互动科普

中国古代著名的哲学家老子，在他的著作《道德经》中精辟地论述了他对宇宙的起源和演化的理解—“一生二，二生三，三生万物”。我们暂且放下这句话与宇宙大爆炸理论之间的碰撞和千丝万缕的联系，单从生命的角度来看，今天地球上那些或走或飞或游泳，或者站在阳光下勤勤恳恳进行光合作用的生物，确实都来自最初的那一个细胞，可谓“一生万物”。

如今，一谈到动物和植物之间的关系，总要追溯到它们数十亿年前的那个祖先，那个泡在海水里的单细胞生物。这个单细胞又是从哪个石头缝里蹦出来的？这个问题还没有确切的答案。2008年7月，澳大利亚的科学家报道，他们在形成于42亿年前的钻石中发现的生命痕迹，那是与现存生命体存在直接关系的轻碳团（由有机物碳化形成，区别于石墨、钻石等无机碳）。虽然，后来的研究表明，这些轻碳很可能是地质历史后期有机物侵入地层时留下的。不过，这还是为科学家寻找生命的源头提供了一条思路。因为最初的生命，可能就是一群偶然聚集在一起的有机物。

 所谓没有规矩，不成方圆。如果只是一堆有机物混在一起，充其量是成分比较复杂的混合物，跟生命还差得远。好在不久之后，这群偶然相遇的有机物有了明确的分工。脂类物质（主要是磷脂）提供了起保护和隔离作用的膜结构，蛋白质负责提供支架和生产能量的服务，而DNA和RNA则负责保存和实施群体的“复制图纸”。磷脂分子和蛋白质还联手建设了细胞膜。正是这层神奇的薄膜，将上述有机物集群包裹在一个稳定的工作环境中，生命的单元——细胞就这样诞生了，地球生命的繁殖和演化由此迈出了最重要的一步。自然界产生细胞，对生命的进化是一个飞跃。从可以复制的分子，到分子协调，到很多分子组成高级结构，到组装成为一体的细胞，细胞又协同，最后出现的各种生物体，让世界生机勃勃、绚丽多姿。

最初的那个细胞究竟是什么样子，我们已经很难考证。不过从它的远亲古细菌和蓝细菌身上，我们还能看到一些影子——没有细胞核，也没有细胞器，负责生产能量的蛋白质和负责提供复制设计图的DNA全都混合在一起。这样的细胞就像是一个个刚刚建立的原始部落，工作场所的不明确必然影响到生产和繁殖的效率。为了提高工作效率，现代工厂会建立工作台和流水线，细胞也是如此。把负责复制信息工作的DNA都放在细胞核中，把生产蛋白质的工作都挪到内质网上，运输蛋白质的工作交给高尔基体，生产能量的工作则统统交给了线粒体。这样一来，细胞中的工作都实现了流水作业，在地球表面开疆拓土的真核生物就此诞生。

最初，所有的细胞都过着自给自足的独居生活。多细胞生物的出现改变了这一局面。在这个细胞组成的群体里，不同细胞有了更明确的分工，有负责生物运动的肌肉细胞，有负责生物繁殖的精子母细胞和卵子母细胞，有保护整个生物体的表皮细胞，还有协调不同细胞行动、专门发号施令的神经细胞等等。

分工精细化的后果，一方面提高了生物体对外界环境的适应能力，另一方面则促使不同种类的细胞更紧密地团结在一起，因为在这种情况下，任何细胞脱离整体都无法生存，并且细胞之间具有不可替代性—表皮细胞不会变成运输氧的红细胞，红细胞也不会变成传递信息的神经细胞。这点在人体这个复杂的整体中有着突出表现因为细胞是一个普遍概念，用低等生物细胞做的实验，有时对于我们理解高等生物细胞也有推动。例如，20世纪60年代末，美国遗传学家Hartwell用酵母研究细胞周期，结果他发现的原理和分子，对于我们理解癌症、治疗癌症，都有很大的推动。一旦某类细胞全部罢工或者受到损伤而无法更新，整个生物体都会崩溃死亡，白血病、肾衰竭、心肌坏死等病症都是如此。好在有一种细胞可以分化成不同种类的细胞，那就是干细胞。受精卵是最纯正的干细胞，因为生物体中各种各样的细胞都是这个细胞的子子孙孙，不过要将此类干细胞用于医疗，难免会背上为了拯救一条生命而扼杀另一条生命的骂名。令人振奋的是，在2008年，科学家已经找到了让人皮肤细胞变成万能干细胞的钥匙，相信在不久的将来，用人皮肤细胞制成那一个用于医疗的万能细胞的梦想也会变为现实。

《科学世界》为细胞出专辑，希望与青少年和其他爱好者一道欣赏美妙细胞的一些侧面。作为科学研究重要学科的细胞生物学，目前不仅欣欣向荣，还有很多问题需要解答，而且对于我们认识疾病、试图治疗疾病，也有很高的价值。

生命从一个细胞开始，当碰到无法解决的问题之时，又必须回到最初的那个细胞。“从一而始，从一而终”，也许生命的轮回本应如此。

（本文发表于《科学世界》2009年第3期）