第一篇第六章细胞——生命世界的缩影
为什么我们生活的地球富有生机，充满活力呢?有些人说因为有了动物，有些人说因为有了
植物，有些人干脆说因为有了人。他们都只说对了一部分，科学的答案是因为有了生物。它
们不仅包括了人、动物、植物，还有微生物。它们每天都在生长、发育、繁衍、衰老、
死亡，这一切生命活动令世界焕发出勃勃生机。生物世界纷繁复杂，有许多奥秘等待我们去
认识和探索。要揭开生命遗传的秘密，就得从生物的基本结构说起。
让我们先看看人体的结构吧。人是一种高等生物，而已知高等生物体从宏观至微观是由各种
系统、器官、组织、细胞所组成的。大家都知道，人是靠摄取食物、吸收营养
来维持生命的
，只有消化系统才能完成这一重任。消化系统由口腔、食道、胃、肝、肠等器官构成。口腔
是消化系统的食品加工厂(磨碎食物)，里边包含有舌头、牙齿。我们在显微镜下观察舌头，
可看见其表面有许多粗糙的凸起，称为舌乳头，它含有味蕾，能感觉酸、甜、苦、辣的味道
，这一层组织称为舌黏膜。细看下去，在味蕾上排列有许多味细胞。舌黏膜的内层组织为肌
肉组织，它又是由肌细胞所构成，这就是初步的微观世界。除此之外，人体的其他系统的重
要组织器官亦由不同细胞所组成，如心脏有心肌细胞，骨骼有骨细胞，神经有神经细胞等。
一个成年人体就约有1 800万亿个各种类型的细胞，所以人属于细胞生物。其他的动物、植
物亦由各自不同的细胞组成，在微生物世界里，细菌就是单一细胞的生物，所以说现今世界
上绝大多数的生物都属于细胞生物。尽管不同生物的细胞或同一生物的不同细胞在形状、大
小等方面存在着很大的差别，但它们所表现的生命活动规律，却基本上大同小异。一切细胞
在其生命活动过程中，都进行着一系列的代谢活动，即从外界摄取养料进行生长、分裂，感
应外界刺激，适应环境变化，等等。因此，我们认为细胞是生命的基本单位。
据科学家推算，地球上的生命现象发生在距今大约32～37亿年前。但是，人们对构成生
命的基本单位——细胞的认识却只有两三百年的历史，细胞的发现敲开了生命奥秘的大门，
为生命现象的研究奠定了基础。如果把生命比作一座“大厦”，那么细胞就像砌成“大厦”
的“砖”。因此对细胞进行观察、分析和研究，是生命科学领域的重要任务。你可知道历史
上最早观察和发现细胞的是谁吗?他是英国的物理学家、天文学家，名叫罗伯特?胡克(1 66
3～1 703)。他创制了第一架有科学研究价值的显微镜，并利用这架显微镜做了大量观察，
现软木是由一个个蜂窝状的小空洞组成。他将此结果整理成《显微图谱》一书，于1665年发
。在该书中他以极其兴奋的心情写道：“我一眼看到这些形象就认为是我的发现，因为它的
确是我第一次见到的微小空洞，也可能是历史上的第一次发现。这显然使我理解了软木为什
么这么轻的原因。”他把所观察到的小室称之为“cell”(细胞)，历史上首次提出了细胞的
概念，是人类认识生命的里程碑。
毫无疑问，细胞的发现要归功于胡克，但是，后人发现胡克观察到的只是植物细胞壁围成的
轮廓，是死的细胞。那么，真正观察到活细胞的人是谁呢?
与胡克同时代，有个叫列文虎克(1 632～1 723)的荷兰人，掌握了磨制透镜的技术
，一生亲自磨制了550块透镜，装配
了247架显微镜，为人类创造了一批宝贵的财富。他于1677年用自制的高倍放大镜观察了池
塘中的原生动物、人及哺乳动物的精子等完整细胞，还在鲑鱼的血细胞中看到细胞核。这些
工作是十分难能可贵的。与胡克相比，列文虎克的工作毫不逊色，所以后人认为，活细胞的
发现应归功于列文虎克。鉴于列文虎克在生物学的卓越贡献，80年他当选为英国皇家学会
会员，1699年被授予巴黎科学院通讯院士的荣誉称号。
细胞的发现，树起了人类认识生命的里程碑，揭开了人类研究生命的序幕。
1838～1839年，施旺和施莱登提出：一切植物、动物都是由细胞组成的，细
胞是一切动植物的基本结构单位。这就是著名的“细胞学说”。它是最早的生物科学概念，
对生物学的发展具有重要的指导意义。恩格斯把它与能量守恒定律和达尔文的进化论列为19
世纪自然科学的三大发现。细胞学说的建立把生物学的注意力引向细胞，有力地推动了对细
胞的研究。这一学说的创立，对当时生物学发展起到了巨大的促进和指导作用，明确了整个
物界在结构上的统一性，推进了人类对整个自然界的认识，有力促进了自然科学的进步。
据科学家估计，地球上现存的生物大约有150多万种，包括100多万种动物，30万种植物
和几万种微生物。按照细胞结构复杂程度的不同，可将这些生物分为原核生物和真核生物两
大类。原核生物由原核细胞组成，真核生物由真核细胞组成。原核细胞和真核细胞被看作是
细胞世界的“两大家族”。
原核细胞的生物可算是现在地球上历史最悠久、最古老的生物。它们的祖先大约在32亿
年前就出现在地球上了。如在南非太古代地层发现的古杆菌和巴贝通球藻化石之类的
生物，其后代如细菌、蓝藻及支原体等现在广泛存在于地球上。原核生物经历30多亿年的漫
长进化岁月，仍然很简单，全身只有一个细胞，细胞内的成分——原生质也没有多大的分化
，这些充分反映了它们在进化中的落后和保守状况。所以难怪在150多万种现存的生物中，
它们仅仅只占5 000多种。
真核生物被认为是由原生生物进化而来的。真核细胞大约在12亿多年前出现，它的出现大
大推动了生物界由低级向高级的进化和发展。在12亿年间，由于它向不同的方向进化与发
展，于是出现了形形色色、种类繁多、生气勃勃的生物界。在真核生物中，有的仅由一个细
胞组成(如草履虫、变形虫)，有的由许多乃至千万亿个细胞组成。例如一个成年人，据估计
大约有1 800万亿个细胞。而新生的婴儿约有2×102个细胞。真核生物不仅在细胞数
目上有别于原核生物，其细胞的结构也远远比原核生物复杂。
原核细胞没有典型的细胞核，它们没有核膜将其遗传物质与细胞质分隔开。没有细胞内膜结
构和遗传信息量少是原核细胞最基本的特点。原核细胞的遗传物质是一个环状DNA。原核
细胞的体积很小，直径为02～10微米。目前认为最小的原核细胞是支原体，它的直径是0
1～03微米，01微米可能是细胞体积直径的最小极限。支原体能在培养基中生长，可
一分
为二繁殖，有典型的细胞膜，环状DNA和多核糖体；DNA较均匀分散在细胞中，可指导合成
约700种蛋白质。人类与支原体关系很密切，因为支原体中有不少是病原体，一些慢性病如
呼吸道疾病、关节炎和尿道炎等都是由支原体感染引起。不过支原体算不上典型的原核生物
，研究得最多，知道最为详尽的原核生物是细菌和蓝藻。
真核细胞内部有复杂的膜结构，有比与原核细胞多得多的遗传物质。膜的厚度大约为8
～10毫微米，膜大大扩增了细胞的内表面积，绝大多数酶定位在膜上，绝大多数生物化学反
应在膜上进行。膜分隔使细胞有了真正的细胞核和独立的细胞器，使代谢分类型的在不同区
域进行，同时也引起细胞内部不同区域间物质能量交换和通讯发生。这样，真核细胞的另一
特征结构——骨架系统应运而生，骨架系统维持着细胞核和细胞器的定位和其他结构的排布
，参与胞内大分子的运输，细胞的运动，细胞器的位移，细胞信息的传递，基因表达，细胞
分裂，细胞分化等活动。可以说，正是膜系统和细胞骨架提高了细胞生命活动的程序性和
控制性。
真核细胞的种类非常多，各种植物细胞和动物细胞，和我们的日常生活有密切联系的很
多微生物，如酵母菌、真菌等都是真核细胞。所有的真核细胞都有基本相同的结构，它们都
有细胞膜、细胞核、线粒体、高尔基体、内质网、核糖体、微管和微丝等。这些结构的功能
也基本相同。植物和真核微生物还有一些相同的结构，如细胞壁。但是每类真核细胞都有自
己独立的结构，因而有自己独立的功能。例如植物细胞的最有特征的结构就是叶绿体，因而
植物能进行光合作用。哺乳动物的成熟红细胞里，所有的细胞器都退化了，细胞充满了血红
蛋白——一种能携带氧和二氧化碳的蛋白质，因此，血细胞就只有携带氧和二氧化碳的功能
。
除了真核和原核生物外，还有一类无细胞形态的生命体，但这类生命体不能独立生活，
而必须寄生在其他细胞内。然而，它们都有自己的遗传物质，并巧妙地利用寄主细胞的环境
和必要物质繁衍自己。这类生命体统称为病毒，但习惯上把寄生在细菌的叫做噬菌体(或细
菌病毒)；而把寄生在动、植物细胞的分别叫做动物病毒和植物病毒。
原核生物和病毒虽然简单，却不可小觑。人类的许多疾病都是由细菌和病毒引起的，由
于它们在人体内大量繁殖，使作为万物之灵的人类不仅备受痛苦煎熬，而且对于有些病毒现
在还束手无策。此外，它们又是研究遗传学的重要工具，许多遗传学的基本规律就是通过它
们发现的。