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基因是遗传的单位，而细胞是生命的单位，这两个基本概念共同构成了现代生物学的基石。基因并不只反映了我们的过去，它们亦会驱动今天及未来发生在我们身上的事情。在基因和细胞中，能够找到机体衰老的线索。癌细胞实际上来自我们自身，关键基因的突变使正常细胞失控。不属于人类的基因和细胞对我们的生命也有巨大影响。在某种意义上，病毒就是在细胞外四处旅行的基因。这本书将为你讲述生命剧本中的众多精彩故事。

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内容简介

《基因与细胞（全彩）》内容简介：电子工业出版社与美国科学与公众协会（The Society for Science & the Public）及其出版的《科学新闻》杂志（Science News）倾力合作，陆续推出《科学新探索》丛书，《基因与细胞》正是该丛书的第三本书。本书讲述了人类从基因与细胞层面探索生命的故事，以及生物学研究成果在医学领域的成功应用，并呈现了近五年来科学家在鉴别人类与其已灭绝的近亲之间的关系方面取得的巨大的进展。 《基因与细胞》一书的文章均选自近几年《科学新闻》杂志中尤为精彩、受读者欢迎且值得阅读的文章。《科学新闻》杂志是美国专业、全面、及时的科学新闻来源之一。

作者简介

美国《科学新闻》杂志（Science News）由非营利机构美国科学与公众协会（The Society for Science & the Public）出版，出版地为华盛顿特区。纸质版《科学新闻》杂志（Science News）为双周刊，同时开通了每日更新的新闻网站 (www.ScienceNews.org)。 纸质版《科学新闻》杂志拥有超过9.3万的付费订阅者，网站年独立访问量高达1200万。此外，《科学新闻》杂志在社交媒体上也十分活跃，拥有220万脸谱网粉丝和150万推特粉丝。 《科学新闻》杂志已有94年的历史，一直致力于为公众提供值得信赖的科学信息。1922年，报纸出版人爱德华?W. 斯克里普斯（Edward W. Scripps）创办了《科学新闻》杂志，最初名为Science News-letter，这是美国第一份旨在为公众提供客观严谨的科学新闻的出版物。如今，《科学新闻》杂志的使命依然没有改变，始终以“传播育人”为己任，继续将各个科学领域的重要发现传递给公众。 《科学新闻》杂志由**的团队撰写、编辑和设计，面向科学爱好者、希望更深了解前沿科学成果的学者，以及时刻关注其他领域发展的科学家。

内页插图

精彩书评

“现在，我们对基因和细胞都非常熟悉，因此这两个概念听起来都十分直白甚至简单。但是，这两个基本单位是地球上所有已知生物的基础，并且构成了生物界的全部复杂性。”

——美国《科学新闻》杂志社（Science News）

目录

1． 进化中的遗传秘密：基因的变迁造就了丰富多彩的现代生物
（Genetic Secrets of Evolution-Gene Variation Contributes to the Variety of Existing Creatures）
鼹鼠为什么不怕酸
章鱼调节RNA适应水温变化
水质酸化改变鱼类行为
酵母可利用错误折叠的蛋白
育种使西红柿损失了原有的滋味
北极熊的进化起源
罕见突变的传递
实验室大肠杆菌的进化史
无家可归？
细菌如何识别磷
血型的起源
人类的遗传多样性在近期爆发式增长
皱手指抓得更牢
鸽子的冠羽仅源自一个基因
藻类从借来的基因中受益
所有的大王乌贼都是一个物种
乙肝病毒年代久远
狗可能来源于已经灭绝的狼
人类与猿类在进化上分离的时间比过去认为的更早

2． 隐藏在基因中的行为模式――是什么决定了“规律” 和“习惯”？
（Behavior Patterns Hidden in Genes-the Cornerstone of ‘Laws’ and ‘Habits’）
吃与睡的平衡
外向型的蜜蜂拥有不同的基因
白天麻醉蜜蜂会给它们造成时差
DNA上的标签可能决定蜜蜂的行为
基因可能与受教育水平相关
同步之谜
采摘之后蔬菜的生物钟会继续工作
满月意味着更少的睡眠
鞭毛停摆赋予细菌驾驶能力
树懒、蛾和藻类，三方互惠共生
睡眠不足对幼年果蝇大脑不利
基因可影响安慰剂效应
细菌的行为开关

3． 健康密码――探索疾病的根源和对策
（Genetic Code of Health-Exploring Causes and Therapies of Diseases）
3．1长寿之谜
通过DNA 特征辨别百岁老人
DNA可能决定死亡时间
太空旅行延缓衰老
低热量食谱未能延长猴子的寿命
禁食激素延长寿命
端粒长度与死亡风险有关
吃坚果可以延年益寿
减少痛觉可能延长寿命
唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素家族（Siglecs）蛋白与物种寿命相关
3．2　抗击肿瘤
减轻体重可能降低肿瘤风险
在肿瘤中捣乱的蛋白
特定细胞可形成肿瘤
测定乳腺癌的基因谱
用磁场杀死肿瘤细胞
用病毒治疗癌症
治疗卵巢癌的希望
知名肿瘤的DNA 已被破解
可区分大脑和肿瘤的设备
肿瘤中位于基因之外的突变
老药物的新作用
维生素C 可增强化疗药的作用
促进细胞抵抗肿瘤的新药物
成群细胞有助于乳腺癌扩散
精确定位真正的肿瘤突变
3．3 心脑血管疾病
异常细胞可预示心脏病风险
“有益”胆固醇并没有那么好
非甾体类抗炎药（NSAID）与心脏病风险相关
修复受损的心脏
心脏缺陷可能是某些中风的根本原因
按时吃饭才能吃得健康
3．4 病毒与疾病
登革疫苗临床试验结果令人失望
新型猪流感可能感染人类
埃博拉病毒可通过空气传播
流感比疫苗对胎儿的威胁更大
丙肝药物追踪病人的RNA
流感病毒通过空气中的颗粒物传播
对流感的免疫反应在多年后仍可活化
人体病毒组
抗流感的免疫反应特性取决于基因
3．5 免疫系统相关疾病
快餐与哮喘风险相关
治疗过敏性哮喘的潜在靶蛋白
基因可影响人体共生的微生物种类
免疫系统也有日常节律
抑制小鼠的自身免疫病
用分泌胶原的细胞治疗脓毒症
环境对免疫系统有重大影响
早期暴露可预防花生过敏
3．6 微生物与健康
肠道菌群可能对动脉产生影响
治疗疟疾的候选药物
抗感染的关键时刻
微生物可抑制肠炎
疟疾疫苗早期试验取得成功
小狗带回家的尘土可能使婴儿的免疫系统受益
人类消化道微生物多样性较低
3．7 遗传印记与基因治疗
基因治疗可帮助血友病患者
同卵双胞胎在母体内已有所不同
新技术可使唐氏综合征染色体失活
基因治疗的安全性获得改进
DNA上的化学标签
DNA 可预测干预治疗能否成功
3．8 移植和再生
听觉细胞的再生
小鼠干细胞可分化成有活力的卵细胞
使用新鲜细胞重建肾脏
人体克隆技术进展为个体化医疗带来新希望
用干细胞制造的小型肝脏
实验室制造出类似小型人类大脑的结构
肾移植排斥反应测试
促进肌肉再生的物质
催产素可促进老年小鼠的肌肉修复
缩小版的人类肠道能在小鼠体内生长
3．9 热量与健康
燃烧脂肪
对糖尿病患者而言瘦并不总是有利的
婴儿早期接触的食物影响糖尿病风险
早产与孕前的饮食相关

4． 基因工程技术的杰作
（Masterpieces of Genetic Engineering Technology）
六个胚胎融合而来的猴子
成年女性也许能补充卵子
编译精子遗传蓝图
DNA交换可以避免罕见遗传病
心脏指示器
第一条人工合成的酵母染色体
DNA折叠的艺术

精彩书摘

章鱼调节RNA 适应水温变化

对遗传信使进行微调是一种有效的适应方式

雷切尔·埃伦伯格

虽然南极章鱼与热带章鱼的神经系统类似，都有同样的基因编码，但冰冷的海水并没有使南极章鱼的速度减慢。现在科学家已经探明了这其中的奥秘， 传递遗传信息的“信使”编译不同，导致两种章鱼的神经细胞结构不同，从而确保在令人麻木的极地水域，章鱼仍能灵活运动。

这项研究发表在2012年1月5日出版的《科学》杂志上，是首次发现信使RNA编辑可以帮助物种适应环境。

在低温环境下，神经细胞传递信号的速度会降低，因此科学家希望通过比较近爱尔兰的斗蛸（Pareledone，一种生活在南极冰水中的章鱼）和真蛸（Octopus vulgaris，一种生活在温暖水域的章鱼）的基因差异来确定影响神经系统结构的基因。然而，令人惊讶的是，这两种章鱼的基因组基本相同。

波多黎各医科大学（the University of Puerto Rico Medical Sciences Campus）的神经生物学家约书亚·罗森塔尔（Joshua Rosenthal）说：“我们本以为它们的基因会有所不同，没想到它们基本是一样的。”

DNA通常位于细胞核中，当需要用到它们所携带的信息时，DNA的不同区域可复制出多个不同的副本。因此，罗森塔尔和他的研究生桑德拉·加勒特（Sandra Garrett）进一步研究了这些DNA的副本——信使RNA（mRNA）。研究发现，在极地章鱼及热带章鱼的神经细胞中，有一种编辑mRNA的酶，通过不同的编辑方式使两种章鱼的mRNA发生变化。

不同的mRNA编辑方式改变了神经细胞在传递电冲动时的通道开闭模式，从而提高了南极章鱼神经冲动的传递速度，并降低了热带章鱼的信号传递速度。

纽约罗切斯特大学的分子生物学家余一涛（Yi-Tao Yu）认为，这是一项有趣而精彩的研究。

前言/序言

人体是数十亿细胞包裹着数万亿细胞构成的一个整体。细胞们受到基因的支配，这些DNA片段给身体提供各种指令，包括骨骼和大脑的构建、心脏的跳动、将食物转化为能量、抵御疾病侵袭、甚至（至少在某种程度上）决定我们的外貌和人生观。基因是遗传的单位，而细胞是生命的单位，这两个基本概念是现代生物学的基石。当生物学家探索生长发育、物种进化、生物间的相互作用等科学问题时，他们常常能在基因和细胞层面找到答案。此外，当机体患病或遭受损伤而无法正常工作时，也是基因和细胞出了问题，并且能在这二者中找到解决之道。

“细胞”这个词已有几个世纪的历史。20世纪60年代，英国博物学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）用早期的显微镜观察了死亡的植物组织之后，发明了这个词。在接下来的几个世纪中，科学家陆续鉴别出细胞的不同部分，检测了不同类型细胞的可变性，并且探索了细胞分裂、死亡等相关活动的生物分子信号。“基因”这个词则要年轻得多，但它的发明仍可追溯到20世纪初。丹麦植物学家威廉·约翰逊（Wilhelm Johannsen）使用这个词来代表格里哥·孟德尔（Gregor Mendel）在著名的豌豆实验中所描述的不连续的遗传单位。当时，这还是一个很抽象的概念，但现在科学家对基因的认识已经清晰很多。主要的研究进展包括，在20世纪50年代破解了DNA的双螺旋结构，以及在21世纪来临时解析了人类基因组这部完整的“生命说明书”。

对进化生物学家而言，基因就是一座金矿。目前已完全破解了包括多种细菌、狗、鸡、黑猩猩及海鞘等超过150种生物的基因组。另外也对许多其他物种的DNA进行了一定程度的研究。在物种内或物种间进行比较，有助于增进我们对生物进化树的理解。本书中的研究内容涵盖过去5年的时间，这段时期，科学家在鉴别人类与其已灭绝的近亲之间的关系方面取得了巨大的进展。此外，在其他动物中也有可喜的发现：现在的北极熊家系可追踪至一种爱尔兰的棕熊；各地的大王乌贼都属于同一个物种；某些鸽子的花哨冠羽都源于一个基因突变。这些只是生命剧本中众多故事的冰山一角。

然而，基因并不只反映了我们的过去。它们亦会驱动今天及未来发生在我们身上的事情。在基因和细胞中，能够找到机体衰老的线索。例如，一项近期研究发现控制炎性反应的基因与长寿有关。此外，癌细胞实际上来自我们自身，关键基因的突变使正常细胞失控。不属于人类的基因和细胞对我们的生命也有巨大影响。新研究发现，微生物组——即人体内或体表寄居的单细胞生物的总称——在健康和疾病中发挥了实质性的作用。现在能上头条的那些严重疾病（如埃博拉、禽流感等）有许多都是病毒引起的，在某种意义上，病毒就是在细胞外四处旅行的基因。因此，科学家从基因和细胞中寻求疾病治疗方法并不是什么令人惊讶的事。培育新的细胞和编辑基因是最热门的两种抵御疾病的方法。

现在，我们对基因和细胞都非常熟悉，因此这两个概念听起来都十分直白甚至简单。但是，这两个基本单位是地球上所有已知生物的基础，并且构成了生物界的全部复杂性。

美国《科学新闻》杂志社（Science News）

2016 年9月

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