- 第2節(jié) 細(xì)胞,微型的人
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后來的事實(shí)表明,那個(gè)組織學(xué)課程是我整個(gè)學(xué)術(shù)生涯中最興奮也是最殫精竭慮的時(shí)期。我自由地運(yùn)用我想用的教學(xué)方式,并大膽嘗試了一種處理教學(xué)材料的新方法。這一方法我已經(jīng)在腦海中醞釀了好幾年。我為這一想法著迷:把細(xì)胞視為“微型的人”會(huì)讓細(xì)胞的生理機(jī)能和行為更容易理解。我仔細(xì)考慮該課程的新結(jié)構(gòu),摩拳擦掌,躍躍欲試。將細(xì)胞生物學(xué)與人類生物學(xué)交叉研究的想法,再次點(diǎn)燃了我孩提時(shí)就體驗(yàn)到的科學(xué)靈感。身為終身教職員,我不得不陷身于行政性瑣事,包括沒完沒了的會(huì)議和對我來說不啻為折磨的教職員工聚會(huì)。但是,在研究實(shí)驗(yàn)室中,我仍然感受著那種激情。
我傾向于認(rèn)為細(xì)胞像人,因?yàn),在顯微鏡后站了多年后,培養(yǎng)皿中那些最初從解剖學(xué)上看起來結(jié)構(gòu)簡單、四處移動(dòng)的細(xì)胞,其復(fù)雜性和力量已令我自覺渺小。你可能在學(xué)校學(xué)到過細(xì)胞的基本組成要素:含有遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核,產(chǎn)生能量的線粒體,外緣的保護(hù)性細(xì)胞膜,線粒體與細(xì)胞膜之間的細(xì)胞質(zhì)。但是,在這些從解剖學(xué)而言看似簡單的細(xì)胞里面,包含的是一個(gè)復(fù)雜的世界;這些聰明的細(xì)胞應(yīng)用了科學(xué)家尚未充分了解的技術(shù)。
把細(xì)胞當(dāng)做微型人的想法我已深思熟慮,但大多數(shù)生物學(xué)家可能都會(huì)斥之為異端邪說。將任何人類之外的事物與人類行為相聯(lián)系,以圖解釋該事物的本質(zhì),這被稱為擬人論!罢嬲钡目茖W(xué)家將擬人論視為不可饒恕的罪過,并排擠在工作中明確運(yùn)用擬人論的其他科學(xué)家。
然而,我相信,我有充分理由打破正統(tǒng)觀念的教條?茖W(xué)家觀察自然,在腦際中構(gòu)思事物如何運(yùn)作的假設(shè),以此獲得科學(xué)理解。然后,他們設(shè)計(jì)試驗(yàn),以測試他們的假設(shè)。提出假設(shè)、設(shè)計(jì)試驗(yàn)都必然要求科學(xué)家去“想”細(xì)胞或其他生物的生活。假如運(yùn)用這種“人”的解決方案,即以人類的視點(diǎn)來解決生物學(xué)謎題,科學(xué)家就會(huì)不自覺地犯下擬人論的罪行。無論你如何極力否認(rèn),生物科學(xué)在某種程度上都是建立在把研究對象人性化的基礎(chǔ)上。
實(shí)際上,我相信,對擬人論的不成文禁令是中世紀(jì)黑暗時(shí)代的殘余;在那個(gè)時(shí)代,宗教當(dāng)局否認(rèn)人類與上帝其他創(chuàng)造物之間的任何直接聯(lián)系。當(dāng)人們試圖把燈泡、收音機(jī)或小折刀擬人化時(shí),我可以看到這個(gè)禁令的價(jià)值;但是,當(dāng)這個(gè)禁令應(yīng)用于活的生物體時(shí),我不認(rèn)為它是有效的批判。人類是多細(xì)胞的生物體——我們必然天生就和我們自身的細(xì)胞有共同的基本行為模式。
然而,我知道,要承認(rèn)這種相似之處,需要認(rèn)識(shí)上的轉(zhuǎn)變。從歷史上來看,猶太教與基督教所共有的信仰引導(dǎo)我們相信:人類是唯一聰明的動(dòng)物,人類被上帝創(chuàng)造的過程是單獨(dú)的、明晰的,有別于所有其他的動(dòng)物和植物。這種觀點(diǎn)讓我們對小動(dòng)物嗤之以鼻,將它們貶為非智能生物,尤其是那些處于更低生命進(jìn)化等級的生物。
這種看法和真理相距十萬八千里。當(dāng)我們把其他人看作單獨(dú)的存在實(shí)體,或把鏡子中的自己看作獨(dú)立的生物體,一方面,我們是正確的,起碼,從我們觀察層次的角度來說是正確的。然而,如果把你變到像一個(gè)細(xì)胞那么小,使你能從細(xì)胞的角度看到你的身體,那么,你就會(huì)對世界有全新的看法。從細(xì)胞的角度來回想你自己,你就不再會(huì)是獨(dú)立的存在。你會(huì)把自己視為一個(gè)由五十萬億個(gè)個(gè)體細(xì)胞組成的生機(jī)勃勃的集體。
當(dāng)我在組織學(xué)課堂上隨意地講著這些想法時(shí),兒時(shí)用過的百科全書上的一副圖表在我腦際不斷浮現(xiàn)。在人類的部分下面,有一幅包含七個(gè)透明塑料頁面的圖解。每頁都印著一個(gè)一模一樣的、重疊的人體外形輪廓。在第一頁上,輪廓被一個(gè)裸體圖像填滿了。翻第一頁就像剝開這個(gè)人的皮膚,露出第二頁輪廓內(nèi)的圖像——他的肌肉組織。當(dāng)我翻開第二頁,剩下頁面的重疊圖像顯露出一個(gè)生動(dòng)的人體解剖圖。我飛快地翻閱那些頁面,便依次看到骨骼、大腦、神經(jīng)、血管和器官系統(tǒng)。
為了我的加勒比海教學(xué)課程,我在腦海中升級了那些透明頁面,加多了幾個(gè)重疊頁面,每頁都有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的插圖。大多數(shù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)都被稱為細(xì)胞器,也就是懸浮在凝膠狀細(xì)胞質(zhì)中的“微型器官”。細(xì)胞器在細(xì)胞機(jī)能上相當(dāng)于人體內(nèi)的組織和器官。它們包括最大的細(xì)胞器——細(xì)胞核,以及線粒體、高爾基體和液泡。教授該課程的傳統(tǒng)方法是:首先解說這些細(xì)胞結(jié)構(gòu),進(jìn)而解說人體組織和器官。但我沒有這樣做。我把這兩個(gè)部分整合起來,以反映人類和細(xì)胞的共通本質(zhì)。
我告訴學(xué)生,細(xì)胞的細(xì)胞器系統(tǒng)所運(yùn)用的生化機(jī)制本質(zhì)上與人類器官系統(tǒng)所運(yùn)用的機(jī)制是完全一樣的。我強(qiáng)調(diào),雖然人體由數(shù)以萬億計(jì)的細(xì)胞組成,但我們體內(nèi)沒有哪一個(gè)機(jī)能是單細(xì)胞不曾表現(xiàn)過的“新”機(jī)能。每一個(gè)真核細(xì)胞(含有細(xì)胞核的細(xì)胞)都擁有在機(jī)能上相當(dāng)于人類各器官系統(tǒng)的組成部分,如神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、肌肉和骨骼系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、體被(皮膚)、生殖系統(tǒng)乃至原始免疫系統(tǒng)。
我還向?qū)W生說明,每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)智能性存在,它們可以依靠自己而存活?茖W(xué)家們曾把單個(gè)細(xì)胞從人體內(nèi)移植到培養(yǎng)菌中生長,證實(shí)了這一點(diǎn)。我孩童時(shí)就憑直覺知道,這些聰明的細(xì)胞都有自己的意圖和目標(biāo);它們積極地尋求能支持它們存活的環(huán)境,同時(shí)避開毒質(zhì)和不友好的環(huán)境。就像人類一樣,對來自它們棲身的微環(huán)境中的成千上萬個(gè)刺激因素,單細(xì)胞會(huì)進(jìn)行分析。通過這種數(shù)據(jù)分析,細(xì)胞選擇適當(dāng)?shù)男袨榉磻?yīng),以保證自身的存活。
單個(gè)細(xì)胞也能夠從這些環(huán)境經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí),能夠建立細(xì)胞記憶,并將細(xì)胞記憶遺傳給其后代。例如,當(dāng)一個(gè)小孩感染了一種麻疹病毒,一個(gè)未成熟免疫細(xì)胞便應(yīng)召而來,生成一個(gè)保護(hù)性蛋白抗體,對抗那種病毒。在此過程中,細(xì)胞必須生成一個(gè)新基因,用作制造麻疹抗體蛋白的藍(lán)圖。
生產(chǎn)特定麻疹抗體基因的第一個(gè)步驟發(fā)生在未成熟免疫細(xì)胞的細(xì)胞核中。在它們的基因中有大量DNA片段,把獨(dú)特形狀的蛋白質(zhì)斷片進(jìn)行編碼。通過隨意裝配和重組這些DNA片段,免疫細(xì)胞創(chuàng)造出大量不同的基因排列,每個(gè)排列都為一個(gè)獨(dú)特形狀的抗體蛋白做準(zhǔn)備。當(dāng)一個(gè)未成熟免疫細(xì)胞制造出一個(gè)與入侵麻疹病毒形成“親密”物理性補(bǔ)充的抗體蛋白,那個(gè)免疫細(xì)胞就會(huì)被激活。
激活了的細(xì)胞應(yīng)用一種令人稱奇的機(jī)制。它稱作“親和力成熟”,可使細(xì)胞完美地“調(diào)整”其抗體蛋白的最終形狀,使抗體蛋白變成對入侵麻疹病毒的完美補(bǔ)充。利用一個(gè)稱為“體細(xì)胞高頻突變”的過程,激活了的免疫細(xì)胞造出幾百個(gè)原始抗體基因的副本。然而,每個(gè)基因新版本都有輕微突變,以便能為一個(gè)形狀稍有不同的抗體蛋白進(jìn)行編碼。細(xì)胞選擇變異基因作為最適抗體,這種經(jīng)過選擇的基因版本同樣也經(jīng)歷體細(xì)胞高頻突變的重復(fù)程序,進(jìn)一步調(diào)整抗體形狀,使它成為麻疹病毒的“完美”物理性補(bǔ)充。
精雕細(xì)琢過的抗體鎖定病毒后,會(huì)使入侵病毒失活,并摧毀它,保護(hù)孩子免受麻疹損害。細(xì)胞保留了這個(gè)抗體的基因“記憶”,因此,如果這個(gè)人在未來被麻疹病毒入侵,細(xì)胞會(huì)立即啟動(dòng)一種保護(hù)性免疫反應(yīng)。細(xì)胞分裂時(shí),新的抗體基因也會(huì)傳遞給細(xì)胞的所有后代。在這個(gè)過程中,細(xì)胞不但“熟習(xí)”了麻疹病毒,而且也建立了將會(huì)被其子代細(xì)胞遺傳和繁殖的“記憶”。這種令人嘆為觀止的遺傳工程技藝至關(guān)重要,因?yàn)樗砹艘环N內(nèi)在的“智力”機(jī)制,依靠這種機(jī)制,細(xì)胞不斷進(jìn)化。
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