关于动物体型大小调控机制的探讨

摘要

不同动物最显而易见的差别就是体型大小的不同，为何大象能够长得比老鼠大，人的手臂能够长得一样长?尽管基因在决定大小方面扮演着重要角色，但是很大程度上人们并不知道基因是如何做到这一点的。本课题关注这一发育生物学的基本课题，从生物系统工程角度，探究影响动物体型大小的因素以及体型大小的控制机制，试图阐明基因和环境条件如何协调作用实现对动物体型大小的控制。
　　 本论文中首先对影响动物体型大小的因素进行数量化模式表达，根据各种体型大小不同的动物的细胞大小差异不大的事实，将动物体型大小的决定作用归结为细胞数量这一主要因素。其次，分析影响动物体内细胞数量变化的因素，定义动物体内细胞数在单位时间内的新生率，通过不同浓度培养基中细胞培养实验以及计算机模拟实验等方法，提出并论证细胞新生率在生命过程中基本为定值的观点；另一方面定义了动物体内细胞寿命的概念，给出生物在生存中细胞死亡率的估算方法。再次，以体内细胞数量作为状态表示，构建细胞数量的动态过程模型，给出细胞数量的时变分布，并导出细胞数量平均值的时变函数，这也就是动物个体的生长函数。在理论分析的基础上，编制动物个体生长过程的模拟程序，对于各种不同的细胞分裂与程序性死亡特性下，动物个体的生长状况进行模拟调查与分析，并将理论分析结果与模拟试验结果进行对比，确认了模拟生长系统的可行性。各种影响要素对于生物个体大小、生长期、体重平衡值等的影响进行了分析，对生长模型进行改善和优化。并对于基因以及营养供给等环境条件对于细胞新生率、细胞死亡率的影响进行了讨论，初步提出了基因与环境要素协调调控动物个体大小的模式及其机制。在对试验结果分析的基础上，探讨动物体型大小的控制机制，初步构建了动物生长宏观值状态(如动物的体重)与细胞分裂和细胞死亡等微观量之间的理论关系。动物基因和环境条件对体型大小的影响以及调控机制进行了有益的探索尝试。