迄今為止人們獲得的最有意義的認識之一是，創造力潛在地分佈在整個人口中間。——吉爾福特
回到1963年，當米切爾離開英國愛丁堡大學的時候，瑞典斯德哥爾摩大學的納斯夫婦在細胞核外發現DNA。他們利用實驗室新配備的電子顯微鏡，以15萬倍的放大倍數拍攝小雞線粒體，在分析照片時，注意到線粒體內有黑色螺紋物質。他們用分離和染色實驗證實它的存在，將其暴露于專門溶解DNA的酶（脫氧核糖核酸酶）中，發現它消失了。這是DNA存在於線粒體中的第一個視覺和化學證據。此前很長一段時間，生物學家認為真核細胞DNA只存在於細胞的控制中心——細胞核中。
健客：這是重要發現啊！
雲飛：嗯，納斯夫婦當年拍攝的一張線粒體DNA照片，2020年在佳士得拍賣行，以6250美元成交。
隨後的研究發現線粒體內部裝備了完整的DNA複製、轉錄和蛋白質翻譯體系，證明了線粒體擁有獨立的遺傳體系，被稱為半自主細胞器。
健客：半自主細胞器是什麼意思？
雲飛：擁有自身的遺傳物質DNA及核糖體，能在細胞中自行增生，但因其基因組大小有限，只能自製部分本身所需的蛋白質，因此稱為半自主細胞器，如線粒體和葉綠體。
健客：細胞器是細胞中的器官嗎？
雲飛：嗯，細胞器是細胞質中具有一定結構和功能的微結構，命名時大概借鑒了器官的概念。儘管中學教材有時不將細胞核視為細胞器，但大學細胞生物學通常將其歸類為細胞器。雖然大多數細胞器是細胞內的功能單位，但一些延伸到細胞外的功能單位，如纖毛、鞭毛，通常情況下也被稱為細胞器。
由於線粒體和葉綠體具有獨特的半自主性並與細胞核建立了複雜而協調的互作關係，它們的起源一直以來多被認為有別於其他細胞器，內共生學説應運而生。
健客：在《細菌傳》和《真菌傳》中，都提到過林恩的內共生學説。
雲飛：嗯，20世紀初有科學家提出葉綠體和線粒體的內共生看法。60年代，還在讀研究生的林恩覺得（細胞）核內基因決定動植物所有特徵的想法有些過分，有點太肯定、太簡約了。1967年，在經歷了15次退稿和一次原稿丟失之後，林恩關於內共生學説最早也最完整的陳述，終於以《有絲分裂的起源》為題，發表在《理論生物學雜誌》上。1970年，她發表專著《真核細胞的起源》，在生物學界引發巨震。林恩與她的學説遭到嘲笑和奚落。有一次，她給一位同行寄去手稿請求評論，此人的回應竟然是：“滾出我的領域！”然而，林恩始終堅持這個“不受歡迎”的想法，並不斷“在生物學那些佈滿灰塵的角落裏去蒐集證據”。她堅持認為，原始真核細胞可能是一種體積較大、不需氧、具有吞噬能力的細胞（可能是古菌），通過糖酵解獲取能量。而線粒體的祖先可能是一種革蘭氏陰性菌，具備三羧酸迴圈所需的酶和電子傳遞鏈系統，可利用氧氣把糖酵解的産物丙酮酸進一步分解，獲得比糖酵解更多的能量。當這種細菌被原始真核細胞吞噬後，即與宿主細胞間形成互利的共生關係：原始真核細胞利用這種細菌獲得更充分的能量；而這種細菌則從宿主細胞獲得更適宜的生存環境。與此類似，葉綠體的祖先可能是藍細菌。她進一步指出共生是生物進化的機制，也許是生物進化的根本動力。
健客：比之前在《細菌傳》和《真菌傳》中講的又進了一步，把最近這些知識點都串起來了，易懂易記，對考試一定有幫助。
雲飛：比應試能力更重要的是創造力，這樣的故事很多。今年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者是美國科學家維克托和加裏。劉重持是維克托的學生，在深圳理工大學合成生物學院任教。昨天，她發表文章，題為《今年諾獎得主，我導師，是位愛吃苦瓜的洋女婿》，回憶了師從維克托的經歷，她説：“剛開始的時候，我常常只關注如何發表文章或取得高分，這與Victor的科研思維相反。他雖然不是特別刻苦的人，也常常會寫錯別字，但他非常聰明，喜歡思考問題，並不太注重知識的考試。我在Victor的實驗室待了7年，用6年多時間拿到博士學位，又進行了半年的博士後研究。那期間，我在《自然》等頂級學術期刊上發表了3篇重要的學術論文。受到Victor的影響，我逐漸意識到在科研和生活中，很多問題並沒有唯一的正確答案。我們需要學會思考、提出異議，這樣才能更有創造力。”
健客：什麼是創造力？怎樣才算有造力？
雲飛：創造力又稱創造性，通常指個體在一定社會背景上産生新穎且有價值觀點或産品的能力。但是，關於什麼是創造力、怎樣才算有創造力這些最基本的問題，不同學者有不同的觀點和看法。早在1950年，美國心理學家吉爾福特在心理學會主席的就職演説上正式提出“創造力研究”，開啟心理學和認知科學的新方向。吉爾福特説:“創造力是普通人都具有的一種能力，幾乎所有的人都會有創造性行動，不管這種創造性行動是多麼微妙或多麼罕見……，被公認為具有創造性的人，只是擁有比我們所有人所擁有的更多一些而已。”
健客：好像有一種觀點認為中國學生的應試能力強，創造力弱。
雲飛：我比較認同吉爾福特説的，“迄今為止人們獲得的最有意義的認識之一是，創造力潛在地分佈在整個人口中間”。中國學生創造力弱的問題有一部分可能出在教育上，正如劉重持所言，我們需要學會思考、提出異議，這樣才能更有創造力。她將“模式動物與諾貝爾獎”作為課程內容之一，題中應有之義大概就包括激發興趣，提高創造力吧。
好在林恩的理論只沉寂了10多年就被主流生物學界部分接受了，這主要是因為分子生物學家對線粒體、葉綠體基因和細菌基因作了比對，發現二者有很高的同源性。以線粒體為例，內共生學説的證據包括但不限于線粒體DNA在大小、形態和結構方面與好氧細菌的DNA相似；線粒體具有雙層膜結構，其內膜與好氧細菌細胞膜的成分相似；線粒體與好氧細菌均以縊裂的方式分裂繁殖；線粒體與好氧細菌都具有類似的核糖體，能合成蛋白質。分子生物學和生物資訊學的研究發現真核細胞的細胞核中存在大量原本可能屬於好氧細菌或藍細菌的遺傳資訊，説明最初的好氧細菌和藍細菌的大部分基因組在漫長的共進化過程中發生了向細胞核的轉移。這種轉移削弱了線粒體和葉綠體的自主性，建立起穩定、協調的關係。
健客：縊裂是什麼意思？
雲飛：縊裂是一種細胞分裂的方式，在縊裂過程中，細胞從中部凹陷，最終一分為二，形成兩個子細胞。
健客：想起來了，之間講過，原核細胞這樣分裂生殖。
雲飛：嗯。
健客：人體細胞都有線粒體嗎？
雲飛：不是，成熟紅細胞等一般沒有線粒體。成年人的紅細胞主要誕生於骨髓，由造血幹細胞分化而出。原始紅細胞增殖到晚幼紅細胞階段經歷3-4次有絲分裂，約需72小時，細胞數由1個變為8-16個，細胞核由大變小而濃縮。此後，紅細胞繼續發育但不再分裂。未成熟的紅細胞稱為網織紅細胞，仍然含有少量的細胞器，如核糖體，血紅蛋白就是它合成的。發育過程中會失去細胞核和其他細胞器，包括線粒體和核糖體。成熟紅細胞沒有線粒體，不能進行檸檬酸迴圈和氧化磷酸化（有氧呼吸），依賴糖酵解來産生所需的能量，即使在充滿氧氣的環境中也是如此。這個過程産生的能量雖然比有氧呼吸少，但對於紅細胞來説已經足夠。此外，嗜鹼性粒細胞、肥大細胞等，一般情況下也不存線上粒體。
健客：這個紅細胞還挺有意思，它有哪些功能呢？
雲飛：紅細胞是人體重要的血液細胞，主要功能是輸送氧氣和二氧化碳。紅細胞是人體重要的血細胞，呈雙凹圓盤狀，具有可塑性、懸浮穩定性和滲透脆性等生理特性，主要參與氧氣、二氧化碳的輸送過程。
健客：等等，滲透脆性是什麼意思？
雲飛：還記得咱們之前聊過滲透嗎？
健客：質子泵和質子動力嘛。
雲飛：哈哈，那是化學滲透，既不化學，也不滲透。
健客：啊哦，滲透好像是説水分子向濃度高的方向移動。
雲飛：嗯，滲透脆性就是指紅細胞對不同濃度的低濃度氯化鈉溶液的抵抗力，這就是紅細胞的滲透脆性。紅細胞在低滲的氯化鈉溶液中，由於紅細胞會把水分吸收入自身體內，最終導致紅細胞破裂溶血，通過測定紅細胞對不同濃度氯化鈉的抵抗力，就能夠判斷出紅細胞的滲透脆性。
健客：好吧，繼續。
雲飛：血液中約98.5%的氧氣以氧合血紅蛋白的形式，與血紅蛋白結合而存在。紅細胞輸送的氧氣約為溶解在血漿中的氧氣的65倍。血液中的二氧化碳主要以碳酸氫鹽和氨基甲酰血紅蛋白的形式存在，分別佔其總運輸量的88%和7%。由於紅細胞中富含碳酸酐酶，能催化二氧化碳和水生成碳酸，再解離成碳酸氫根和氫離子。在紅細胞的參與下，可以提高血液輸送二氧化碳的能力。而紅細胞的雙凹圓盤狀使其具有較大的氣體交換面積，細胞中心到大部分表面的距離很短，有利於氧氣和二氧化碳的內外交換。此外，紅細胞還參與血液中酸鹼物質的緩沖和免疫複合物的清除等過程。平常，紅細胞生成素的分泌量不會太多，可是一旦輸送至腎臟的氧含量降低時，如處於較高海拔地區時，其分泌量便會大增，以便提高氧氣運輸量。
健客：紅細胞真厲害！
雲飛：上面説的是人體紅細胞，不是所有生物的紅細胞都一樣。例如雞和蛙的紅細胞具有細胞核和線粒體，以縊裂的方式分裂繁殖。一般是細胞核先延長,從核的中部向內凹進,縊裂成為兩個細胞核；接著，整個細胞從中部縊裂成兩部分,形成兩個子細胞。
健客：為什麼不同生物的紅細胞有這麼大的差別呢？
雲飛：這就是進化啊，適者生存。美國細胞生物學家威爾遜説：“每個生物科學問題的答案都必須在細胞中尋找。”
有人認為創造力是用靈活的方法解決問題的能力。如果以此為標準，那麼線粒體無疑具有超強的創造力。揭開線粒體的奧秘，我們的創造力也必不可少。
下期繼續探索線粒體的奧秘，敬請期待。
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