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细胞分裂是一切有机体生长发育的根源。在胚胎形成的整个过程里——从单个完整的动物受精卵转化为细胞组成的球形体，最终转化为一个高度复杂、有序的生命体——细胞分裂当数第一个决定性的事件。一切都始于一个细胞分裂成两个独立的细胞。随之而来的胚胎发育也同样基于这个过程——细胞分裂再分裂，随着细胞发育成熟并分化成各种分工更细的组织和器官，精妙复杂的胚胎最终被构造完成。这意味着，一切有生命的有机体，无论大小，无论结构复杂与否，都是从一个细胞开始的。如果我们牢记，每个人都曾经是一个单细胞，一个在受孕的那一刻由精子和卵子融合而成的单细胞，那我们一定会更加尊重细胞吧。
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细胞分裂也能解释身体为什么能奇迹般地自愈。如果你被这页纸的边缘割破了手指头，那么，伤口周围的细胞可以通过分裂修复伤口，让你的身体保持健康。然而，祸兮福所倚，正是因为身体具有让细胞分裂产生新细胞的能力，癌症也由此而生。癌症就是由于细胞不受控制地生长、分裂而引起的，并恶性扩散，损害身体，甚至导致死亡。
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生长、修复、退化和癌变都与我们的细胞在病态和健康态、青年和老年等不同状况下的特性有关。事实上，大多数疾病都可以归因于细胞的功能失调，要想研发出新的治疗方法，首先必须了解细胞出了什么问题。
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细胞学说持续影响着生命科学和医学实践的研究轨迹，也彻底塑造了我的生命历程。自13岁时，我眯着眼睛凑在显微镜前看到洋葱球根表皮细胞后，我就对细胞及其运作原理充满了好奇。在我成为一名生物学研究者后，我决定专攻细胞，特别是细胞如何自我增殖，如何控制分裂。
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20世纪70年代，我的研究刚起步时，研究的是酵母菌——没错，就是大多数人认为只适合用来酿酒或做面包，并不适合用来解决生物学基础问题的酵母。但事实上，酵母菌是理解更复杂的生物体细胞运作方式的绝佳样板。酵母菌是一种真菌，但它的细胞与植物和动物细胞的相似度高得惊人。而且它们很小，培养起来相对容易，只需要喂一点营养物质，它们就能长得飞快，成本低廉。在实验室里，我们要么让它们随意地漂浮在肉汤里，要么在塑料培养皿里铺一层果冻，任由它们在果冻上面长成几毫米宽的奶油色菌落，每个菌落都包含数百万个细胞。尽管酵母细胞很简单，或者更准确地说恰恰因为它们很简单，才刚好有助于我们了解细胞在大多数有机生命体（包括人类细胞）中是如何分裂的。如今，我们对癌细胞不受控制的细胞分裂已经有所了解，事实上这要感谢如此不起眼的酵母菌。因为在癌细胞分裂这个课题上，不少知识最初都来自对酵母菌的研究。
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细胞是生命的基本单位。细胞是独立的生命体，被裹在脂质（类似脂肪）细胞膜中。但是，就像原子包含电子和质子，细胞也包含更小的成分。如今，显微镜的功能非常强大，生物学家们用它来揭示细胞内复杂且通常极其美丽的内部结构。其中一些相对较大的结构被称为细胞器，每个细胞器都被包裹在各自的膜里。在所有内部结构中，细胞核是细胞的指挥中心，因为它包含了记录在染色体上的遗传指令，线粒体（在某些细胞中可能有数百个）的作用好比微型发电厂，为细胞提供生长和存续所需的能量。细胞内其他容器和隔室的功能则好比精妙的物流系统，可以构建、分解或回收细胞内的部件，还可以在细胞内部运送物质，或把物质送进或运出细胞。
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然而，并不是所有生物的细胞都有这些裹在膜中的细胞器和复杂的内部结构。依据细胞核的有无，可以将生物分为两大类：含有细胞核的生物被称为真核生物，比如动物、植物和真菌；而没有细胞核的生物则被称为原核生物，它们要么是细菌，要么是古细菌。从大小和结构上看，古细菌和细菌相似，但实际上却是它的远亲。在某些方面，古细菌的分子运作原理更近似于我们这样的真核生物，反而不那么像细菌。
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无论是原核生物还是真核生物，细胞膜都是细胞的重要组成部分。虽然细胞膜只有两个分子厚，但它形成了一道灵活的“墙”，或称屏障，将每个细胞与外部环境隔离开来，从而界定了“内”和“外”。无论从哲学还是实用层面上看，这道屏障都至关重要。归根结底，这解释了生命体何以能成功抵抗全宇宙那种横扫一切、走向无序和混乱的大趋势。就在那道与外界隔绝的薄膜内，细胞可以建立、培养它需要执行的内部秩序，与此同时，细胞也可以在其外部环境里制造混乱。这样一来，生命体就不会违背伟大的热力学第二定律了。
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所有细胞都能觉察出自己的内部世界和周遭世界里的变化，并做出反应。所以，哪怕它们与外界隔绝，却依然能与外部环境保持密切交流。为了维持使它们得以生存和发展的内部环境，它们也在不断地活动和工作。细胞与更多肉眼可见的生物体——比如我小时候看到的那只蝴蝶，或者说我们人类——共享这样的特质。
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事实上，细胞与各种动物、植物和真菌有许多共同特征。它们生长、繁殖、自我维持，而在这一过程中，它们都展现出了一种目的性：不管怎样都必须坚持下去，必须活下去，必须繁殖，将生命延续下去。所有的细胞——从列文虎克在齿间发现的细菌，到让你读到这些文字的神经元——和所有的生物都具有这些特性。了解细胞的运作原理，我们就离了解生命的运作原理更近了一步。
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细胞存在的核心是基因，也就是我们接下来要讨论的主题。每一个细胞都用基因编码指令来构建和组织自己，当细胞和有机体繁殖时，它们必须把这些基因指令传承给新世代。
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注释：
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[1] 鲁道夫·菲尔绍（1821—1902），细胞病理学创始人。他认为每种疾病基本上都是细胞的疾病。他于1847年首次识别出了白血病。——如无特别说明，本书脚注均为译者注。
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五堂极简生物课 [:1700270909]
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五堂极简生物课 二 基因The Gene
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五堂极简生物课 [:1700270910]
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时间的考验The Test of Time
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我有两个女儿和四个外孙。他们每个人都是独一无二的。具体来说，我有个女儿叫萨拉，是电视制作人，另一个女儿叫埃米莉，是物理学教授。但她们都有某些共同点，她们和各自的孩子，和我还有我妻子安妮，也有一些共同点。家人间的相似之处可能很明显，也可能微乎其微——身高、眼睛的颜色、嘴角或鼻子的弧度，甚至某些独特的习惯或面部表情。尽管存在各种各样的变化，但不可否认的是：某些特点是世世代代连续传承的。
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父母与其后代有相似性，这是一切生物有机体的决定性特征。亚里士多德和其他古代哲人早就认识到了这一点，但生物遗传的基础究竟是什么，仍是个未解之谜。千百年来，人们给出了各种解释，其中有些在今天听来匪夷所思。比如亚里士多德的猜想：母亲影响了腹中胎儿的发育，就像特定的土壤质量影响了种子生长为植株。另一些人则认为是因为“血液混合”，也就是说，后代继承的是父母双方的特征混合后的平均值。
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基因的发现为我们铺平了道路，让我们得以更现实地理解遗传是如何进行的。基因不仅提供了一种解释，帮助我们理解既有相似性又有独特性的复杂家族遗传方式，也是最关键的信息来源，生命用它来构建、维持和繁殖细胞，乃至最终用细胞组成生物体。
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格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）是史上第一个对遗传奥秘有所认知的人，他曾在如今的捷克共和国境内的布尔诺的修道院担任院长。不过，他的这一成就并非因为研究了人类家庭中时常令人费解的遗传模式，而是因为他在用豌豆植株做了无数细致的实验后，孵化出了新的观点，并最终引导我们发现了如今被称作基因的物质。
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孟德尔不是第一个用科学实验提出遗传问题的人，甚至也不是第一个通过植物寻找答案的人。早期的植物育种家已经描述了植物的某些特性是以何等出人意料的方式代代相传的。两种不同的亲本植物杂交后的新一代植株有时看起来就像两种亲本的混合体。比如，一株紫花植物和一株白花植物杂交，可能产生一株粉花植物。但在某一代中，某些特征似乎总是能凌驾于别的特征之上。比如，一株紫花植物和一株白花植物的后代只会开出紫色的花。早期先驱者们收集了很多耐人寻味的线索，但没有一个人能对植物基因的遗传方式做出令人满意的解释，更不用说解释基因在我们人类——毋宁说一切生物中——是如何运作的了。然而，孟德尔对豌豆的研究揭示的恰恰就是这一点。
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1981年，冷战中期，我独自前往布尔诺的奥古斯丁修道院朝圣，想去看看孟德尔工作过的地方。当时，那里还没有像如今这样成为一个旅游景点。花园大得令人咋舌，草木杂乱疯长。我很容易想象出那个场景：孟德尔曾在那儿种过一排又一排的豌豆。他之前曾在维也纳大学攻读自然科学，但没能考取教师资格。然而，物理学习过程中的一些心得让他深受裨益。他清楚地了解到自己需要大量数据：样本越多，就越可能揭示出重要的模式。他的一些实验，样本多达10 000株豌豆。在他之前，没有哪个植物育种家做过要求如此严格、数量如此之多的定量实验。
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