欢迎跟随作者的脚步,进入意象丰富的细胞世界畅游。
所有的疾病,都是因为细胞出错惹的祸。所以研究细胞,不仅为各种疾病的治疗找到生机,也是解开生命奥祕的关键。
本书作者带领大家走一趟细胞之旅,莅临细胞研究的最前线,参观细胞生物学、分子生物学、发育生物学的精彩成果,并碰触各种热门的生物医学话题和科学新知。除了能见到细胞内的小世界,也能看到这个充满生老病死、缤纷多彩的大世界。
程树德导读 从细胞透视生命本质
第一项基本体认:生命的机械观
在现今细胞学丰富的历史及文献中,有三项基本体认最能让作者兴奋及深思,它们贯穿了各章节,指导了作者思考及叙述的方向。
其一就是所谓“生命的机械观”,也即认为:生命诸运作皆可由物理及化学原理来解释,不需另想像一种神祕的“生命力”。虽然用机械运行来说明天文现象,很早即由笛卡儿提出,但植物的萌芽、开花与结果,动物的胚胎发育及运动觅食,似乎有一内在的“生机”、“生灵”或“灵魂”在主宰,因此从亚里斯多德以降,一直到十九世纪中叶,欧洲科学家仍然认为一个神祕的“生命力”划分了生物与无生物。
但随着实验方法的进步,被归因于神祕力量的现象,可以用自然的运作解释,而其根本道理似乎也能用日渐精密的物理与化学来明了,造物者之心机与生命力的阴影也都被赶出了生命体。
作者在字里行间,常情不自禁的表达对这项新体会的快乐,例如几百万个保存在液态氮桶的细胞,可以在无生命状态下冰冻许多年,一旦解冻了,这些细胞又可摄食、爬行和繁殖了。这个例行的实验步骤,如果用“生命力”之进出来荣耀之,似乎多此一举。又例如细胞内囊泡交错运行着,好似有无数小精灵很活跃的推动着,但当我们在试管中能用马达分子、细胞骨架分子和供应能量的分子重现这“原生质”内神祕运动时,小精灵们也黯然失色了。
第二项基本体认:演化
第二项重要观念即“演化”。如果复杂得像一座大型工厂的真核细胞,能够由无生命现象的体液突然变化而生,那非得有“灵魂”介入不可,所幸十九世纪的魏修(Rudolf Virchow, 1821-1902)早就提出“新细胞是由既存细胞分裂而成”的观念。既然细胞有其历史与传承,那么“随时而变,适应环境而变”的演化过程,也必伴随着细胞,使地球上之细胞由简单而复杂,由小而大,由单一细胞而聚集成数百亿细胞的共和国。
伦斯伯格虽没有辟专章谈细胞的演化史,但在各章都用演化观点来统合生命现象。例如他所描写的细胞客厅中,有几百条长香肠般的物体,它们表层膜下,又有第二层膜,弯弯曲曲的折叠在此胞器中——这种称为粒线体的胞器专门生产能量分子,但它双层膜内居然有一圈 DNA,也能自制蛋白质。而在植物细胞内的绿色大胞器叶绿体,更有层层叠叠的圆饼状结构,它能逮住光子的能量而转换成化学能,这叶绿体也有自用的 DNA 呢!
若能知道这两个大胞器怎样演化出现,也就能部分回答真核细胞怎样演化的大问题。二十世纪初就有人主张:粒线体和叶绿体原本是小细菌,但因机缘而活在大细菌体内,然后逐渐改变而成。这种“内共生说”受一般学界嘲笑讥讽,直到 1960、70 年代由女科学家马古利斯(Lynn Margulis, 1938-2011)倾全力提倡,方被多数人接受。
“内共生说”能将原核细胞及真核细胞间的鸿沟交通起来,使细胞的代代绵衍可以上推到约四十亿年前,那时有机分子愈变愈复杂,终至组成有内外隔绝、能分裂繁殖、而且能传递过往智慧的原始细胞。
第三项基本体认:个体与群体利益之分际
第三项重要观念是,虽然细胞的行为必须要用“演化”的眼光来剖析,才会发现其生存之意义,但多细胞生物的林林总总,要用“个体与群体利益之分际”观点来看,方才能体会其妙处。作者确实多次触及这个课题,例如癌症之产生就与细胞失去了外在控制有关。
单细胞生物能我行我素的活动及繁殖,但有着数百亿细胞的大生物内,细胞就得有严格分工,因为有性生殖过程中,唯有生殖细胞(精子及卵)有机会传衍下去,是最有生存利益的;而诸如红血球细胞只能循环周身,传送氧及排出二氧化碳;肌肉只能收缩及放松;神经细胞只能传递信息。它们都不能繁衍到下一代,何以它们不造反,不争着做生殖细胞呢?
细胞的共和国内怎样解决这样的争端呢?细胞既聚合成群体,就得放弃其生存“主权”,而以群体之利益为依归。当群体需其繁殖时,就进行分裂,例如皮肤细胞分裂以修补伤口,而当群体需其牺牲时,细胞就进行“有计画性的死亡”,例如指间的胚胎细胞和某些免疫系统的细胞。
细胞怎样分工、怎样协调,当是多细胞生物所以能演化出现,首需具备的“遗传智慧”,也唯有用这角度观察,癌症的反叛本性才能够清楚显现。正常的细胞受了突变,不再理睬外来的信号,只顾利己的生殖,这即走上了肿瘤愈来愈恶化之途,最后把整个群体完全搞垮,癌细胞也无法独存。个体与群体之利益冲突及其协调,下至基因阶层,上至人类社会之大群体,都不断进行中,作者对此颇有发挥。
“生命的机械观”、“演化”及“个体与群体之利益”这三项观念是伦斯伯格从细胞学知识中,萃取出来的哲思,以之运用到细胞运动、分裂、受精、免疫、癌症、小生物复活及遗传疾病各专题,的确为正值黄金时期之细胞学,提供一最佳之介绍。读者以本书为小说,可也,因它颇具趣味;以之为教科书,可也,因它有不少细节呢!
作者简介
伦斯伯格 (Boyce Rensberger)
资历超过五十年的美国资深科学记者,曾任职《底特律自由报》、《纽约时报》、《华盛顿邮报》。毕生致力于科学知识的传播,曾两度获颁美国科学促进会顶尖科学写作奖,曾任麻省理工学院“奈特科学报导奖助计画”主持人,主编过《华盛顿邮报》极富教育性的“地平线”月刊。著有《一粒细胞见世界》、《速成生物学》、《野生动物礼赞》、《世界如何运转》等书。目前与妻子定居在马里兰乡下。
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