一、细胞怎样成为有生命的单位
细胞一般比较微小，通常以微米（μm=1/1000mm）来计算其大小。一滴鲜血里，就含有成千上万的血细胞，鲜红的颜色就是因为红血细胞（红血球）含红色的血红蛋白。我们脱落的皮屑、头皮屑，就是许许多多死亡了的、角质化了的、干枯了的细胞。你在嚼食一小块牛肉时，口里的牛肉块不知含有多少的牛肌肉细胞！但细胞也有颇大的，如一些鸟类的蛋（未受精，不包括蛋清、蛋壳）就是一个细胞，直径可达几厘米或十几厘米。游离的细胞都为圆形或椭圆形，如血细胞、卵细胞；紧密连接的细胞有扁平、方形、柱形等；具有收缩能力的细胞多为纺锤形或纤维形；具有传导机能的神经细胞则为星星形，并具长的突起；还有些细胞有鞭毛或纤毛，前者如精子，后者如呼吸道上皮细胞（见图3－1）。但形形色色的细胞，之所以是一个生命的单位，不仅具有共同的细胞膜、细胞质、细胞核等结构，还因为具有以下5个方面的特性与功能。
（1）能控制和调节物质的出入细胞，有利于细胞和机体的生命活动；
（2）能利用能量和转变能量，如能将化学能转变为热能、机械能等以维持细胞和机体的各种生命活动；
（3）能进行生物合成，把小分子的简单物质合成自身需要的大分子物质，如合成蛋白质和核酸；
（4）能自我复制和分裂繁殖，如遗传物质的复制，并通过细胞分裂把复制的遗传物质传递下去；
（5）能参与或分泌各种物质协调整个机体的生命活动，如免疫、酶、激素等。
下面，我们就沿着这样的思路来考察一下细胞的生命活动。
1．有生命的屏障
——细胞膜
有足够的证据使我们相信，原始生命是在海洋里孕育出来的，因为海洋能够容纳各种物质，并在流动，交汇中产生各种化学过程，形成复杂的有机物质，而且水域环境，阻止紫外辐射对早期生命的伤害。如果有众多的、成百万个生物大分子，如蛋白质分子、核酸分子，聚合在一起，成为一些小滴、小球时，生命产生的机率就大大增加了。然而，即使有了有机物质团也不一定就会形成有序的生命组织，那么还缺什么呢？假若用一个形的事例来比喻，这样的有机物团充其量是一碗充了水的生蛋糕而已，只有当这些小滴、小球，终于有一层“界膜”能和水分隔开来时，才能形成一个相对封闭的空间，供有机物有组织地活动，才能形成一个最简单的生命，单细胞生物。这层界膜首先要保证物质的出入有利于它的生存，否则，海水中的无机盐等，不断进入身体，一样会破坏胞内有机分子的活动。
细胞膜就是生命的屏障。
细胞膜非常薄，厚度一般为7～10毫微米（毫微米=10-9米），等于10-3微米，在光学显微镜下仅能看到细胞的边缘，并不能看清细胞膜的结构，但用微针轻轻挤压细胞表面，可见明显的皱纹，证明膜的存在。有一个办法，例如将哺乳动物的红细胞，置于蒸馏水中，由于细胞内浓度高于水，水分子将不断渗入，致使红细胞胀破。哺乳动物的成熟的红细胞没有细胞核，当细胞破裂，内容物溢出来后，经多次离心沉淀，就可得到细胞膜了。事实上，细胞膜的成分主要有两种：磷脂和蛋白质（见图3-2）。
现在认为磷脂分子有两层，每个磷脂分子就像双尾巴的蝌蚪，尾巴是亲水的，头部是不溶于水的，于是它们的“尾巴”相对，“头部”朝外，排成两行，这样就不溶于水了，成了在水溶液中的“界膜”。蛋白质就埋在、或半埋在、或覆盖在这样的“篱笆”（磷脂双分子层）上。更有意思的是这膜具有很好的柔性，它是流动的，否则原生动物的变形虫，就无法变形。而人体血液内的白细胞（白血球）不也是以不断变形来吞吃入侵的病菌的。
生命需要的水分子、氧分子，很容易出入膜内外，靠的是膜内外浓度的差。生命需要的葡萄糖分子、氨基酸分子（组成蛋白质的基本单位）、甘油分子、脂肪酸分子、钠离子、钾离子等，也是可以通过的，但通过细胞膜的情形不一样，大多都不是“步行”通过，而是被“船”或“车”载着通过。这些“船”或“车”是膜上的蛋白质分子——称为载体蛋白。大多数情形下，这些“船”或“车”的运动，是要靠“发动机”“烧油”提供能量，才会运动起来。这能量是由细胞里的有机物氧化来提供的。而且这些“船”和“车”，都是专用型的，送钠离子的“车”绝对不会运送钾离子，运送葡萄糖的绝对不会运送氨基酸。各种细胞不一样，各种生物不一样。所以羊、牛同吃一样的草，细胞吸收的物质种类和多少不会一样，玉米、豆子长在同一块地里，施同样的肥料，吸收的物质的种类和多少也不一样，这就与细胞膜对进出物质的选择性有关。前面说过：“车”或“船”同样是由蛋白质组成的，但“车”与“船”毕竟不一样，这是因为蛋白质种类不一样，而不同种类的蛋白质都是由生物自己的遗传密码来控制合成的。所以生物种类不同、个体不同，直接影响到细胞膜控制物质的进出。
这样，我们又把细胞膜称为选择透过性膜，物质出入要受它的选择，由此保护了细胞，保护了生命，同时也维护了每一物种、每一个体的特征，使之不会轻易受环境的影响。
细胞膜是细胞的屏障，也是生命的屏障。这个屏障还有一些令人惊奇的本领，例如它具有识别能力，它能接受身体自身产生的激素而产生反应；对于外来的入侵者如病毒、细菌等，它能“知道”，但“没法”抗击；当把它移植一块到别的身体的组织或器官上时，它会排斥那里的细胞，而不与之结合，这给我们在医疗上移植器官带来了许多困难，移植进去的东西，手术上天衣无缝，但它就不接受它而坏死了。这就表明了细胞膜上还有各式各样的用于识别的化学分子或结构。真是令人惊叹，竟连这小小的薄膜也跳跃着生命的火花！
2．精致的能量转换器
生命就是一种运动。从生长发育到生儿育女，从鱼翔浅底、鹰击长空到龙腾虎跃，都是生命运动的表现。运动就要消耗能量，持续的运动，就要不断地输入能量。汽车是依赖汽油的燃烧来提供能量的，它拥有发动机及一套复杂的传动装置，把热能转化为机械能，促使车轮飞速旋转。发电机有的是要靠烧煤，煤放出的热能，加热蒸汽，使发电机芯子在磁场中旋转而产生电能。电能输入电灯泡，发出了光能。电灯泡同电动机、发电机一样也是一个能量转换器。因此，能量转换器在自然界及人类生活中是一种很常见又很重要的环节。
动物细胞的细胞质里，有许多精致的能量转换器——线粒体（见图3-3）。在活细胞可用一种称为詹纳氐绿的染料，把它染成蓝绿色。之所以称之为线粒体，是因为在光镜下看起来像些小线头，有长、有短。长度约在0.2～7.0微米之间。年轻的细胞拥有线粒体的数量要比衰老的细胞多些；代谢活动活跃的细胞，比一般细胞多。例如肝细胞各种物质代谢活跃，线粒体数量就很多，动物和人类的精子，因会游动，消耗能量，在尾的基部就集中了许多线粒体，肌肉细胞因为运动，线粒体自然很多了。
在电子显微镜下看起来，线粒体颇像一根根香肠。外面有两层膜，内膜还往里多次折叠，就像展览室里那曲曲折折竖起许多展览板，使展览的面积大大增加。内膜也不是光滑的，生有许多密密排列的小颗粒。这样这根“小香肠”的内表面积非常大，而且里面还充满液体。它的内膜和液体中最重要的是有多种多样的氧化有机物的酶——生物催化剂。进入细胞里的营养物质中的葡萄糖可分解为丙酮酸，此外还有脂肪酸、氨基酸等，均可进入线粒体。有了这些物质，再有氧分子的源源不断的供应，使得有机物在有氧条件下，通过酶的催化而氧化燃烧放出热量，也就是把有机物中的化学能转变成热能，这同我们烧煤取暖是一样的原理。当然，在线粒体中的有机物的氧化过程，不是剧烈的燃烧，因为有酶的催化，能量释放是缓缓地、一步步地进行，最终把有机物变成二氧化碳和水，把能量全部释放出来。其中一部分能量以热能形式散失或维持体温（恒温动物），大部分都没有丢失，而是储存在一个类似于汽车蓄电池样的东西里。能量，又通过一系列装置给这个“蓄电池”充电，使“蓄电池”中，总是存有一定的能量。这个过程完全是在生物的细胞里早就解决了。
原来细胞的线粒体里有一种有机分子，叫作二磷酸腺苷，另外还有一些磷酸分子，以及专门使这两种分子结合的酶。二磷酸腺苷与磷酸分子在酶的催化下，吸收能量，合成为一种称为三磷酸腺苷的分子，能量就被存储起来。这个三磷酸腺苷就是为细胞生命活动提供能量的“蓄电池”。
线粒体在细胞里的功能就是能量转换，而完成能量转换的最终成果，就是产生了储存许多能量的三磷酸腺苷——这个细胞里的高能化合物。
那么三磷酸腺苷的能量究竟在哪里释放呢？我们知道，动物是依靠肌肉收缩来拉动骨骼作机械运动的，肌肉是消耗能量的一个重要组织。
动物的神经是动物调节控制各种组织、器官的信息传递机构。神经信息的传递是依靠每个神经细胞的电位高低及一些传递物质来一个接一个从神经的一端传到另一端，这有些像中国古代的烽火，一个烽火台的狼烟升起，另一个烽火台即刻点燃，狼烟四起，千里之遥的都城就得知外敌入侵了，而神经系统的生物电也是要能量来维持的。
动物体内的各种细胞，需要有大量相应的有机大分子。这些有机分子有些可由体外通过摄食等直接获取，而有些必须由体内细胞自己合成制作，这合成制作自然也要耗费能量。
此外，还有像萤火虫类发光的生物，发光的组织也要消耗能量……
于是，三磷酸腺苷就被输送到这肌肉组织细胞、神经组织细胞、需要合成所需分子的细胞里。在那里，三磷酸腺苷又通过另外一种专门的酶，分解成二磷酸腺苷和磷酸分子，释放贮存的能量。也许大家都曾有这样的感受，当长跑结束之后，腿部肌肉非常酸痛，这就是因为大量三磷酸线苷短时间分解而积郁大量磷酸分子的缘故。
绿色植物细胞里，也有一种能量转换器，它含有叶绿素、类胡萝卜素等吸收光能的分子，利用光能把水和二氧化碳合成了糖等有机物，把光能变成化学能贮存在有机物分子中了。这个能量转换器称为叶绿体。动物也要靠它，因为动物是靠获取现成有机物为生的。叶绿体和线粒体这两种能量转换器，都很重要，而且，现在知道，它们都含有独立的遗传物质。我们知道，在生命活动中有一类称为细胞质遗传的遗传现象，就是它们俩直接造成的。有了独立的遗传物质，线粒体和叶绿体俩岂不各是一种独立的生物吗？于是有些生物学家提出一种假说：大约在十多亿年前，原始海洋中的早期生命是各式各样的单细胞生物，有些具有变形虫那样的吞噬能力的单细胞，吞吃了的能进行有氧呼吸的细菌，就发展为细胞内的线粒体；吞吃了的蓝藻，就发展为细胞里的叶绿体。这就是说，这两种能量转换器，都是外来的客居者，假说的想象力可谓丰富！但目前还没有足够证据，尽管如此，这个假说依然具有魅力。
3．遗传密码的保险柜
——细胞核
所有动物的细胞都有一个细胞核（见图3-5），有的细胞核是凭借核膜与细胞质分隔开来的，这样的细胞都叫真核细胞，由此构成的生物，也叫真核生物。反之，只有核物质，而没有核膜包围的细胞核的细胞，叫原核细胞，如细菌、蓝藻等都属此类。
细胞核是细胞的控制中心，它收存着一份关系到物种性状遗传、变异、发育过程、控制生命活动调节的一整套信息编码，有两个实验，充分显示了这套信息编码的重要性。
一个实验是，把变形虫的细胞核移去，变形虫只能生存几天，但不能觅食也不能繁殖，不久即死亡。若在移去细胞核的一、二天内，把一新的变形虫的细胞核注射进去以替代之，它就能恢复正常活动及繁殖能力，这表明细胞核是主宰细胞生活的关键物质。
德国生物学家西奥多·博维里曾把棘皮动物球海胆属的一种海胆的卵细胞核去掉，然后用海胆属的一种海胆的精子去跟去核的卵细胞受精（精子的头部主要就是一个细胞核），当精子的核进入后，刺激了卵细胞分裂并发育成幼体（见图3-4）。这说明海胆属的一个小小的核，却促使了球海胆属大量的细胞质按海胆的遗传蓝图去发育。这表明细胞核里有决定生物性状的决定性物质。那么，起这样重要作用的核内的物质究竟是什么呢？
除核膜以外， 核内是核液、核仁，还有呈丝状或网状交织的物质，由于它易被碱性染料着色而被称为染色质。这些染色质，在一个细胞分裂成两个细胞时，就会由细丝状，螺旋化而缩短变粗，就像一个长绳经螺旋拧缠绕而变粗变短一样，此时，不叫染色质，常称为染色体。科学家们发现，每个物种的染色体形态和数目都不一样，例如，人是46个，小鼠为40个，兔为44个，果蝇为8个，马蛔虫为2个，而且都是双数（见图3-6）。实际上染色体都是成双成对，即人是23对，小鼠是20对，兔是22对，果蝇是4对，马蛔虫是1对。其他动、植物也都是这样。生物的染色体大多数是几对到几十对，就动物界而言，马蛔虫是最少的，只有1对，最多的是一种放射虫（原生动物），共有800对。
还有一种有趣的现象，动物有性生殖产生的生殖细胞——卵和精子，与一般细胞的染色体数不一样，恰巧只有一半，不成对。例如人的卵细胞有23个染色体，精子有23个染色体，受精后精子与卵子结合就又成了23对（46）个。胚胎开始发育，由此产生的细胞都是23对了。科学家们进一步发现：后代细胞里的染色体一半是来自母亲（卵细胞）的，另一半是来自父亲（精子）的，后代必定带有双亲的遗传性状。由此人们确认染色体是遗传物质的载体，遗传物质主要在染色体上。
那么决定性状的遗传物质到底是什么呢？
1868年瑞士的生物化学家米歇尔（J．F．Miescher 1844—1895）开始从细胞核内提取出一种酸性物质核酸，认为这种与遗传密切相关。1953年美国的生物学家沃森（J·Watson1928—）和英国的晶体结构分析家克里克（F．H．C．Crick，1916—）合作，并在英国学者维尔金斯（M．H．F．Wilkins1916—）研究的基础上，确认了核酸的一种，脱氧核糖核酸（简称DNA）的双螺旋分子结构，证实了一条染色体中就有一个DNA分子，母细胞的染色体中的DNA，通过自我复制传给子细胞，由此将性状信息遗传给下一代。DNA分子是由腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸4种各不相同的基本单位按不同数量和不同排列顺序组成的。自然，各条染色体的DNA分子不会相同，各不同物种染色体的DNA分子更不会相同。因此各物种乃至同一物种的各个个体，必定各有不同的遗传特征。
从理论上讲，如果不限制4种基本单位的数量和排列顺序，那么DNA就会有无限多的组成方式。这是显而易见的，因为众所周知，在计算机里，仅用“0”，“1”两个基本单位就可以有无限多的表达方式，何况DNA里有4种基本单位呢？细胞核里的染色体有充分的余地把动物的所有形态结构、生理功能和行为的可遗传的性状，变成4种“字母”组成的各种“词语”，以分子排列的方式记载入了DNA分子之中，DNA由此成了遗传密码，成为遗传信息的贮存者。由于DNA主要位于染色体中，染色体位于细胞核内，这样细胞核不正是遗传密码的保险柜！
沃森、克里克、维尔金斯三人由于作出这个20世纪生物科学的最伟大的发现，开创了分子遗传学和遗传工程的新纪元，而共同获得了1962年的诺贝尔生理和医学奖。
4．从动物的白化谈超
——DNA、蛋白质、性状
你养过小白兔吗？小白兔毛白，皮肤也白，连眼睛虹膜色素也没有了。眼球透明，以致让我们看到了毛细血管中流动的血的红色。实际上，小白兔的野生祖先是灰褐色或是褐色的，另外家兔中也有灰色，黑色的，巧克力色的等等。除兔外，还有白猪、白牛，乃至极少数的白猴。令人可怕的是，我们生活周围中的一些人也有这种现象，他们的皮肤是白色的，头发是白色的，连虹膜也缺乏正常的色素，这就是动物的白化病。白化病是一种遗传病，病因就出现在DNA上。双亲如果都是白化病，则生儿育女，都患有白化病。双亲一方正常，一方白化，则儿女都表现正常，但都带着双亲中白化一方的遗传信息——染色体中DNA上某一处的遗传编码异常。因此，就会出现表面正常而各带有白化遗传信息的双亲，生了白化的儿女。
遗传学家为了使用方便，把DNA上控制生物性状发育的遗传编码称为遗传基因，简称基因。控制黑色素形成表现正常肤色的基因是常态的基因，当这个基因内的遗传编码因故发生了某种改变，影响到黑色素的形成，就是白化基因了。
原来皮肤中的黑色素是由一种氨基酸（氨基酸是构成蛋白质的基本单位，水解动物的蛋白质，例如水解肌肉蛋白质，水解卵黄中的蛋白质等，就会得到各种各样的氨基酸。动物和人体共有20种氨基酸。）转化来的，这种氨基酸的名字叫酪氨酸，广泛分布于动物性食物之中，它的分子结构如图3－7。但是酪氨酸要转化为黑色素，需要一个重要条件，就是酪氨酸酶来催化。酪氨酸酶，如同所有各种各样的酶那样，都是蛋白质类物质，而这种蛋白质类物质是由哺乳动物细胞内在DNA某一组特定遗传编码指导下合成出来的。患白化病的哺乳动物恰恰是在这组编码上出现错误，以至于合成不出来酪氨酸酶，因此细胞也就不能由酪氨酸生成黑色素，由此体表皮肤、毛发等都呈现白色。在这个过程中，导致不能生成酪氨酸酶的那组遗传编码被称为白化基因。
简而言之：白化基因→酪氨酸酶缺乏→皮肤毛发白化
一定的基因→一定的蛋白质合成→一定的性状表现
这是发生在细胞里的最重要的物质合成过程，即关系到性状发育、性状表现的由基因控制的蛋白质合成过程。当然细胞还能合成各种各样的对生命至关重要的其他物质，例如肝糖元、脂肪、三磷酸腺苷、各种各样的激素等等。
细胞就像一个大的生物化学工厂，随时随地有多种多样的物质的分解，同时有多种多样物质的合成。只要细胞活着，它就不停顿地、有序地“工作”。
5．细胞产生细胞
——细胞产生细胞称为细胞分裂
地球上最初的细胞，应是非细胞形态的原始生命，至于它是什么样子的，目前尚无从得知。现今仍生活着非细胞形态的生物，如各种病毒，都不能独立生活，而是必须寄生到细菌、植物、动物的细胞中。因此它是已经变了样了的。
现在地球上的细胞，都由细胞自身的分裂来产生。单细胞生物如原生动物，细胞一分为二就是繁殖，由一个亲代变成两个子代。多细胞生物就复杂了。一方面是细胞分裂，细胞数目的增多，就是身体的生长长大，例如幼年动物长成成年动物。另一方面是细胞分裂用于繁殖后代，最普遍的是通过生殖母细胞的分裂产生生殖细胞，也就是卵母细胞产生卵细胞，精母细胞产生精子。卵细胞和精子再结合为一个细胞——受精卵，新一代就产生了。受精卵又通过细胞分裂，还有分化，步入新一代的生长发育。
细胞分裂的详细过程，在各种教科书里都可以找到，在这里不准备重复。这里要告诉你一些关键的、十分有趣的现象。
（1）细胞为什么必须分裂？最简单的回答是，细胞不分裂，体积就愈益增大，成了“大胞”了。体积的增大，意味着表面积的缩小，而细胞要通过它的表面和周围环境进行物质交换的。体积增大伴随的表面积缩小于生命活动不利，所以要分裂。
这种流行的说法，是从生物的合理性、细胞的合理性的层面来解释的。进一步而言，这种合理性已经通过漫长的进化过程中转化并表现在细胞的内部机制中。细胞是一个整体，细胞核与细胞质、细胞膜之间业已形成了一种相互协调、相互促动与制约的合理关系，细胞分裂的具体实施已由细胞核内的有关基因来启动，这是一种科学上的解释。实际上细胞的分裂总是从核内的DNA复制、染色体数加倍开始的。而且像没有细胞核的红细胞（红血球，在从骨髓的干细胞产生时是有核的，后来核消失，以下更多的血红蛋白来运送氧气。）就丧失了分裂的能力。如人的红血球只有120天的寿命。
再有，也应考虑到任何一个多细胞生物片的细胞，它的分裂、生长、分化等，不会不受该细胞外的各种因素（包括其他细胞）的影响。植物里已经发现了细胞分裂素（细胞激动素）这样的植物激素，动物和人的多种和生长发育有关的激素，以及其他多种代谢产物，不能排除其对细胞分裂的直接或间接影响。
（2）细胞分裂要妥善解决的主要问题是什么？细胞分裂要解决的绝不是细胞数目的简单增多。因此决定着生命活动和性状遗传的整套遗传编码——各种各样的基因，必须在细胞分裂中妥善地处理好，尤其是它们的数量变化和分配方式，其首要的任务是保证母细胞的所有遗传信息都要完整准确地被子细胞继承下来。细胞分裂的最基本方式有两种。
一种是体细胞的分裂。在这种分裂开始前，承载遗传信息（或者说构成基因）的DNA分子首先要复制。细丝状的双螺旋结构的DNA分子几度螺旋化而缩短变粗，成为染色体。而后，每一条染色体在分子化学机制促动下变成了两条。再后，两个同样的DNA分子同时分裂形成的两个细胞核，带动细胞的其他部分而完成细胞分裂。如果是人的细胞，这时原来的46条就成92条，而且各条都和原来的形态结构一样，应该说遗传编码也一样。于是一分为二，产生两个子细胞，染色体数量、组成一样，遗传编码一样。
如果这发生在单细胞生物，如细菌、变形虫，产生的两个细胞，就是新一代，从上一代继承的遗传编码是一模一样的。如果发生在多细胞生物的无性生殖中，如水螅通过细胞分裂，再分裂长出一个芽体——小水螅；或高等植物中普遍使用的根、茎、叶的无性繁殖（如扦插）都是由原来的身体细胞通过分裂而产生新一代。这种情况下，新一代和上一代细胞的遗传编码也是一样的。于是，我们看到，无性生殖是最能保持亲代性状的生殖方式。
在果树栽培中，为了繁育一个好品种，就是剪取它的芽或枝，进行嫁接，通过接上去的芽或枝的细胞分裂，形成树冠，开花结果，使好品种的性状不变。在酿造工业中，通常是选取某一株酵母菌去繁殖（细胞分裂），发酵酿造啤酒、酱、醋或其他一些成品，因为新的酵母菌和原来的遗传编码一样，可用数十年，繁殖数千代，其酒味不变。有些陈年美酒就是这样保持了极优的品质而扬名天下。现在已发展到把植物的一小片组织，经人工培养，细胞分裂、分化而发育为一棵植株，遗传性状不变。取一小段幼嫩的树枝，切成许多片，进行培养，所有的苗木，性状都一致。在古典神话《西游记》中孙悟空，拔下一撮毛，吹口气，就变成了一群一模一样的孙悟空！若用现代生物概念叙述这一神奇的变幻的话，可说美猴王能够无性繁殖。真正动物的无性繁殖在20世纪整个世纪中几乎被视为可望而不可及的事情，然而，令人震惊的是，1997年一个爆炸性的新闻出现在全世界的媒体上：英国科学家已经应用克隆技术，无性繁殖出了一只活生生的羊！这项生物技术的重大突破，给人类社会造成了巨大的冲击：假如生物学家用此项技术去无性繁殖人类，那后果是谁都不愿去设想的。
另一种是和有性生殖有关的细胞分裂。这种分裂称为减数分裂，在动物中，只有生殖母细胞——卵母细胞和精母细胞，进行这种分裂，分裂的结果导致配子——雌配子（卵细胞）和雄配子（精子）的形成。卵和精子结合为一个细胞——受精卵，由此开始了新一代的发育。
于是矛盾来了，如果按照身体细胞分裂产生身体细胞那种方式，以人来说，如果卵细胞和精子都是46条染色体，受精卵岂不就具有了92条染色体，那么生出来的后代就不再是人了，而是一个不知什么样的怪物。
减数分裂解决了这一矛盾。就是要进入分裂的卵母细胞或精母细胞，已提前完成了一次DNA的复制，染色体数的倍增，接着是连续两次分裂，即一变二，二变四，形成四个细胞。雄性精母细胞生成四个精子，在雌卵母细胞只有一个生成卵细胞，其他三个产生后即消失了。这样就形成一个合理的局面，人的46条染色体复制一次为92条；分裂一次，则两个细胞中各为46条，再分裂一次，则四个细胞中各为23条了。卵细胞中23条，精子中23条，受精后的受精卵为46条，由它分裂产生的新一代的所有细胞的染色体数都是46条了。
上面所叙述的仅是对细胞分裂中染色体的简略描绘，实际情形比这要复杂得多。但有一点是最关键的，那就是，一对染色体的形态特征和遗传编码和另一对的不同，减数分裂中，要绝对保证是每一对的一条组成一组进入卵细胞或精子，而不是任意的23条进入卵细胞或精子。否则，必然使遗传编码丢失，给后代带来严重后果。
总之，遗传编码也罢，遗传信息也罢，遗传蓝图也罢，在细胞分裂中，处理好准确完整地复制，是至关重要。而自然造化，在精原细胞和卵原细胞这两种不同“目的”的分裂中，这一点“处理”得巧妙之极！
那么，是否是所有细胞都能分裂吗？
在植物细胞中情况要简单些。除了受精卵和受精的极核，具有旺盛的分裂能力外（前者形成种子里的胚，后者形成种子里的胚乳），在植物体幼嫩的根尖、芽尖、韧皮部和木质部之间的形成层，还有单子叶植物的节间，都有分生组织，这里的细胞是一种稚嫩的、分裂能力旺盛的细胞，直接影响到植物的生长和各种组织的形成。动物的情况比较复杂，大体上说：受精卵极具分裂能力。经细胞的增多、细胞形态结构和功能的分化，它由一个小小的细胞组成一个庞大的组织和器官。例如，人的受精卵（直径约0.1毫米）为一个细胞，到了新生婴儿估计约有2万亿个各种各样的细胞。成人的细胞当然要远比婴儿的多。
卵巢和精巢（睾丸）里的生殖原细胞，在生育年龄，是有规律地分裂着的。由生殖原细胞到生殖母细胞，经减数分裂产生卵和精子。
皮肤表面的细胞和眼睛角膜的细胞，会不断脱落死亡，最明显的是皮肤表层的细胞死亡，角质化了，成了皮屑而脱落。它们由基底层的细胞分裂来补充。
骨骼的骨膜细胞，也能不断分裂，使骨长粗，或在骨折时，修复破损的骨。
骨髓里的干细胞，还有造血功能，它能分裂产生红细胞、白细胞、血小板等重要的血细胞，它使人体血液永远保持新鲜和活力。
肝脏和肾脏的细胞，一直有分裂能力，但分裂的速度并不快。
组织受到创伤时，创伤周围的细胞就会恢复分裂能力，及时修复创伤。最新研究表明，细胞膜的表面有一种称为抑素的物质，抑制细胞分裂，细胞受到损伤，抑素的功能受到限制，细胞就能摆脱其抑制作用，恢复分裂。低等动物的创伤恢复能力，强于高等动物，像水螅、蚯蚓等有极强的再生能力，连螃蟹丢掉一只螯，还能再长出来，蜥蜴断了一段尾巴，也能长好。相比之下，鸟类和哺乳类、人类就差多了。
只有一些已经专门化了的细胞，失去了分裂的能力，其中常见的是神经细胞（也称神经元）。神经细胞通常在婴儿出生后，就不再分裂繁殖，只随着婴儿的增长而长大一些，其突起可延伸。所以神经细胞真是死一个少一个。
6．脱缰的野马
——癌细胞
讲到细胞分裂，不能不讲像脱缰的野马那样疯狂分裂的癌细胞。
癌，是至今尚未被科学揭示其规律性和尚未得到有效控制的重大疾病。
癌细胞至少在以下各点上和正常细胞不一样：
一是癌细胞的细胞核都比正常细胞核大，形状有时也不规则，核仁也如此。染色时，核的着色明显加深。
二是在体外培养中，只要保持适宜的环境，癌细胞可长期繁殖而不死亡。例如一种称为海拉细胞的癌细胞，是取自一名叫Helena的女患者。患者已去世30多年了，但这种癌细胞目前仍在世界各地的实验室里，分裂繁殖。科学家们将它用于研究。
三是癌细胞的分裂，不一定是一分为二，可能是一分为三，一分为四，一分为五，甚至更多的细胞。
四是正常细胞在分裂中和别的细胞紧密接触后就会停止分裂，生物学上称为接触抑制。例如，将正常的单层细胞层，切去一块，使之出现一个空洞，空洞周边的细胞就恢复分裂，不断分裂到把空洞修复，然后就停止分裂。癌细胞不是这样的，不仅在一处分裂后堆积而成肿块，还随着淋巴等穿入到别的组织器官中，以“四海为家”，分裂繁殖，形成肿块，这就是所说的癌的转移。
五是癌细胞对不良环境，有比正常细胞更强的抵抗力，例如耐受缺氧，或对药物的杀伤有较强耐受力，所以也不易杀死。
总之正常细胞发生了病变成为癌细胞，而癌细胞的后代还是癌细胞，那么肯定是正常细胞的遗传编码——基因发生了变化，或是基因的调控出了问题，无法抑制其分裂——“脱缰的野马”。
我们知道多种化学物质、多种物理因素（如放射线）是致癌的，它们要么是影响了细胞的遗传编码，要么是伤害了免疫系统，使之不能清除这些癌细胞，这是一类观点。另外有实验证据表明，病毒对细胞的侵入引起细胞的癌变。病毒的遗传物质有些是DNA，有些是RNA（核糖核酸），它们寄生在正常的细胞中，并把自己的DNA或RNA上的遗传编码拼接到正常细胞的遗传编码中去，于是正常细胞转化为癌细胞。现在已经在鸟类和哺乳类体内找到了多种致癌的病毒，如在人的白血病（血癌）、肉瘤、淋巴瘤、乳腺上皮癌的细胞中，找到与病毒RNA相似的大分子。如果病毒致癌，那么致癌的化学因素或物理因素，可能是先激活病毒，再使细胞恶化为癌细胞。
现代医学常用手术切除癌肿来治疗癌症，但这不容易清除干净、彻底，假若癌细胞转移了，病症治疗就更困难。还有用化学疗法和放射疗法，来杀死癌细胞。但这也会同时杀死正常细胞并产生其他副作用。最近，有实验治疗报道，用CAT（计算机断层扫描）技术，可在癌肿只有几厘米大小时，早期发现，精确定位，然后使用加速器产生的质子束，杀死癌细胞。由于质子加速到接近光束是具有极大的能量，而受控的质子束，快速穿过身体正常的组织、细胞时，不易杀伤正常细胞，只有停留在CAT指明的癌细胞时，才有强大的杀伤效果。
但最好的办法，还是找到能使癌变的细胞恢复为正常细胞的有效途径。目前在这方面似乎有了一线光明，如一种在体外培养的人的神经瘤细胞，这是一种癌细胞，如给以一定的条件，例如给以cAMP——环式腺苷酸，就会恢复接触抑制，而不再分裂，并进行正常分化，成为神经细胞。这是为数不多的体外实验的例子，距离临床医疗还有漫长的路要走。但终究给了我们战胜癌症的又一线希望！
7．细胞的连接和外衣
多细胞生物的细胞之间有着不同的连接（见图3－8）。在植物世界，细胞之间最普遍的相连方式，是相邻的细胞，有一些由细胞膜伸出小管穿过细胞壁而彼此沟通，即一个细胞的细胞质有一些如细丝状物经过小管和对方相连通，这被称为胞间连丝。然而动物细胞却不是这样的，动物细胞有以下几种相连方式。
一种是如上皮细胞之间的细胞。由于上皮都覆盖在各种管腔（如消化道、呼吸道、血管等）的内壁，为防止物质从细胞的间隙之间的空隙漏到下面的组织中去，细胞之间常有狭长的封闭带堵塞空隙，就像我们冬天给窗缝塞上密封条那样，把许多细胞包封在一起，称为紧密连接。另一种是为了加固，相邻细胞间夹着由细胞膜变形来的圆盘状的致密物质的垫子，而且两侧伸出微细的纤维状物加固，我们称之为桥粒或细胞间桥，就像我们使用的一种圆形塑胶圈，把物体粘附到墙上似的。还有一种称为间隙连接的。因为相邻细胞之间约有2毫微米的距离（间隙），为使物质（离子或小分子）可以沟通，间隙间有若干呈六角形的边框结构（约5毫微米），中心孔道约1.5～2.0毫微米，使细胞相沟通。如将一种染色料注入昆虫唾液腺的一个细胞，染料能很快扩散到邻近细胞，而细胞膜外却没有，就是证明。而且这个孔道的电阻很低，生物电的传递容易。在心肌细胞中，这可很重要，它使许多心肌细胞能协调地收缩、舒张形成心脏的搏动。
细胞膜外，还会有“外衣”。而这外衣也是各种各样，功能各异。植物细胞都有纤维素的细胞壁，这就是一件坚韧的外衣。动物细胞的外衣更复杂。例如昆虫的几丁质的外骨骼；脊椎动物软骨和硬骨中的胶原纤维；骨骼中除骨细胞的基质，牙齿的齿质和釉质（珐琅质）等等，究其来源，都是细胞分泌或细胞参与合成的。有一类几乎所有动物的活细胞都有的“外衣”——一层粘液状的糖蛋白或糖脂，它既是细胞膜的一部分，又伸出膜的表面（指它们的分子结构）。它们的作用非常复杂，对生命活动又极为重要。
我们可以做这样的一个实验：从鸡胚取出鸡心脏细胞和肾脏细胞，将它们分散，混合培养在一起。不久，心脏细胞重新聚合，肾脏细胞也重新聚合。真是泾渭分明，各找自己的相识。这说明细胞有识别能力，识别就靠膜上的特定的糖脂或糖蛋白。
此外，我们都知道输血前必须检查供体和受体双方的血型。血型的差别就在红细胞表面的抗原—糖蛋白或脂蛋白。红细胞上的抗原A能识别血清中的抗体a，抗原B能识别抗体b。红细胞膜上有抗原A的为A型血，其血清中没有抗体a而有b；反之红细胞膜上有抗原B的为B型血，其血清中没有抗体b而有a。O型血，红细胞膜上既没有抗原A，也没有抗原B，血清中有抗体a和b；反之，AB型血，红细胞膜上有抗原A，也有抗原B，血清中抗体a和b都没有。如果抗原A和抗体a，或抗原B和抗体b相遇，就会引起红细胞凝集成团，产生严重后果。这就是一种抗原抗体反应，证明了细胞的识别机能。
细胞对于激素以及其他外来物质的识别能力，大多也是来自位于膜上的称为受体的部位。各种受体，接受特定的外来物质，产生特定的化学过程，使细胞作出反应。因此，这些细胞“外衣”是很重要的，直接影响细胞和机体的生命活动，这对我们进行器官移植、疾病免疫、药物的研制等方面有重要的实践意义。
