与蛋白质结合构成核糖体的骨架。核糖体是蛋白质合成的场所，所以rRNAs的功能是作为核糖体的重要组成成分参与蛋白质的生物合成。rRNAs是细胞中含量最多的一类RNA，且分子量比较大，代谢都不活跃，种类仅有几种，原核生物中主要有5S rRNAs、16S rRNAs和23S rRNAs三种，真核生物中主要有5S rRNAs、5.8S rRNAs、18S rRNAs和28S rRNAs四种。

  信使RNA（messenger RNAs，mRNAs），约占RNA总量的5%。mRNAs是以DNA为模板合成的，又是蛋白质合成的模板。它是携带一个或几个基因信息到核糖体的核酸。由于每一种多肽都有一种相应的mRNAs，所以细胞内mRNAs是一类非常不均一的分子。但就每一种mRNAs的含量来说又十分低。这也解释了为什么mRNAs的发现比rRNAs与tRNAs要迟。

  转移RNAs (transfer RNAs，tRNAs) 约占RNA总量的15%。tRNAs的分子量在2.5×104左右，由70~90个核苷酸组成，因此它是最小的RNA分子。它的主要功能是在蛋白质生物合成过程中把mRNA的信息准确地翻译成蛋白质中氨基酸顺序的适配器（adapter）分子，具有转运氨基酸的作用，并以此氨基酸命名。此外，它在蛋白质生物合成的起始作用中，在DNA反转录合成中及其他代谢调节中也起重要作用。细胞内tRNA的种类很多，每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA。

  4. 核糖体：多数古细胞菌类的核糖体虽然也是70S，但含有60种以上的蛋白质，介于真核细胞与真细菌之间，而且其中的RNA与蛋白质的性质更接近于真核生物。古核生物细胞的形态结构与遗传结构装置和原核细胞相似，但有些分子进化特征更接近真核细胞。

  第三节 真核细胞

  包括大量单细胞原生生物，又包括全部多细胞生物（一切动植物、大部分真菌）。

  一、真核细胞的基本结构体系：在亚显微结构水平上，真核细胞可以划分为3大基本结构系统：1）以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统；2）以核酸与蛋白质为主要成分的遗传信息传递与表达系统；3）由特异蛋白质装配构成的细胞骨架系统。这些由生物大分子构成的基本结构体系，尺度均为5-20nm，它们构成了细胞内部结构精密、分工明确、职能专一的各种细胞器，并以此为基础保证了细胞生命活动具有高度程序化与高度自控性。

  （一）生物膜系统：生物膜的厚度基本在8-10nm范围之内。细胞表面的细胞质膜及其相关结构，主要功能是进行选择性的物质跨膜运输与信号传导。细胞内部由双层核膜将细胞分成两大结构与功能区域 - 细胞质与细胞核，使得基因表达得以精密调控。在细胞质内以膜围绕形成很多重要的细胞器：线粒体与叶绿体是主要的供能与产能结构；内质网是生物分子合成的基地，脂质、糖类与很多蛋白质分子是在内质网表面合成并分选运输；高尔基体是对内质网上合成的物质进行加工、包装与运输的细胞器；溶酶体是细胞内的消化系统。生物膜还为生命的化学反应提供了表面，很多重要的酶定位在膜上，大部分生化反应在膜的表面进行。

  （二）遗传信息传递与表达系统：遗传信息的存储、传递与表达系统是由DNA、RNA和蛋白质组成的复合体。DNA与组蛋白质构成了染色质的基本结构 - 核小体（nucleosome），它们的直径为10nm；由核小体盘绕与折叠成紧密程度不同的常染色质与异染色质，在细胞分裂阶段又进一步包装形成染色体。染色质结构，连同DNA的修饰酶和转录因子等共同调控了基因的转录。核仁主要是转录rRNA与核糖体亚单位装配的场所。核糖体是由rRNA与数十种蛋白质构成的颗粒结构，其功能是将tRNA携带的氨基酸根据mRNA的指令连接成肽链。

  （三）细胞骨架系统：是由一系列特异的结构蛋白装配而成的网架系统，对细胞形态与内部结构的合理排布起支架作用。细胞骨架可分为胞质骨架与核骨架，实际上它们又是相互联系的。

  1. 胞质骨架主要由微丝、微管与中等纤维（也叫中间丝）等构成。微丝直径5-7nm，主要功能可能是信号传递与细胞运动；微管直径为24nm，其主要功能是细胞内物质的运输提供通道，以及形成有丝分裂的纺锤丝；中等纤维直径为10nm，分为多种类型，具有组织特异性，主要对细胞起支撑作用。

  2. 核骨架包括核纤层（nuclear lamina）与核基质（nuclear matrix）。核纤层的成分是核纤层蛋白（lamina），核基质的成分则颇为复杂。它们与基因表达、染色质构建与排布有关系。

  二、细胞的大小及其影响因素：细胞的大小有一定规律。一般而言，按细胞平均直径的粗略计算，支原体细胞比最小的病毒大10倍，细菌细胞比支原体大10倍，而多数动植物细胞大小约20-30um，比细菌大10多倍，一些原生动物细胞又比一般动植物细胞大10倍。

  P020: 对于高等动物，不论物种的差异多大，同一器官与组织的细胞，其大小总是在一个恒定的范围之内，这是由细胞作为生命基本单位的功能所决定的。合适的细胞体积能够保证细胞与周围环境进行正常的物质与信息交换，保证细胞内物质运输和信号传递的正常进行，对于细胞行驶正常的生物学功能至关重要。#

  碎碎念

  #生物的进化发展，是亿万级的筛选进程，所有得以以稳定状态生存的物种，其内部结构、构成机制、运行模式，一定是相对固化的整体构成(Paradigm)。所以在这个主干的基础上，任何分支都应该尊从主要原则（The First Principle），才有更大的机会生存下来和活得好！当然，异支或者盲支孕育着下一个Paradigm的Break-Out。

  P020: 细胞由各种生物分子和包括水在内的无机分子组成，细胞的大小，简单来说主要是由每个细胞内所含的蛋白质与核糖体RNA的量所决定的，其中蛋白质是更为主要的因素。糖类、脂质和DNA、mRNA以及tRNA等有机分子在细胞体积上所占权重很小，而无机盐的量对细胞大小更无足轻重。水虽然占到细胞湿重的80%以上，但细胞内水分的量是由细胞内所含有机生物分子的量所决定，水本身并不直接决定细胞的大小（成熟的植物细胞是个例外，它们的大小主要由中央液泡决定）。因此，细胞的尺寸可以说取决于核糖体的活性，因为蛋白质的量由核糖体来决定。

  P020: 调控细胞大小的网络中心是一个叫做mTOR(mammalian target of rapamycin)的蛋白激酶，因其能被雷帕霉素（rapamysin)抑制而得名。该蛋白质的失活会导致细胞体积变小。

  三、原核细胞与真核细胞的比较

  1. 细胞膜系统的分化与演变：真核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为两个独立的部分 - 细胞核与细胞质，细胞质内又以膜系统为基础分隔为结构更精细、功能更专一的单位 - 各种重要的细胞器。

  2. 遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化。建立在细胞内膜系统分化基础上的内部结构与功能的区域化与专业化，是细胞进化过程中的一次重大飞跃，导致了遗传装置的扩增与基因表达方式的相应变化。

  1. 真核细胞的基因组一般远大于原核细胞的，作为遗传信息载体的DNA也由原核细胞的环状单倍性变为线状多倍性；基因数量大大增加，由几千个发展到2万-3万个；细胞核的存在，使真核细胞基因表达实现了多层次调控，远比原核生物精细与复杂，为完成复杂的生命活动提供了基础。

  2. 原核细胞基因表达的调控主要以操纵子的形式进行，难以完成细胞的复杂分化；而另一方面，原核细胞的这种简单的调控方式能适应多种不利环境#

  碎碎念

  #简单=生存

  3. 真核生物除了编码基因外，还有不编码任何蛋白质或RNA的基因间隔序列和内含子，其比例占整个基因组的90%以上。内含子的出现，使同一个RNA可以通过可变拼接，翻译出多种不同的蛋白质。#

  碎碎念

  #不适合人体生存的遗传基因编码，在分裂过程中被筛选掉。

  P022：真核细胞拥有多条DNA分子，并且DNA与蛋白质形成交替存在的染色质和染色体等高级结构形式，加之核膜的存在以及真核细胞内部结构的庞大与复杂性，给遗传物质的准确复制与均等无误地分配到子细胞增加了“难度”。真核细胞发展出一整套由酶和调控蛋白组成的复杂精密的体系，严格调控细胞增殖。真核细胞的细胞周期可以明显地划分为细胞间期与细胞分裂期，整个间期可看做是细胞增殖所需要物质的合成期，DNA复制仅限于S期，为了准确无误地将遗传物质分配给两个子细胞，真核细胞分裂时，核膜崩解消失，染色质转变为紧密包装的染色体，并借助有丝分裂器（纺锤体）的牵拉而均等分配给子细胞。真核细胞的分裂因出现纺锤丝而称为有丝分裂或间接分裂。原核细胞的增殖没有严格阶段，也没有染色质与染色体结构的交替，更无纺锤体的出现，所以将原核细胞的分裂叫做无丝分裂或直接分裂。

  四、植物细胞与动物细胞的比较：构成动物体与植物体均有基本相同的结构体系与功能体系，大部分的重要的细胞器与细胞结构都相同。另一方面，植物细胞有一些特有的细胞结构与细胞器是动物细胞所没有的，如细胞壁、液泡、叶绿体及其他质体，也有一些动物细胞的结构，如中心粒，是植物细胞内不常见到的。下面是植物细胞所特有的结构：

  （一）细胞壁：在细胞分裂过程中由原生质体分泌形成的。分裂后期，残留的纺锤体微管在细胞赤道板中央聚集为圆柱形的成膜体（phragmoplast），中间围有高尔基体和内质网囊泡。这些囊泡彼此融合，形成膜质平板 - 细胞板（cell plate)。囊泡中富含多糖，形成细胞板后，多糖用来制造初生壁（1-3um)和果胶质的胞间层。随着囊泡的加入，细胞板不断向外延伸，最终与质膜融合，新生细胞也和原来的细胞壁连接起来。细胞壁的主要成分是纤维素，还有果胶质、半纤维素与木质素等。植物细胞壁产生了地球上最多的天然聚合物；木材、麻与棉的纤维。

  （二）液泡：是由单层脂蛋白膜包围的封闭系统，内部是水溶液，溶有盐、糖、氨基酸、生物碱与色素等物质，溶液的浓度可以达到很高的程度。液泡是植物细胞的代谢库，起调节细胞内环境的作用。液泡中还有水解酶，能够破坏衰老的细胞器，起着类似溶酶体的功能。此外液泡的膨压对维持幼嫩植物组织的刚性有重要作用。植物缺水时发蔫，就是液泡膨压下降的结果。

  （三）叶绿体：最重要、最普遍的质体，她是进行光合作用的细胞器。叶绿体利用其叶绿素将光能转变为化学能，把CO2与水转变为糖，是世界上成本最低，创造物质财富最多的“生物工厂”。

  第四节 非细胞形态的生命体 - 病毒

  病毒是非细胞形态的生命体，是迄今为止发现的最小，最简单的有机体。

  一、病毒的基本知识

  P023: 病毒与细胞的区别主要表现在以下几个方面：

  1. 病毒很小，结构极其简单。绝大部分病毒的大小只有20-200nm，可以通过细菌滤器。

  2. 遗传载体的多样性。所有细胞中，都含有DNA与RNA。并以双链DNA分子作为遗传物质的载体。然而，不同种类的病毒却显现出其遗传载体的多样性：不仅有DNA病毒，还有RNA病毒。这两种病毒均有双链和单链之分。但每一种病毒粒子中只含有DNA或RNA，而非两者兼有。

  3. 彻底的寄生性。病毒虽然具备了生命活动的最基本特征（增殖与遗传），但只是一类不“完全”的生命体。病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、“原料”、能量与酶系统进行繁殖。因此，有人称之为分子水平上的寄生。

  4. 病毒是以复制和装配的方式进行繁殖。增殖过程，如同生产汽车，在细胞这个生产病毒的工厂中，首先合成大量的病毒核酸以及各种病毒蛋白，然后由这些“部件”装配成新的子代病毒。因此，一般把病毒的增殖称为复制，而细胞只能以分裂的方式增殖。

  目前发现的病毒主要的形式有：

  1. 真病毒(envirus)：绝大多数病毒是由核酸与蛋白质构成的核酸 - 蛋白质复合体；

  2. 亚病毒(subvirus)：是一类比病毒更为简单，仅具有某种核酸不具有蛋白质，或仅具有蛋白质而不具有核酸，能够侵染动植物的微小病原体。不具有完整的病毒结构的一类病毒称之为亚病毒，包括类病毒(viroid)、拟病毒（viroid-like）、朊病毒(prion).

  P024: 1982年Stanley B. Prisiner从患有羊瘙痒病的羊体中，分离出一种蛋白感染因子，命名为prion(pr意为protein, i意为infectious, on意为因子）。因为这是一类具有感染性的蛋白质，故有人译为阮病毒。但它与前面所提到的两类病毒的根本区别在于，阮病毒不是入侵者，而仅仅是机体自身某一种蛋白质的构象改变所致，其一级结构即蛋白的氨基酸序列与正常蛋白相同。但prion可使正常蛋白的构象发生改变，成为prion，从这个意义上讲，prion具有复制能力和感染性，但与病毒的复制机理和感染方式完全不同。因此，有人认为将prion译为“阮粒”更为合适。从酵母菌到人体均发现阮粒的存在，它能够侵染哺乳动物的神经组织，引起羊瘙痒病，牛海绵状脑炎（又称疯牛病），人类克-雅氏症等慢性神经系统退行性疾病的发生。目前已证明，上述疾病均与一种在神经细胞质膜上含量较高的膜蛋白PrP(Prion Protein)构象发生改变相关。众所周知，食用患疯牛病牛肉的人，有可能被阮粒感染。输血也可以导致阮粒在人群中的传播。由于在prion研究中的贡献，于1997年获诺贝尔生理学或医学奖(Nobel Prize in Physiology or Medicine)。

  病毒的分类：

  1. 病毒按照感染的宿主范围，可以分为：1）动物病毒；2）植物病毒；3）细菌病毒（噬菌体）等。

  2. 病毒按照核酸类型的不同，可以分为DNA病毒与RNA病毒两大类。DNA病毒又可分为双链DNA与单链DNA病毒；而RNA病毒也可分为单链RNA与双链RNA病毒。在单链RNA病毒中又有正链RNA病毒和负链RNA病毒之分。前者的病毒基因组RNA如同细胞中的mRNA，可直接作为模版，指导病毒蛋白质的合成。而负链RNA病毒侵染细胞后，必须以其基因组RNA为模版，在自身携带的RNA聚合酶的作用下合成mRNA，进而翻译病毒的蛋白。

  3. 病毒按照核壳体的形态，分为立体对称与螺旋对称两种基本类型。立体对称型病毒的核衣壳呈正20面体，每一个面又呈三角形，核酸折叠在衣壳之内。螺旋对称性病毒是核酸与衣壳的衣粒按特殊的方式结合在一起形成核壳体，都具有囊膜。（凡是有囊膜的病毒对有机溶液剂都很敏感，在有机溶剂作用下易灭活）。

  二、病毒在细胞内增殖：增殖过程首先是病毒识别并侵入宿主细胞，病毒“篡夺”了细胞DNA对代谢过程的“指导”作用，利用宿主细胞的全套代谢机构，以病毒核酸为模版，进行病毒核酸的复制与转录，并翻译病毒蛋白质，进而装配成新一代的病毒颗粒，最后从细胞中释放出来，再感染其他的细胞，开始下一轮的周期。结构完整的，并具有感染性的病毒称为病毒粒子或成熟病毒（virion)。过程简单叙述如下：

  1. 病毒识别和侵入细胞: 1）相吸：病毒表面的蛋白质与细胞表面特异受体的相互作用，病毒与细胞发生特异性的吸附；2）进入：动物病毒进入细胞主要有两种方式：一是细胞以主动“胞饮”的方式使病毒进入细胞，如腺病毒。二是某些有囊膜的病毒，通过囊膜与细胞质膜融合的方式进入细胞，如HIV，或通过胞饮作用进入细胞，然后再与胞饮囊泡的膜融合进入细胞质中，如流感病毒、幸德毕斯病毒等。噬菌体侵染细菌时，仅将其核酸注入细胞，衣壳则留在细菌的细胞壁外。植物病毒难以穿越坚韧的细胞壁，常常借助于昆虫进食过程侵染植物细胞。3）复制与转录：病毒进入细胞后，在细胞内的蛋白水解酶的作用下，衣壳被裂解，释放出病毒的核酸。除反转录病毒外，RNA病毒的核酸一般是在胞质内复制与转录的。多数DNA的病毒的核酸则转移到核内进行复制与转录。但是最大的一类病毒如痘病毒（poxvirus）却在细胞质中繁殖。

  2. 病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成：病毒的核酸类型大致可分为7种基本类型：双链DNA、单链DNA、双链RNA、单链RNA（包括侵染性RNA病毒／正链RNA病毒，非侵染性RNA病毒／负链RNA病毒）、病毒粒子中携带反转录酶的单链RNA、复制过程中涉及反转录的部分双链DNA病毒。

  P028: 反转录病毒：复制过程非常独特。首先以病毒RNA分子为模板，在病毒自身所携带反转录酶的作用下，合成病毒的DNA分子。随后病毒DNA整合到宿主细胞染色质的DNA链上。进而，以整合在细胞DNA上的病毒DNA片段为模板，合成新的病毒基因组RNA与病毒mRNA，后者与核糖体结合，翻译出各种病毒蛋白，其中包括病毒的反转录酶。最后，装配产生新的子代病毒。在上述过程中，有可能导致细胞发生转型，成为肿瘤细胞。由RNA为模板，通过反转录合成DNA是在研究肿瘤RNA病毒与宿主细胞相互作用时所取得的一项重大发现。David Baltimore等也因此于1975年荣获诺贝尔生理学或医学奖。

  3. 病毒的装配、成熟与释放：1）无囊膜的病毒，当其核酸与蛋白质装配成核壳体后，就成为具有感染性的完整病毒粒子。对这些病毒来说，装配的过程就是成熟的过程；对于有囊膜的病毒，当其核酸与衣壳蛋白装配成核壳体后，还需要以出芽的方式包上囊膜而发育成成熟的子代病毒，囊膜实际上是嵌有病毒囊膜蛋白的特化的细胞膜。许多无囊膜的动物病毒，如腺病毒、小RNA病毒等，当病毒释放时，常常引起细胞的崩解，所以释放的速度往往很快。有囊膜的病毒多以出芽的方式释放，一般病毒是逐步向细胞外释放的。2）从病毒侵入细胞到子代病毒的成熟释放称为一个增殖周期（或复制周期），不同的病毒的增殖周期长短不一。有感染性的病毒粒子常常只占其中较少的一部分。3）病毒在细胞内的增殖过程是病毒与细胞相互作用的极为复杂的过程，也是宿主细胞结构功能进行重大改组的过程，绝大多数病毒在体外培养的细胞复制时，可以在显微镜下见到宿主细胞发生了明显的形态上的变化，称细胞病变（cytopathic effect, CPE），也有少数病毒（如猪瘟病毒），虽在细胞内复制装配并释放，但并不见细胞明显的变化，甚至细胞可以带毒分裂繁殖。当病毒侵入子代病毒时，首先要关闭或改变细胞的基因表达调控系统，“篡夺”细胞DNA的指导作用，同时改装宿主细胞的结构与代谢“机器”，以适应病毒的复制。因此被感染的细胞，必然要发生一系列重大结构的变化，甚至发生细胞凋亡现象。

  三、病毒与细胞在起源与进化中的关系：以进化论的观点，目前主要有三种观点：

  1. 生物大分子 —》病毒 —》细胞

  2. 生物大分子 —》病毒 & 细胞

  3. 生物大分子 —》细胞 —》病毒

  目前第二与第三种观点比较容易接受。原因是以目前的科学技术手段，尚不能发现病毒的化石。

  第三章 细胞生物学研究方法

  凡是用来解决细胞生物学问题所采用的方法都应属于细胞生物学研究方法。包括光学显微镜、电子显微镜、分子生物学技术等。

  第一节 细胞形态结构的观察方法

  肉眼的分辨率一般只有0.2mm；光学显微镜的分辨率达到0.2um，借此发现了细胞；电子显微镜分辨率高达0.2nm，将细胞的超微结构展现在人们面前。它们的成像原理，仪器构造以及使用和操作方法等方面，几乎没有任何共同之处。

  一、光学显微镜

  (一）普通复式光学显微镜

  P031: 光学显微镜由3部分组成：1）光学放大系统，为两组玻璃透镜：目镜与物镜；2）照明系统：包括光源和聚光镜，有时另加各种滤光片以控制光的波长范围；3）镜架及样品调节系统。

  P031: 显微镜最重要的性能参数是分辨率（resolution），而不是放大倍数。分辨率是指能区分开两个质点间的最小距离。光学显微镜可以直接用于观察单细胞生物或体外培养细胞。如果观察生物组织样品，则通常需要对多观察的材料进行固定和包埋，再将包埋好的样品切成厚度约5um的切片，最后进行染色。

  （二）相差显微镜和微分干涉显微镜

  P031：活细胞显微结构的细节可以借助相差显微镜（phase-contrast microscope）来观察。光波的基本属性包括波长、频率、振幅和相位等。

  P032: 光线通过不同密度的物质时，其滞留程度也不同。密度大则光的滞留时间长，密度小则光的滞留时间短，因而，其光程或相位发生了不同程度的改变。相差显微镜是在普通光学显微镜的基础上，添加两个元件，即“环状光阑”和物镜后焦上的“相差板”，从而可将这种光程差或相位差，通过光的干涉作用，转化成振幅差，因此，可以分辨出细胞中密度不同的各个区域。

  P032: 微分干涉显微镜是以平面偏振光为光源。光线经棱镜折射后分成两束，在不同时间经过样品的相邻部位，然后再经过另一棱镜将这两束光聚合，从而使样品中厚度上的微小区别转化成明暗区别。微分干涉显微镜更适合研究活细胞#

  碎碎念

  #应该说，以目前的手段吧。

  （三）荧光显微镜

  P032: 是在光镜水平上，对细胞内特异的蛋白质、核酸、糖类、脂质以及某些离子等组成进行定性定位研究的有力工具。荧光显微镜样品制备技术包括免疫荧光技术和荧光素直接标记技术。荧光染料DAPI特异性地直接与细胞中的DNA相结合，从而显示出细胞核或染色体在细胞中的定位。这是一种常用的直接标记技术。

  （四）激光扫描共焦显微镜：分辨率可以比普通荧光显微镜的分辨率提高1.4 - 1.7倍。其纵向分辨率（axial resolution）也得到很大的改善。在研究亚细胞结构与组分的定位及动态变化等方面的应用越来越广泛，其中包括荧光共振能量转移技术、荧光漂白恢复技术以及单分子成像技术等。

  二、电子显微镜：受到光波波长的限制，光镜的分辨率难以得到进一步提高。只有借助分辨率更高的电子显微镜（electron microscope，EM，简称电镜），才可能观察到细胞内部的精细结构。

  （一）电子显微镜的基本知识

  1. 电子显微镜与光学显微镜的基本区别：高分辨率主要是因为使用了波长比可见光短得多的电子束作为光源，波长一般小于0.1nm。光源的差异决定了电镜与光镜的一系列不同点：比如电镜需要通过电磁透镜聚焦；电镜镜筒中要求高度真空；图像需要通过荧光屏或感光胶片进行显示和记录等。

  2. 电子显微镜的分辨本领与有效放大倍数：电镜的分辨率可达0.2nm，其放大倍数为10的6次方。此放大倍数称之为有效放大倍数。如果通过光学手段继续放大，再也不会得到任何有意义的信息，因此称之为“空放大”。在现实操作中，电镜的实际分辨率常常受到生物制样技术本身的限制。

  3. 电子显微镜的基本构造：1）电子束照明系统（电子枪和聚光镜）；2）成像系统（物镜、中间镜与投影镜等）；3）真空系统（用两级真空泵不断抽气，保持电子枪、镜筒及纪录系统内的高度真空，以利于电子的运动；4）记录系统

  （二）主要电镜制样技术

  1. 超薄切片技术：由于电子束的穿透能力有限，为获得较高分辨率，切片厚度一般仅为40-50nm，即一个直径为20um的细胞可切成几百片，故称为超薄切片（ultra thin section）。采取的步骤如下：1）固定：利用高锰酸钾、戊二醛和四氧化鋨（OsO4，常称为鋨酸）；动物的处死和取材都要快速进行，并通常在低温下进行，以免细胞自溶作用造成的伤害。固定的样品块直径一般小于1mm，以便固定剂迅速渗透。2）包埋：包埋介质需要具有良好的机械性能以利于切片；在聚合过程中，不发生明显的膨胀和收缩；观察样品时，易被电子穿透并能耐受的电子轰击；在高倍放大的图像中不显示本身结构等特性。目前常用的包埋剂是各种环氧树脂。由于生物样品固定后含有大量水分，而包埋剂多具有疏水性质。因此固定的样品在包埋前通常要经过一系列的脱水处理。3）切片：切片厚度通常是40-50nm。4）染色：电镜样品用重金属进行染色。当电子束穿过样品时，样品中的金属离子不同程度地散射和吸收电子，在样品上形成明暗差别。因此，电镜下观察到图像只能为黑白图像。

  2. 负染色技术：负染色是用重金属盐，如磷钨酸或醋酸双氧铀溶液对铺展在载网上的样品进行染色。吸去多余染料，样品自然干燥后，整个载网上都铺上了一薄层重金属盐，从而衬托出样品的精细结构。

  3. 冷冻蚀刻技术：（freeze etching）的样品制备过程包括冰冻断裂与蚀刻复型两步，因此又称冰冻断裂 - 蚀刻复型技术。冰冻蚀刻技术主要用来观察膜断裂面上的蛋白质颗粒和膜表面形貌特征，图像富有立体感，样品不需包埋甚至也不需要固定。

  4. 电镜三维重构与低温电镜技术：生物大分子的三维结构是当今生命科学研究中的核心课题之一。电镜三维重构技术是电子显微术、电子衍射与计算机图像处理相结合而形成的具有重要应用前景的一门新技术。#

  碎碎念

  #The Nobel Prize in Chemistry 2017 was awarded to Jacques Dubochet, Joachim Frank and Richard Henderson "for developing cryo-electron microscopy（低温冷冻电子显微术） for the high-resolution structure determination of biomolecules in solution"

  5. 扫描电镜技术：扫描电镜（scanning electron microscope, SEM）问世于20世纪60年代。其电子枪发射出的电子束被磁透镜汇聚成极细的电子“探针”，在样品表面进行“扫描”，激发样品表面放出二次电子，二次电子再由探测器收集。扫描电镜景深长，成像具有强烈的立体感，分辨率可达0.7nm，可用于观察核孔复合体等更精细的结构。

  三、扫描隧道显微镜：（scanning tunnel microscope, STM）是IBM苏黎世实验室的G. Binning和H. Rohrer等于1981年发明的，它是一种探测微观世界物质表面形貌的仪器。此项发明获得1986年的诺贝尔物理学奖。STM的主要原理是利用量子力学中的隧道效应，即通常在低电压下，二电级之间具有很大的阻抗，阻止电流通过，称之为势垒。当二电级之间近到一定距离（100nm之内）时，电极之间产生了电流，称隧道电流；这种现象称隧道效应。STM的主要装置包括实现x、y、z3个方向扫描的压电陶瓷，逼近装置、电子学反馈控制系统和数据采集、处理、显示系统。

  P038: STM的主要特点有：1）具有原子尺度的高分辨本领，侧分辨率为0.1 - 0.2nm，纵分辨率可达0.001nm；2）可以在真空、大气、液体（接近于生理环境的离子强度）等多种条件下工作，这一点甾生物学领域的研究中尤其重要；3）非破坏性测量。因为扫描时不接触样品，又没有高能电子束的轰击，基本可以避免样品的形变。目前，STM作为一种新技术，已被广泛应用于生命科学各研究领域。人们已用STM直接观察到DNA、RNA和蛋白质等生物大分子及生物膜、病毒等结构。与其功能类似的还有原子力显微镜（atomic force microscope）。

  第二节 细胞及其组分的分析方法

  形态学观察与细胞组分分析相结合是当代细胞生物学研究中常常采用的试验方法。

  一、用超离心技术分离细胞组分：用低渗勻浆、超声破碎或研磨等方法可使细胞质膜破损，形成细胞核、线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、溶酶体等细胞器和细胞组分组成的混合勻浆，再通过差速离心，即利用不同的离心速度所产生的不同离心力，将各种质量和密度不同的亚细胞组分和各种颗粒分开。超速离心机可达转速1x10的5次方R/Min，产生60万倍重力场。常用的介质有蔗糖和氯化铯等。

  二、细胞成分的细胞化学显示方法：为了测定蛋白质、核酸、多糖和脂质等细胞组分，通常利用一些显色剂与所检测物质中一些特殊基团特异性结合的特性，通过显色剂在细胞中的定位及颜色的深浅来判断某种物质在细胞中的分布和相对含量。由于大多数固定剂对酶都有失活或称钝化作用，所以，在进行细胞中某种酶的定性研究时，样品制备常采用冰冻切片，或以冷丙酮、甲醛进行短时间固定，以尽量保持酶的活性，然后将样品（细胞或组织切片）与适宜底物共同温育。

  三、特异蛋白抗原的定位与定性：20世纪70年代以来，免疫学的迅速发展为细胞生物学的研究提供了强有力的手段，特别是在细胞内特异蛋白的定位与定性方面，单克隆抗体与其他一些检测手段相结合发挥了重要作用。免疫荧光与免疫电镜是最常见的研究细胞内蛋白质分子定位的重要技术。

  （一）免疫荧光技术：所谓免疫荧光技术就是指免疫学方法（抗原 - 抗体特异结合）与荧光标记技术相结合用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法，它包括直接和间接免疫荧光技术两种。

  （二）免疫电镜技术：免疫荧光技术快速、灵敏、特异性强，但其分辨率有限。免疫电镜技术则能有效地提高样品的分辨率，在超微结构水平上研究特异蛋白抗原的定位。免疫电镜技术可分为免疫铁蛋白技术（已过时）、免疫酶标技术与免疫胶体金技术。

  四、细胞内特异核酸的定位与定性：特异核酸指的是DNA或RNA的定位与定性的研究。通常采用原位杂交(in situ hybridization)技术。用标记的核酸探针通过分子杂交确定特异核苷酸序列在染色体上或在细胞中的位置的方法称为原味杂交。

  五、定量细胞化学分析与细胞分选技术

  第三节 细胞培养与细胞工程

  一、细胞培养：细胞培养是当前细胞生物学乃至整个生命科学研究与生物工程中最基本的实验技术。干细胞生物学的发展及其应用在很大程度上基于细胞培养技术的发展。细胞培养包括原核生物细胞、真核单细胞、植物细胞与动物细胞的培养以及与此密切相关的病毒的培养。

  （一）动物细胞培养：体外培养的动物细胞可分为原代细胞（primary culture cell）与传代细胞（subculture cell）。原代细胞是指从机体取出后立即培养的细胞，进行传代培养后的细胞即称为传代细胞。也有人把传至10代以内的细胞统称为原代细胞培养。

  P043:

  细胞系（cell line）：可传代40-50次的细胞。

  有限细胞系（finite cell line）：50代以后死光光的传代细胞。

  永生细胞系（infinite cell line）或称连续细胞系（continuous cell line）：传代细胞发生了遗传突变，并使其带有癌细胞的特点，有可能在培养条件下无限制地传代培养下去。

  （二）植物细胞的培养：1）单倍体植物细胞培养，应用于植物育种；2）原生质体培养，转基因植物细胞的培养与分化的研究是植物基因工程的基础。

  二、细胞工程：细胞工程是生物工程的重要领域之一。细胞工程所涉及的主要技术包括细胞培养、细胞分化的定向诱导，细胞融合和显微注射等。通过细胞融合技术发展起来的单克隆抗体技术已取得了重大成就。细胞工程与基因工程结合，前景尤为广阔。

  （一）细胞融合与单克隆抗体技术：两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞的现象称为细胞融合（cell fusion）。细胞融合可以在基因型相同的细胞间进行，也可在基因型不同的种内细胞间甚至种间细胞间进行。基因型相同的细胞形成的融合细胞称为同核体（homokaryon）；基因型不同的细胞形成的融合细胞称为异核体（heterokaryon）。含有两个核的同核体可通过同步有丝分裂产生含有异常核的单核子细胞，其染色体数为正常数目的两倍，这些染色体是从原来两个核承袭而来的。通过细胞杂交形成的单核子细胞称为合核体（synkaryon）。单克隆抗体技术最主要的优点是可以用混合性的异质抗原制备出针对某单一性抗原分子上特异决定族的同质性单克隆抗体。单克隆抗体与基因克隆技术相结合为 分离和鉴定新的蛋白质和基因开辟了一条广阔途径。而且在临床诊断与肿瘤等疾病的治疗中也具有重要作用。

  （二）显微操作技术与动物的克隆：

  P044: 所谓细胞拆分就是把细胞核与细胞质分离开来，然后把不同来源的胞质体（cytoplast）和核体（karyoplast）相互组合，形成核质杂交细胞。

  P044: 细胞拆分可以分为物理法和化学法两种类型。

  物理法:就是用机械方法或短波光把细胞核去掉或使之失活，然后用微吸管吸取其他细胞的核，注入去核的细胞质中，组成新的杂交细胞。

  化学法: 是用细胞松弛素B（cytochalasin B）处理细胞，细胞出现排核现象，再结合离心技术，将细胞拆分为核体和胞质体两部分。

  显微操作（micromanipulation）技术：即在显微镜下，用显微操作装置对细胞进行解剖和微量注射(microinjection)的技术。

  细胞拆分、显微注射与现代分子生物学技术相结合使这些经典的胚胎学技术展现出极大的潜力，它不仅成为核质关系、细胞内某种mRNA或蛋白质功能等基础研究的重要手段，而且在转基因动物、高等动物的克隆方面的理论与实践研究中取得了重大的突破。

  第四节 细胞及生物大分子的动态变化

  一、荧光漂白恢复技术：（fluorescence photobleaching recovery, FPR）技术是使用亲脂性或亲水性的荧光分子，如荧光素、绿色荧光蛋白等与蛋白或脂质偶联，用于检测所标记分子在活体细胞表面或细胞内部的运动及其迁移速率。

  二、单分子技术与细胞生命活动的研究：可以在纳米空间尺度和毫秒时间尺度上精确测量单分子的距离、位置、指向、分布、结构以及各种动态过程。优点是：实时直接观测单个分子的反应动力学路径，测量单一分子及分子间相互作用，捕捉单分子随机过程和分子构象变化的中间态，测量稀发但重要的信号和分布，测量非平衡态和不同步的体系等。

  三、酵母双杂交技术（yeast two-hybrid system）是一种利用单细胞真核生物酵母在体内分析蛋白质 - 蛋白质相互作用的系统。

  四、荧光共振能量转移技术：（fluorescence resonance energy transfer, FRET）。用来检测活体细胞内两种蛋白质分子是否直接相互作用的重要手段。其基本原理是：在一定波长的激发光照射下，只有携带发光基团A的供体分子可被激发波长为 A的荧光，而同一激发光不能激发携带发光基团B的受体分子翻出波长为B的荧光。然而，当供体所发出的荧光光谱A与受体上的发光基团之间的距离小到一定程度时，就会发生不同程度的能量转移，即受体分子的发光基团吸收了供体所发出的荧光，结构受体分子放出了波长为B的荧光，这种现象称为FRET现象。

  五、放射自显影技术：是利用放射性同位素的电离射线对乳胶（含AgBr或AgC1)的感光作用，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。根据研究对象的需求，分为光镜（显微）放射自显影和电镜放射自显影技术。

  第五节 模式生物与功能基因组的研究

  虽然显微技术的不断发展，不断开拓着人类了解细胞结构的视野，但是对于其成分的了解，特别是数以万计的基因及其表达产物的功能，以及它们在细胞代谢与细胞生长、分化、衰老、凋亡等生命活动的协同作用与调节机制，则更多地需要通过各种“模式生物”，借助于生物化学与分子生物学的技术手段，综合当今迅速发展的功能基因组学（functional genomics）、蛋白质组学（proteomics）以及生物信息学（bioinformatics），进行研究。

  一、细胞生物学研究常用的模式生物：

  P048: 大肠杆菌与操纵子学说的建立及现代分子生物学的发展，豌豆和果蝇与遗传学定律的发现，酵母和海胆与对细胞周期调控机制的认识，线虫与对细胞凋亡机制的揭示，小鼠与对哺乳动物功能基因组学的研究等等。由于基因在进化上的保守性以及遗传密码的通用性，从一种实验生物得到的有关基因性质或功能方面的信息往往也适用于其他生物。

  二、突变体制备技术：主要应用于人类功能基因组提供资料。

  制备突变体的方法主要从DNA与RNA两个层次进行。

  RNA水平上：主要是RNA干扰的方法，这里包括瞬时的与永久的干扰。如RNAi方法。

  DNA水平上：也叫基因敲除（knock out）。以果蝇为例，目前通常的制备方法有三种：化学诱变法、P因子介导的突变和基于同源重组的定点突变。

  正向遗传学方法（forward genetics）：化学诱变法、P因子介导

  反向遗传学方法（reverse genetics）：同源重组的定点突变、RNAi方法

  基因组按其重要性大体可分为两类：致死基因（essential gene，突变后机体不能存活）与非致死基因（non-essential gene，突变后机体可以存活，只是存在部分缺陷，包括可见的与不可见的，或没有缺陷）。体细胞克隆（somatic clones）技术可以用来研究那些突变后致死的基因功能。

  后基因时代（post genomic era）的生命科学工作者的任务早已不是寻找新的基因，而是在全基因组水平研究基因的功能，最终完成对全部基因组功能的诠释，也就是细胞生命活动的机制的认识。为此，科学家们正在整合所有信息，建立各种各样的文库；如突变体库、基因表达模式库、各种蛋白组学库、非编码RNA文库等等。其中，突变体库对基因组功能的诠释将会发挥至关重要的作用（此处大写不懂？）。

  三、蛋白质组学技术：一般来说，基因是生物体遗传信息的载体，而蛋白质是各种复杂生理功能的具体执行者。对生命活动的认识最终依赖于对细胞内各种蛋白质功能及其相互协同作用的了解。1994年，M. Wilkins与K. Williams等第一次提出了蛋白质组（proteome）概念。是由蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词组合而成，意指“一种基因组所表达的全部蛋白质”。蛋白质组学（proteomics）是全面研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律的科学。采用大规模、高通量、高速度的技术手段，通过全局性研究基因组所表达的所有蛋白质在不同时间与空间的表达谱和功能谱，全景式地揭示生命活动的本质。蛋白质组学技术主要包括蛋白质分离技术（双向凝胶电泳、多为液相色谱、毛细管电色谱等）和蛋白质鉴定技术（如质谱、蛋白质芯片技术等）。同时，生物信息学技术也是蛋白质组学研究技术中不可或缺的重要部分。

  第四章 细胞质膜(Plasma Membrane)

  细胞质膜(plasma membrane) 曾称细胞膜（cell membrane）是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白和糖类所组成的生物膜。细胞质膜的基本作用是维护细胞内微

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• 一袭华美的袍

  作者：365天天天 发布时间：2021-06-18 16:21:27

  2003年4月30日，《粉红女郎》在上海电视剧频道首播。剧中，万人迷、男人婆、哈妹、结婚狂四个角色形象鲜明、金句频出，一开播即获得各大卫视及广大观众的青睐。

  同年，导演伍宗德以原班人马再推《双响炮》，收获众多好评。

  而这两部风靡一时的剧作都改编自漫画家朱德庸的漫画作品。

  朱德庸，1960年出生于台湾台北，世新大学电影编导科毕业。他从小喜欢画画，将喜怒哀乐寄托在画作上。大学毕业去服兵役，行进封闭小岛前他将画稿《双响炮》交给《中国时报》。随着《双响炮》这一作品在《时报》的连载，25岁的他一炮而红。其后他又创作《醋溜族》、《涩女郎》、《绝对小孩》等系列作品，奠定了他在漫画界的名位。

  其中，“涩女郎”系列开山之作《涩女郎》首版于1992年。整个90年代，他创作出版了《涩女郎2》、《亲爱涩女郎》、《摇摆涩女郎》、《粉红涩女郎》等作品。2006年，他推出了终章《甜心涩女郎》，为这一系列画上了句号。

  2020年底，人民文学出版社携手朱德庸，将其作品《什么事都在发生》《关于上班这件事》全新包装出版。2021年3月，随着殷桃、宋轶、赵今麦等演员主演的电视剧《爱的理想生活》在各大平台热播，人民文学出版社亦推出了全新修订出版的《甜心涩女郎》，作为新修“涩女郎”系列六本的首本亮相。据闻，未来人民文学出版社还将推出朱德庸的“大家都有病”系列。可见策划们对出版朱德庸系列的铁心和发行朱德庸系列的信心。

  经典作品是有跨越时代的魅力。而今看千年旧作，也与前人共情。

  20世纪90年代的作品跨越千禧，来到21世纪20年代。这正是中国全速发展成就颇丰的三十年，中国社会发生着剧烈的变化。“涩女郎”系列能有足够的魅力在30年后吸引到新生的读者吗？

  作为一个喜欢《粉红女郎》与《双响炮》两部电视剧的观众，针对《甜心涩女郎》这一终章，我的答案是否定的。

  和电视剧相比，四格漫画的表现形式非常短促。没有剧版丰富情节的支撑驱动，而是人物轮番上场一人一句地搞gag。抖完包袱就算结束。

  也许多年前，它是金句频出、逗人捧腹、引人深思。但是今天再看，却是“金句已觉不新鲜”，一格一格，更像中年男人戴着愤世嫉俗的眼自鸣得意地进行的油腻调侃。女人和男人在他笔下都是无智和混乱的。而这种“无智”和“混乱”其实只是人生的表象，是某些时刻的自我标榜和有意为之地轻松展现。作者是在讽刺？也许他不曾触摸这些人物表层下的真心。作者是在揭露？也许他未曾触及过更多地存在着的那些自律自知的慧心。作者是在幽人一默、博君一笑？但更多的时候，我觉得无情无趣，分外低俗。

  182页纸的篇幅，文字寥寥。2个小时左右便即翻完。对于我这样习惯了密集文字的阅读的读者来说实在是觉得不够塞牙缝的。而这本书的装帧用材又实在太好，以致于我看本书最强烈的感受便是痛惜这样好的纸，空作人案头的装饰。

  朱德庸是有朱德庸的受众，他匠心独运，将个人爱好与读者兴趣紧密融合；他敢为人先，魄力决断吃尽时代的红利；他眼光独到，选准题材稳戳时人的“痛点”。不过须知时代在发展，读者的趣味也在成长。

  但愿能用这样好的纸张和装帧设计，出点我小波的书，让读者们读读看看，品味品味什么叫智慧，什么叫幽默，什么才是真正的浪漫。

  

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• 好的组织模式是什么

  作者：苏霍壹 发布时间：2023-09-23 13:04:59

  一、一个问题：如何不从屎坑跳入尿坑，好的组织的模式是什么？

  这本书不错。正面分析了组织模式的进化，从等级封建式，到逐渐现代化的，列举一些案例和特征。简单说，就是写21世纪的《从优秀到卓越》。

  如何不从屎坑跳入尿坑，如何摆脱差的组织模式，进入好的组织模式？受够了官僚主义、等级制、PUA的打工人，进取的新一代的创业者、合伙人、管理层，都在思考这个问题。

  二、讲现实，摆案例，学先进

  在商言商，讲现实，而非乌托邦。可以看到一些实际存在的优秀企业案例。比如加州的一些出众公司，皮克斯、patagonia、谷歌、苹果，北欧丹麦芬兰的一些公司，乐高等。而且即使快递业的顺丰，火锅店的海底捞，这种行业依然可以有“好”的管理，即“把人当人”，并取得好的效果的公司。

  就像我们想做好的父母，当然脱离不了现实，不能空想，但不盲从于那些常见的家暴的父母，而向那些确实优秀的、善良人本的家长看齐。

  一个简单的问题就是你想让你的女儿进什么样的公司呢，是进入皮克斯实现自己，还是在小格子间被PUA？当然，家长说，我想让她考公务员，或者我给她找关系进烟草局。打住。

  三、不止是利润，也不是员工不配

  皮克斯或很多互联网企业，可以做到人本主义管理，大家高收入高福利高自主权。核心还是行业利润。但有高利润的也不一定成了好公司，比如国内的很多互联网公司，比如烟草、电信。利润并不是核心。

  也不是员工不配。就像常举《心路沧桑，国军60军到志愿军50军》的故事，同样一批人，在一个体制下是散弱溃兵，在另一个体制下是英雄铁军。并不是不配。

  华为有句话，好的机会带来好的人才，好的人才带来新的好的机会。这句是有一定商业洞见的。

  优秀的动画师和程序员不愿意待在迪士尼，所以创业皮克斯；优秀的人才诸葛亮等不愿意加入曹军，要加入刘备团队；陈赓看不上蒋中正，铁了心当土共。好的模式，好的管理，好的合伙人和员工，这不是创业的正道吗？

  四、已有的先进公司，特征是什么？我们务实的能探索的下一步的组织模式是什么？

  很多时候，问题比答案重要。

  我之前常推荐patagonia的《冲浪板上的公司》，皮克斯相关的纪录片《走进皮克斯》等，还有彼得德鲁克关于优心管理的一些书，人本主义心理学家弗洛姆、马斯洛、罗杰斯关于人本主义管理的一些书。今天又多了一本相对正式的管理学的书。

  空谈仁义道德，理想主义，当宋襄公书呆子当然不行。但是老板、合伙人、员工如果嘴里没有一点仁义道德，满口吃人的江湖切口，能成就长远的公司吗？

  咱们穿越到三国，找不到皮克斯谷歌布尔什维克，也起码找蜀汉刘备诸葛团队吧。

  五、一些特征

  （一）管理的受限和不受限

  1.在商言商，一个公司终究被生意模式、利润率、人才生态限制，不能空想。

  2.但另一个角度，好的公司可以进化到更先进的业务。比如网飞从邮寄录像带，进化到互联网巨头。

  （二）组织管理的质感

  关于管理，抽象术语总是让人困惑，而具体感受真实。组织是红军还是国军？这个人加入后，是否庆幸加入红军。这个人加入后，组织更红军还是更国军。

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• 探索数学宇宙：看见女性数学家们

  作者：卧听南窗雨 发布时间：2022-07-31 18:08:29

  说到数学的实用性，再没有比伽利略谈论宇宙时的这段描述更简洁的了：宇宙是一本“大书”, “在掌握它的语言并学习组成它的符号之前，你是无法理解它的。它是由数学语言写成的”。

  本书按照26个英文字母A 到Z 的顺序排列，分别讲述了一个个特定的数学主题、谜团、核心知识、数学发展史、数学大师们的逸闻趣事等与数学有关的史实，勾勒出关于数学科普的图鉴OR百科全书。

  本书作者威廉·邓纳姆在W章节里专门探讨了女性数学家们的历史故事，较为客观地呈现了女性数学家们那些不为人知的历史困境：很多偏见和障碍正在消失，投身数学的女性已经开始增多。即使这个问题没有得到完全解决，但是不可否认，进步已成事实。我们希望在不远的将来，提出“女性在哪里？”这样的章节会被认为完全没有必要。

  作者发现在数学历史的进程中，女性成为数学家的三个最大障碍分别为：

  1，这一学科人群中对女性的普遍的负面看法，这一看法在不少男性和女性心中都已根深蒂固。其核心就是相信女性不具备做纯数学的能力。还有一个与此相关的观点就是女性就不应该研究数学。往好处说，那是在浪费时间；往坏处说，那是有害的。

  2，缺乏正规教育。数学这门学科需要训练，高强度的训练。为了到达前沿，你必须从基础开始进发，对于数学这样既古老又复杂的学科，这需要花费几年的努力。在过去，很少有女性开始过这样艰辛的路程。因此，她们想在高级数学中取得成功几乎是不可能的。

  3，女性要满足日常生活需求，却缺少全力从事她们工作的支持。数学研究需要不受各方面干扰的大块时间。研究型数学家要花很长时间坐在那里思考。在过去如此，今天也是如此，但这样大块的时间不是所有人都拥有的。事实上，女性甚至很少有自己的空间。

  多伦多大学批判理论教授马里·鲁蒂在其著作《科学的性别歧视时代》中，曾这样说道：“我发现，即便是最卓越的男性头脑，当他们谈到女人时，偶尔也会变得愚蠢——当性别问题作为一个议题时，某些东西会让原本具有洞察力的知识分子变得愚钝不堪。”

  当我们在数学史中追寻女性的身影时，我们不难发现女性数学家们毫不亚于男性数学家，她们并不是没有能力做研究，只是长期处在根深蒂固的排斥和偏见的父权体制中，缺乏接触科学的机会。

  人类事业中没有什么比数学更有用的了，没有什么比性别歧视和父权制更惹人生厌的了！

  

  

  索菲亚·柯瓦列夫斯卡娅

  女性数学家们曾被视为无足轻重的二等公民，长期被边缘化、被刁难、被失声、被隐身于数学发展史之中，除了书里作者提到的“20世纪前最伟大的女数学家”索菲亚·柯瓦列夫斯卡娅的事迹，在此我要补充一名我最喜欢的最伟大的近代数学家之一，“现代数学之母”、诺特定理缔造者艾米·诺特。当她20世纪初30年代初被提名为哥廷根大学的助理教授时，一位教授甚至借她的犹太女性出身，如此抱怨道：“当我们的战士返回大学，发现自己要屈尊向一个女人学习，他们会做何感想？”在随后的四年中，艾米挂名于一位男同事的名下进行无薪非正式授课。她的同事著名数学家埃德蒙.朗道对她的评价是， I can testify that she is a great mathematician, but that she is a woman, I cannot swear.

  

  艾米·诺特

  当她因病去世后，爱因斯坦在《纽约时报》上称其为“自女性开始接受高等教育以来，迄今为止最有创造力的数学天才”。

  

  艾米·诺特

  诚如作者作者威廉·邓纳姆所言，“如果女性能够得到与这些男人相同的支持，那么她们之中会有更多人出现在数学编年史中。”

  愿所有女孩都能勇敢地无惧性别歧视，追寻自己热爱的事业，发掘自己的异禀天赋，活出真实的自我！

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• 后腿站立的熊和爱因斯坦

  作者：J.T. 发布时间：2020-06-14 13:28:23

  惠勒说，从前有一个年轻人，喜欢去动物园，然后有一次看到一头熊后腿站立起来。他说，用后腿站立起来，站得更高，获得一个更广阔的视野，这就是思想者的特质。我记得Steve Jobs也曾教导说，think big——我觉得这其实是智力的一种运用，一种更复杂的运用，所以经常在那些更为优秀的人物身上表现出来。我们只有有限的智力，常常只能用在日常简单的事务上。稍微超纲一些，比如你问“为什么乱伦不道德”，正如Haidt所说，人就蒙圈了。

  原生智能已经远远不够用，尤其是在我们现在的时代里。并不是说生存不够用。一个人可能没有接受过什么教育，但是依然能够称为商界巨子或政界领袖。但这没有什么意义，就像一个猴群，以前甚至不能维持温饱，所以当上猴老大、二当家、猴首富，意味着能够生存、娶美猴、生和养更多的猴子，而底层猴子忍饥挨饿；现在，来到了一个富裕的地方，大家都有吃不完的东西，这个时候，本能使然，都还在争夺猴老大、猴首富，但是你囤积很多资源已经没实际意义（当然还能吸引配偶），如果我们知道，繁殖自身只是基因的操纵，是自然的召唤，没有什么意义。

  原生智能就像是一套设定。机器人的出厂设定是不伤害自己，保护人类；我们，作为life machine，一个生物机器人，出厂设定是占有尽可能多和好的资源，生存繁殖。和机器人就没有区别，还总是瞧不起机器人。惠勒引用Michael Polanyi的话，误以为人类自身存在“目的”，是无目的的、盲目的、机械的、死的宇宙中的有目的者，那我们就要问，动物有没有目的？动物每天出发去打猎或觅食，是不是有目的的行为？你要说，分子碰撞、星系分离是物理定律释然，那么生命机器的行为不是物理定律使然？

  物理定律，什么是物理定律？自然界的物体通过力的相互作用，物体相互作用产生的现象，这些在我们的直觉中是物理现象，是遵守物理定律。但是，我们人类似乎“不遵守”物理定律。这仅仅是层级的问题，人类同样是夸克组成，每一个夸克都遵守物理定律。但是，在人类自身的层面，我们不再使用夸克适用的“物理定律”，但是我们依然遵从自然的定律。惠勒看上去似乎总是要把量子层面上的定律应用到宏观层面上来，但这不合适，就像是一个人把另一个人打了，这个人在法庭上说按照物理定律，力和反作用力相等，所以我也同样被他打了。

  惠勒，作为一个物理学家，有怀疑精神，所以他说的那个他把一些概念推广到“我自己的领域之外时，我总是感到非常犹豫；我更不敢轻言它们在人类其他领域中的应用”。如前所述，我们智力有限，所以应该时刻保持警惕，我们通过智力的辛苦发现，我们感觉上是真理的东西，可能并不正确。就像是传说中爱因斯坦的泥板凳，你已经拿出了你最好的泥板凳，但是依然可能是个丑陋的泥板凳。惠勒总是谈论“观察”或观察者，参与到事件当中，对对象有对应的影响甚至决定作用。从这里他推论出一个“人择宇宙”论，即宇宙之所以以我们观察它的方式存在（即产生了观察它的人类），是因为我们观察它（即我们观察它才产生了有人观察它的宇宙）。从我有限的了解，这似乎是说，因为有我们的存在，所以才产生了有我们存在的宇宙。惠勒还引用Bishop George Berkeley的话，Esse est percipi，存在即被感知，比如森林里的树没人看到就不存在。但或许这个设想是错的。罗韦利说，在量子层面，量子的存在看起来是在发生事件的时候才出现。但可不是在人类世界这种宏观层面。惠勒说，在一些特异情况下，如黑洞中，我们现在使用的物理定律都不适用了。也就是说，物理定律自身不是普适的。这可能也是“层面”问题，或“域”问题，或维度问题。我们发现的这些物理定律可能在某个层面是稳定的，进入另一个层面，有另一个层面的定律，或者说，有一种更完善的、囊括所有层面的方程。

  惠勒做了另一个大胆的类比。当然，这个类比是玻尔做出来的，他是玻尔的迷弟弟。这个类比说，自由意志和决定论，符合量子中的“互补性”。在量子力学中，对于一个电子，测量其位置就无法获得其动量，测量其动量就无法获得其位置。所以玻尔概括说，在描述一个现象时，一些概念会排斥其概念。玻尔说，自由意志和因果决定论就是这样，所以二者并不矛盾。这当然是对自由意志和决定论的一个误解。这是把一种“概念”，即在电子身上发现的complementary现象，过度扩展，离开了它适用的领域（Mercier and Sperber称之为proper domain），就出现了Mercier and Sperber所说的cognitive illusions。自由意志和决定论的矛盾，在于一些概念的混淆，其关键问题是人们对“自由意志”有一个错误的定义，比如认为不受物理定律的决定为自由。没有物理定律，你和你的意志如何存在？这就是Derk Pereboom之所以变成hard incompatibilist的原因，即怎么看意志都没有办法获得自由。但是，这里对自由又有一个错误的定义，即认为不受任何束缚即自由。这实际上是把我们的“不想被束缚”这种本能给意识化之后的产物，是非理性的。

  惠勒推崇类比，但是类比常常会把人引入歧途。类比是原始智能的能力之一，其最大的成就是巫术和神话，而不是科学和知识。所以应该时刻警惕原生智能。惠勒说，宇宙的参数稍微改动，都不适合产生生命和人类。那么，怎么宇宙就这么巧，刚好设定为能够产生自然万物和人类呢？除非有某种不可能的缘故，比如意义创生自身，就像在量子现象中的奇异表现。这就是一种典型的巫术思维，即以一种“不可能”，来解释另一种“不可能”。当初，巴门尼德在考虑世界是一直存在的的还是被创造出来的的问题时推论说，如果说世界在某个时候，从无到有，产生了出来，那么为何在此之前没有产生，而偏偏在这个时候？今天我们可以在衰变现象中看到这种“偏偏在此刻而不是别的时刻”的原子衰变，这是违反直觉的，但是确是真实发生的。惠勒说，按照爱因斯坦的理论，可以推导出一个宇宙将膨胀和塌缩的结论。爱因斯坦自己不相信这个结论，而觉得宇宙应该是静止的。所以他引入一个cosmological term宇宙项。此后，他称这是他“一生中最愚蠢的错误”。理性完胜直觉。

  我们有些时候不能只是觉得问题出在外界，有时候问题在我们自身。惠勒引用爱因斯坦，Raffiniert ist der Herr Gott，aber Boshaft ist er nicht。上帝是深奥的，但是它并无恶意。这个说法本身也有问题。上帝深奥，自然复杂，那是因为我们头脑拙劣，怪不得上帝和自然。埋怨别人，是人的一种自然本能。考试，你是学渣，你说考试很难。学霸微微一笑。下围棋，你说李世石好厉害，猜不出他的棋，赢他很难。AlphaGo微微一笑。当狄拉克问，宇宙这个说法，如果没有什么“智能体”，能够意识到它，能有什么意义呢？这就是我们的智能提出的错误问题。因为“意义”，正是智能体自己发明的。也就是说，意义的问题同时也就不存在。我不知道是不是这个意思变得有些难懂。换句话说，“意义”和“意识”同在，有意识才有意义，没意识就没有意义的问题。就像一张脸和脸上的微笑，没有脸，就不存在微笑的问题。惠勒还说，量子物理学，一些核心概念，非决定性、互补性、几率幅的干涉性，看起来怪异，似乎是外界强加的。但是，谁感觉怪异？我们。我们的头脑，看日常生活不怪异，看量子怪异，因为我们习惯于日常生活，不习惯量子。量子世界显然是不同于日常生活的世界，自然看起来怪异。

  惠勒说，相信一切可知时一种乐观信仰，不是理性推论。The principle of knowability，宇宙和我们自身，可以被我们自己理解和知晓。这么说不对。值得信仰的一切，都应该是一种理性的推论；任何其他来源的想法，都不应该去信仰。盲目相信一个“好”的信念，比如相信应该“助人为乐”，看起来当然不错，但是后果不能用于justify手段。相信一切可知，是可以理性推论出来的。

  惠勒说，求知欲推动探索，就像一只狐狸，非要挖开兔子洞看看兔子在不在里面。实际上这是人的一种特质。有的人，无论先天还是后天塑造，有更强的求知欲或好奇心。贾德在《苏菲的世界》中认为这是一种珍贵的特质，每个孩子都有，只是有些人在长大成人之后，丢失了这个特质。埃克絮佩里在《小王子》中也谈过这一点，大人们的思维变异了，只关心“值多少钱”，不关心漂亮的房子上停了一个紫色的蝴蝶，也看不出来吞了大象的蛇，还得打开肚皮给他们看。老王说人生就像个迷宫，很多人东看看西望望就过去了，而我们注定迷失在里面，因为我们狭小的心灵里，容不下一个谜，就是说的这个。惠勒说，求知欲来自生存动力。他说，，人类给为生存追求真理一个“装潢”，打扮成“为真理而真理”。或许他自己是如此，或许他所看到的机构、政府部门是如此，一时间忘了他的很多偶像，比如居里夫人，就是为了真理而真理，不是为了生存。就像惠勒所说，大学寻求新，以树立名望；企业寻求新，以寻求利益，这些都是为了“用”。至少在一些人身上，求知欲不是来自生存动力，这些人往往变得“五迷三道”，“不务正业”。或许就像我这样。

  探索的终结点在哪里？原子是中点吗？还有夸克；电子是终点吗？还能分裂成三个属性子。是弦吗？是场的振动吗？惠勒说，有些人担心如此下去无穷无尽“infinitum无限”。我觉得就是有一种急切，急于想知道最终答案。但是探索过程带来的intellectual pleasure比知道答案之后的本能上的安全感不更让人感到满足和愉悦吗？惠勒说，在普林斯顿，学生们总是三三两两，在食堂、在大厅，讨论学术问题，无论是低年级还是高年级。妈的还有这样的大学？我的大学真的是白上了。

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