l  植物细胞的全能性

1．1  植物细胞全能性提出的历史背景

 　　1838年德国植物学家施莱登根据自己的观察，论证了所有的植物体都由细胞组成，一年以后，德国动物学家施旺提出了动物体也由细胞组成，并正式提出了细胞学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位。细胞学说的建立把生物学家的注意力引导到细胞上来了，有力地推动了对细胞的研究。此后许多关于细胞结构和细胞活动的发现接遁而至：1841年，Ranvi—er和Remak在动物细胞中首先发现了无丝分裂；1855年，V1rchow提出细胞病理学说，认为细胞只能通过细胞分裂而来，丰富和完善了细胞学说；1856年，Stras·burger记述了植物的细胞分裂；1887年，Weismann推测所有有性生殖生物必定发生染色体的周期性减数，1889年，Boveri记述了蛔虫染色质的消减，不久E．Strasburger在植物中也发现了这种现象；1902年，Sut-ton提出了遗传的染色体理论，主张基因对的自由组合来源于减数分裂过程中联会染色体的活动；同年，德国科学家哈勃兰特(HabrtlMdt)提出植物细胞具有全能性的理论，即每一个植物细胞都具有母体的全部基因，在一定条件下，都具有分化成一个完整植株的潜在能力。

1．2  植物细胞全能性的证实

  在植物细胞全能性理论提出之后的50多年里科学家们没停止过对它的实验证实。但是，这一理论直到1958年才由美国科学家斯图沃德(StewMd)通过用胡萝卜韧皮部细胞成功地培养再生植株而得到证实。
    植物细胞的全能性为组织培养奠定了理论基础，目前，已从许多植物培养细胞得到了再生植株。由于组织培养可用于研究外植体(即被培养的部分)在不受植物体其它部分干扰下的生长和分化规律，并且能解决许多理论上和生产上的实际问题，因此近几年来，国内外以植物组织培养为主要手段的植物生物技术发展迅速。如在试管苗的大量繁殖、作物品种改良、次生物质的大量生产等方面已取得巨大进展，有些领域已形成了新的产业。

2  动物细胞的全能性

    在植物细胞的全能性得到证实后，人们自然而然地想到了动物细胞的全能性。许多科学家对此进行了不懈的探索。1997年随着克隆羊多莉的诞生，人类的梦想终于实现了。那么，在植物细胞全能性已被证实的情况下，证实动物细胞的全能性为何经历了近40年?其间的历程是怎么样的?动物细胞的全能性理论又是谁首先提出的呢?

2．1  高度特化使动物细胞的全能性受到抑制

  动物细胞通过有丝分裂，将亲代细胞的染色体经过复制以后，精确地分配到两个子细胞中去。由于染色体上有遗传物质，因而在动物的亲代和子代之间保持了性状的稳定性。这就使得已经分化或者末分化的动物细胞具有发育成完整有机体的各种组织的潜在能力。高等动物细胞的全能性与细胞机能特化之间存在尖锐的矛盾。细胞全能性的一个必然结果是它的各种机能的发展都受到限制，因为任何机能都必须有自身的物质基础，而各种不同的机能又要求自己特定的与别的机能不同的物质基础。即每一种机能的发展都必须以其特定的物质结构基础的数量增加和结构特化为前提，那么一个细胞如要使其各种机能都高度发展，势必要求细胞尽可能地增大，但这是受到自然严格限制的。所以细胞要么保持“全能”而使各种机能的发展都受到限制而处于低等水平，要么牺牲“全能”而特化以极大地提高某种机能的效率。两者必选一条，而不能“两全其美”。
    因此，科学家们首先从高等动物分化程度较低的早期胚胎入手，进而研究胚胎分割、核移植等。

2．2  早期的动物细胞全能性研究

  1910年麦克伦登报道了分裂蛙卵球的发育；鲁德于1925年在蝶蛹的实验中取得了同样的成功。他们在这些两栖动物的双裂球阶段，使卵裂球彼此完全分离，每个卵裂都能发育成完整的胚胎；1962年，Gurdon将蝌蚪肠细胞核注入去核蛙卵中，培育成正常蛙；1968年，Mular等把家免2—8细胞期的胚胎分割成两半，第一半移植给受体免，结果都发育成了新的幼兔；1970年Mullen等分割小鼠的早期胚胎，获得了1对同卵双胞胎小鼠；1978年在美国诞生了世界上第一例“试管婴儿”路易斯布朗；同年我国科学家童第周将黑斑蛙的红细胞核移入去了核的黑斑蛙卵，核即分裂，卵子发育成正常的蝌蚪，证实了象红细胞这样高度持化的细胞，其核中也保留着全套基因；1979—1980年Willadsen对绵羊和牛胚胎进行了对半分割，得到了5对绵羊的双羔和6对牛的双犊；1986年，陈秀兰、谭丽珍及其领导的小组，把8枚7日龄牛胚胎各分为二，得到了共14个半胚，移植给7头母牛，每头接受一对半胚，结果有两头母牛妊娠，均为双胎。

2．3  哺乳动物体细胞具有全能性的理论和全息胚学说的提出 

早期动物细胞全能性的成功研究多局限于干细胞，而对高度持化的体细胞全能性研究均以失败而告终，于是人们普遍认为，在高等动物，体细胞的全能性已经失去了。“哺乳动物体细胞没有全能性”一度成了科学界的共识。
    1985年，我国山东大学全息生物学研究所张颖清教授创造性地提出了著名的哺乳动物体细胞具有全能性理论和全息胚学说，并出版＜全息生物学研究＞一书。他认为包括哺乳动物在内的高等动物的体细胞具有形成新个体的能力，是一种潜在的胚胎，如创造一定条件，可以使潜在的胚胎走完它们的发育道路，由潜胚变为显胚。1989年，张颖清教授又一次指出：高等动物的体细胞具有全能性；体细胞是合子(受精卵)型全息胚(包含全部整体信息的胚胎)；全息胚的全能性可以通过全息胚发育成新个体这一极端形式而有最突出的体现。同时，他还对这一理论给出了充分的论证，给出了科学的支撑点：①DNA的半保留复制；②从系统发生看高等动物泛胚性的合理性；③从个体发育看高等动物泛胚性的合理性；④动物人工无性繁殖和高等动物以胚胎为材料的克隆；⑤核移植；⑥包括人在内的羊膜动物，其生活史存在着有性世代和无性世代的交替。总之，张颖清教授认为，哺乳动物从受精卵的卵裂开始的发育，本质上是无性繁殖或自然克隆过程，从而成体细胞具有全能性就是必然的了。

2．4  第一个克隆哺乳动物克隆羊多莉的出现和首次克隆出人早期胚胎，证实了哺乳动物体细胞具有全能性的理论和全息胚学说

  1997年2月27日英国＜Na—tuJe＞杂志发表了Wilmut和Canpbell等人的关于克隆羊多莉的论文。他们将绵羊＜白面母绵羊)乳腺组织细胞的细胞核移植到黑面母绵羊的一个去核卵细胞中，再将这个卵细胞培育成与“母体”(白面母绵羊)一致的新个体——多莉。10天之后，1997年3月7日美国＜Science)杂志马上发表评论说：“Wilmut和Campbell的这篇报道之前，大量的研究证实的只是从蛙到牛和猴，可以被胚胎细胞核移植的方法克隆，但比胚胎细胞更老的细胞的DNA却因化学和结构的变化而被不可逆地改变了，这些细胞的基因组被推测是没有全能性的。”1997年12月19日，该杂志将多莉的克隆评为该年度的十大科学突破之一，在这篇年终评论中指出：“按照公认的金科玉律，成体的细胞不能发育成新的和成熟的生物体。所以，多莉一出现，研究人员们就仓促地去理解多莉是怎么产生的。许多科学学会召开他们自己的未及准备的许多即席会议，讨论这一工作的科学的和伦理学的影响；而从事转基因动物的专业公司则看到他们的股票价格一夜之间攀升了。”由此可见，张颖清教授早在多莉之前12年已发表了细胞具有全能性的理论即哺乳动物克隆理论和全息胚学说(＜全息生物学研究>)中、英文版均被美国国会图书馆、英国国家图书馆即大不列颠图书馆等收藏，查阅号分别为Q11324、C498和(P)CG38—x(1))打破了科学界当时公认的：“哺乳动物体细胞没有全能性”这种金科玉律。可以说在哺乳动物体细胞全能性理论提出12年后终于被证实了，这是历史的必然。2000年＜科技导报＞第2期、第12期连续发表文章，以大量的事实充分阐明了全息胚学说在哺乳动物克隆领域具有理论优先权。

    2001年11月25日，美国的总部设在马萨诸塞州伍斯特的生物技术公司——先进细胞技术公司(ACT)首席执行官迈克尔·韦斯特宣布该公司成功克隆出了人类早期胚胎。该研究使用的是人类卵子和皮肤细胞的传统克隆技术。他们去除卵子中的脱氧核糖核酸(DNA)，代之以成年体细胞核中的DNA。他们声称实验目的是，用一块皮肤为心脏病患者培植一棵新的心脏，用脑组织为早老性痴呆患者治疗，或用重要的胰腺细胞为糖尿病患者治疗。

    总之，要解释克隆哺乳动物克隆羊多莉和克隆人胚胎这样的事实，离开哺乳动物细胞的全能性理论是不可能的。