2 细胞的外观

《西游记》是我国的四大名著之一，由其改编而来的电视剧则是七零后和八零后的童年回忆，并且成为不可超越的经典。其中令人印象最深刻的两个人物是孙悟空和猪八戒，在原著中对于前者的描述如下：“长相圆眼睛，查耳朵，满面毛，雷公嘴，面容迎来羸瘦，尖嘴缩腮，身躯不满四尺，像个食松果的猢狲，虽然像人，却比人少腮。”对于后者的描述则是：“初来时，是一条黑胖汉，后来就变做一个长嘴大耳朵的‘呆子’，脑后又有一溜鬃毛，身体粗糙怕人，头脸就像个猪的模样。食肠却又甚大，一顿要吃三五斗米饭。”由此，我们可以想象出他们的高矮胖瘦和面目长相。除了神话中的角色，地球上逾70亿人，除了双胞胎和多胞胎之间长得比较相似外，人与人之间在长相上存在巨大的差异，无论是身高、体型还是面相等，都存在千差万别。所谓世上没有两片完全相同的树叶，人与人之间也是如此。当然，如果只做粗略的分类，会发现人和人之间既存在差异，也存在相似点。比如按照肤色分，人可以分为白种人、黑种人、黄种人和棕种人等。对于细胞的模样来说，每一个细胞之间的差异很难区分，但是细细地分类的话，某一类细胞还是具有特定的模样，不同类型之间还是很容易识别的。物以类聚，人以群分，细胞以类分，差不多就是这个意思。

那么，一个细胞到底有多大？这应该是很多人听到细胞这个字眼时想到的第一个问题。如果说你的肉眼根本无法看到，这是一种无法想象的小，那么到底有多小呢？这里有一个直观的比方：如果将一个细胞放大到一粒芝麻那么大，那么这粒芝麻就应该放大到西瓜那么大，放大倍数为两三百倍。如果与最为常见的、直径约为五六十微米的头发丝进行比较，通常它是头发丝直径的五分之一左右，即十几微米上下。而我们人眼能够观察到的两个点之间的最小距离只有100微米，无论你的眼睛离物体有多近或者光线有多强，都无法提高这个分辨极限，这就是我们常说的分辨率。因此，我们的眼睛无法直接观察到一个细胞，必须借助于光学显微镜，才能一睹它的真容。然而，这只是通常情况，由于不同类型的细胞形态千差万别，也由此导致了其个头大小存在显著差异，最小的细胞直径只有五六微米，最大的细胞直径可达200多微米，两者之间相差四五十倍。这让人不禁想到了我国乃至世界上迄今为止最大的单口径天文望远镜，也就是位于贵州、直径为500米的射电天文望远镜FAST，而普通天文台反射式望远镜的口径只有几米或十几米。细胞与细胞之间的差距，在望远镜与望远镜之间的差距上，体现得一览无余，一个可以横跨几座大山，一个只需蜗居一间小屋。

说完大小，我们再说说数目。对于一个体重为70千克的成年人来说，整个身体有四五十万亿个细胞，根据组织类型的不同，大概可以归纳为200余种不同类型的细胞，而且这些细胞一直处于不断的新旧更替之中。这是什么概念呢？说得直白点，我们就来算算一块肉里面有多少个细胞吧。记得两三年前，有人开始研发一种完全由人工培养的细胞所合成的人造肉，当时采用的是来自牛的细胞，最后得到一小块牛排，里面所包含的细胞数量超过千万。

下面按照人体从上到下的顺序，对身体中形态特征最为怪异和最具代表性的几大类细胞的模样及其大小和数目进行介绍，让我们来看一看你的想象能否跟得上大自然的光怪陆离。

在人的大脑中，约有1700多亿个细胞，其中神经元细胞有800多亿，约占一半，剩余部分主要为胶质细胞，包括星形胶质细胞等。神经元的形态极其像一个小点向四周散射出多条细线，细线有长有短，短线被称为树突，最长的细线可以是其他细线长度的十几倍乃至几十倍，并且有个特殊的名字，叫轴突。为了保护这些长长的轴突，在它们的外面围绕着髓鞘，远远望去，像是一根长长的筷子将一根根小香肠串起来。除此以外，在每一根细线上又长出很多小的凸起，非常像带刺的玫瑰茎秆，在细线的末端还会产生更多的分叉，如果你曾看过分叉的头发发梢，就会立马领悟了，当然，发梢通常只会一分为二，而轴突则会一分为十，甚至更多。这些分叉是干什么用的呢？主要用来和其他神经元进行交流。我们在看关于外星人的电影时，常常会看到这样的情景，人和外星人之间首次接触，彼此伸出一只手臂，打开手指，让两个彼此陌生的生物之间通过突出的指尖进行微微的触碰，以了解对方的目的，感受对方的善意或恶意。神经元之间的交流也十分相似，因此，我们把这些相互接触的端部称为突触。下面，你用自己左手的指间轻轻地碰一碰右手的指尖，想象一下突触的感觉吧。显然，这种感觉不同于直接的手握手，却也是实实在在的。

根据形态的略微差异和行使功能的不同，神经元可以划分为很多种。但是，如果根据轴突的粗细进行划分的话，它们大致被归为四类，从粗到细，直径从二十几微米到零点几微米不等。别小看这几微米的差距哦，不同的粗细，决定了神经元中信号传导速度的快慢。有时我们会听到别人说某人反应迟缓，脑子转不过弯，是个神经大条。事实上却恰恰相反，神经元的轴突越粗大，反应速度就越快。对于人来说，反应速度往往表现在思考的快慢和动作的敏捷与否，反映在神经元上的话，主要指电流在神经元内部以及神经元之间传导的速度。对应上面提到的四类神经元，电流在其中传导的速度分别相当于飞驰的高铁、急速的汽车、慢慢悠悠的自行车和缓慢的步行。因此，如果说一个人有了触电的感觉，绝对不是一个简简单单的形容，而是发生在神经元里的真实事件。

这一隐藏在特殊细胞里的事件是如何被发现的呢？主要归功于两位英国科学家——艾伦·劳埃德·霍奇金（Alan Lloyd Hodgkin）和安德鲁·赫胥黎（Andrew Huxley）。他们两人合作，在1939年，将两根玻璃针插到枪乌贼的神经纤维中，第一次检测到神经元在受到刺激时，会产生电流信号，并提出以他们名字命名的模型，即霍奇金-赫胥黎模型，从而开创了神经电生理学领域，成为现代神经生物学研究的主流方向。他们也因此获得1963年的诺贝尔生理学或医学奖，和他们一起获奖的学者，还有刚刚提到的神经突触的发现者约翰·卡鲁·埃克尔斯（John Carew Eccles）。这里需要解释的是，为什么他们需要用枪乌贼做实验呢？因为基于当时的技术条件，将玻璃管加热后拉伸形成的针管仍旧比较粗，根本无法插入到普通细小的神经元内。而枪乌贼的神经元就不一样了，它身体的外套膜下长有一根根无比粗大的神经元，其轴突的直径比哺乳动物最粗大的神经元还要粗，足有几百微米，甚至上千微米，而长度呢，更是长达几十厘米。这些独一无二的条件，简直就是早期神经科学家们梦寐以求的实验对象，可以简单粗暴地开展实验。当然，随着技术的发展，现在的科学家已经研发出了膜片钳技术，不再依赖于枪乌贼开展实验，无论何种动物中多么细小的神经元，都能够采用该技术进行电流的检测。

除此以外，大脑中还有一类常常被人忽略的细胞，即胶质细胞。它的长相完全不同于神经元，但是它们也有很多凸起，通常从十几个到几十个不等，而且每个凸起的顶端也会产生细小的分支，远远望去，就像是夜空中闪闪发光的星星。因此，这种形状的胶质细胞被命名为星形胶质细胞。

我们常说眼睛是心灵的窗口，而心灵事实上反映的是一个人的思想。因此，眼睛在解剖学上和神经系统密切相关。人的眼睛好比一台照相机，可以感知外界的光线，并形成图像，经过神经传导给大脑。光线照射到眼睛最外层的角膜，经过瞳孔和晶状体，聚焦到视网膜上。视网膜上的感光细胞，包括视锥细胞和视杆细胞，是眼睛中可以感受光线刺激并把刺激信号投递到神经元的主要细胞。这两种细胞很像两个独眼小人，而且只有一条腿，虽说都只有一条腿，但是脚趾头特别多，而且脚又大，所以站得非常稳。两者的长相差异主要体现在头上，第一位的面相属于方脸、宽下巴和尖脑袋，活脱脱的锥形，故名视锥细胞；第二位虽属圆脸，但是带了一个高高的厨师帽，又似梳了一个直挺挺的扫把头，远远望去长得跟麻杆一般，故名视杆细胞。人的每只眼睛有700多万个视锥细胞和一亿多个视杆细胞。两者的形态差异决定了它们功能上的区别，一种只能感受光线强弱的变化，却不能区分色彩的差异，因此需要另一种细胞来帮忙，如果后者发生损坏或者罢工，就导致了色弱或色盲的产生。

需要强调的是，视杆细胞发挥功能时，哪怕只有一个光子的刺激，也会产生信号，从而保证了眼睛在微弱的光线下也能看到物体。而视锥细胞则需要在强光的作用下，才能发挥作用，分辨出不同物体的颜色。举个简单的例子，为什么我们在夜晚仰望天空的星星时，只能看到白色的星星，而没有彩色的呢？原因在于，自然发光的恒星，其表面温度的高低虽造就了它们拥有红色、黄色、蓝色、橙色和白色等各种颜色，但是由于它们离我们太过遥远，当光线从出发到达地球时，经过了几光年，甚至是几十亿光年的漫长旅程，已经变得十分微弱，因此我们眼睛中的视锥细胞已经无法对它们进行识别，只能凭借视杆细胞看到白色，这便有了黑色夜空中的白色星星。而月亮离我们相对近多了，所以我们看到的月亮有时呈现白色，有时呈现红色，有时呈现橙色。

为什么视锥细胞可以识别颜色呢？这是因为，对于人来说，视网膜上存在3种不同的视锥细胞，可以被3种不同颜色的光所激活，分别是红光（R）、绿光（G）和蓝光（B）。作为光的三原色，三者的不同组合以及强弱搭配，形成了我们能够看到的五彩斑斓的世界。但是，对于有些人来说，无论是先天还是后天原因，3种视锥细胞中的一种丢失或者功能损坏，便无法识别三原色中的某一个颜色，从而产生了常说的色盲症。这种疾病对人类来说并不常见，但也不是很罕见，你我的身边都有这样的患者。从这一点来说，我们人类是十分幸运的动物，因为大多数动物只有一种或者两种视锥细胞，因此可以说它们几乎都是色盲，世界对于它们来说要么黑白，要么单色——一片红、一片绿或一片蓝，如同我们戴了红色、绿色或蓝色眼镜所看到的一切，曾经熟悉的事物立刻变得如此陌生，同时又是那么有趣。

说到这里，不得不提的动物便是牛，因为在写这本书时，全球正在经历新冠肺炎大流行的磨难。在中国农历牛年的新年之际，很多单位的楼宇都悬挂了大幅祝福标语：2020年实“鼠”不易，2021年“牛”转乾坤。然而，牛可是准色盲，因为牛的视网膜里缺少感受绿色的视锥细胞，所以，在牛看到的世界里，无论是红色和绿色，还是黄色和橙色，都是同一种深浅不同的颜色罢了。既然这样，那举世闻名的西班牙斗牛节上，为什么摇动红色的旗子去激怒公牛呢？说来你可能不信，选用红色并不是为了给公牛看的，纯粹是给围观的人群看的，完全是为了烘托节日的气氛，公牛可不在乎是红色的旗子还是绿色的旗子。它之所以愤怒地冲向旗子，是因为旗子在那里晃来晃去，把它给惹毛了。1923年，美国人乔治·斯特拉顿（George Stratton）通过实验发现，不同颜色的旗子对于引起公牛的注意力根本没有差别，关键在于旗子挥动的程度，幅度越大，越能激发公牛向前冲的欲望。

既然3种视锥细胞对于人和其他动物来说，无论少了哪个，都会导致对世界的感受不再那么炫彩，那么如果多了一种视锥细胞，又会发生什么情况呢？理论上计算，每一种视锥细胞所能分辨的颜色深浅大概有100种，3种细胞合在一起，可以区分约100万种颜色，如果4种细胞组合的话，可以达到一亿种。虽然早在1948年，荷兰人亨利·卢西恩·德·弗里斯（Henri Lucien de Vries）就提出了四色视的概念，但是直到2007年，英国人加布里埃尔·乔丹（Gabriele Jordan）才发现了一位拥有四色视觉能力的人。如果说某些人具有特异功能的话，四色视者绝对算得上，因为他们可以看见更多我们正常人看不见的色彩。

人体中最为重要的两大系统，一个是神经系统，另一个便是心血管系统。作为动物体中的发动机，心脏需要全天候、全时段地工作，才能保证将血液源源不断地输送入机体的每一个器官、每一块组织，滋养着每一个细胞。而心脏的跳动，一方面受到神经系统的调控，另一方面主要来自其自身的心肌细胞。形状为纺锤形的心肌细胞，天生就是一个运动健将，哪怕从心脏里被分离出来，也可以在那里一刻不停地跳动，一下、两下、三下……永不停歇。看着这些脉动，似乎也能听到心脏的搏动声，咕咚，咕咚，咕咚。心肌细胞有一个“表兄”——肌纤维细胞，外形更显瘦长，而且中间还有很明显的类似竹节的横断。它们主要存在于全身的肌肉之中，在特定神经元传导的电刺激下，也可以产生跳动，只是它们没有心肌细胞那样爱动，偶尔才动一动，而且没动两下又停下了，十分慵懒。

为什么心肌细胞和肌纤维细胞可跳动，而其他细胞却不能动弹，它们的秘诀在哪里呢？这主要归因于这两种细胞里富含两种外形类似绳索的蛋白。如同套在物体上的绳子，当拉动绳子时，便可以拖动物体。这两种细胞受到神经的信号刺激时，便会鼓动细胞内的钙发生浓度变化，从而进一步导致绳索般的两个蛋白相互拉扯，并最终体现为细胞也跟着运动。因此，虽然有时没有神经信号，但只要钙的浓度有变化，也可以促使细胞跳动，这便是属于它们自己的自主运动。对于心脏来说，如果所有的心肌细胞都自顾自地跳舞，那么就会乱成一锅粥。为此，它们会互相紧密地挨在一起，当一个作为带头大哥的细胞发生跳动时，会把这个节拍迅速传递给其他细胞，让大家跟着它的节奏跳动，于是便有了心脏的搏动。这里大家可以尝试做一个小实验，找几十个朋友站成一长排，一种条件是所有的人手拉手，另一种条件下是每个人之间隔上两三米，然后让最左边的人说一句悄悄话给紧挨着他的第二个人，第二个人再将话传给第三个人，以此类推，直至右边最后一个人，让他说出这句悄悄话，看看哪种条件下，这句话在传播的过程中没有变味，答案肯定是第一种。对于肌肉来说，当我们缺少最为重要的钙，便会引起肌纤维细胞不受我们支配地抽搐，导致抽筋，那个酸爽，那个疼痛，真是难受死了。因此，常喝牛奶或者多晒晒太阳，补充必要的钙，对于小孩子长个子，或者老人预防骨质疏松，都有着至关重要的帮助，而且对于维持我们的心跳和防止抽筋，也是大有裨益的。

心血管系统，顾名思义，一个是心脏，另一个便是连接心脏并遍布全身的血管。流淌于其中的血液，最为重要的成分当数血细胞。血细胞并不是指一种类型的细胞，而是血液中一群细胞的总称，包含多种类型，少说也有十几种。血液之所以呈现出鲜红的颜色，主要归因于红细胞的存在，因其富含血红蛋白，导致整个细胞为红色，并且红细胞的数目众多，使得血液也呈红色。红细胞的形状为周边厚，中间薄，和传说中的不明飞行物（UFO）正好相反，后者是中间凸起，周边变薄。如果你手里正好有块球形的棉花糖或者面包，在中间按压一段时间，这时呈现出的形状就是红细胞的模样。血细胞中其他类型的细胞基本都是无色或者白色，因此，它们又被统称为白细胞。部分喜欢待在淋巴结或在淋巴管中穿梭的白细胞，个头又圆又小，几乎是体内最小的细胞，它们是淋巴细胞。剩余的白细胞也基本是不规则的圆形，个头稍微大些，但长相略属歪瓜裂枣型，而且有的长了满脸的雀斑，看起来像脸上粘了很多芝麻粒，因此它们中的多数细胞又被称为粒细胞。

对于胖子来说，最为恼人的便是一身甩也甩不掉的脂肪。这些脂肪主要贮存在脂肪细胞里。由于被塞进了太多的脂肪，脂肪细胞看起来就像空空的气泡，只是这个气泡看起来不是那么的圆，有些扭曲，像极了你站在哈哈镜前面，看到里面的你被膨胀到不可思议的程度。气泡在多数情况下是棕色的，有的也呈现出褐色，根据颜色的不同，它们分别被命名为棕色脂肪细胞和褐色脂肪细胞。如果一不小心用针戳一下这个泡泡，脂肪细胞便像泄了气的皮球，逐渐瘪了下去，流出一肚子的油脂漂浮在水面上，和你喝汤时看到汤面漂浮的油滴一模一样。因此，大腹便便之人也有大腹便便的细胞。

有些人胖，有些人瘦，最常见的原因就是吃得多或吃得少，那么这些食物都是在哪里被什么细胞所吸收的呢？这主要归功于肠道里的肠绒毛上皮细胞。上皮细胞呈现极其工整的高柱状，相互之间排列得极其紧密，形成一层致密膜状结构，在这层膜朝外的一面，每一个细胞又长出了绒毛一般的细长凸起，密密麻麻。如果不细看的话，就好像长城的城墙头，一块凸起，一块凹陷，此起彼伏，延绵不绝。它们的主要作用在于，通过绒毛来增加表面积，当经过胃消化后的食物流经这里时，可以最大限度地与食物相接触，尽可能地吸收其中的营养成分，为我们的机体所利用，不能吸收的部分，则以粪便的形式被排出体外。

除了肠道里面有进化为绒毛的细胞外，身体里还有两处存在这类细胞，一处是呼吸道的纤毛细胞，另一处是耳朵里的毛细胞。为对付进入呼吸系统的脏东西，防止异物进入肺部，长长的呼吸道内的黏液会粘住这些异物，紧接着，在纤毛细胞的摆动下，一点点地将它们推向我们的口腔和鼻腔，并被我们以痰的形式吐出去或以鼻涕的形式擤出去，这就是恶心的废弃分泌物。当外界的声音被我们的耳朵捕获后，聚集的声波会不断地撞击毛细胞的纤毛，将不同频率的声音信号转变成电信号，并传递给神经。神曲《海草舞》简直就是对这类细胞最为形象的描述，非常值得一听。让我们通过这首歌的歌词来感受一下海草的魅力：“像一棵海草海草，海草海草，随波飘摇，海草海草海草海草，浪花里舞蹈，海草海草，海草海草，管它骇浪惊涛，我有我乐逍遥，人海啊茫茫啊，随波逐流浮浮沉沉，人生啊如梦啊，亲爱的你在哪里。”

和以上介绍的所有细胞类型相比，卵子和精子应该是普通民众最熟悉的两种细胞了，前者是女性产生的生殖细胞，后者是男性产生的生殖细胞。但是两者无论在个头还是形态上都有着鲜明对比。前者的个头远远大于后者，犹如一个充满气的皮球，圆滚滚的；而后者，相对来说，只有一颗图钉大小，形状也很相似，一个小脑袋带着一根长长的尾巴。有意思的是，卵子每一次似乎都是作为独生子女产生的，很少会有兄弟姐妹，即便有，也是不定期的，不知道什么时间，到底会有几个，因此，给人的印象总是出乎意料和惊喜，而且每一月只能获得一次机会。而精子就完全不同了，不但每天都会产生，而且每次都是成千上万的数目，如果比作兄弟姐妹，可能有点不恰当，因为数目实在是太多了，精子的产生犹如抓了一把芝麻，散了一地，数也数不过来。

除了在我们的血液和器官里存在多种形态的细胞，在我们每天排出的尿液中，也存在一定数目的细胞。如果一次能够收集100毫升以上的新鲜尿液，通过离心的方式，可以收集到几个到几十个不等的细胞。这里解释一下什么是离心。根据字面的意思，即离开中心，对于一个圆圈来说，中心便是中间的圆心。当我们拿一根绳子，绳子一端系上一个小物品，然后拿绳子另一端开始使劲地甩，便形成一个圆。甩的劲越大，绳子上系的物品越容易被甩出去，我们称这种离开中心的力量为离心力。采用特殊的、可以产生离心力的机器，即离心机，我们便可以使液体中的细胞，在离心力的作用下被甩在一起，成为一团。再通过体外培养的方式，对这些细胞进行扩增，很快就会看到多种不同形态的细胞，有的呈鹅卵石状，有的似煎熟的鸡蛋，也有的呈现梭型。最新的研究表明，它们是多种类型细胞的混合体，但以肾上皮细胞为主。肾脏作为身体进行水分吸收和过滤的重要器官，发挥着重要作用，在水流不断的冲刷下，每天都会有一定数目的肾上皮细胞脱落，随着体液循环，来到膀胱，并最终作为尿液中极不起眼的一分子被代谢出去。这就好比河道的两侧，在水流经年累月的冲击之下，总会或多或少地洗刷下来一些泥土或砂石，随着滚滚流水，或流向远方，或沉积在不远的水底。