迄今为止人们获得的最有意义的认识之一是，创造力潜在地分布在整个人口中间。——吉尔福特

回到1963年，当米切尔离开英国爱丁堡大学的时候，瑞典斯德哥尔摩大学的纳斯夫妇在细胞核外发现DNA。他们利用实验室新配备的电子显微镜，以15万倍的放大倍数拍摄小鸡线粒体，在分析照片时，注意到线粒体内有黑色螺纹物质。他们用分离和染色实验证实它的存在，将其暴露于专门溶解DNA的酶（脱氧核糖核酸酶）中，发现它消失了。这是DNA存在于线粒体中的第一个视觉和化学证据。此前很长一段时间，生物学家认为真核细胞DNA只存在于细胞的控制中心——细胞核中。

健客：这是重要发现啊！

云飞：嗯，纳斯夫妇当年拍摄的一张线粒体DNA照片，2020年在佳士得拍卖行，以6250美元成交。

随后的研究发现线粒体内部装备了完整的DNA复制、转录和蛋白质翻译体系，证明了线粒体拥有独立的遗传体系，被称为半自主细胞器。

健客：半自主细胞器是什么意思？

云飞：拥有自身的遗传物质DNA及核糖体，能在细胞中自行增生，但因其基因组大小有限，只能自制部分本身所需的蛋白质，因此称为半自主细胞器，如线粒体和叶绿体。

健客：细胞器是细胞中的器官吗？

云飞：嗯，细胞器是细胞质中具有一定结构和功能的微结构，命名时大概借鉴了器官的概念。尽管中学教材有时不将细胞核视为细胞器，但大学细胞生物学通常将其归类为细胞器。虽然大多数细胞器是细胞内的功能单位，但一些延伸到细胞外的功能单位，如纤毛、鞭毛，通常情况下也被称为细胞器。

由于线粒体和叶绿体具有独特的半自主性并与细胞核建立了复杂而协调的互作关系，它们的起源一直以来多被认为有别于其它细胞器，内共生学说应运而生。

健客：在《细菌传》和《真菌传》中，都提到过林恩的内共生学说。

云飞：嗯，20世纪初有科学家提出叶绿体和线粒体的内共生看法。60年代，还在读研究生的林恩觉得（细胞）核内基因决定动植物所有特征的想法有些过分，有点太肯定、太简约了。1967年，在经历了15次退稿和一次原稿丢失之后，林恩关于内共生学说最早也最完整的陈述，终于以《有丝分裂的起源》为题，发表在《理论生物学杂志》上。1970年，她发表专著《真核细胞的起源》，在生物学界引发巨震。林恩与她的学说遭到嘲笑和奚落。有一次，她给一位同行寄去手稿请求评论，此人的回应竟然是：“滚出我的领域！”然而，林恩始终坚持这个“不受欢迎”的想法，并不断“在生物学那些布满灰尘的角落里去搜集证据”。她坚持认为，原始真核细胞可能是一种体积较大、不需氧、具有吞噬能力的细胞（可能是古菌），通过糖酵解获取能量。而线粒体的祖先可能是一种革兰氏阴性菌，具备三羧酸循环所需的酶和电子传递链系统，可利用氧气把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解，获得比糖酵解更多的能量。当这种细菌被原始真核细胞吞噬后，即与宿主细胞间形成互利的共生关系：原始真核细胞利用这种细菌获得更充分的能量；而这种细菌则从宿主细胞获得更适宜的生存环境。与此类似，叶绿体的祖先可能是蓝细菌。她进一步指出共生是生物进化的机制，也许是生物进化的根本动力。

健客：比之前在《细菌传》和《真菌传》中讲的又进了一步，把最近这些知识点都串起来了，易懂易记，对考试一定有帮助。

云飞：比应试能力更重要的是创造力，这样的故事很多。今年诺贝尔生理学或医学奖获得者是美国科学家维克托和加里。刘重持是维克托的学生，在深圳理工大学合成生物学院任教。昨天，她发表文章，题为《今年诺奖得主，我导师，是位爱吃苦瓜的洋女婿》，回忆了师从维克托的经历，她说：“刚开始的时候，我常常只关注如何发表文章或取得高分，这与Victor的科研思维相反。他虽然不是特别刻苦的人，也常常会写错别字，但他非常聪明，喜欢思考问题，并不太注重知识的考试。我在Victor的实验室待了7年，用6年多时间拿到博士学位，又进行了半年的博士后研究。那期间，我在《自然》等顶级学术期刊上发表了3篇重要的学术论文。受到Victor的影响，我逐渐意识到在科研和生活中，很多问题并没有唯一的正确答案。我们需要学会思考、提出异议，这样才能更有创造力。”

健客：什么是创造力？怎样才算有造力？

云飞：创造力又称创造性，通常指个体在一定社会背景上产生新颖且有价值观点或产品的能力。但是，关于什么是创造力、怎样才算有创造力这些最基本的问题，不同学者有不同的观点和看法。早在1950年，美国心理学家吉尔福特在心理学会主席的就职演说上正式提出“创造力研究”，开启心理学和认知科学的新方向。吉尔福特说:“创造力是普通人都具有的一种能力，几乎所有的人都会有创造性行动，不管这种创造性行动是多么微妙或多么罕见……，被公认为具有创造性的人，只是拥有比我们所有人所拥有的更多一些而已。”

健客：好像有一种观点认为中国学生的应试能力强，创造力弱。

云飞：我比较认同吉尔福特说的，“迄今为止人们获得的最有意义的认识之一是，创造力潜在地分布在整个人口中间”。中国学生创造力弱的问题有一部分可能出在教育上，正如刘重持所言，我们需要学会思考、提出异议，这样才能更有创造力。她将“模式动物与诺贝尔奖”作为课程内容之一，题中应有之义大概就包括激发兴趣，提高创造力吧。

好在林恩的理论只沉寂了10多年就被主流生物学界部分接受了，这主要是因为分子生物学家对线粒体、叶绿体基因和细菌基因作了比对，发现二者有很高的同源性。以线粒体为例，内共生学说的证据包括但不限于线粒体DNA在大小、形态和结构方面与好氧细菌的DNA相似；线粒体具有双层膜结构，其内膜与好氧细菌细胞膜的成分相似；线粒体与好氧细菌均以缢裂的方式分裂繁殖；线粒体与好氧细菌都具有类似的核糖体，能合成蛋白质。分子生物学和生物信息学的研究发现真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于好氧细菌或蓝细菌的遗传信息，说明最初的好氧细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中发生了向细胞核的转移。这种转移削弱了线粒体和叶绿体的自主性，建立起稳定、协调的关系。

健客：缢裂是什么意思？

云飞：缢裂是一种细胞分裂的方式，‌在缢裂过程中，细胞从中部凹陷，最终一分为二，形成两个子细胞‌。

健客：想起来了，之间讲过，原核细胞这样分裂生殖。

云飞：嗯。

健客：人体细胞都有线粒体吗？

云飞：不是，成熟红细胞等一般没有线粒体。成年人的红细胞主要诞生于骨髓，由造血干细胞分化而出。原始红细胞增殖到晚幼红细胞阶段经历3-4次有丝分裂，约需72小时，细胞数由1个变为8-16个，细胞核由大变小而浓缩。此后，红细胞继续发育但不再分裂。未成熟的红细胞称为网织红细胞，仍然含有少量的细胞器，如核糖体，血红蛋白就是它合成的。发育过程中会失去细胞核和其它细胞器，包括线粒体和核糖体。成熟红细胞没有线粒体，不能进行柠檬酸循环和氧化磷酸化（有氧呼吸），依赖糖酵解来产生所需的能量，即使在充满氧气的环境中也是如此。这个过程产生的能量虽然比有氧呼吸少，但对于红细胞来说已经足够。此外，嗜碱性粒细胞、肥大细胞等，一般情况下也不存在线粒体。

健客：这个红细胞还挺有意思，它有哪些功能呢？

云飞：红细胞是人体重要的血液细胞，主要功能是输送氧气和二氧化碳。红细胞是人体重要的血细胞，呈双凹圆盘状，具有可塑性、悬浮稳定性和渗透脆性等生理特性，主要参与氧气、二氧化碳的输送过程。

健客：等等，渗透脆性是什么意思？

云飞：还记得咱们之前聊过渗透吗？

健客：质子泵和质子动力嘛。

云飞：哈哈，那是化学渗透，既不化学，也不渗透。

健客：啊哦，渗透好像是说水分子向浓度高的方向移动。

云飞：嗯，渗透脆性就是指红细胞对不同浓度的低浓度氯化钠溶液的抵抗力，这就是红细胞的渗透脆性。红细胞在低渗的氯化钠溶液中，由于红细胞会把水分吸收入自身体内，最终导致红细胞破裂溶血，通过测定红细胞对不同浓度氯化钠的抵抗力，就能够判断出红细胞的渗透脆性。

健客：好吧，继续。

云飞：血液中约98.5%的氧气以氧合血红蛋白的形式，与血红蛋白结合而存在。红细胞输送的氧气约为溶解在血浆中的氧气的65倍。血液中的二氧化碳主要以碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白的形式存在，分别占其总运输量的88%和7%。由于红细胞中富含碳酸酐酶，能催化二氧化碳和水生成碳酸，再解离成碳酸氢根和氢离子。在红细胞的参与下，可以提高血液输送二氧化碳的能力。而红细胞的双凹圆盘状使其具有较大的气体交换面积，细胞中心到大部分表面的距离很短，有利于氧气和二氧化碳的内外交换。此外，红细胞还参与血液中酸碱物质的缓冲和免疫复合物的清除等过程。平常，红细胞生成素的分泌量不会太多，可是一旦输送至肾脏的氧含量降低时，如处于较高海拔地区时，其分泌量便会大增，以便提高氧气运输量。

健客：红细胞真厉害！

云飞：上面说的是人体红细胞，不是所有生物的红细胞都一样。例如鸡和蛙的红细胞具有细胞核和线粒体，以缢裂的方式分裂繁殖。一般是细胞核先延长,从核的中部向内凹进,缢裂成为两个细胞核；接着，整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞。

健客：为什么不同生物的红细胞有这么大的差别呢？

云飞：这就是进化啊，适者生存。美国细胞生物学家威尔逊说：“每个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找。”

有人认为创造力是用灵活的方法解决问题的能力。如果以此为标准，那么线粒体无疑具有超强的创造力。揭开线粒体的奥秘，我们的创造力也必不可少。

下期继续探索线粒体的奥秘，敬请期待。