2. 细胞世界　多姿多彩

我们居住的地球是地地道道的生命乐园，在这里生存着10多万种微生物、30多万种植物和100多万种动物。在种类如此繁多的生物中，最简单的、能够独立生活的生物可能要数支原体了。支原体是在无细胞培养基中发现的，当时被称为类胸膜肺炎微生物。后来又从土壤、污水以及许多动物和人体中发现了几十种这样的微生物。

从外表看来，支原体很像汤圆，薄薄的“皮儿”里裹着“馅儿”。不同的支原体，大小差别很大，通常在0.1～0.25微米（一微米为千分之一毫米），最小的体积只有一般细菌大小的千分之一，它可以像病毒那样通过滤器，又可以像细菌那样在人工培养基里生长，因而是一种介于病毒和细菌之间的过渡生物。支原体的“皮儿”和一般细胞膜相似，是双层的，成分是磷脂和蛋白质。“馅儿”里含有支原体进行生命活动的物质，如储藏和传递生命信息的DNA、RNA以及参与新陈代谢的各种酶。

与病毒的寄生生活方式不同，支原体能够从人工培养基中吸取营养物质，过着完全自由的生活，但它仍是许多疾病的病原体，比如有的支原体能够引起猪的关节炎，还有的支原体能引起人的肺炎。

与支原体相比，细菌要复杂得多。细菌有球形的、杆状的、螺旋形的，大小一般在1微米以下。在结构上，细菌比支原体更为完整，由外到内分为细胞壁、细胞膜、细胞质和拟核。所谓拟核，就是说还不是真正的细胞核，只是一团遗传物质弥散在细胞质中，因而细菌又叫原核细胞。

细菌的繁殖方式比较简单。就绝大多数细菌而言，繁殖前首先进行遗传物质的复制，然后从中间一分为二。也有少数细菌利用孢子繁殖或出芽繁殖。细菌的繁殖效率很高，就广泛存在于水域中以及动物和人类肠道里的大肠杆菌而言，大约每20分钟繁殖一代，致使细菌在地球上几乎无处不在。

细菌还有一个“绝活儿”。当生存环境变得恶劣时，它会变成芽孢，芽孢可以抵抗不良环境；而当条件适宜时，芽孢就会像种子一样萌发，长出新的细菌。某些细菌浑身长满了纤毛，还有的有一根长长的、像鞭子的鞭毛，这些可不仅仅是装饰，它们是细菌的运动器官。对于致病菌而言，细菌表面的纤毛还有利于附着在动植物细胞上。许多种类的细菌以在人类看来丝毫没有营养的硫黄、铁矿为食物，真是不可思议。

大肠杆菌

（引自：Blount ZD.The unexhausted potential of E. coli. eLife, 2015, 4: e05826）

在日常生活中，一想到细菌，人们总是和感染、发烧、发炎、化脓甚至破伤风、淋病、梅毒等可怕的疾病联系在一起，其实并不是所有的细菌都对人类有害。就寄生在人和动物肠道内的大肠杆菌而言，它可以帮助消化并产生有益的维生素。在现代生物工程中，大肠杆菌常被用来转入药物基因，制成工程菌来生产药物，如白细胞介素、干扰素、促红细胞生成素等。另外一些细菌则被用来冶金和清除海上石油污染等。

有一些单细胞的藻类，如蓝藻，看起来应该属于植物。因为它们像绿色植物一样，具有叶绿体，能够进行光合作用，把二氧化碳和水合成自身需要的养料，然后释放出氧气。仔细研究却发现，这些藻类没有绿色植物那样的细胞核，实际上和细菌是近亲，它们也属于原核生物。

与原核生物不同，真核生物的细胞具有真正的细胞核，里面的遗传物质由核膜包裹着，核膜上有许多孔洞，通过孔洞，细胞核里的物质可以和外面细胞质里的物质进行交流。

具有细胞核的、最简单的生物是单细胞生物，分单细胞动物和单细胞植物。单细胞植物，如绿藻，像普通绿色植物一样能够进行光合作用，过着自食其力的生活。单细胞动物又叫原生动物，比较常见的如变形虫、草履虫、眼虫等。其中，变形虫生活在池塘、稻田或水沟内，身体小，无色透明。最大的变形虫直径可达0.2～0.4毫米，肉眼刚好能看见。但要想观察，还得借助于显微镜。变形虫的身体表面只有一层很薄的膜，膜内是比较透明而均匀的细胞质，又叫原生质。变形虫的细胞质可以流动，细胞膜随之也会不断改变形状，这可能是这种动物被叫做变形虫的原因。

不同种类的单细胞生物

当变形虫进行变形运动时，细胞表面会伸出一些长短不一的手指状突起，整个身体也沿着突起伸出的方向移动，所以这种手指状突起被称为伪足。除了运动外，伪足的另一功能是捕食。它可以伸向食物，将食物包围裹入体内，形成食物泡，然后把食物消化掉。变形虫没有雌雄之分，它的繁殖是靠把身体一分为二，这一点倒是跟细菌有些相似。

细胞的大小

由此可见，变形虫虽是一个单细胞，却具备了能够独立生活的一切动物所具有的生命特征，如对刺激的反应、运动、捕食、生长、繁殖，所以它是一类低等动物。

单细胞生物只有一个细胞，盘藻有4个细胞，实球藻有16个细胞……越是高等的生物，其细胞数目越多，有人估计，新生儿有2万亿个细胞。

高等生物是多细胞的有机体，在长期进化过程中，不同的细胞在功能上出现了分工，形态也更加多样化。动物的精细胞像蝌蚪，有着一条长长的尾巴，这便于精细胞在生殖道内游动和进入卵细胞使之受精。红血细胞为圆盘状，这大大增加了表面积，有利于二氧化碳和氧气的交换。神经细胞具有长长的细胞突，有的甚至长达1米多，这也是与它传递神经冲动的功能相适应的。高等植物细胞的形状也因功能不同而有很大差别。植物基部起支持和输导作用的细胞通常呈条形，而在叶表皮的保卫细胞呈半月形，两个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。不同细胞的大小和形态见图。

细胞的形态

A、C、D—上皮细胞；B—结缔组织细胞；E—肌肉细胞；F—卵细胞；G—神经细胞

总的来说，细胞微小而近似球形，这样才能保证有一个相对大的表面积，从而有利于新陈代谢和抵抗恶劣环境条件。不过也有例外，鸟类的卵就是一个细胞，它们却特别大。鸵鸟的卵直径可达7～8厘米，是世界上最大的细胞，这是为什么呢？原来鸟卵中有大量卵黄，卵黄是胚胎发育的主要营养物质，只有鸟卵足够大，才能为胚胎发育存储足够的营养。