我们的细胞如何制定策略让我们活着

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欧我们的每个细胞都由 100 万亿个原子组成，这些原子由大爆炸的粒子构成，充满了各种结构。其中包括细胞器——像产生能量的线粒体这样的小工厂——和像 ATP 合酶这样的微型分子机器，其转子和轴以高达 300 rpm 的速度旋转以产生 ATP，ATP 是在我们的细胞中传递能量的分子。我们细胞的内部也充满了各种以极快的速度随机碰撞的分子。例如，水分子以每小时超过 1000 英里的惊人速度曲折移动（尽管它们在撞到另一个分子之前只移动了大约十亿分之四十英寸）。除了碰撞，细胞还面临来自内部和外部的无数其他威胁。您可能会认为它们会遭受与我们的汽车和洗碗机相同的命运，并且会不断发生故障。但他们没有。您的身体有一个巧妙的三部分策略，可以让您远离垃圾场。

生物物理学家丹·科施纳 (Dan Kirschner) 告诉我，只要想一想细胞中可能出现的一切问题，他就会彻夜难眠。正当他的妻子即将生孩子时，他正在研究生院学习细胞发育课程。犯错的机会太多了，以至于他担心自己的女儿生来就有长颈鹿一样的脖子。

她不是。我们的细胞想出了很多聪明的策略来避免短命。首先是他们的机器非常可靠。例如，核糖体每 1 万次就会将错误的氨基酸插入蛋白质中。复制我们 DNA 的机器只会出错大约百万分之一到一千万分之一左右。

尽管如此，没有什么是完美的。有时，错误会发生。撞击、紫外线和自由基等危险分子也会造成伤害。巧妙地，我们的细胞有几种方法来应对这些威胁。其一，它们充满了聪明的修复机制——机器的工作是巡逻以寻找错误并修复它们。我们的细胞具有错误检查分子机器和自动校正反馈回路，可确保卓越的保真度。

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1954 年报纸上的一篇报道 亚特兰大宪法 提出了我们的细胞为保持活力而采用的第二种策略。 “厌倦了自己？厌倦了千篇一律的框架和面孔？那就再看看吧。从某种意义上说，你一直在重生。人类就像汽车行业一样，每年都会进行彻底的底盘改造。” 这个奇怪的说法背后的科学是一位名叫保罗·埃伯索德（Paul Aebersold）的富有创造力的核物理学家的工作。

Aebersold 的职业生涯始于伯克利辐射实验室的回旋加速器，该实验室开创了放射性同位素的生产。后来，在原子能委员会，Aebersold 监督了医用同位素的开发。在某个时候，他意识到他可以使用他的同位素来了解我们更换体内原子的频率。他所要做的就是照射食盐之类的物质，让一个非常乐于助人的受试者吞下它，然后用盖革计数器之类的辐射跟踪设备追踪盐的路径。你可以跟踪小至“十亿分之一盎司”的放射性原子，Aebersold 自豪地告诉电视采访者。他发现我们每隔一到两个月就会换掉一半的碳原子，而且我们每年都会换掉全部原子的 98%。

等等，什么？这可能吗？显然是的。你们一半以上是水，我们知道我们不断地更换它。另一大部分是蛋白质，您可能还记得，大多数蛋白质会在数小时或数天内降解。我们甚至分解和更换主要由蛋白质构成的核糖体和大型细胞器，例如线粒体。

Aebersold 发现了另一种让我们的细胞活得这么久的策略：我们的细胞不断地用新的结构替换它们看似永久的结构和破旧的分子机器。它们唯一不会取代的是我们庞大的染色体。相反，我们有机器蜂拥而至，寻找问题并解决问题。

如果对细胞的损伤太大而无法修复怎么办？我们也有一个后备计划。我们只需销毁整个细胞，将其切碎成可回收的单元，然后制作一个新的单元。平均而言，您每 10 年更换一次大部分细胞，相当于每天约 3300 亿个细胞。那些在最恶劣条件下工作的人最常退休。暴露于强酸的肠道中的许多细胞受到的损害是如此可预测，以至于它们会计划自杀并每两到四天更换一次。您每个月左右更换一次能够承受擦伤和紫外线照射的皮肤细胞。您的红细胞每 120 天更换一次，它们在血液中流动时会跳动。这意味着你必须每秒制造近 350 万个新的红细胞。其他细胞，例如我们骨骼中的细胞，很少会停止使用，大约每 10 年才停止一次。

因此，除了使用可靠的机器外，我们的细胞还有一个三管齐下的座右铭来维持生命：不断检查错误、不断修复和不断更换。在某种程度上，您的身体就像纽约的一条主要高速公路——始终畅通无阻且始终处于维修状态。

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