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 DNA復(fù)制 

原理：這是DNA復(fù)制過程的動(dòng)畫演示。你沒看錯(cuò)，DNA復(fù)制過程，就是如此的繁復(fù)而精致，猶如精密機(jī)器的運(yùn)作。

DNA復(fù)制過程中，需要面對(duì)的最大問題，就是新DNA鏈的合成方向問題。DNA聚合酶，只能沿著磷酸核糖骨架5’端向3’端的方向來延伸新的DNA鏈，因此決定了兩條DNA新鏈中，只有一條先導(dǎo)鏈能夠連續(xù)的合成，而另一條后隨鏈則只能不連續(xù)的合成。

因此，生物體演化出一套復(fù)雜的分子機(jī)器來解決這個(gè)問題。這個(gè)分子機(jī)器由多個(gè)蛋白構(gòu)成。天藍(lán)色的解旋酶負(fù)責(zé)解開DNA雙鏈，先導(dǎo)鏈在DNA聚合酶（紫色）的作用下連續(xù)合成。而后隨鏈則首先結(jié)合引物酶（草綠色）合成RNA引物，隨后在復(fù)制因子C（RFC，藍(lán)綠色）幫助下結(jié)合DNA后隨鏈，將后隨鏈傳遞給另一側(cè)的DNA聚合酶，進(jìn)行后隨鏈的合成。后隨鏈之所以繞出一個(gè)大大的圈，就是來保證兩條新鏈能夠幾乎同等速度的合成。

花絮：除了DNA復(fù)制外，細(xì)胞內(nèi)大部分的生理活動(dòng)，都是由諸多蛋白構(gòu)成的大型復(fù)合體，以“分子機(jī)器”的形式來進(jìn)行的。這樣可以大大提高生化過程的進(jìn)行效率。

答題時(shí)間：在轉(zhuǎn)錄過程中，DNA的雙鏈發(fā)生了怎么樣的變化呢？

 向日葵“轉(zhuǎn)頭”

原理：我們從小就聽說，向日葵喜歡追著太陽，不過事實(shí)上，讓向日葵“向陽”的其實(shí)是一種總喜歡躲著陽光的物質(zhì)。對(duì)，它就是經(jīng)常出現(xiàn)在生物課本上的生長素。陽光的照射會(huì)使得生長素向莖的背光側(cè)運(yùn)輸，而較高濃度的生長素會(huì)刺激這一區(qū)域細(xì)胞的伸長，因此將向日葵的花推向太陽一側(cè)。

不過，這種情況只會(huì)發(fā)生在向日葵的生長階段和開花初期。在動(dòng)圖中，我們看到的也是向日葵幼小花盤“搖動(dòng)找太陽”的延時(shí)攝影。而當(dāng)向日葵花盤完全展開，莖不再伸長時(shí)，向日葵也就不再“向日”了。

花絮：生長素是最早被發(fā)現(xiàn)和確定功能的植物激素。達(dá)爾文父子為生長素的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

答題時(shí)間：除了生長素以外，植物還存在哪些激素？還記得它們各自有什么作用嗎？

 有絲分裂 

原理：體內(nèi)正時(shí)刻經(jīng)歷著這樣的過程，這就是細(xì)胞的有絲分裂。這是人體，以及一切真核細(xì)胞最為普遍的分裂方式。

經(jīng)過層層的包裝壓縮，彌散在細(xì)胞核內(nèi)亂麻似的DNA長鏈，被凝聚為可以觀察到的棒狀的染色體。而當(dāng)它們到達(dá)細(xì)胞中央時(shí)，被熒光染色點(diǎn)亮的微管構(gòu)成的紡錘絲，將它均勻地分為兩份，并拉向細(xì)胞兩端，使得新形成的兩個(gè)細(xì)胞，具有了一模一樣的遺傳信息。圖中的細(xì)胞為豬腎上皮細(xì)胞（LLC-PK1 Line），用熒光蛋白分別標(biāo)記了微管蛋白（綠色）和染色體中的組蛋白（紅色）。

和有絲分裂類似，減數(shù)分裂也需要紡錘絲和微管的參與。只不過在減數(shù)分裂中，DNA只復(fù)制了一次而分裂發(fā)生了兩次，從而使最終的細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)減半，這樣就形成了有性生殖所需的配子。

大蚊幼蟲精母細(xì)胞的減數(shù)第一次分裂。

花絮：有絲分裂可能是生物學(xué)愛好者們最喜歡玩的一個(gè)梗了，在網(wǎng)上，你能找到用各種東西演示的奇怪“有絲分裂”，比如草莓：

甜甜圈：

或者是，呃，星之卡比……

我想這并不是合理的繁殖方式……

答題時(shí)間：請(qǐng)簡述有絲分裂的各個(gè)時(shí)期名稱，并畫出不同時(shí)期內(nèi)DNA和染色體數(shù)量的變化曲線。

 酵母出芽 

原理：吹個(gè)大泡泡！這其實(shí)就是酵母在繁殖。作為結(jié)構(gòu)最為簡單的真菌，同時(shí)也是最為人所熟知的單細(xì)胞真核生物，酵母一直以來是人們研究真核細(xì)胞生物學(xué)過程的重要對(duì)象。而它最為典型的繁殖方式，就是出芽生殖。

酵母的出芽生殖，可以看作一種特殊的細(xì)胞有絲分裂現(xiàn)象，在有絲分裂的后期，酵母細(xì)胞進(jìn)行了細(xì)胞質(zhì)不等的分裂，形成了一大一小兩個(gè)相連的細(xì)胞，小的即是“芽”。芽會(huì)連接在母體上一段時(shí)間，進(jìn)行一定的物質(zhì)交換，待進(jìn)一步長大后，芽即從母體脫落，形成一個(gè)新的獨(dú)立的細(xì)胞。

酵母出芽的銅鑄模型，看起來還挺可愛的……

花絮：盡管出芽是酵母最為常見的繁殖方式，但作為真核細(xì)胞，酵母同樣可以進(jìn)行有性生殖。

答題時(shí)間：酵母菌與大腸桿菌在結(jié)構(gòu)和繁殖方式上有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？

“爆炸”細(xì)胞 

原理：這是被放進(jìn)純水中的血細(xì)胞。水是生命之源，而純水，則可以成為細(xì)胞的“殺手”。

細(xì)胞表面的細(xì)胞膜，是一個(gè)精密的半透膜，它允許中性小分子如水的進(jìn)出，卻能阻礙大分子和帶電粒子，如蛋白質(zhì)、金屬離子等的自由移動(dòng)。

因此在純凈的水中，細(xì)胞外更高濃度的水分子，會(huì)大量的涌入細(xì)胞，來達(dá)到細(xì)胞膜兩側(cè)水分子濃度的平衡。然而水的涌入，使得細(xì)胞逐漸膨脹，失去原有形態(tài)成為球狀。而當(dāng)水繼續(xù)進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，薄薄的細(xì)胞膜承受不住這種膨脹，于是過飽的氣球一樣，啪的破裂了。

細(xì)胞們需要穩(wěn)定的生存環(huán)境，在人體內(nèi)，也有很多機(jī)制來維持水、電解質(zhì)、pH值等因素的穩(wěn)定狀態(tài)，這就是生物課本上的“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)”知識(shí)點(diǎn)啦。

反過來，在高滲環(huán)境中，細(xì)胞就要失水了，還記得彌漫著洋蔥味的質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)嗎？

花絮：滲透壓和很多人體現(xiàn)象都有關(guān)系。比如說，當(dāng)腸道里有大量未被吸收的溶質(zhì)時(shí)，滲透壓的差異會(huì)導(dǎo)致滲透性腹瀉；在炎癥反應(yīng)發(fā)生時(shí)，血管通透性增加，一些蛋白質(zhì)進(jìn)入周圍的組織，讓組織中的膠體滲透壓升高，這樣一來，水也跟著涌入，就讓組織腫了起來。

答題時(shí)間：為什么植物細(xì)胞泡在清水中不會(huì)漲破呢？

 攀附藤蔓 

原理：藤蔓植物的卷須，是如何攀附到遠(yuǎn)離它的竹竿、籬笆上的？植物們自有探索的辦法。

圖中展示的是旋花科植物的藤蔓。藤蔓植物的卷須在碰觸到攀緣物之前，會(huì)伸展著卷須，隨著莖的延伸，自發(fā)的進(jìn)行“轉(zhuǎn)圈”運(yùn)動(dòng)，來搜尋周圍可能的攀緣物。而當(dāng)卷須一旦碰觸到攀緣物，那么這種接觸所引發(fā)的信號(hào)，會(huì)促使生長素被運(yùn)輸至接觸面的另一側(cè)，使得卷須迅速卷曲，并最終攀附在攀緣物上。

花絮：植物們通過生長素調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了攀附這樣的“慢運(yùn)動(dòng)”，而依靠水分的壓力，它們也能動(dòng)得更加迅速。含羞草葉片的“含羞”，捕蠅草捕蟲夾的關(guān)閉，都是依靠后者進(jìn)行的。

迅速閉合的捕蠅草。

答題時(shí)間：植物的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)，有哪些不同點(diǎn)？

 新生命的起點(diǎn) 

原理：生命在母體中最初的樣子是什么樣？這里顯示的就是人類胚胎最早的發(fā)育階段。精子和卵子的接觸和融合，使得受精卵中出現(xiàn)了兩個(gè)細(xì)胞核——雄原核和雌原核，兩個(gè)原核融合后，快速的激發(fā)了受精卵的分裂。最初的兩次分裂，使得受精卵形成了四個(gè)大小幾乎一致的細(xì)胞，而第三次分裂，則不等的產(chǎn)生了四大、四小八個(gè)細(xì)胞——這最早決定了胚胎的方向。隨著分裂的繼續(xù)進(jìn)行，一顆受精卵分裂為了數(shù)百個(gè)細(xì)胞組成的空心細(xì)胞團(tuán)，即囊胚。而囊胚的進(jìn)一步發(fā)育，則開啟了最早的組織分化。

花絮：在4細(xì)胞時(shí)期之前，如果人工將這幾個(gè)細(xì)胞彼此分離，那么每一個(gè)細(xì)胞還將能發(fā)育為一個(gè)完整的個(gè)體。這也是細(xì)胞全能性的一個(gè)表現(xiàn)。

答題時(shí)間：結(jié)合動(dòng)圖簡述同卵雙胞胎和異卵雙胞胎的異同。

 鈉鉀泵 

原理：很顯然，這并不是什么正經(jīng)科學(xué)圖片……不過，這張用“Hotline Bling”MTV制作的魔性改圖倒是相當(dāng)有創(chuàng)意。

帶電粒子不能自由通過細(xì)胞膜，那維系生命的鉀鈉離子如何跨膜運(yùn)動(dòng)？別急，我們有各種離子通道和離子泵。鈉鉀泵就是最為常見的一種離子泵。鈉鉀泵能夠一次將三個(gè)鈉離子運(yùn)出細(xì)胞外，同時(shí)將兩個(gè)鉀離子運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，從而維持細(xì)胞內(nèi)高鉀低鈉的狀態(tài)。當(dāng)然，這種運(yùn)輸過程并非無償——ATP就是搬運(yùn)粒子過程所必須支付的能量。這也是主動(dòng)運(yùn)輸最為重要的特征。

還是來個(gè)正經(jīng)點(diǎn)的示意圖吧

花絮：鈉鉀泵的存在，維持了細(xì)胞膜兩側(cè)鈉鉀離子濃度的差異，而這種濃度差，是細(xì)胞感受外界環(huán)境變化以及神經(jīng)細(xì)胞傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)等重要過程能夠發(fā)生的基礎(chǔ)。

答題時(shí)間：人體內(nèi)還有哪些過程是主動(dòng)運(yùn)輸？協(xié)助運(yùn)輸?shù)倪^程又有哪些？

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