浅谈组织胚胎学如何突破困境重获发展新生

(陕西中医药大学基础医学院 陕西咸阳 712046)

组织胚胎学是医学院校一门重要的形态学基础课,它涵盖组织学与胚胎学两门学科。组织学是一门研究正常机体微细结构及其相关功能的科学,而胚胎学研究从受精卵发育成为新生个体的过程及其机制的科学。这门学科的一大特点是内容多,知识面广,专业性强,以微观的形态为主,并且有抽象的三维立体结构。而且组织胚胎学还是一门将微观结构与宏观形态(解剖学)、正常与异常超微形态(病理学)、组织结构与机体功能(生理学)相联系的重要桥梁课程。但是近半世纪来,对比机能学科的突飞猛进,形态学科的发展显得相对“停滞”,于是 “形态学已经没落”的论调开始出现。传统解剖学的思维和方法被认为是过时的和笨拙的,开始被主流冷落,机能学科一度被奉为医学科目的理论基础,形态学科似乎已经走到了山穷水尽的地步。

是什么能让形态学突破发展的瓶颈,迎来新世纪的曙光呢？是什么能让这个传统学科,重新找回其在医学领域的重要地位,得到医学界乃至全社会的关注,焕发新的生命力呢？回溯它的发展历程,不难看出与科学技术的发展、学科间的相互作用和创造性思维的能动作用是息息相关的。

1 科技进步,先进实验仪器的发明推动形态学发展

组织学研究对象是机体的超微结构,肉眼的分辨能力是无法满足这个要求的。虽然人类很早以前就有探索微观世界的欲望,但是苦于没有合适的工具和手段。而显微镜的发明无疑为组织学的创立、发展提供了前提条件。1665年荷兰生物学家安东尼·列文虎克(Antony van Leeuwenhoek)用光镜发现了蜂房状的植物细胞壁,开创了显微镜研究生物细胞结构的先河。单个凸透镜能够把被观察物体放大几十倍,以及其后出现的复式显微镜、组织切片机、生物标本的固定和染色方法的运用,使19世纪下半叶成为组织学和细胞学发展的第一个黄金时代。

然而光学显微镜只能将被观察物体放大几百倍,还远不足以让我们看清物体的细节,原因很简单:光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右,是分辨率的极限,因此人类的探索受到了限制。减小光的波长是提高显微镜分辨率的途径之一,根据法国物理学家德布罗意(Louis de Broglie)的物质波理论,运动的电子具有波动性,而且速度越快,“波长”就越短。由于电子束的波长要比可见光和紫外光短得多,并且电压越高波长越短。1931年,德国工程师厄恩斯特·卢斯卡(Ernst Ruska)和马克斯·克诺尔(Max Knoll)制造出了世界上第一台以电子束为光源的透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM)。1965年,第一台可以观察物体表面形态的扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)诞生。1981年,苏黎世的两位科学家格尔德·宾宁(Gerd Binnig)和海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer)发明了分辨率可以达到单个原子级别的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一,两位电镜的发明者卢卡斯、克诺尔获得了1986年诺贝尔物理学奖。电子显微镜的分辨率可以达到0.2纳米,意味放大倍数达到几百万倍,加之超薄切片的出现,很多在可见光下看不见的物体——例如细胞器、染色体、细胞间纤维在电子显微镜下现出了原形,组织学进入第二个黄金时代。

2 科学共同体,相互促进,共同推进形态学的发展

除了先进的实验仪器手段的出现,20世纪后大量新发明的仪器和不断改良的相关技术,如图像分析仪、流式细胞仪、共聚焦激光扫描显微镜,也进一步推动形态学的发展。更为重要的是,任何一个学科都不可能是孤立存在的,在科学共同体内,其他相关学科的进步,也推动了形态学的进步。尤其是免疫组织化学技术和原位杂交术更是为形态学开辟了广阔的应用前景。

免疫组织化学技术是免疫学原理在形态科学运用的典范,用显色剂标记的特异性抗体能够在组织细胞原位通过如锁和钥匙般一对一“抗原-抗体结合”而发生呈色反应,通过显微镜可清晰观察到组织或细胞原位待测定的有色沉淀,完成相应抗原定性、定位、定量的检测。原位杂交术则是在分子生物学DNA分子复制原理的基础上发展起来的一种技术。其基本原理是用带有标记已知序列的DAN或RNA片段作为核酸探针,与组织切片或细胞内待检测的核酸片段按碱基配对的原则进行杂交,然后用放射自显影技术处理,对检测mRNA或DAN做定性与定位的观察。这两种技术在形态学中的应用,可进一步从分子水平来探讨细胞的功能表达及其调节机制,使组织学的研究从细胞水平进入到分子水平。

此外计算机领域先进技术在形态学的引入,也更好的激发学习者的兴趣。组织学与胚胎学是微观形态学,教学内容比较抽象,授课对象又多是低年级的学生,学习起来具有一定的难度。运用信息技术设备,如多媒体手段:将原本抽象平面的内容转变为立体形象,易于理解接受。在教学过程中不但节省了时间,而且提高了教学质量和教学效果,也激发了学生的学习兴趣。

3 运用科技方法论的观点,培养学习者创造性的思维,推进形态学发展

培养创造性思维是知识时代对教育的要求,也是学校实施素质教育的核心要素[1]。所谓创造性思维是指人们通过对已有知识和经验的感知、记忆、思考、联想、理解,发现新矛盾、提出新问题,产生强烈的探索动机,经过直觉、联想、想象、推理、判断等一系列高级心理活动,获得开创意义的新认识过程。创造性思维具有开创性、独特性、有效性、非常规性等特点,是令人耳目一新、卓有成效的思维方式。推进学习者创造性思维应注意激发学习者的好奇心和求知欲,是创造性思维能力的重要前提;训练发散思维和聚合思维,是创造性思维能力的重要方面;培养形象思维和逻辑思维,是创造性思维不可或缺的环节。作为一门基础微观形态学科的组织学与胚胎学,对学习者创造性思维的要求,同样也是必不可少的。在拥有广博的基础知识的前提下,才能激发出强烈的求知欲,合理运用启发、归纳、演绎等手段,把形象思维和抽象思维相结合,从新的角度大胆想象、猜测和设想出探索性、综合性和独特性的结果。

形态学领域最有代表性的创造性思维非克隆技术莫属。无性生殖这个原来只涉及植物和一些低等动物的专业术语,在它被创造性的引入有机生命这个领域后,更是将组织学与胚胎学推向了风口浪尖,成为全社会的关注焦点。克隆(clone),是将含有遗传物质的供体细胞的核移植到无核的卵细胞中,促使这一新细胞分裂繁殖发育成为胚胎,当胚胎发育到一定程度后,得到与供体基因相同的个体。1997年7月英国胚胎学家伊恩·维尔穆特(Ian Wilmut)博士运用克隆技术培育出的第一只取名为“多莉”的绵羊,震惊了全世界,有人将它誉为20世纪最重大的科技成就之一。克隆技术的巨大实用价值还体现在畜牧业、生物医药领域、器官移植、保存物种等多个方面[2]。因此说“能够用动物体细胞核发育成一个动物,的确是生命科学的一次‘飞跃’”,也无疑是创造性思维在推动胚胎学发展方面最杰出的代表。

回首形态学几百年的发展进程,我们不难看出,科技的进步为实验学科提供了坚强的技术支持;各自然学科的相互影响,促进彼此之间的共同进步;而对于每种学科的研究者来说,人的主观能动性和创造性思维更是发挥着最举足轻重、熠熠生辉的作用。是他们共同推动组织学与胚胎学的发展,让这个古老的学科,在新时代焕发出新的生机与活力,必将迎来下一个发展黄金时代！

[1]任亚萍.在组胚教学中培养创造性思维[J].华夏医学2003;13(6):237-238.

[2]何祚庥.再谈请宽容地看待克隆技术[J].自然辨证法研究1997;13(6):58-65.