细胞中的迷你工厂

青云

在自然界中，最复杂的事物是生命。每个生命都像一台复杂的机器，每时每刻都在不停地运转着，直到生命消亡的那一刻。生命之所以能长期运行下去，多亏了那些构成生命的细胞。它们就像一座座迷你工厂，不断地生产着维系生命所需的各种物质……

生产者的绿色工厂

地球上的所有生命形成了一个环环相扣的食物链，其中最简单且最重要的一环是动物依赖植物生存。植物是地球上的生产者，而植物细胞生产物质的基本方式是光合作用。它们生产时所需的原料是水和二氧化碳，能源是阳光，产品是糖类和氧气。叶片是进行光合作用的重要器官，叶片中的细胞则是一个个绿色工厂，而细胞中的叶绿体是进行光合作用的“生产车间”。高等植物的叶绿体需要色素来吸收阳光，色素包括叶绿素和类胡萝卜素，它们分布在光合膜上。

组成生命的基本有机化合物是糖类、核酸、蛋白质和脂肪。光合作用只生成糖类，其他3种有机物质则得靠呼吸作用来生产。在进行呼吸作用的过程中，植物消耗糖类以生成醇、酸、酮等中间产物。利用这些中间产物，就可以合成核酸、蛋白质和脂肪。例如，糖类在呼吸作用时首先生成单糖，单糖分解时的中间产物丙酮酸是合成氨基酸的原料，而氨基酸则是合成蛋白质的原料。在合成核酸、蛋白质和脂肪的过程中，需要氮、磷、钾等元素，这些营养物质得靠植物从土壤中获取。所以，在土壤肥沃的地方植物才能很好地生长，在贫瘠的土地上要让植物长得更好就得施肥。

植物的绿色工厂不仅为动物提供了食物和能量，也能为自己带来好处。在短暂阴雨天或干旱的时候，植物也能正常生长，这是因为它们启用了以往生产的糖类、蛋白质和脂肪，可以维系它们在几天甚至几十天内不生产也能生存。这些物质也有利于它们繁殖后代，在植物的种子中，就有丰富的糖类、蛋白质和脂肪。在植物发芽和幼苗时期，“父母”们为它们储存的这些物质能帮助它们度过最脆弱的生命时光。

消费者的迷你工厂

地球食物链上的生物主要分为三类，除了植物是生产者外，动物则是消费者，一些微生物则是分解者。低端的消费者只是食用植物，而高端的消费者除了食用植物外，也捕食其他动物。有的高端消费者则只吃其他动物。所有这些植物性或动物性食物就是动物细胞迷你工厂中的初级原料。显然，这些原料对细胞来说还是太大了。为了让细胞能够加工这些原料，动物进化出肠胃，把食物加工成细胞可以吸收的小微粒。

消化产生的食物微粒通过胃肠壁进入到血液中，血液则负责把它们运输给身体内所有细胞。细胞工厂有道大门，那就是细胞膜。它可以让水分、氧气和营养性小分子进入，而不让有害物质轻易地进入细胞，以此有效保障细胞的安全。细胞膜内的生产车间并不是空的，而是充满着液态的细胞质。这是科学家推论生命起源于水的证据之一。细胞中还密布着蛋白质纤维，它们是细胞工厂的“钢架”，它和细胞质、液泡一起支撑细胞，让细胞不会轻易地坍陷。

动物细胞中有许多个重要的生产车间，那就是多个细胞器。一些线状、小杆状或颗粒状的线粒体，是细胞的“动力车间”。线粒体是细胞进行呼吸作用的中心，它能将营养物质氧化产生能量，供给细胞进行其他生理活动的需要。椭球形的核糖体是合成蛋白质的重要基地，有些附着在内质网膜的外表面，有些游离在细胞质基质中。细胞核是细胞的繁殖基地，遗传后代的DNA物质在这里生产。溶酶体是细胞的“保卫基地”，其中有囊状小体或小泡，内含多种水解酶，能够分解外来的有害物质，也能消化分解细胞内损坏和衰老的细胞器。

效率惊人的超级细胞

在实际的工农业生产中，科学家们还希望寻找到一些效率较高的细胞，用于满足人们对某些物质的特殊需求。这样的超级细胞有的存在于自然界中，只需要科学家去发掘就可以了。比如，近年来石油需求十分迫切，人们需要一种产油量大的植物来生产生物燃油。微藻细胞的光合作用效率非常高，可直接利用阳光、二氧化碳和含氮、磷等元素的简单营养物质快速生长，并在细胞内合成大量油脂。因此，微藻为生物柴油生产提供了新的油脂资源，而且它有比较优势。与玉米、大豆和油菜等油料作物相比，微藻的生长周期短，从出生到可以制油只需要2个星期，而油料作物一般需要几个月。此外，微藻还不会占用耕地，利用滩涂、盐碱地、荒漠，以及海水、盐碱水和荒漠地区的地下水等就可开发出大规模的“微藻油田”。

而更多的超级细胞则得靠科学家利用生物技术来获得。我们可以把一个细胞看成一台电脑，细胞内部的各个细胞器，就好比电脑内部的主板、内存、硬盘等模块。由于细胞有些像电脑，生物工程师也可以像升级电脑那样来升级细胞，他们把一些独特的基因元件“装配”到一些细胞中。比如美国加州大学洛杉矶分校的基斯林教授等人，将植物黄花蒿中与合成青蒿素相关的多个基因导入到了酿酒酵母细胞中，使酵母细胞能够利用简单的葡萄糖合成青蒿酸。数以亿计的酵母细胞可以组建成真正的大工厂，每天生产数十吨药物。