细胞分裂时,里面的家当怎么分？

你知道自己多久换一套皮肤吗？对，你没听错，不是王者农药的的皮肤，就是你身体表面如假包换的皮肤。答案是，一个月。

不光如此，此时此刻你的胃，跟一星期前已经不是一个胃了；你肺里的气管，跟两个月前也已经不是同一套气管了。事实上，人体内大多数器官和组织，时刻都在发生细胞分裂，用新生细胞替代衰老细胞。据估计，人体内有30万亿个细胞，每天会发生两万亿次细胞分裂。也就是说，如果细胞分裂一次要收你一块钱，一天就能收光4.5个马云的身家资产。

那么问题来了，细胞分裂时，里面的家当怎么分？

科学家发现，每一次细胞分裂，都是一次秉持儒家思想的分家——不患寡而患不均，非常讲究公平。细胞分裂时，家当怎么分？18世纪中期，人们逐渐意识到，新细胞不是凭空长出来的，而是由先前存在的细胞分裂而来。别看细胞的直径只有头发丝粗细的十分之一，其内部复杂程度之高，堪称一个“小宇宙”。在宇宙中心是细胞核，周围还有大大小小的星系——细胞器。

细胞的内部有很多家当，比如细胞核和线粒体等各种细胞器。｜维基百科

细胞带着这么多家当，一分为二时，里面的“家当”怎么分呢？不想不知道，其实大多数细胞分裂的时候都很有原则。

首先，最基本的家当——携带我们遗传物质的染色体——必须分得均匀。细胞有一组独特而巧妙的机制，保证每一条染色体都被复制成两份（虽然小细节上经常出错），在细胞分裂时被精准地拽进两个子细胞。

然而，人类的染色体一共就只有23对，怎么想都很难分错。可是细胞分裂不止要分染色体，还要把一大堆过日子必需的家具——细胞器给分清楚，才能保证分裂产生的两个子细胞都能正常独立存活。比如非常重要的线粒体也得分得均匀。线粒体是真核细胞的“锅炉房”，通过“燃烧”（氧化分解）葡萄糖，为细胞的各种活动提供能量。而且它们还是一种实现了“独立自主”的细胞器，每一个线粒体内部都有自己专用的DNA，负责编码各种与氧化供能相关的蛋白质。

线粒体的内部结构。它为细胞的各种活动提供能量。| genebase

在细胞分裂时，与染色体类似，线粒体也不能凭空合成，只能把先前存在的线粒体当做模板，复制出一份儿来，然后两个子细胞一人一半。问题是，保守估计，人身上每个细胞里有10万~60万个线粒体。这么庞大的数量，能保证分得均匀吗？神通广大的细胞还真有办法。

细胞内的“锅炉房”：炸了炸了正如人体需要骨骼支撑一样，细胞也有自己的骨骼——细胞骨架。它们帮助维持细胞形态，运输细胞内的各种物质。每一次细胞分裂想顺利完成，细胞骨架功不可没。细胞骨架是由不同蛋白质纤维构成的复杂网状体系，这些纤维粗细不一，像有序交织在一起的滑轨一样，引导细胞内各种结构的运动。

显微镜下看到的细胞骨架。它们如人体骨骼一样，维持着细胞的形态，引导细胞内各种结构的运动。| Harvard University

线粒体在细胞内的运动，依赖于一种很细的名为微丝的细胞骨架。微丝就像缆绳，由蛋白质做为缆车，搭载着线粒体“乘客”在微丝上滑行，实现在细胞内的运动。科学家们早就发现，微丝在干活儿的时候有一种很不寻常的行为——喜欢扎堆儿。不光如此，聚集在一起的微丝通常会以恒定的速度转圈，就像一个正在运行的雷达在搜索着什么。

3月3日，《自然》杂志发表的一项研究发现，细胞分裂时，线粒体要分得均匀，还得仰赖微丝的奇特功能。在高分辨率显微镜下，线粒体在细胞分裂中的运动似乎可以不用蛋白质“缆车”，而是直接缠到“缆绳”上。“缆绳”时常发生缠绕，这一缠绕，就把大量“乘客”给困在了里面，让它们动弹不得。

但是说来也奇怪，这一团“缆绳”说紧就紧，说松就松，有时会像引发微型爆炸一样，突然把里面的“乘客”一股脑儿向各个方弹射出去，速度很快。“乘客”身上通常还会系着一根“缆绳”，能在细胞内“坠落”相当一段距离，上演一次惊险刺激的“蹦极”。

微丝将线粒体向各个方向弹射，像是上演一场惊险刺激的蹦极。｜Nature

这一系列复杂的“游乐”操作听来很神奇，可是细胞为什么要把自己的骨架当成“弹弓”，把线粒体弹来弹去？这就又回到了开篇提到的儒家思想——平均分配。线粒体其实正是借助细胞骨架的这一特殊行为，被完全平均地分配到两个子细胞中。其中原理就像我们玩扑克时洗牌一样，要想把一摞牌尽量随机均匀地分散开，就要反复洗牌。细胞也在洗“线粒体”，用一团细胞骨架聚起一堆线粒体，然后用力向各个方向扔出去，保证线粒体在细胞内的随机均匀分布，而不是聚集在某一侧。线粒体，不只是“锅炉房”然而，科学研究每弄明白一个问题，就会提出十个相关问题。

对于线粒体，我们还有很多未知。比如，在通常的细胞分裂中，线粒体会均匀分配，但一些特定种类的干细胞会进行非对称分裂，分裂出两个不同功能的子细胞，这时“知情识趣”的线粒体便总是倾向于只进入其中一个。它们是如何做到的？是借助于一种完全不同的机制，还是微丝在不同种类的细胞中会有不同行为？目前并不清楚。

细胞分裂时，线粒体并不总是平均分。关于线粒体仍有很多未知。｜来自网络

尤瓦尔·赫拉利在《未来简史》中说，如果科学说得没错，幸福快乐是由生化系统所掌握的，那么唯一能确保长久心满意足的方法，就是去掌控这个系统。我们的确正在掌控这个系统，但道路仍然漫长。1890年，人们第一次发现线粒体。自此之后，我们对线粒体的认识不断加深，才发现，它并不是细胞内普通的“锅炉房”。我们看到线粒体具有精细的内部结构，知道它的37个基因有何用处，还发现各种各样的线粒体异常与至少300种疾病有关，每5000个人里头，就有一个会患上与线粒体相关的遗传病。就连细胞的葬礼——细胞凋亡也与线粒体有关。

一个小小的细胞器尚且如此复杂，什么时候才能真正弄清楚一个细胞，一个器官，乃至整个人体的奥秘？恐怕连科幻小说都不敢给出答案。

编辑｜陈天真

参考资料[1] Molecular Biology of the Cell[2]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03309-5[3]https://rupress.org/jcb/article/191/3/453/36063[4]https://www.pnas.org/content/115/51/13039[5]http://book.bionumbers.org/how-quickly-do-different-cells-in-the-body-replace-themselves/

文章转自“科普研习社”（ID：cspbooks）公众号

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