1.3 精妙复杂的人体细胞
这一节里,让我们一起走入并领略一些微小但却是意义非凡的细胞世界。
几乎地球上所有的生物都是由微小的细胞构成的。虽然细胞看起来微不足道、肉眼很难察觉,但在显微镜下看它们,却是一个个鲜活的生命。它们就像一个个独立的国家或城市,承载着生命、绽放着活力。
作为组成生命的基本单位,细胞具备着复杂的结构和功能。它们以惊人的方式协调运作,形成了我们肉眼所见的多姿多彩的生物世界。
细胞 是人体最基本的结构和功能单位。在细胞中,细胞的不同结构通过不同的包膜与其它结构区分开来,独立地执行着自己的功能。¹⁸⁵
人体细胞就像一座精心规划的城市,细胞膜像护城河,细胞核像是一个司令部,核糖体像生产工厂,内质网像物流中心或仓库,高尔基体可比成邮局或分拣中心,线粒体好比发电站,溶酶体好比垃圾回收处理中心,中心体好比城市基础建设设施,细胞质好比城市空间和环境。
每一个细胞里都存在着数以万计的复杂生理生化机制,这些机制彼此紧密相连。它们负责维持细胞的稳定状态,进行DNA的复制、蛋白质的合成运输还有自我保护等过程。我们想像一下,这些微小的细胞中发生着成千上万的酶催化步骤和自动化的运作,就像一个繁忙的都市里的各种活动。
1. 细胞膜(Cell membrane):像是一条护城河,是细胞的外部包裹物,精确地控制着物质的进出。它由脂质双分子层组成,其中包含许多蛋白质通道和受体,控制物质的进出和调节细胞内外的信号传递。
2. 细胞核(Nucleus):细胞核位于细胞的中心,像是一个司令部,由核膜所保护、所包围。它包含细胞的遗传物质,并控制细胞的生长、发育和功能。目前已知的生物中,几乎全部都以DNA为遗传物质分子,少数如部分病毒则以RNA作为遗传物质。在核内还有核仁,负责核糖体RNA的转录、加工以及组装。
3. 核糖体(Ribosome):外观有点像个汉堡包,是细胞中重要的蛋白质合成机器。像是一个生产工厂,它位于细胞质中,由核糖体RNA和蛋白质组成。然而,核糖体的组装过程并不完全在细胞质中完成,其中的一部分重要步骤发生在核内的核仁(nucleolus)内 ,可将核仁比喻为核糖体的加工厂。¹⁸⁶
首先,核仁内的特定区域会进行核糖体RNA的转录。这些特定区域称为核仁组织区或核仁有丝分裂小区。在这些区域,DNA的特定部分被转录成为rRNA的前体分子。随后,这些rRNA前体会经过加工和修饰,形成成熟的rRNA分子。
接下来,核仁内的其它区域负责将成熟的rRNA与特定的蛋白质结合,形成核糖体的前体。这些前体随后会通过核孔蛋白质通道运输到细胞质中。在细胞质中,这些前体会经过进一步的成熟和组装,最终形成功能完整的核糖体。
4. 线粒体(Mitochondria):好比发电站,是能量生产的主要场所。它们参与细胞呼吸过程,产生细胞所需的能量分子ATP。
5. 内质网(Endoplasmic reticulum):可以比喻成一个物流中心或仓库。内质网是一个复杂的膜系统,在细胞内负责合成、折叠和加工蛋白质,并且还参与细胞内物质的运输和分发。就像物流中心一样,内质网在细胞内负责处理和分配重要的生物分子,确保它们能够准确地到达目的地,并在正确的时间发挥作用。
6. 高尔基体(Golgi Apparatus):可比成邮局或分拣中心。高尔基体主要负责进一步加工和分拣内质网合成的蛋白质 。它将这些蛋白质标记、排序和打包,使其能够准确地送达到细胞内的目的地,包括细胞膜、细胞器或是分泌到细胞外。¹⁸⁷
7. 溶酶体(Lysosome):好比垃圾处理站,参与细胞的分解和废物处理。
8. 中心体(Centrosome):好比城市基础建设设施,提供细胞形状和支持,微管组织中心,同时也能够调节细胞周期进程。
9. 细胞质(Cytoplasm):好比城市空间和环境,是细胞膜内的液体环境,包含各种细胞器和溶质。它是许多细胞活动的地方,包括代谢过程、蛋白质合成和能量产生。
这些结构相互合作,共同执行着细胞的功能,犹如一个小型的都市。当细胞以如此复杂的结构组合在一起协调工作时,又如何能通过达尔文所假设的随机组合偶然发生呢?既然一个城市的建设都需要精心设计、布局规划、花费人力物力和很长时间,人体细胞的精巧设计和完美功能,如果不是精心设计出来的,又如何能够实现呢?
人的细胞就像一座精心规划的城市。(VectorMine/Shutterstock)
1.3.1 肝脏细胞堪称人体的生化工厂
我们身体内的肝脏 就像是人体中的一座生化工厂,管理着碳水化合物、脂肪和蛋白质这三大营养物质的代谢。肝细胞就像是工厂的员工,各司其职,具备着各种神奇的功能。¹⁸⁸
首先,肝细胞是个“储能高手”。当我们需要能量时,它会慷慨地释放储存在体内的葡萄糖,直接注入血液中,供给整个身体。
其次,肝脏还是个“消化小帮手”。它可以制造并分泌胆汁,帮助我们消化和吸收食物中的脂肪。就像一位贴心的管家,它让我们的胃口变得更好、吃下的美食更容易被我们的身体吸收。
此外,肝细胞还是“生产高手”。它可以合成并分泌许多重要的蛋白质和激素,如血浆白蛋白和凝血因子等,为身体的正常运作提供所需的物质。
肝脏还有一项关键职责是当“解毒中心”。当我们接触到各种药物或有毒物质时,肝细胞会发挥作用,将它们转化成安全的物质,或者干脆将它们彻底分解掉。肝脏简直就像是一位勇敢的身体卫士,保护着我们的整个系统免受危害。
不仅如此,肝细胞还拥有一项超能力,它居然可以“自我修复”!当肝脏受到损伤时,肝细胞会迅速增殖和分裂,以修复受损的区域,让肝脏重新焕发活力。
总之,肝细胞就像是一支多功能的超级英雄团队,具备各种令人惊叹的能力和特点。它们在人体中默默地工作,确保我们的身体正常运转,无论是储能、消化、解毒、修复还是生产,都离不开这些忠诚的肝细胞的辛勤付出。
肝脏具有这么多的智慧与能力,它是怎么做到的呢?这与精心设计和组建的肝细胞结构有关。
让我们参观一下肝细胞的内部结构。一进入肝细胞内部,我们就像走进了一个令人惊奇的迷宫世界!
首先,粗面内质网就像一个繁忙的蛋白质工厂,不停地合成和包装着各种重要的蛋白质。这些蛋白质可能是细胞内的超级英雄,负责执行各种生命活动。
接下来,进入了平滑内质网的领域,这里就像是一个忙碌的脂肪合成工厂。这些脂肪是细胞内的贵族,扮演着结构和能量存储的重要角色。它们可以是细胞中的“油脂贵妃”,也可以是身体能量的保管员。
这里用了一个“油脂贵妃”的比喻来形容脂肪在细胞中的作用,意味着脂肪在细胞内部担当着重要的角色,类似于贵妃在宫廷中的地位。脂肪在细胞中充当结构组分和能量储存的角色,起着保护和维持细胞正常功能的作用。
然后,我们来到了高尔基体,这里就像是一个神秘的蛋白质化妆室。高尔基体负责精心包装、修饰和给蛋白质分类,就像是给它们穿上时髦的外衣,让它们能够准确地抵达它们的目的地。
最后,我们遇到了线粒体,这里就像是一个肝细胞的能量中心。线粒体就像一座快速的发电厂,不停地产生能量分子ATP,给肝细胞提供持续不断的动力。肝细胞可是一个生化工厂,需要大量的能量来执行各种生理功能,线粒体就像是给这座工厂供应电力的绿色能源。
总之,肝细胞内部的细胞器呈现出一个个令人惊叹的场景,每个细胞器都有自己的重要角色,共同协作让肝脏成为一个充满生命力的生化王国!
综上所述,肝脏细胞是一个非常复杂的细胞,具有多种精巧的结构和功能,可以执行许多关键的生理活动。它是如何从简到繁进化而来、产生出这么精密复杂的生化代谢功能来的呢?按照达尔文进化论根本没法解释。连一个城市的化学工厂都需要经过精心设计营建,肝细胞这么精巧的功能,难道不是精心设计出来的吗?
1.3.2 细胞的定向分化机制复杂奥妙
人体的发育从单个生殖细胞开始,根据身体各个部分的不同需求,分化成复杂的、具备不同生理生化功能的体细胞,并且与其它的体细胞一起,组合产生不同的器官、组织,包括肝脏、大脑、心脏和眼睛等。
大家想一想,这难道不是一件非常神奇的事情吗?试问一下,达尔文的进化假说如何能解释:一个干细胞如何能在短短的时间内、快速按照我们人体的需求,分化出各种各样不同功能的体细胞来呢?
这正说明,细胞就像一个个智慧的生命,具备惊人的信息处理、存储和检索的能力,类似于我们使用的计算机系统;他们拥有类似语言和解码系统的机制,用于沟通和理解;同时,细胞还具备质量控制、数字数据嵌入、运输配送、预制组装以及自我复制等功能,就像自动包裹寻址、模块化结构和自我复制的机器人制造工厂一样。
人们都关心人类的生命是怎么产生的,其实,一个个体人的生命在孕育之初,也是非常神奇的过程。
比如,母亲在怀孕初期,子宫内膜就经历了一系列变化,为受精卵的着床和胎盘的形成做准备。这被称为着床细胞反应(Decidual Cell Reaction, DCR),是怀孕早期子宫内膜的重要生理过程之一。
新西兰著名分子生物学家迈克尔‧道顿教授(Michael Denton)在他2016年的著作《进化论:仍处于危机之中的理论 》(Evolution: Still A theory in Crisis)中引用了一篇《细胞生理学杂志》(Journal of cellular physiology)的论文,用这篇论文发现的生命孕育之初的着床细胞反应为例,说明了细胞分化过程的复杂性。¹⁸⁹
这些变化包括细胞的转化、形成大型的多倍体着床细胞、细胞质中积聚糖原和脂质、细胞间的接触和连接的改变,以及细胞外部组成成分的重塑。这些变化为胚胎的形成提供了必要的支持和保护,并促进了胚胎的正常发育和着床。
简单来说,这种组织转变就是将一种细胞类型转变为另一种外观和功能相似的细胞类型。在这个过程中,细胞内积聚了大量的能量物质和特定的结构,细胞间的接触和连接也发生了变化。这个转变在子宫内膜中发生,同时还涉及到细胞外部组分的改变,如减少细胞间的间隙,并改变基质的结构。
这篇论文记录了在这个细胞分化过程中数百个基因表达的变化:
“我们发现322个 基因在表达上表现出显着差异……其中312个以前不被认为与蜕膜化有关。对过多功能的分析表明,蛋白质合成、基因表达和染色质结构及重塑是蜕膜化过程中最相关的修饰功能。相关基因也(参与)……分化、细胞增殖和信号转导。”¹⁹⁰
“毫不奇怪,如此复杂的细胞类型的分化,涉及基因表达的如此多不同的变化。一个明显的问题出现了:这些变化是否以达尔文的方式发生,一次一个基因,即基因一、基因二、基因三,直到基因322?或者,与蜕膜化相关的独特基因表达模式,可能起源于内部因素的跳跃式的变化(per saltum,拉丁语,意思是“跳跃”)?”
道顿教授提到的这种跳跃式变化,是突然的变化,显然不是达尔文所提出的渐变演化的概念。
事实证明,细胞的分化过程比达尔文想像的要复杂得多。在连人类规划都做不到的情况下,随机突变是如何产生这一系列高度精密、有序的结果的?显然,这难道不是提前精心设计出来的一套机制吗?