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第2节 细胞,微型的人

后来的事实表明,那个组织学课程是我整个学术生涯中最兴奋也是最殚精竭虑的时期。我自由地运用我想用的教学方式,并大胆尝试了一种处理教学材料的新方法。这一方法我已经在脑海中酝酿了好几年。我为这一想法着迷:把细胞视为“微型的人”会让细胞的生理机能和行为更容易理解。我仔细考虑该课程的新结构,摩拳擦掌,跃跃欲试。将细胞生物学与人类生物学交叉研究的想法,再次点燃了我孩提时就体验到的科学灵感。身为终身教职员,我不得不陷身于行政性琐事,包括没完没了的会议和对我来说不啻为折磨的教职员工聚会。但是,在研究实验室中,我仍然感受着那种激情。

我倾向于认为细胞像人,因为,在显微镜后站了多年后,培养皿中那些最初从解剖学上看起来结构简单、四处移动的细胞,其复杂性和力量已令我自觉渺小。你可能在学校学到过细胞的基本组成要素:含有遗传物质的细胞核,产生能量的线粒体,外缘的保护性细胞膜,线粒体与细胞膜之间的细胞质。但是,在这些从解剖学而言看似简单的细胞里面,包含的是一个复杂的世界;这些聪明的细胞应用了科学家尚未充分了解的技术。

把细胞当做微型人的想法我已深思熟虑,但大多数生物学家可能都会斥之为异端邪说。将任何人类之外的事物与人类行为相联系,以图解释该事物的本质,这被称为拟人论。“真正”的科学家将拟人论视为不可饶恕的罪过,并排挤在工作中明确运用拟人论的其他科学家。

然而,我相信,我有充分理由打破正统观念的教条。科学家观察自然,在脑际中构思事物如何运作的假设,以此获得科学理解。然后,他们设计试验,以测试他们的假设。提出假设、设计试验都必然要求科学家去“想”细胞或其他生物的生活。假如运用这种“人”的解决方案,即以人类的视点来解决生物学谜题,科学家就会不自觉地犯下拟人论的罪行。无论你如何极力否认,生物科学在某种程度上都是建立在把研究对象人性化的基础上。

实际上,我相信,对拟人论的不成文禁令是中世纪黑暗时代的残余;在那个时代,宗教当局否认人类与上帝其他创造物之间的任何直接联系。当人们试图把灯泡、收音机或小折刀拟人化时,我可以看到这个禁令的价值;但是,当这个禁令应用于活的生物体时,我不认为它是有效的批判。人类是多细胞的生物体——我们必然天生就和我们自身的细胞有共同的基本行为模式。

然而,我知道,要承认这种相似之处,需要认识上的转变。从历史上来看,犹太教与基督教所共有的信仰引导我们相信:人类是唯一聪明的动物,人类被上帝创造的过程是单独的、明晰的,有别于所有其他的动物和植物。这种观点让我们对小动物嗤之以鼻,将它们贬为非智能生物,尤其是那些处于更低生命进化等级的生物。

这种看法和真理相距十万八千里。当我们把其他人看作单独的存在实体,或把镜子中的自己看作独立的生物体,一方面,我们是正确的,起码,从我们观察层次的角度来说是正确的。然而,如果把你变到像一个细胞那么小,使你能从细胞的角度看到你的身体,那么,你就会对世界有全新的看法。从细胞的角度来回想你自己,你就不再会是独立的存在。你会把自己视为一个由五十万亿个个体细胞组成的生机勃勃的集体。

当我在组织学课堂上随意地讲着这些想法时,儿时用过的百科全书上的一副图表在我脑际不断浮现。在人类的部分下面,有一幅包含七个透明塑料页面的图解。每页都印着一个一模一样的、重叠的人体外形轮廓。在第一页上,轮廓被一个裸体图像填满了。翻第一页就像剥开这个人的皮肤,露出第二页轮廓内的图像——他的肌肉组织。当我翻开第二页,剩下页面的重叠图像显露出一个生动的人体解剖图。我飞快地翻阅那些页面,便依次看到骨骼、大脑、神经、血管和器官系统。

为了我的加勒比海教学课程,我在脑海中升级了那些透明页面,加多了几个重叠页面,每页都有细胞结构的插图。大多数细胞结构都被称为细胞器,也就是悬浮在凝胶状细胞质中的“微型器官”。细胞器在细胞机能上相当于人体内的组织和器官。它们包括最大的细胞器——细胞核,以及线粒体、高尔基体和液泡。教授该课程的传统方法是:首先解说这些细胞结构,进而解说人体组织和器官。但我没有这样做。我把这两个部分整合起来,以反映人类和细胞的共通本质。

我告诉学生,细胞的细胞器系统所运用的生化机制本质上与人类器官系统所运用的机制是完全一样的。我强调,虽然人体由数以万亿计的细胞组成,但我们体内没有哪一个机能是单细胞不曾表现过的“新”机能。每一个真核细胞(含有细胞核的细胞)都拥有在机能上相当于人类各器官系统的组成部分,如神经系统、消化系统、呼吸系统、排泄系统、内分泌系统、肌肉和骨骼系统、循环系统、体被(皮肤)、生殖系统乃至原始免疫系统。

我还向学生说明,每个细胞都是一个智能性存在,它们可以依靠自己而存活。科学家们曾把单个细胞从人体内移植到培养菌中生长,证实了这一点。我孩童时就凭直觉知道,这些聪明的细胞都有自己的意图和目标;它们积极地寻求能支持它们存活的环境,同时避开毒质和不友好的环境。就像人类一样,对来自它们栖身的微环境中的成千上万个刺激因素,单细胞会进行分析。通过这种数据分析,细胞选择适当的行为反应,以保证自身的存活。

单个细胞也能够从这些环境经验中学习,能够建立细胞记忆,并将细胞记忆遗传给其后代。例如,当一个小孩感染了一种麻疹病毒,一个未成熟免疫细胞便应召而来,生成一个保护性蛋白抗体,对抗那种病毒。在此过程中,细胞必须生成一个新基因,用作制造麻疹抗体蛋白的蓝图。

生产特定麻疹抗体基因的第一个步骤发生在未成熟免疫细胞的细胞核中。在它们的基因中有大量DNA片段,把独特形状的蛋白质断片进行编码。通过随意装配和重组这些DNA片段,免疫细胞创造出大量不同的基因排列,每个排列都为一个独特形状的抗体蛋白做准备。当一个未成熟免疫细胞制造出一个与入侵麻疹病毒形成“亲密”物理性补充的抗体蛋白,那个免疫细胞就会被激活。

激活了的细胞应用一种令人称奇的机制。它称作“亲和力成熟”,可使细胞完美地“调整”其抗体蛋白的最终形状,使抗体蛋白变成对入侵麻疹病毒的完美补充。利用一个称为“体细胞高频突变”的过程,激活了的免疫细胞造出几百个原始抗体基因的副本。然而,每个基因新版本都有轻微突变,以便能为一个形状稍有不同的抗体蛋白进行编码。细胞选择变异基因作为最适抗体,这种经过选择的基因版本同样也经历体细胞高频突变的重复程序,进一步调整抗体形状,使它成为麻疹病毒的“完美”物理性补充。

精雕细琢过的抗体锁定病毒后,会使入侵病毒失活,并摧毁它,保护孩子免受麻疹损害。细胞保留了这个抗体的基因“记忆”,因此,如果这个人在未来被麻疹病毒入侵,细胞会立即启动一种保护性免疫反应。细胞分裂时,新的抗体基因也会传递给细胞的所有后代。在这个过程中,细胞不但“熟习”了麻疹病毒,而且也建立了将会被其子代细胞遗传和繁殖的“记忆”。这种令人叹为观止的遗传工程技艺至关重要,因为它代表了一种内在的“智力”机制,依靠这种机制,细胞不断进化。

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