初始细胞开始分裂后,所分裂出的新细胞在形式和功能上都不相同,随后还会错综复杂地组合成各种形式(组织)。
如果你有足够的化学、物理学、生理学方面的知识,能够用细胞和由细胞所构成的组织制造一个人体,那么你对于初始细胞的职责,大概已经了解得相当清楚了。人体所有的器官,如皮肤、心脏、肺、大脑、肌肉、胃、腺体等,都是由四种基本的细胞通过各种组合形成的。如果你真的打算构造人体,必然就需要四种不同的细胞及其组合的产物。
(1)人体表层和所有开放部位的细胞:首先,你需要一些细胞来组成覆盖整个人体的表层膜——构成皮肤的表层。在有些部位,你需要调整这一组织中的细胞,以构成手指甲、脚趾甲、头发和牙齿。在另一些部位,例如,眼球的水晶体(角膜),你需要调整这一组织中的细胞,以便它们能透光。然后,你需要一些细胞来构成【58】体内所有的管和腔,例如,整个消化道——嘴、喉、胃、小肠、大肠;你需要细胞来构成血管和大脑的通路(脑室和椎管);你还需要将这些组织组合成我们称为腺体的结构,并加以调整,从而使它们能够分泌体液——例如,眼泪、汗液、唾液和另外十几种人体所需排泄和分泌的体液和化学物质。我们把上述用途的细胞命名为“上皮细胞”(epithelial cells),它们构成“上皮组织”。接下来,我们需要一些高度特殊的上皮细胞,为每个感觉器官配置其敏感的部分。图1表示的是两种类型的上皮细胞,图2表示的是由它们构成的腺体。
图1:两种类型的上皮细胞
图2:由上皮细胞构成的一种腺体
(2)支持和联结人体各部分的组织细胞:我们不能只用一种类型的细胞和这类细胞形成的组织来构造人体,还需要坚固的组织来联结人体的各个部分。我们需要高弹性的肌腱(tendons)来【59】维系肌肉;需要牢固的软骨来构成鼻子,使得鼻孔张开;当婴儿还处在胚胎期(子宫内)时,需要强健的组织结构(framework),能够存放矿物盐类(mineral salts)以形成骨骼(当这些沉淀物形成骨骼后,原来的结缔组织[connective tissue]结构就消失了);需要坚韧的纤维“外套”——骨膜(periosteal)包裹骨头,在骨骼连接处作为缓冲物(buffers);需要非常坚韧牢固的纤维——白色的纤维软骨(fibro-cartilage)来连接可以活动的骨头。所有这些支持联结的结构是由结缔组织细胞构成的。这些组织被称作结缔组织(软骨和骨骼、肌腱、纤维、网眼状结构)。图3所示是两个构成骨骼结构的结缔组织细胞。
图3:结缔组织的细胞(成骨细胞)
(3)构成肌肉组织的细胞:我们需要为自己构造能够自由行动的人体:有心跳、能呼吸、胃和血管都能够收缩和舒张——换句话说,我们需要为整个人体和许多中空的内部器官的形状和大小的变化(例如,胃和血管必须在大小方面有一定程度的变化)提供【60】运动能力。若要体现所有不同的人体肌肉的功能,我们还需要两种肌肉细胞和两种组织。
(a)横纹肌或骨骼肌细胞和横纹肌肉组织:横纹肌细胞的直径平均为1/500英寸,一般长度为1英寸或更长一些。这些细胞的长度是一致的,且没有分支。 这些细胞由纵贯整个细胞的明暗相间的横纹构成,从而使细胞有了这样的名称——横纹细胞。和所有其他细胞一样,肌肉细胞也有细胞核——通常有几个细胞核。覆盖每个细胞表面的是一层坚韧的结缔组织膜(称为肌纤维【61】膜)。通常,成百上千个这样的细胞构成一块单独肌肉(横纹肌组织)。整个肌肉也有明显的结缔组织鞘(称为肌外膜)。肌肉之间交叉纵横着供给营养的血管。
在人体中,手臂的肱二头肌、大腿和躯干的肌肉、舌头、控制眼睛的六大肌肉等强健肌肉的构成就是如此。当我们进行快速、大幅度运动时,横纹肌就会发挥作用。图4所示是两个横纹肌细胞和运动神经纤维在其中的分布。
图4:两个不完整的横纹肌肉细胞,其中有运动神经的末梢
(b)无纹肌或平滑肌细胞(unstriped or smooth muscle cells)和平滑肌组织:如图5所示,平滑肌细胞是细长的,就像头发的形状。这些细胞组织构成肌肉层(muscular coats)。无纹肌组织构成胃、肠、膀胱、性器官、眼球的虹膜(控制瞳孔的开合)、通向腺体的导管管壁,以及动脉和静脉的主要肌肉层。
图5:一个平滑肌细胞,有神经纤维伸入其中。细胞中间的黑块是细胞核
图6:神经元的一种——低级的运动神经元
神经细胞和神经组织:为使人体更加完善,我们还需要另外一类细胞和这类细胞构成的组织。人类(与所有其他高等脊椎动物一样)必须能够对刺激做出迅速而复杂的反应。我们知道,刺激只有作用于相应的器官才会有效。动物必须依靠横纹肌或无纹肌、【63】腺体,或者肌肉与腺体两者结合来作出反应。通常,施加感官刺激的点与反应发生的点之间有一段相当长的距离。例如,我们走路时被荆棘刺到脚。这时,我们会立即停下,弯腰并用手抓住荆棘把它拔出来。如果我们没有特殊分化且高度发达的神经细胞及其反应过程,这一反应就不可能发生——即从脚上的皮肤传递到脊髓,从脊髓上行到大脑,再从大脑返回到脊髓,从脊髓传递到躯干肌肉、手和手指,形成一条神经通路。神经细胞及其反应过程是能够以这种快速、亲密的方式将感觉器官与肌肉连接的唯一身体结构。
就一般的构造而言,神经细胞与人体的其他细胞并无差异。每个神经细胞都由一个细胞体及其旁枝或突起组成——这些突起的数量有时很少,有时很多。我们以脊髓(所谓低级运动神经)(见图6)上的某个细胞为例,它有一个包含细胞核的细胞体。在细胞体四周有许多短小的旁枝从主体四周伸出来。我们将这些旁枝称作树突(dendrites),因为它们看起来就像树干上的枝杈。细胞体【64】上的某处会有一条细长的纤维延伸出来,距离或长或短(有短到零点几英寸的,也有长到几英尺的)。这一细长的旁枝称作轴突(axis-cylinder)。在轴突上往往还会长出一些旁枝,称作侧突(collaterals)。在整个轴突(包括它的侧突)表面有一层脂肪保护层(称为髓鞘[medullary sheath])(轴突的细节参见图7),而树突上没有这种脂肪层。以上所描述的是细胞及其突起,它们通常被称为神经元(neurone)。这些细胞有多种形状,有些只有一个突起,例如,脊髓的传入神经元(afferent neurones)(这些细胞具有通过脊髓联系感官的作用——其细节可参见图8)。神经元是一切神经组织的基本单位。正如我们所知道的那样,神经元构成了大脑和脊髓。
图7:轴突的一个部分。轴突由许多微细的丝构成,位于长条的神经分支的中心,在外面黑色的部分,是髓鞘。髓鞘在一些一定的距离上,收缩起来,这些收缩的地方,称为郎飞节(nodes of Ranvier)
图8:另一种神经元——感觉神经元或传入神经元
这种神经元没有枝状突起——轴突分为两枝,一枝终止于感觉器官中,另一枝终止于中枢神经(就是大脑或脊髓)中。
树突起着接收站的作用,负责接收各种神经冲动。神经冲动经过细胞体传入轴突和侧突。一个神经元的轴突末梢通常与另一个神经元的树突相连(完全位于大脑和脊髓中的神经元)。由此,神经冲动从一个细胞体传向轴突,并由轴突传递至下一个神经元的树突。所以,神经系统中的传导总是向前和单向的。