内容简介
《生命科学名著:发育的原理(原书第3版)》以小鼠、果蝇等各种模式生物的胚胎发育为代表,清晰地介绍了从受精卵发育到多细胞生物这一过程中的种种生物学事件,以及调控这些事件发生的分子机制,如个体的体轴(前后、左右和背腹)是如何决定的,器官发生采用了何种机制,细胞的分裂、分化如何与发育过程密切相关等等。除了动物的发育以外,《生命科学名著:发育的原理(原书第3版)》还介绍了植物的发育及其特点。以此为基础,《生命科学名著:发育的原理(原书第3版)》还进一步介绍了干细胞研究、器官再生以及物种进化等与发育密切相关的研究领域的新进展。
《生命科学名著:发育的原理(原书第3版)》适合所有对发育生物学感兴趣的人阅读。
作者简介
L.沃尔珀特(Lewis Wolpert),是英国伦敦大学学院解剖与发育生物学系应用医学生物学专业的退休教授。他的著作包括《胚胎的胜利》、《科学的热情》、《科学的非自然本质》以及《早餐前的六件不可能的事情》。
T.杰塞尔(Tomas Jessell),美国纽约哥伦比亚大学医学中心生物化学与分子生物物理学系生物化学与分子生物物理学专业教授,同时还是神经生物学与行为中心的成员,以及霍华德休斯医学研究所研究员。他的著作有《神经科学原理》和《神经科学与行为学基础》。
P.劳伦斯(Peter Lawrence),就职于英国剑桥的英国医学研究理事会分子生物学实验室的细胞生物学学部。他著有《果蝇的发育》。
E.迈耶罗维茨(Elliot Meyerowitz),现就职于美国加利福尼亚州帕萨迪那市的加州理工大学,是GeorgeW.Beadle生物学教授和生物学部的主席。
E.罗伯逊(Elizabeth Robertson)目前在英国牛津大学工作,她是WellcomeTrust基金的研究组长和医学科学分部的教授。
内页插图
目录
第一章 历史与基本概念
第二章 果蝇身体图式的发育
第三章 脊椎动物身体图式的模式建成I:体轴与胚层
第四章 脊椎动物身体图式的模式建成II:体节与早期神经系统
第五章 线虫、海胆、海鞘及黏菌的发育
第六章 植物发育
第七章 形态发生:早期胚胎形态的改变
第八章 细胞分化与干细胞
第九章 器官发生
第十章 神经系统的发育
第十一章 生殖细胞、受精和性别决定
第十二章 生长与胚后发育
第十三章 再生
第十四章 进化与发育
术语汇编
附录I 原版简目
附录II 原版目录
附录III 原版术语汇编
索引
前言/序言
发育生物学是有关多细胞生物的所有生物学的核心。它研究受精卵中的基因如何调控胚胎中细胞的行为,从而决定动植物本性的过程。进化正是通过改变生物的发育,从而产生适应性更好的生物形式。随着细胞及分子生物学先进技术的应用,近几年发育生物学研究取得了长足的进步,新的信息大量增加。在第三版中,我们加入了许多新的进展,例如对体轴形成、神经发育和干细胞的新认识。这些新内容我们都用新增的插图加以补充。
《发育的原理》是为本科生设计的,重点介绍发育的原理和基本概念。我们认为只有理解基因如何调控细胞行为,才能真正理解发育。虽然我们希望学习本书的学生具备基本的细胞生物学和遗传学知识,但是所有相关的重要概念,如基因表达调控,我们在正文中仍然做了解释。
我们明白学习这门课会给学生带来压力,所以我们尽量使用最清楚的语言来描述这些原理,并且提供了很多文字和图表形式的总结,努力避免增加过多的细节。插图是本书的一大特色,这些插图都经过仔细的设计和挑选,能清晰地说明实验和机制。
我们避免了大而全地描述发育的每一方面,而集中描述了最能说明普适原理的几种模式生物。的确,贯穿本书的中心主题就是掌控发育过程的普适原理。所以,我们相信本书的内容在任何层面上都是本科生应该知道的关于发育的知识。
因此,我们集中介绍了脊椎动物和果蝇,但也不排除其他生物,如线虫和海胆,因为在某些时候,它们能最好地阐明某些原理。由于人们对果蝇发育的清楚认识和它对发育生物学产生的巨大影响,因此在这一版中我们从介绍果蝇开始,而并非从脊椎动物开始。这本书的另一重要特色是有关植物发育的内容,因为在大部分的发育生物学课本中,这一部分经常被忽略。最近,对于植物发育的认识有了巨大进展,使我们认识到植物发育的一些独特而重要的特点。
有别于早先的版本,我们将描述模式生物胚胎学和遗传学的内容放入介绍它们早期发育的章节中,没有另设一章单独介绍所有的模式生物。
本书重点介绍早期发育、身体图式以及器官系统的建立,如附肢和神经系统。我们也加入了发育的晚期事件,包括生长和再生。最后,我们以对进化和发育的思考结束本书。
对于补充阅读资料,我们主要关心如何能引导学生阅读对他们有帮助的文章,而非仅仅让他们知道做出过重大贡献的科学家。对于那些因此被忽略的科学家,我们深表歉意。
这一新版中,我们欢迎Elizabeth Robertson加入我们的共同作者之列。每一章都由很多专家审阅过(见1X页).我们在此对他们一并致谢。我做了最初的修改,随后,我们的编辑Eleanor Lawrence做了进一步的解释、编辑和加工,他的专业技巧和影响在书中随处可见。Matthew McClements为本书绘制并修改了新的插图,本书初版的插图也出自他之手。
我们还要感谢牛津大学出版社的Ruth Hughes和Jonathan Crowe,他们在这一新版本的准备过程中给予了耐心和帮助。
探索生命演化的宏大叙事:生物学前沿的深度巡礼 本书汇集了二十世纪以来,在生命科学领域取得突破性进展的几部里程碑式著作的精髓,旨在为读者勾勒出一幅宏大而精细的生命演化图景。我们聚焦于那些尚未被完全揭示的、驱动生命复杂性构建的核心机制,以及跨学科研究如何重塑我们对生命起源和适应性的理解。 全书不着眼于已成定论的、教科书式的基础知识,而是将笔触深入到当前研究的最前沿,探讨那些仍在激烈辩论中、充满争议却极具启发性的领域。我们将带领读者穿越时间的长河,从分子层面的信息编码与解码,到物种形成与生态系统动态的广阔尺度,全面考察生物学研究的深度与广度。 第一部分:超越基因组——表观遗传学与群体进化的新视角 本部分着重讨论了近年来对传统中心法则(DNA到RNA到蛋白质)进行深刻修正的表观遗传调控网络。我们深入剖析了DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA如何构建出可塑性细胞命运决定系统。 核心议题包括: 记忆的分子基础: 探讨环境压力如何通过表观遗传标记,实现跨代遗传信息传递,即所谓的“软遗传”(Soft Inheritance)。书中详细分析了环境毒素、营养波动对下一代表征型(Phenotype)的长期影响,并挑战了传统孟德尔遗传的边界。 染色质重塑与转录调控的动态平衡: 阐述了染色质的可及性(Accessibility)如何作为一种快速的适应机制,在不改变底层DNA序列的前提下,应对突发环境变化。我们引入了拓扑关联结构域(TADs)的概念,解析这些三维基因组结构在基因表达调控中的组织者角色。 群体遗传学的再定义: 本章超越了经典的哈迪-温伯格平衡模型,探讨了非随机交配、基因流的地理梯度,以及选择系数随时间动态变化对种群适应度的影响。重点分析了在宏基因组学时代背景下,如何利用群体变异数据来重建过去的环境压力和自然选择的强度。 第二部分:生命复杂性的涌现——系统生物学与合成生物学的交汇点 现代生命科学已不再是孤立学科的简单叠加,而是系统整合的时代。本部分致力于解析复杂生命现象如何从简单的分子相互作用中“涌现”出来,并探讨人类如何通过工程学原理来设计和构建生命系统。 主要内容聚焦于: 代谢网络的拓扑结构与鲁棒性: 分析生物体内部错综复杂的代谢通路,如何通过特定的网络拓扑结构(如模块化和中心枢纽)来确保在关键酶失活时仍能维持基础生命活动。我们考察了利用图论来预测代谢流重定向的策略。 信号转导级联的振荡与稳定性: 深入探讨细胞内信号通路(如MAPK通路)为何会产生周期性的激活与抑制(振荡现象)。这部分内容结合了非线性动力学的原理,解释了细胞如何利用这些周期性变化来进行精确的时间控制和决策。 合成生物学的界限与伦理: 探讨如何利用基因线路设计(Genetic Circuits)来构建具有特定功能的生物机器。重点案例包括设计能自我修复的细胞工厂,以及利用逻辑门原理构建复杂的基因开关。同时,我们严肃讨论了构建全新生命模块所引发的生物安全和生态伦理问题。 第三部分:生命时空中的尺度问题——发育的可塑性与地质时间尺度的演化 发育生物学与古生物学/地质生物学在很大程度上定义了生命在不同时间尺度上的形态与功能。本卷探讨了发育过程的严格保守性与环境诱导的可塑性之间的张力。 探讨的关键领域包括: 形态发生的约束与创新: 考察发育模块化的理论,即生命体如何通过重复使用和少量修饰基本发育模块(如体节、肢芽)来实现物种间的形态多样性。我们分析了Hox基因在动物门类演化中的核心地位,以及后续新基因如何改变这些核心程序的执行细节。 发育可塑性与生态位构建: 分析生物体在发育过程中对环境信号的敏感性如何直接导致了生态适应。例如,温度依赖的性别决定(TSD)或营养依赖的体型分化,如何使得种群能够快速响应环境波动,而不必等待漫长的基因突变。 生命起源的化学与地质证据: 本章将时间轴拉回到地球历史的开端,审视化学演化的最新假说,包括RNA世界、代谢起源的争论。我们结合了同位素地球化学的证据,试图重构早期生命体的能量获取方式以及生物圈的形成过程。重点对比了深海热液喷口假说与浅层水域池塘假说在支撑生命诞生方面的优劣。 结语:未竟的旅程 全书以对生命复杂性度量的哲学思考收尾。我们提出了“信息熵”、“连接密度”等概念,试图为生命系统的组织程度提供定量的描述。本书的读者群定位为具备一定生物学基础,渴望深入了解当代生命科学研究挑战与未来方向的学者、研究生及资深爱好者。它不提供简单的答案,而是提供一套严谨的框架,用以审视和批判当下生命科学最激动人心的领域。