长安城里的望楼、武侯,原来细胞上也有?

来源:科学大院

最近热播的《长安十二时辰》把人们带到了昔日繁华的大唐,剧中人物通过远距离密码通信设备——望楼,便能实现信息传输,从而知晓整个长安的动静。

其实,我们的细胞上也具有像“望楼”一般的通信系统,称为纤毛。它高高的突起于细胞表面,是一类高度保守的细胞器。没听说过细胞长毛?其实科学家们也是在二十世纪后期才逐渐重新认识它们。

“纤毛”和“鞭毛”,傻傻分不清楚

如果你对中学时期的生物知识还有印象,那你应该还记得教科书里草履虫的细胞周围就长满了纤毛。它们在水中一收一放地摆动着,可以像船桨一样帮助细胞前进和后退。

纤毛的发现最早可以追溯到四百多年前的十七世纪时期。那时候荷兰有个博物学家叫列文虎克(Leeuwenhoek),他喜欢用自制的显微镜观察各种微小的生物,并第一次描述了一种有“快速移动的脚”的小虫——鞭毛虫。这些“脚”就是鞭毛[1]。

鞭毛和纤毛有着相似的结构,可谓是师出同门。鞭毛往往指细胞表面一根或两根较长的突起,是细胞运动的重要结构;而纤毛常以较短且较密集的突起出现,通过摆动感受周围液体环境。有时我们并不特意区分它们,鞭毛也可称作动纤毛。

比如,单细胞植物衣藻上的两条鞭毛就是动纤毛,像极了美猴王头上的“凤翅紫金冠”。衣藻在1945年由美国植物学家吉尔伯托(Gilbert M。 Smith)引入实验室,从此便在纤毛研究领域大显本领。很多纤毛相关蛋白都是在衣藻中第一次被发现,并在高等生物中得到进一步证实。

可动可静的纤毛

纤毛的摆动依赖于水环境,随着进化的历程,生物逐渐离开海洋并在陆地上生活。所以,很长一段时间以来,人们认为纤毛属于一种退化的细胞器。我们人体内的细胞不会像草履虫这些微生物一样,周围长一圈纤毛或者拖两根长长的尾巴。高等动物中一度被认为只有精子和部分组织中有鞭毛/纤毛结构,它们都与摆动相关。比如呼吸道上皮细胞的纤毛,它们不断摆动,把粘附了灰尘和病菌的粘液送到鼻咽部排出。

1898年,瑞士科学家齐默尔曼(Zimmerman)第一次在哺乳动物肾细胞中观察到了纤毛[2]。大多数肾细胞上只有一根纤毛,它们的长度短于鞭毛,不会自我摆动,只会随着液体流动而偏转方向。到了十九世纪末期,随着细胞生物学和显微镜技术的发展,人们逐渐发现很多真核细胞表面都有纤毛,如胰脏细胞、肝细胞、脂肪细胞、神经细胞等等,纤毛不再是细胞运动的专利。这打破了人们长久以来对纤毛的常规认识,连细胞的经典结构模型都受到了挑战!

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