前言

《细胞拼图》这本书，千呼万唤始出来。关于细胞内部结构研究发现历程的精彩故事在中国生物物理学会（简称“学会”）二十多位科研人员长达三年多的精心打磨下，终于和广大读者见面了。

我们为什么要和大家分享这样的故事？

事情要从2020年讲起。当时，中国生物物理学会刚刚组织成立了“中学生物学教学工作委员会”（简称“工委会”），徐涛理事长和张宏秘书长意图通过团结国内各地的中学生物学教研员代表，来搭建学会一线科研人员与渴望生物学知识的广大年轻学生之间的一座桥梁。两位学会的领路人还特意请来了资深中学生物学教学专家——北京师范大学的刘恩山教授来全面主持工委会的工作。工委会的第一个主要活动，就是在每年召开的中国生物物理大会上开辟一个完全属于中学生的学术论坛。在报告人的遴选中，工委会的评审组特意向条件较为艰苦地区的学生倾斜，希望这些孩子也能有机会施展自己的才华，逐步实现自己科学研究的梦想。活动一经公布，各地的中学反响强烈，一些山区学校的老师甚至联系学会说，如果他们的学生最终没能入选论坛报告，他们愿意自己出钱送孩子们过来学习交流。这样的热情和渴望令我们动容。我和张宏也因此想，我们学会除了论坛还能为未来中国生命科学的希望做些什么？我们能不能把我们专业的精彩故事讲给他们听，哪怕对他们有一点点启发和激励，我们也心满意足。

于是，写一本书的想法油然而生。

然而，专业的事不好讲。太细节的知识老师在生物学课堂上都会讲授，如果我们把教材里的内容换一种方式讲述出来，这本书就成了学习辅导材料，对课业沉重的读者来说也不会有太大的吸引力。但如果我们进行创作时太脱离专业，抑或是把关于细胞的事写成刺激的科幻故事，又有些违背了我们写书的初心。当时我就想，我在讲授“细胞生物学”的十几年经历中搜集了一些重要科学发现背后的故事，这些故事往往被直抒结论的教材一笔带过，却非常受学生们的欢迎，这些故事中的逻辑和方法也对即将踏入科研领域的年轻人颇有启发。在这个思路下，我们找来了研究十一种细胞内精细结构的专家们，一起来搜集早期科学家们研究这些细胞部件“拼接”过程中的曲折故事。这样，《细胞拼图》的框架就立起来了。

细胞这个东西，我们好像都听说过，但感觉它仿佛又离我们很遥远。为什么？因为细胞太小了，肉眼根本看不见，我们很难有直观的认识。正因为此，“细胞生物学”这个研究细胞内部精细结构的学科一直到二十世纪四五十年代才见雏形。也是因为这个原因，困扰人类几千年的传染性疾病无法找到确切的病因，直到十九世纪，一些经典实验和理论才逐渐揭开其神秘面纱——微生物。

细胞到底有多大？

结构较为简单的细菌细胞直径在1微米左右，即百万分之一米。相较之下，动物细胞的直径更大一些，普遍在10～100微米。一些动物的卵细胞，比如蛙卵，由于储存了大量营养物质，直径可达毫米级，这样大小的细胞基本就肉眼可见了。直径再大一些的细胞还有没有？也有。我们体内有一些神经细胞，负责从脑部经由脊髓控制下肢的肌肉，可想而知，这样的细胞会有很长的突出结构，其长度可达米级。

科学家们研究肉眼不可见的细胞已经很费劲了，细胞里面还有很多更小更复杂的东西，这让科学家们都有些挠头。但所谓“工欲善其事，必先利其器”，这本书里就介绍了细胞生物学家们成功的主要秘诀——显微镜。从十六世纪末期到十七世纪，显微镜的早期研究者为细胞的发现与命名奠定了基础。此后，各种细胞陆续被科学家们观察到，但在这个时期人们想要看到细胞内部的细微结构还是很难的。1931年，第一台电子显微镜在德国诞生，由此打开了细胞生物学的探索之门。此后，科学家们针对细胞这类有厚度的样品量身定制了超薄切片技术，亚细胞结构也就陆续被人们清清楚楚、真真切切地看到了。当然，“看”不是唯一研究细胞的办法。科学家们把细胞打成碎片以后，里面的细微结构可以根据密度的差别而被一一分离，这相当于利用生物化学或生物物理学的手段来“拆解”细胞并对其进行研究。在同一时期，编码物种遗传信息的DNA被科学家们解码，遗传学的方法（筛选功能上的突变体）成为科学家们探索细胞结构、功能工作中的一件利器。这一路走来，许多精彩的故事不断积淀，我们会在这本书里将这些故事为广大读者娓娓道来。

细胞里的各种精细结构犹如一张张拼图，这些精彩的拼图由科学家们抽丝剥茧般一一呈现给大家。研究细胞拼图的科学家们有没有故事？当然有，这些故事也一样精彩。

本书第三章“内质网和高尔基体”中提到了一位研究内质网的科学家汤姆·拉波波特（Tom Rapoport）。汤姆是我的博士后导师，他通过不同的机会给我讲过关于他的很多故事。汤姆出生在一个科学家的家庭，欧洲的一个制作团队以他父母的传奇人生为素材拍摄了一部名为《拉波波特们》的纪录片。让我们简单地了解一下他们的故事。

前些年，新闻里报道了德国有一名102岁高龄的老人，于2015年5月完成了博士论文答辩，领取了迟来几十年的医学博士学位。这位老人叫英格堡·拉波波特（Ingeborg Rapoport），是汤姆的母亲。英格堡老人早在1938年就在德国汉堡大学完成了对白喉病的研究，并撰写了博士学位论文，但当时的政治环境，不允许大学向犹太人授予学位，所以她一直没有机会进行论文答辩。英格堡后来在儿科学领域做出非凡的贡献，得到了国际同行的高度认可。举个例子，英格堡是东德儿科的一面旗帜，在她的带领下，东德的婴儿死亡率要比同期很多西方国家的婴儿死亡率都低。决定重拿学位的英格堡拒绝了学校建议的荣誉性学位，而是坚持进行真正的答辩。拿到学位后，她说这样做已经不是为了自己，而是为了大学和像她那样遭受不公平待遇的犹太人。

英格堡年轻时在美国遇见了同样在那里避难的塞缪尔·米佳·拉波波特（Samuel Mitja Rapoport），两人结为夫妻，并定居在辛辛那提。在美国生活的这段时间，塞缪尔解决了血液体外保存的难题，挽救了第二次世界大战战场上大批士兵的生命。但由于拉波波特夫妇对共产主义理论的高度认同，1953年，他们又受到了麦卡锡主义运动的威胁，被迫逃难回到了欧洲。在欧洲，他们又多次辗转。之后，塞缪尔一手建立了东德生物化学领域的教学和科研体系，拉波波特夫妇为东德的医学发展做出了重要的贡献。在他们的一生中，任何的艰难挫折都没有动摇他们为梦想奋斗的信念。

我想，类似这样的故事是值得与对科学研究感兴趣的读者分享的。

除了科学家的精神，我们在编写这本书的过程中也无时无刻不被一样东西触动，这是一种推动着无数科研工作者不畏困难挫折、奋力向前的神奇力量。我暂时把它称为“scientific moments”——科学瞬间。这是高尔基尝试了多种细胞和染色方法后看到那团黑乎乎的“高尔基体”时的自信微笑，这是张宏研究员意识到线虫P颗粒的不对称消失其实缘于自噬时的会心喜悦。希望各位《细胞拼图》的读者也有机会遇见和享受属于自己的“科学瞬间”。

中国科学院生物物理研究所研究员胡俊杰
2025年2月