论文部分内容阅读
生命开始于一个细胞。第一个细胞一分为二，二又分为四。以此类推仅仅到第47次加倍以后，你就有了1亿亿(10000000000000)个细胞，并做好了最终形成一个人的准备。从卵子受精的那一刻起，一直到你离开人世，为了维持和保护你，这些细胞中的每一个都可谓是恪尽职守。
每个细胞都是自然界的一个奇迹。即使是最简单的细胞。其构造的精巧程度也是人类的智慧所水远也无法企及的。举个例子，即便是制造一个基本的酵母细胞，你所需要的零部件就和一架波音777喷气式飞机的一样多，而且还必须在直径仅有5微米的球体内将它们组装起来。然后你还得以某种方式驱使那个球体进行繁殖。
但是，与人体细胞比起来，无论其多样性还是其复杂性，酵母细胞简直不值一提。但是，酵母细胞有着复杂的互动性，因此更有意思。
你的细胞是一个有着1亿亿个公民的国度，每一个公民都以某种特有的方式全心全意地为你的整体利益服务。它们为了你什么都干，它们让你感觉快乐，产生思想。它们使得你能够站立、伸懒腰和蹦蹦跳跳。当你吃东西的时候，它们摄取养分，供给能量，排除废物——干所有你在高中生物学中所了解到的事情，它们还在第一时间使你有一种饥饿感，并使你在就餐后产生舒适的感觉，以后就不会再忘记吃东西。它们使你的头发生长，耳朵产生耳垢，大脑保持清醒。它们管理你身上的每一个角落：当你受到威胁时，它们会挺身而出保护你。它们会毫不犹豫地为你而献身——每天有多达数十亿个细胞在这么做；可是终其一生你从未向它们中的任何一个表达过谢意。因此，现在就让我们肃立片刻，向它们表示我们的敬佩与赞赏之意。
细胞是怎样完成它们所做的一切——它们怎样储存脂肪，怎样制造胰岛素，怎样参与维持和你一样复杂的实体所必需的其他活动，我们也许了解一点点——但仅仅是一点点。你的身体内活跃着至少20万种不同类型的蛋白质。可是到目前为止，我们对它们的了解不超过2％。(有人将这一数字调高到50％左右。显然，这取决于你如何界定“了解”这个词的含义。)
一个人体细胞的平均宽度不过20微米左右——也就是1毫米的大约2％，小到几乎看不见，但大得足以容纳数以千计的像线粒体这样的复杂结构，以及几百万几百万个分子。从最基本的方面来说，细胞的活力也各不相同。你的皮肤细胞都是死的。想到自己身体表面的每一部分都是死的，你也许会感到有点屈辱。如果你是个中等个儿的成年人，你身上裹着大约2千克的死亡皮肤，其中每天都有几十亿的微小组织从你身上脱落。如果你将一个手指从布满灰尘的搁架上划过，那个痕迹在很大程度上是用你死去的皮肤划成的。
大多数细胞的存活时间很少超过1个月左右，但也有一些明显的例外。肝脏细胞可以存活几年，虽然它们的内部成分每隔几天就更新一次。大脑细胞和你的寿命一样长。
1683年列文虎克发现了细菌一可是由于显微镜技术的限制，在此后的一个半世纪里，一直停留在那个水平。直到1831年，才有人第一次看到细胞核——它是由苏格兰人罗伯特，布朗发现的。布朗是一位植物学家，经常对科学史怀有兴趣，虽然始终不为人所知。他生活的年代从1773～1858年。他根据拉丁语mucula，意思是小坚果，将他的发现取名为细胞核。到了1839年，才有人真正认识到细胞是一切生命的基质。他就是具有这种洞察力的德国人索多·施旺。就科学洞察力而言这一发现不仅相对较晚，而且一开始也没有被广泛接受。直到19世纪60年代，由于法国人路易·巴斯德完成的具有里程碑意义的工作，才彻底地证明了生命不能自发地产生，而必须来自一个事先存在的细胞。这一理论被称为“细胞学说”，它是整个现代生物学的基础。
不论其形状和大小如何，你身上所有细胞的构造大体相同：它们都有一层外壳或细胞膜，一个细胞核，里面存储着你正常运转所必需的基因信息。两者之间有一层繁忙的空间，叫做细胞质。细胞膜并不是我们大多数人所想像的那样是一层你用别针能刺穿的耐久胶状物，相反，它是由一种叫做脂质的脂肪物质所构成，它和“轻度机油”大体相像。如果你觉得这些东西似乎很不坚实。请记住：在显微镜下，事物的表现形式是不同的。在分子的层面上，对于任何东西而言，水成了重型凝胶，而肢质简直就像钢铁一样。
如果你有机会去访问一个细胞，你一定不会喜欢它的。若是将原子放大到豌豆一样大小，那么一个细胞就会变成直径达800米的一个球体，由一个名叫细胞骨架的大梁似的复杂架子支撑着。在它的里面，几百万几百万个物体——有的大如篮球，有的大如汽车——像子弹一样呼啸而过。在这里你简直难以找到立足的地方，每一秒钟都会遭到数千次来自四面八方的物体的撞击和撕扯。即使对长期待在细胞里面的成员来说，这里也是一个险象环生的地方。每一段DNA链平均每8.4秒就要遭到一次袭击或损害一每天要遭到1万次——被化学物质或是其他物质撞击或撕成碎片，所有这些伤口必须很快被缝合，除非细胞不想再活下去。
这种活动所消耗的能量也是十分巨大的。你的心脏每小时必须输出约340升血液，每天则要输出8000多升，每年输出300万升——这足以装满4个标准的奥林匹克游泳池——以使所有细胞获得新鲜的氧气。(这是指在休息的时候，如果做剧烈运动，这个数字还要增加至6倍)。氧气被线粒体吸收，它们是细胞的发电站。一个细胞里一般大约1000个这样的发电站。其具体数目根据细胞所做的事情及所需的能量的不同而有很大差异。
当细胞不再被需要时，它们以堪称高贵的方式死去。它们拆下所有支撑它们的支柱和拱壁，不露声色地吞噬掉其组成部分。这一过程被称为凋亡或细胞死亡机制。每天都有数十亿个细胞为你而死，又有数十亿个别的细胞为你清扫它们的遗体。细胞也可能暴死——比如当你被感染时——但在大多数情况下它们是按照指令死去的。事实上，如果它们没有收到继续活着的指令——如果没有收到另一个细胞发出的活动指令，细胞会自己杀死自己。细胞真是太需要安慰了。
在偶然情况下，细胞没有按指令死去，相反却开始拼命分裂和扩散，这种情况我们称之为癌症。癌细胞其实不过是迷途的细胞。细胞经常犯类似的错误，但是人类身体具有一种纠正这种错误的复杂机制，只是在极其偶然的情况下，细胞的活动才会失去控制。平均来说，每10亿亿次细胞分裂中，人会得一次致命的疾病。癌症无论从任何意义上说都是运气不好的表现。
细胞的奇妙之处不在于事情偶尔会出问题，而在于它们在几十年的时间里使人体内的一切运转正常。为此，它们不停发送和监控来自全身各个部位的信息——滴滴答答的信息：指令、质问、修正、救助、更新、分裂或死亡的通告。所有这些信息大多数是通过名叫荷尔蒙的化学实体来传递的，如胰岛素、肾上腺素、甲状腺素、睾丸素从甲状腺和内分泌腺。还有一些信息是从大脑或区域中心传输过来的。这个过程叫做“发出旁分泌信号”。最后，细胞直接和它的左邻右舍进行交流，以确保它们行动一致。
细胞最引人注目的特点是，它们总是以一种疯狂的速度处于漫无目的的运动和无休无止的撞击状态中，而驱使它们这么做的无非是吸引和排斥的基本法则。细胞的任何运动都无理性可言。所有的运动都平静地、重复地、可靠地发生着，因此我们甚至很少意识到。然而，这一切不仅很好地维持着细胞内的秩序，而且使得有机体保持在一种完美的和谐状态中。几万亿几万亿个反射性的化学反应，以我们才刚刚开始知道的方式，加起来形成能行动、有思想有主见的你——或者形成一个不大有思想而又依然结构有序的金龟子。千万不要忘记，每个生物都是一个原子工程方面的奇迹。
有一些我们认为是很原始的生物喜欢某种层面的细胞组织，使得我们自己的细胞组织看上去马虎潦草，平淡无奇。将海绵的细胞分解开(比如通过过滤器过滤)，然后把它们倒进溶液中，它们会很快重新聚合，再次形成海绵。你可以反复做这种实验，它们总会顽固地重新聚合在一起。这是因为，就像你和我，以及所有别的生物那样，它们有一种不可抗拒的冲动：继续活下去。
而这一切都是因为存在一种非常古怪、坚定不移、我们所知甚少的分子。这种分子本身没有生命，它们中的绝大多数根本不做任何事情。它的名字叫DNA。73
每个细胞都是自然界的一个奇迹。即使是最简单的细胞。其构造的精巧程度也是人类的智慧所水远也无法企及的。举个例子，即便是制造一个基本的酵母细胞，你所需要的零部件就和一架波音777喷气式飞机的一样多，而且还必须在直径仅有5微米的球体内将它们组装起来。然后你还得以某种方式驱使那个球体进行繁殖。
但是，与人体细胞比起来，无论其多样性还是其复杂性，酵母细胞简直不值一提。但是，酵母细胞有着复杂的互动性，因此更有意思。
你的细胞是一个有着1亿亿个公民的国度，每一个公民都以某种特有的方式全心全意地为你的整体利益服务。它们为了你什么都干，它们让你感觉快乐，产生思想。它们使得你能够站立、伸懒腰和蹦蹦跳跳。当你吃东西的时候，它们摄取养分，供给能量，排除废物——干所有你在高中生物学中所了解到的事情，它们还在第一时间使你有一种饥饿感，并使你在就餐后产生舒适的感觉，以后就不会再忘记吃东西。它们使你的头发生长，耳朵产生耳垢，大脑保持清醒。它们管理你身上的每一个角落：当你受到威胁时，它们会挺身而出保护你。它们会毫不犹豫地为你而献身——每天有多达数十亿个细胞在这么做；可是终其一生你从未向它们中的任何一个表达过谢意。因此，现在就让我们肃立片刻，向它们表示我们的敬佩与赞赏之意。
细胞是怎样完成它们所做的一切——它们怎样储存脂肪，怎样制造胰岛素，怎样参与维持和你一样复杂的实体所必需的其他活动，我们也许了解一点点——但仅仅是一点点。你的身体内活跃着至少20万种不同类型的蛋白质。可是到目前为止，我们对它们的了解不超过2％。(有人将这一数字调高到50％左右。显然，这取决于你如何界定“了解”这个词的含义。)
一个人体细胞的平均宽度不过20微米左右——也就是1毫米的大约2％，小到几乎看不见，但大得足以容纳数以千计的像线粒体这样的复杂结构，以及几百万几百万个分子。从最基本的方面来说，细胞的活力也各不相同。你的皮肤细胞都是死的。想到自己身体表面的每一部分都是死的，你也许会感到有点屈辱。如果你是个中等个儿的成年人，你身上裹着大约2千克的死亡皮肤，其中每天都有几十亿的微小组织从你身上脱落。如果你将一个手指从布满灰尘的搁架上划过，那个痕迹在很大程度上是用你死去的皮肤划成的。
大多数细胞的存活时间很少超过1个月左右，但也有一些明显的例外。肝脏细胞可以存活几年，虽然它们的内部成分每隔几天就更新一次。大脑细胞和你的寿命一样长。
1683年列文虎克发现了细菌一可是由于显微镜技术的限制，在此后的一个半世纪里，一直停留在那个水平。直到1831年，才有人第一次看到细胞核——它是由苏格兰人罗伯特，布朗发现的。布朗是一位植物学家，经常对科学史怀有兴趣，虽然始终不为人所知。他生活的年代从1773～1858年。他根据拉丁语mucula，意思是小坚果，将他的发现取名为细胞核。到了1839年，才有人真正认识到细胞是一切生命的基质。他就是具有这种洞察力的德国人索多·施旺。就科学洞察力而言这一发现不仅相对较晚，而且一开始也没有被广泛接受。直到19世纪60年代，由于法国人路易·巴斯德完成的具有里程碑意义的工作，才彻底地证明了生命不能自发地产生，而必须来自一个事先存在的细胞。这一理论被称为“细胞学说”，它是整个现代生物学的基础。
不论其形状和大小如何，你身上所有细胞的构造大体相同：它们都有一层外壳或细胞膜，一个细胞核，里面存储着你正常运转所必需的基因信息。两者之间有一层繁忙的空间，叫做细胞质。细胞膜并不是我们大多数人所想像的那样是一层你用别针能刺穿的耐久胶状物，相反，它是由一种叫做脂质的脂肪物质所构成，它和“轻度机油”大体相像。如果你觉得这些东西似乎很不坚实。请记住：在显微镜下，事物的表现形式是不同的。在分子的层面上，对于任何东西而言，水成了重型凝胶，而肢质简直就像钢铁一样。
如果你有机会去访问一个细胞，你一定不会喜欢它的。若是将原子放大到豌豆一样大小，那么一个细胞就会变成直径达800米的一个球体，由一个名叫细胞骨架的大梁似的复杂架子支撑着。在它的里面，几百万几百万个物体——有的大如篮球，有的大如汽车——像子弹一样呼啸而过。在这里你简直难以找到立足的地方，每一秒钟都会遭到数千次来自四面八方的物体的撞击和撕扯。即使对长期待在细胞里面的成员来说，这里也是一个险象环生的地方。每一段DNA链平均每8.4秒就要遭到一次袭击或损害一每天要遭到1万次——被化学物质或是其他物质撞击或撕成碎片，所有这些伤口必须很快被缝合，除非细胞不想再活下去。
这种活动所消耗的能量也是十分巨大的。你的心脏每小时必须输出约340升血液，每天则要输出8000多升，每年输出300万升——这足以装满4个标准的奥林匹克游泳池——以使所有细胞获得新鲜的氧气。(这是指在休息的时候，如果做剧烈运动，这个数字还要增加至6倍)。氧气被线粒体吸收，它们是细胞的发电站。一个细胞里一般大约1000个这样的发电站。其具体数目根据细胞所做的事情及所需的能量的不同而有很大差异。
当细胞不再被需要时，它们以堪称高贵的方式死去。它们拆下所有支撑它们的支柱和拱壁，不露声色地吞噬掉其组成部分。这一过程被称为凋亡或细胞死亡机制。每天都有数十亿个细胞为你而死，又有数十亿个别的细胞为你清扫它们的遗体。细胞也可能暴死——比如当你被感染时——但在大多数情况下它们是按照指令死去的。事实上，如果它们没有收到继续活着的指令——如果没有收到另一个细胞发出的活动指令，细胞会自己杀死自己。细胞真是太需要安慰了。
在偶然情况下，细胞没有按指令死去，相反却开始拼命分裂和扩散，这种情况我们称之为癌症。癌细胞其实不过是迷途的细胞。细胞经常犯类似的错误，但是人类身体具有一种纠正这种错误的复杂机制，只是在极其偶然的情况下，细胞的活动才会失去控制。平均来说，每10亿亿次细胞分裂中，人会得一次致命的疾病。癌症无论从任何意义上说都是运气不好的表现。
细胞的奇妙之处不在于事情偶尔会出问题，而在于它们在几十年的时间里使人体内的一切运转正常。为此，它们不停发送和监控来自全身各个部位的信息——滴滴答答的信息：指令、质问、修正、救助、更新、分裂或死亡的通告。所有这些信息大多数是通过名叫荷尔蒙的化学实体来传递的，如胰岛素、肾上腺素、甲状腺素、睾丸素从甲状腺和内分泌腺。还有一些信息是从大脑或区域中心传输过来的。这个过程叫做“发出旁分泌信号”。最后，细胞直接和它的左邻右舍进行交流，以确保它们行动一致。
细胞最引人注目的特点是，它们总是以一种疯狂的速度处于漫无目的的运动和无休无止的撞击状态中，而驱使它们这么做的无非是吸引和排斥的基本法则。细胞的任何运动都无理性可言。所有的运动都平静地、重复地、可靠地发生着，因此我们甚至很少意识到。然而，这一切不仅很好地维持着细胞内的秩序，而且使得有机体保持在一种完美的和谐状态中。几万亿几万亿个反射性的化学反应，以我们才刚刚开始知道的方式，加起来形成能行动、有思想有主见的你——或者形成一个不大有思想而又依然结构有序的金龟子。千万不要忘记，每个生物都是一个原子工程方面的奇迹。
有一些我们认为是很原始的生物喜欢某种层面的细胞组织，使得我们自己的细胞组织看上去马虎潦草，平淡无奇。将海绵的细胞分解开(比如通过过滤器过滤)，然后把它们倒进溶液中，它们会很快重新聚合，再次形成海绵。你可以反复做这种实验，它们总会顽固地重新聚合在一起。这是因为，就像你和我，以及所有别的生物那样，它们有一种不可抗拒的冲动：继续活下去。
而这一切都是因为存在一种非常古怪、坚定不移、我们所知甚少的分子。这种分子本身没有生命，它们中的绝大多数根本不做任何事情。它的名字叫DNA。73