在其 35 亿年的大部分历史中，地球上的生命完全由单细胞生物组成——细菌、藻类、变形虫等。然后，大约在 10 亿年前，出现了第一批多细胞生物。事实上，它们独立出现了许多次，这大概是因为细胞间的协作是一个非常好的主意。协作使得劳动分工成为可能，从而提高了效率；它使个体生物能够长得更大并利用单个细胞无法触及的资源。
但在细胞能够协作之前，它们必须解决一个力学问题：如何粘在一起，以及如何只与同类粘在一起——这样，例如，一个脑细胞在胚胎发育过程中就不会附着在脚趾细胞上。在脊椎动物以及许多无脊椎动物中，解决这个问题的最重要方法是一组从几乎所有组织细胞表面突出的蛋白质。这些蛋白质被称为钙依赖性粘附分子，简称粘附蛋白。它们作为细胞胶的重要性大约在十年前被发现；研究人员了解到，如果去除粘附蛋白，胚胎就会分崩离析。但直到最近，哥伦比亚大学的一个生物化学家团队才弄清楚粘附蛋白是如何工作的。结果发现它们根本不像胶水。它们像拉链一样工作。
早期的研究表明，粘附蛋白会穿透细胞膜，并且它们在细胞内部锚定在称为肌动蛋白丝的收缩蛋白上。在皮肤和其他上皮组织中，肌动蛋白丝围绕细胞周长形成一个坚固的束，就像内部的皮带一样。人们曾假设，粘附蛋白通过某种方式在细胞的肌动蛋白束之间形成连接，从而将相邻的细胞连接成一层。但当研究人员在溶液中分离出粘附蛋白时，他们发现单个分子之间几乎没有粘附力。哥伦比亚大学研究生劳伦斯·夏皮罗说，这是一个真正的悖论。我们怎么会被那些似乎根本粘不住的分子束缚在一起呢？
夏皮罗、韦恩·亨德里克森和他们的同事发现，这个悖论的解决方案是，起粘附作用的不是单个的粘附蛋白分子。哥伦比亚大学的研究人员对粘附蛋白进行了结晶，并通过观察 X 射线衍射情况确定了它们的原子结构。X 射线晶体学显示，同一细胞上相邻的粘附蛋白倾向于形成配对。此外，来自相邻细胞的粘附蛋白的尖端可以整齐地卡在配对中的两个成员之间，与两者形成化学键。
夏皮罗说，有些蛋白质结构，当你看到它们时，会让你立刻恍然大悟。粘附蛋白的结构就是如此——粘附蛋白功能的作用机制一目了然。它们像拉链的齿一样相互啮合。尽管单个分子之间的粘附力很弱，但拉链将每个细胞表面的数千个粘附蛋白聚集在一起。夏皮罗认为，一圈粘附蛋白配对可能围绕着一个细胞，在内部锚定在肌动蛋白束上，并将细胞紧密地拉链连接到所有相邻的细胞上。
粘附蛋白中的钙对拉链的力学作用至关重要。夏皮罗和他的同事发现，每个粘附蛋白由五个域组成，就像一串珠子，钙离子战略性地放置在珠子之间的边界上。夏皮罗说，钙使粘附蛋白变硬，以便它们能够朝向另一个细胞伸展。
夏皮罗说，虽然所有粘附蛋白在结构上都很相似，但它们尖端之间的化学键在不同的细胞类型中是不同的——这就是为什么脑细胞只与脑细胞结合而不与脚趾细胞结合的原因。牢固的拉链将组织结合在一起，而单个键的弱性使得细胞在压力下具有弹性。夏皮罗说，如果单个键很强，对一个细胞的拉扯可能会损害其邻居。你会把粘附蛋白从其膜上撕裂，使其破裂，细胞就会死亡。而在这里，我们有弱相互作用，可以在小区域内稍微分开，而不会破坏细胞间的连接或细胞表面。我们认为这就是大自然设计细胞粘附方式的原因。
