36万亿个细胞如何维持我们的生命

沃尔特·惠特曼写道他包含“无数”，他可能指的是个人潜力。但这位 19 世纪的美国诗人也很可能指的是细胞。

细胞是能够独立生存的最小生物单位，也是构成所有生物体的构建块。它们包含可以产生 200 多种不同类型的指令 — 每种都有其自身的功能。这些指令包含关于它们可以分化成哪种细胞的规则。

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这种比较很贴切，因为受精卵中最早的细胞确实可以变成无数 — 无论是数量上还是种类上。它们通常被称为生命的构建块。

然而，宾夕法尼亚州伊利市盖农大学生物学副教授 Quyen Aoh 表示，这种描述可能有些过于简单化。她更喜欢将它们称为机器人。

像机器人一样，所有细胞都包含一个细胞膜 — 一个定义细胞并包含其内部组件的外层。这一层是多孔的，允许营养物质进入细胞并排出废物。

皮肤内部是细胞质，这是一个包含使机器人运转的部件的区域。这包括一个称为细胞骨架的框架，它赋予细胞形状。

细胞的中心是细胞核，它就像机器人的硬盘。这个硬盘存储着 DNA，即告诉每个细胞该做什么或变成什么的遗传密码。

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人体有多少个细胞？

我们都始于一个细胞，称为合子，它是在精子使卵子受精后产生的。

合子是第一个胚胎干（ES）细胞。这种细胞被认为是“全能性”的 — 意味着它可以产生任何类型的细胞。最初，它产生更多相同的细胞。“当机器人启动时，它会发现有几个伙伴可能会有更好的生存机会，所以它会制造更多自己的副本，”Aoh 说。

一旦胚胎长到大约 32 个 ES 细胞，它们就开始分化 — 或产生更多不同类型的细胞，每种都有自己的专业。“随着机器人数量的增长，它们会发现，如果不同群体的机器人做不同的事情而不是做所有相同的事情，它们会生存得更好，”Aoh 说。

随着胚胎的生长，它会产生越来越多的特化细胞 — 例如血液、组织和神经元。一旦胚胎长成成人，男性的细胞数量将达到约 36 万亿个，女性为 28 万亿个。

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细胞做什么？

每个细胞都是活的，但其生存依赖于自身和周围的邻居。细胞拥有一个更大、更复杂的生物体所需的许多基本需求。

“它需要摄入营养，需要建造东西，需要维护东西，需要排出废物，”Aoh 说。“它必须能够与细胞内部和细胞外部进行交流。”

细胞的另一个主要工作是产生更多细胞。问题在于何时、产生何种类型以及产生多少。

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探索人体不同的细胞类型

这时，每个细胞 DNA 中的“软件”就发挥作用了。基因 — 硬盘中的“代码”的各个部分 — 包含关于每个细胞如何以及能变成什么的规则。例如，一旦细胞变得更加特化，它就不能再产生 ES 细胞了。

此外，广泛的细胞类别无法改变其发育轨迹。例如，制造血细胞的细胞类别可以产生红细胞或白细胞 — 但不能任意分化成皮肤细胞或神经元。即使在更晚的阶段也是如此。例如，红细胞不能分裂形成白细胞。

分化成特定细胞类型类似于机器人创建具有各种专业工人的社会。有些会聚集在一起完成一项工作。这就是特定组织的形成方式。

有些则会脱离并选择不同的工作。“很快，它们就建立了一个自给自足的机器人文明，”Aoh 说。“最神奇的是，它们实际上不需要改变硬盘中的信息就可以做到这一切。它们只是在文明成长过程中改变了它们的程序，以便更有效地利用它。”

最终，这个“文明”将包括 200 多种特化细胞类型。根据类型不同，有些“周转”速度比其他快 — 基本上是死亡并被替代品取代。周转率因细胞类型和功能而异。例如，你肠道内壁的细胞几乎 constantly 被替换，因为它们在一个敌对环境中与肠道微生物等“入侵者”作战。皮肤细胞也会周转 — 但不像胃部细胞那么快，因为来自环境的“攻击”的水平和强度既不频繁也不严重。

总的来说，从童年到成年，每种细胞的数量都在增长。但也有一些违反直觉的例外。例如，我们出生时的神经元比成年时多。

“这听起来可能很可怕，”Aoh 说。“但关于我们大脑中的神经元，有一个非常神奇的地方是，我们的大脑会找到更有效的方式来建立神经元之间的连接。”

在某个时候，细胞将停止分化成其他细胞类型，并最终失去分裂能力。

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当细胞失控时

“偶尔，你会遇到一个失灵的机器人，它决定独自行动比和它的机器人伙伴们在一起更好，”Aoh 说。“但因为它不再与大家合作，它就会通过复制自己来消耗其他所有机器人。很快，那些失灵的机器人就开始导致好机器人比应有的频率更频繁地失灵。这就是癌症。”

癌症本质上是失控的细胞分裂。本应停止分裂并产生自己类型细胞的细胞，反而开始产生不同类型的细胞。“癌症细胞以某种方式能够开启它们本应关闭的程序，”Aoh 说。相反，它们的软件基本上已经损坏，新的细胞类型会失控地分裂。

每种癌症都是由不同的故障组合引起的。这些故障可能包括 DNA 损伤或基因突变（这些基因本应告诉细胞停止分裂），以及其他原因。这就是为什么没有统一的癌症治愈方法。相反，科学家们正在寻找对抗每种类型癌症的方法，使用不同的武器和方法。

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文章来源

我们的Discovermagazine.com作家在文章中采用同行评审研究和高质量来源，我们的编辑会审阅科学准确性和编辑标准。请查看本文使用的以下来源

• 宾夕法尼亚州伊利市盖农大学生物学副教授。Quyen Aoh

• 细胞：分子方法。细胞的起源和进化

• 免疫学和微生物学。细胞骨架

• PNAS。人类细胞数量和大小分布

在加入Discover Magazine之前，Paul做了20多年的科学记者，专注于美国生命科学政策和全球科学职业问题。他的职业生涯始于报纸，后来转向科学杂志。他的作品曾出现在《科学新闻》、《科学》、《自然》和《科学美国人》等出版物上。