3 细胞是什么样的？
关于细胞我们讨论得已经够多了，后面我们还会进一步谈到它。想要了解人体、人体免疫系统以及从流感到癌症等各种疾病，我们必须对细胞这一人体的基本组成单位有些了解。好在学习细胞是很有趣的。这章之后我们会真正开始讲免疫系统。
那么细胞究竟是什么，它又是怎样发挥功能的呢？
前面我们说过，细胞是生命的最小单元，当然也就可以看作是有生命的。“生命”的定义本身很宽泛、很复杂也很烧脑。看到生命，我们很容易识别出来，但定义它就很难。通常来说，我们认为生命应该具备这样几种属性：它活着时，能够独立于周围环境；有新陈代谢过程，即从环境中吸收营养并从内部排出废物；对刺激有反应；能够成长、繁殖。这些，细胞都能做到。人体几乎都是细胞，肌肉、器官、皮肤、头发等都由细胞构成，血液里也充满了各种细胞。细胞很微小，它们没有意识，没有感情，没有目标，没有自由意志，也没有主动决策。简而言之，细胞就像生物机器人，完全受更小的细胞构成部件所引导的生化反应驱动。
细胞的“器官”叫“细胞器”。比如细胞核，它是细胞的信息中心，是相对大型的结构，有自己的戍边屏障，核内居住着遗传物质DNA。还比如线粒体，它是细胞的能量工厂，能将养分和氧气转化为维持细胞运转的化学能。细胞内还有专门的转运网络、打包中心、消化和回收部门以及组装中心。书里常常把细胞画成一个空袋子，里面装着上述细胞器，这是在传递错误的印象；其实细胞内部拥挤喧闹，复杂繁忙——不妨看一眼你现在所处的房间。[1]
请想象这个房间堆得满满的。里面有数百万颗的沙粒和大米，几千只苹果和桃子，还有几十个大西瓜。细胞里面大概就像这样。这在现实中意味着什么？
一个人体细胞内，有几千万个分子。其中一半是水分子，相当于上述房间中的沙子；以分子尺度看，水不再是液体，而变得像蜂蜜一样黏稠，[2]它们使细胞内部有了一定黏稠度，好像软果胶一样，其他分子可以在里面自由移动。
另一半主要是千百万的蛋白质。细胞功能和任务不同，含有的蛋白质也不同，种类有1千到1万种，相当于我们房间中的大米和小水果。而西瓜就是我们在教材示意图里看到的细胞器。因此细胞主要是蛋白质构成和填充的。
我们得简单介绍一下蛋白质，因为它对理解免疫系统、细胞及其所处的微观世界来说至关重要，重要到都可以把细胞叫蛋白质机器人。你大概听说过蛋白质，但可能主要和食物有关——要是你正在健身，想要增肌，说不定正在吃高蛋白饮食。这是对的，因为除脂肪外，身体大部分固体都是肌肉（就连骨骼也是蛋白质和钙的混合）。不过蛋白质不仅仅是肌肉的必要部分，它更是所有地球生物最基本的有机构件和工具。它们种类丰富，用途广泛，从信号传递，到合成细胞壁及简单结构，再到形成复杂细胞器，细胞的所有活动都离不开它们。
蛋白质是由氨基酸链形成的。氨基酸这种微型有机构件有20种，把它们以无论什么顺序连成一串，就能得到蛋白质。这一原理能让生命构建出超级多不同种类的蛋白质。举例来说，从20种氨基酸中选10种组成氨基酸链，形成简单的蛋白质，就有10.24万亿种组合。
可以想象一下老虎机。只有3条图案框的老虎机出现相同图案的概率就已经很小了，那有20种图案、10条图案框的蛋白质老虎机，可是能提供多少种组合啊。典型的蛋白质通常包含50到2000个氨基酸（相当于有50到2000条图案框的老虎机），最长的有3000个氨基酸。也就是说理论上细胞可能合成的蛋白质种类会超过103900数量级。
当然，其中大部分组合都是无效的。据估计，合成有效蛋白质的概率只有百万分之一到十亿分之一。不过因为可能的组合太多，十亿分之一也很多了！那细胞是怎么知道要按怎样的顺序组装氨基酸，合成所需蛋白质的呢？
这离不开所谓的生命密码：脱氧核糖核酸（DNA），它含有对生命来说至关重要的长串信息序列。这是在说，DNA中约有1%的序列会指导蛋白质的合成，这些序列就是“基因”。其余DNA调控合成蛋白质的时机、种类、方式和数量。也就是说，蛋白质对生物来说很重要，所谓的生命编码基本上就是构建蛋白质的指导手册。这个过程是怎样实现的呢？因为这对于后面要讲的病毒来说很有意义，所以我们简单说一下：细胞通过两步把DNA上的指导信息转录进蛋白质。
第一步，特殊的蛋白质读取DNA串上的信息，将其转录进“信使核糖核酸”（mRNA）这种特殊分子中。基本上，DNA就是用这种语言来传达指令的。第二步，mRNA分子被从细胞核运出，运到另一种细胞器，即蛋白质组装工厂“核糖体”那里。在这里，mRNA分子上的信息被读取并翻译，形成按指令组装的氨基酸链。好啦，细胞就这样基于DNA制造出了蛋白质。所以，DNA基本就是一束编码（其中有些片段叫“基因”），是细胞工厂的蛋白质构建与调控手册。这一切都会体现为“你之为你”的个人特征：身高、瞳色、直发还是卷发、对某些病症的易感性，等等。DNA并不是直接命令人“长出卷发”，而是命令细胞“合成相应的蛋白质”。简单来说，所有的个人特征都是以这种方式展现出来的。
人体内有大量的遗传编码。单一个细胞中的DNA，展开连在一起就有2米长。没错，每个细胞中的DNA展开长度，都很可能超过你的身高。要是把你身体里的所有DNA都连成一长串，它就足够从地球到冥王星连一个来回。这么多编码仅仅就是为了生成氨基酸链！[3]
氨基酸链生成后，会变形折叠，从二维的线条变成三维的立体结构。它们就这么自行折叠，方式非常复杂，我们现在还没有完全弄清楚。基于氨基酸的种类和排列顺序，氨基酸链会折叠成不同的特殊形状。
蛋白质的形状会决定它的功能。形状就是一切。某种意义上，你可以把蛋白质想象成特别复杂的三维立体拼图。基于形状的不同，有些蛋白质可以执行功能，有些则被用作建筑原料。细胞几乎可以用蛋白质合成出所需的一切。不过蛋白质的魔力远不止于此。它们还是传递信息的信使，可以收发信号，借此改变自身的形状，并触发极度复杂的连锁反应。蛋白质是细胞的一切。回想一下前面装着大米和水果的房间的例子。蛋白质其实都不像球体，而更像由齿轮、开关、多米诺骨牌和轨道等构成的无敌复杂组合。
细胞只要活着，就会一刻不停地动来动去。齿轮转动，碰倒多米诺骨牌，后者推动开关，带动连杆，让轨道上的弹珠滚起来，弹珠再让更多齿轮转动，不断进行下去。用个比喻来说就是，细胞这台机器人的灵魂，就是蛋白质及其背后的指导性生化反应。
细胞中，一些最常见的蛋白质数量充足，会有多达50万个拷贝。另一些特殊的蛋白质，总数量则不到它们的1/10。不过这些蛋白质可不是四处漂荡，各行其是。这些微小的蛋白质拼图块会和细胞内的结构以复杂、繁多而又酷炫的方式相互作用。它们是怎么做到的呢？靠快速地移动。蛋白质如此微小、几无重量，它们的世界和我们的有本质区别，因此其运动方式在人类看来也会非常奇特。重力对它们这个尺度的东西不起太大作用，于是理论上，在室温下，一个蛋白质平均每秒能移动5米。这听起来不快，不过别忘了，蛋白质也只有指尖的百万分之一那么大。在人类的世界里，如果你能跑得像蛋白质这么快，你就会快似一架喷气式飞机，撞到障碍物就会不幸死去。
但实际上，蛋白质在细胞内动得没有这么快，因为细胞中还有许多其他分子挡路。蛋白质会不停地撞到四周的水分子和其他蛋白质，并被反弹。它推挤别人，同时也受到推挤。这种过程叫“布朗运动”，指的是气体或液体中的分子所做的随机运动。正因为如此，水对于细胞才格外重要——有了水，其他分子才能容易地移动。尽管细胞内的分子会做随机运动，造成一片混乱，而蛋白质拼图块的速度又那么快，细胞仍然能行使正常的功能——说不定正是因为这样的局面，细胞才能正常工作。[4]
蛋白质
蛋白质是人体细胞最常见的建筑材料。它也可以传递信息。基本上，细胞可以用蛋白质合成任何东西。
让我们简化一下这个过程。为了理解细胞合成物质的基本原理，我们可以用三明治来打个比方。要在细胞内做三明治，最好的办法就是把面包片和果胶都抛到空中，再稍等几秒。细胞内的一切物质都会快速地撞击，所以它们会自动合在一起，组成三明治，你只用等它从天上掉下来就好了。[5]
在微观世界里，分子的形状决定了它们是互相吸引还是互相排斥。因此细胞内蛋白质的形状也决定了蛋白质会互相吸引还是排斥，以及它们之间会发生怎样的相互作用（作用的频率则由不同种类蛋白质的数量决定）。地球上所有细胞的生化反应都是由这些相互作用组成的。它们对生物机制来说非常重要，叫“生物学通路”。“通路”是个形象的说法，用来描述细胞内各成分之间能引发变化的一系列相互作用，比如组装出新的特殊蛋白质或分子，这些新产物又可以开启或关闭基因的表达，进而改变细胞的功能；也可以是触发细胞的反应，使其产生某种“行为”，如面对危险时逃之夭夭。
前面几页我们讲了不少内容，细胞却还没有讲完。不过就快了！
我们来快速总结一下：细胞里有很多蛋白质。蛋白质就像三维拼图的小块。其特殊的形状决定了蛋白质能否互相结合或以某种方式相互作用。一系列的此类相互作用促成了细胞的行为，这些作用就叫“通路”。这就是我们为什么说细胞是生化反应指挥下的蛋白质机器人。蛋白质没有头脑，没有生命，它们之间复杂的相互作用创造出了可以做出反应且有生命的细胞，而细胞之间复杂的相互作用又创造出了相当智慧的免疫系统。
就像免疫学的大多数话题一样，这里我们也无意中涉足了一个宏大的主题。它错综复杂，神秘莫测。这就是：为什么许多没有头脑的东西集合起来，就能创造出比这些部分的简单加和更有智慧的东西？讲免疫的书往往没有讲这个问题，不过我觉得它值得讨论一下再接着往下讲。因为它为免疫系统和细胞又增添了一层神奇，而我们在等流感好转或伤口愈合的时候从来没好好想过这些问题。
但又因为讨论这类问题很快就会变得很抽象，所以我们又需要一个比方，这次我们稍微来聊聊蚂蚁。蚂蚁和细胞有一些共性，最重要的就是它们都很笨。我不是要说蚂蚁的坏话。把一只蚂蚁单独放在一边，它就只会没头没脑地乱转，什么也干不了。但如果有一群蚂蚁，它们就可以交换信息，彼此互动，一齐做出了不起的成就。蚁群可以搭建复杂的巢穴，里面有专门的育卵室、垃圾站和控制气流的复杂通风系统。蚂蚁们会自发地组织起来，形成不同的小组和分工，有的负责找食，有的负责守卫，有的负责养育后代。这种分工不只是随机的，而是按对蚁群的生存最有利的比例来分配的。如果有哪一组蚂蚁遭遇了不测，比如被饥饿的食蚁兽路过吃掉，那剩下的蚂蚁中就会有一部分改换工种以作填补，恢复恰当的分工比例。所有这些都是一只只呆呆笨笨的蚂蚁合作完成的。一旦形成蚁群，它们就变得不再渺小，能完成个体做不到的事，足堪称奇。自然界中这种现象很常见，叫“涌现”（emergence），指的是实体拥有它的组成部分所没有的属性和能力。单只蚂蚁做不到的复杂事情，蚁群这个实体可以做到。
人体内部的情况也大体如此。细胞只不过是一袋袋由生化反应控制的蛋白质。但这些蛋白质集合起来构成的生命，却能完成相当精密的工作。同样，尽管细胞本身仍然是没头脑的小机器人，单独一个细胞还没有蚂蚁聪明，但许多细胞集合在一起，能做到单个细胞做不到的事，比如形成专门的组织和器官，从让心脏跳动起来的心肌，到让人能思考、阅读的脑细胞等等。也是许多笨笨的部件、细胞凑在一起，经过复杂的相互作用，创造出了极富智慧的免疫系统。
好，我们下面要讲免疫系统了。但希望从上面的逸笔中，你已经了解到：细胞本身就是复杂的生命机器；构成和填充细胞的，主要是一批拼图块，它们由大量不同的蛋白质形成，并完全受生化反应的支配；这一切凑在一起，不知怎么就创造出了生命，能感知环境，并与环境互动。细胞没有感情，没有目标，但工作尽职尽力，值得我们的感激和多一点的关注。在接下来的章节中，我们会时不时地把细胞这些小机器当作人来看待。
我们会谈到细胞的需求、目标、想法和梦想。这能赋予它们一点性格，也方便我们讲解，尽管这并不真实。细胞是很神奇，但你也要记住：它们什么都不想要。细胞全无感情，既不悲伤也不开心。它们就只是存在于当下，和石头、椅子或是中子星一样没有意识。细胞遵从着演变了几十亿年的编码——你此刻要是能舒服地坐着看这本书，就说明这套编码很了不起。不过把细胞想象成小人儿也许会让我们更尊重、更理解它们，也会让这本书读起来更有趣，这应该是个好借口。
现在你可能会自问：要是人体的血肉大陆上生息的都是这样一群内部复杂、个体蠢笨但却拥有集体智慧的细胞小人儿的话——那它们究竟是怎样守卫身体的呢？
是这样的……
[1]要是看书的时候你在室外，那这个比喻就不好了——就请你假装你在室内吧。
[2]你可能会好奇为什么会这样。这个问题其实很有趣，我们可以花大把时间来讨论，但这样可能会引出许多其他麻烦。所以我们只说，大小很重要。对人来说，水是均一的液体；对蛋白质来说，一个水分子就很大了，真的会撞上来，可不是容易游过去的。
[3]有些读者可能已经算了起来，然后得出了更疯狂的数字。40万亿乘以2米，结果是80万亿米，这是冥王星到地球往返距离的至少5倍。不过在对身体的简介中，我们有一个小点还没提：人体大部分细胞是不含DNA的。红细胞占细胞总数量的80%，但它没有细胞核，因为它们满载着铁元素，好能运送氧气。所以DNA连在一起只够从地球到冥王星一个来回。
[4]这并不是说人类细胞完全依赖随机性。细胞内部存在复杂且精妙的机制，能确保物质恰恰出现在需要的地方，这里我们先不展开。如果你实在好奇，那我可以简单说说：转运蛋白可以在细胞内的“脚手架”（内膜）上移动，实现物质转运。它们看起来就像滑稽的大脚，像有魔法似的向前跳跃，如果有时间，你可以在YouTube上看看相关视频。
[5]现实中更像是把几千片面包和几千罐果胶同时抛到空中。一个三明治没什么用，因为各种材料都需要很大量，细胞才能好好运行。