伟大的分工，沉重的代价

你好，我是王立铭，欢迎来到生命科学50讲。

上一讲，我们见证了多细胞生命的诞生。从那一刻起，地球生命的演化就从此进入了一个全新的时代。我们向更复杂的生物，甚至是人类这样智慧生命，又迈出了一大步。

但是，你先别欢欣鼓舞。如果稍稍回忆一下上一讲的内容，你就会发现，人这样的复杂生命的出现，其实仍然不符合逻辑。

你想，单细胞生物为啥会发展出多细胞形态呢？简单一句话：因为吃和被吃的生存竞争。

在好几十亿年的演化时间里，生物之间可能遵循着非常简单的生存逻辑：大的吃小的。

所以，生存竞争会让细胞生命越来越大。尺寸到了极限不能再增大了，就抱团取暖形成多细胞生物。

但是你得注意，在这个多细胞生命体里，每个细胞的地位都是平等的。

它们都是同一个细胞分裂而来的后代。它们聚集在一起唯一的目的就是让个头变大，方便吃东西或者避免被吃，如此而已。

如果是这样的话，为什么会出现人类这样的智慧生命呢？如果仅仅为了在体型上占便宜，那么，发展出来的应该是那种由无数细胞堆积起来的大肉球才对嘛。

所以，在多细胞生物出现后，一定是发生了什么大事儿，让生存竞争的战场可以更丰富多元，不再只是拼个头了。

好了，不卖关子了，我直接公布答案：这个大事儿就是细胞之间的分工。

可以说，有了分工，才有了今天的我们。

这一讲，我就来隆重讲一讲细胞分工带来了什么新的竞争优势。在这个过程中，我们有没有付出什么代价。

分工解决生殖和运动之间的矛盾

细胞分工一出场，就解决了一个单细胞生命无法解决的矛盾。

这个矛盾是什么呢？你想，单细胞生物就像独自生存的人，它必定是一个多面手：一定既会洗衣做饭，又会换灯泡修水管，样样都会做。但同时，这也意味着当它在做一件事情的时候，就做不了另一件。

细胞也是这个样子的。举个例子：

一个单细胞生命繁殖后代的过程中，有一种叫做微管的蛋白质起到了关键作用。顾名思义，它能够形成长长的细丝，就像绳子一样能够牵扯DNA移动，把它平均分配到两个后代细胞里。

微管蛋白

但是请注意，微管蛋白质除了参与细胞繁殖，也参与细胞的运动。细胞表面那些能够拨动水流的鞭毛和纤毛，同样是由微管分子组成的细丝。

这样一来，就产生了一个矛盾——生殖和运动之间的矛盾。生命在生殖的时候就没办法运动，反过来也一样，运动的时候就不能分裂繁殖。

这对矛盾带来的问题是显而易见的。比如：

如果正好在分裂繁殖的时候，天敌来了，单细胞生物怎么逃命？

如果在恶劣的环境下，必须不停地运动逃生，它怎么安静下来生个宝宝，延续后代？

这个矛盾可以很容易地被多细胞生物化解。

如果一个生命是由两个粘在一起的细胞组成的，那么，就可以做一次非常简单的分工：一个细胞专门负责生殖，不负责运动，而另一个细胞专门负责运动，不管生殖的事儿。

这样一来，生殖和运动这两个机能就不再需要不断地暂停和切换了，而是可以持续不断地同时进行。

自然界中有一种叫做团藻的多细胞生物就是这样的。它就只有两种不同的细胞。一种是体型较小、长着鞭毛的体细胞，它们专门负责运动。另一种是个头很大，没有鞭毛，专门负责复制和繁殖的生殖细胞。

团藻。浅色的小点是体细胞，负责运动，深绿色的大团负责生殖。

所以你看，细胞分工就是这样出场的。它完美地解决了生存与繁殖之间的重大矛盾，这是生命演化历程中，一个非常重要的里程碑。

分工的第一大价值：专业

但分工的意义可远不止于此。随着多细胞生物的进化历程逐步展开，细胞的分工让生命爆发出了缤纷的多样性。

其中的原因，我把它总结为三大价值：专业、协作、创造新功能。

首先看专业。团藻的体内分化出了繁殖和运动两种细胞，这是最初级的一种分工方式，确实也起到了立竿见影的效果。但之后，生物在细胞的专业化上越走越远。

比如我们血液中的红细胞。红细胞专门负责运输氧气，而且能力非常强。

红细胞就像是一个装满了血红蛋白分子的大口袋。如果抛去水的话，血红蛋白的体积占到了总体积的97%。

请注意，为了腾出更多的空间装上更多的血红蛋白，运输更多的氧气，红细胞在发育成熟的过程中，会把细胞核以及里面的遗传物质彻底舍弃掉。

从红细胞的角度考虑，它需要彻底放弃繁殖的权利；反过来，从整个人体的角度，这样专业化的红细胞，会帮助我们的身体获得更多氧气，拥有更好的运动能力。

所以你看，功能的专业化是以牺牲其它所有功能，包括繁殖功能为代价的。但它换来的是个体细胞更强大的功能，是生物整体更大的生存优势，更多的可能性。

分工的第二大价值：协作

第二个价值是协作。分工能够促进细胞之间的密切协作。

其实，团藻的运动细胞之间，就已经存在这种协作了，所以团藻才能在几万个细胞的发力作用下开始游泳。

在此之后，细胞间的协作发展得让人叹为观止。我想举人体消化系统的小肠上皮细胞为例。

这种细胞是干什么的呢？简单来说，就是吸收营养。但是跟红细胞不一样，小肠上皮细胞单个的能力一般，但是聚在一起，效率就高得惊人。

它们的直径不过几微米，数量却非常大，而且更重要的是，它们之间通过紧密的连接，像用砖头砌墙一样，紧密地固定在一起，形成了密不透风的小肠壁。

小肠上皮细胞

在成年人的体内，小肠的长度一般可以达到4-6米，远超过人体的高度。而它内部的表面积更是大得惊人，有足足200平方米。

这是因为小肠表面不是光滑的，而是有非常多、非常细密的突起和褶皱，这些突起和褶皱极大地增加了表面积，让小肠可以更好地接触、吸收营养物质。

所以，分工让小肠上皮细胞间能够协作，形成紧密的连接，把吸收营养这个能力发挥到极致。

分工的第三大价值：创造新功能

好，说完了专业和协作，我来讲讲最后一个词——创造新功能。

这是什么意思呢？你发现没有，之前我们说的例子，都是把单细胞生物本身已有的功能——不管是携带氧气，还是吸收营养——进一步专业化，做到极致。

但是新功能就厉害了，它能创造出一个单细胞生物之前没有的能力。最典型的，就是大脑里的神经细胞。

你可能不知道，你的大脑中可是有将近1000亿个神经细胞的。为什么说它是新功能的代表呢？因为神经细胞的功能，完全是建立在细胞之间分工协作的基础上的。

和红细胞或者上皮细胞不一样，单个的神经细胞是几乎没有任何用处的。它的主要功能就是在细胞之间传输生物电信号和化学信号。

神经细胞在传输信号

如果细胞没有出现分工，这种高级的功能也没有用武之地。当然，生命也就不可能发展出智慧。

所以，分工能让细胞变得专业、团结，甚至产生新的功能，这让生命的形态变得越来越丰富与复杂，让生物能够使用的生存策略越来越神奇，直到出现智慧。

回到我们一开始的问题：分工让生命的竞争不再是单调无趣的“大吃小”，而是变成了一条八仙过海、各显神通的新赛道，让生命充满多样性。这对地球生命的意义，怎么强调都不为过。

细胞分工的代价：癌症

但是，俗话说的好，天下没有免费的午餐。生命享受了分工的恩惠，同时也为它付出了沉重的代价，其中最苦的苦果就是癌症。

你可能会不理解，癌症跟分工有什么关系呢？其实，这背后是一段阶级斗争的血泪史。

从某种程度上说，我们可以把细胞之间的分工，看成是一种阶级压迫，而癌症就是对这种阶级压迫的反抗。

为什么这么说呢？首先你要知道，单细胞生命可以看成是永生不死的。

我们来做个头脑实验：

假设给一个单细胞生物体内注入一些红墨水，那么它一分为二之后，它的子代细胞中一定还有红墨水，只是浓度变淡了。

这个细胞的子孙后代，只要不是全部死绝，那么不管过多久，在它的后代细胞中就都能检测到红墨水的存在，只是浓度会越来越低。

从这个意义上说，单细胞生命是拥有永生的能力的。不管过多久，它都仍然活在子孙后代的身体里。

而到了多细胞生命形态，特别是体细胞和生殖细胞的分工出现以后，细胞之间的“阶级差别”就出现了。

生殖细胞仍然保留了单细胞生命的特征，仍然可以看成是永生的。但是对体细胞而言，分工意味着断子绝孙。

还拿团藻来举例。它们体内那些专门负责分裂复制的细胞，就相当于生殖细胞。任何一个生殖细胞，都可以通过分裂，重新长成一个由几万个细胞组成的团藻后代。

如果往团藻的一个生殖细胞里面注射一些红墨水，情况和刚才咱们讨论的是完全一样的：它子孙后代的所有细胞里，都能检测到红墨水的存在。

但是反过来，对团藻体内那几万个负责游泳的体细胞来说，命运可就完全不一样了。

当它们掌握了游泳的独特技能之后，就必然要放弃自己永生的权利，不能再继续复制和繁殖了。对它们而言，分工意味着断子绝孙，意味着寿命从此变得短暂。

我们可以继续那个思想实验：如果往团藻的体细胞里注射蓝墨水，那么当这个团藻死亡的时候，所有的蓝色细胞都会死亡，在它所有的子孙后代体内，你不可能找到任何一个带有蓝墨水的细胞。

换句话说，多细胞生命的第一次细胞分工——生殖细胞和体细胞的分工——就带来了永久性的阶级压迫和不平等，更不要说我们刚才提到的几个更加精细分工的例子——红细胞、上皮细胞、神经细胞——它们也都必须要放弃它们的繁殖能力。

自我复制和繁殖是生命的本能，而现在我们却又要求很多细胞不能随心所欲地去繁殖，必须压制住从诞生开始就一直存在的天性，舍小家为大家。

那问题就来了，对于团藻个体而言，这当然是一件好事了，但是对于这些不得不做出自我牺牲的体细胞来说，就很不公平。

这虽然是一种拟人化的比喻，但这个问题确实对多细胞生命的形态，构成着重大的威胁。

最典型的例子，就是癌症。这个威胁人类健康的疾病，从进化根源上，就可以理解成是人体细胞的“叛变”。

简单来说，癌症就是我们身体某个组织里，某个原本循规蹈矩、放弃了繁殖机会的体细胞，发生了遗传变异，然后疯狂地自我复制和繁殖后代，破坏原有的生命形态，最终甚至导致死亡的过程。

其实，体细胞的叛变比你想象的要频繁得多。

有科学家估计，我们身体里每天都会出现成百上千的叛变细胞。不过你不用太过担心，并不是每次体细胞的叛变都会发展成威胁生命的癌症。

因为在漫长的演化中，人体已经具有了极强的“镇压”这些“反叛”的能力。

对于大多数的遗传突变，细胞是可以自己修复的。就算修复失败，出现了叛变细胞，免疫系统也会努力找到并且杀死它们。

不过即便这样，癌症仍然是今天人类社会当之无愧的第一杀手。这说明，虽然体细胞和生殖细胞的分工，早在十几亿年前已经完成，但是体细胞却始终没有放弃逃脱这种不平等分工的机会。

我觉得，这也算是分工带给生命的永恒代价。说到这儿，也许你就能从进化意义上理解，为什么癌症这种疾病会长期困扰人类了吧。

总结一下：人类这样智慧生命的出现，要感谢细胞间的分工。分工让生命有了新的生存优势，大大加速了生命演化的进程。但同时，生命也付出了重大代价。衡量利弊后，我们还是得说，在这场和大自然的交易里，生命实在赚大了。

下一讲，我将会带你看看，细胞的分工到底是怎么实现的？细胞是怎么被一步步安排到自己的工作岗位的？

我们下一讲见。

分工让生命的竞争不再是单调无趣的“大吃小”，而是创造了一条八仙过海、各显神通的新赛道。