深入奇蹟 17: 細胞與他們的內部結構

現代科學萌芽在西元十七世紀，那時候科學的思維著眼在「見微知著」的 「化約主義」。

在化約主義的思潮下，物理學研究的是基本粒子、化學研究的是基本粒子間的連結和斷裂，而生命學探索的則是生命體中的物理化學活動。

西元1660年左右，英國的科學家虎克（Robert Hooke）根據皇家學會會員的資料，製作了一台顯微鏡，開始嘗試觀察各種不同物體的細部結構。一天，他試著把一片軟木塞放到顯微鏡底下，結果發現了下圖中的格狀結構，因為很像教士們住的單人房間，所以使用 cell 一詞來形容自己的發現。

圖片來源：https://www.sciencefriday.com/articles/the-origin-of-the-word-cell/

虎克所見到的事物是死亡的植物細胞壁，雖然失去生命，仍維持一格一格的結構。

在發現細胞之前，虎克曾經當過畫家的學徒，也在西敏公學、牛津大學就讀，最後成了波以耳的助理，精通了化學和實驗室裡的技巧。

因為想要發明能在搖擺的海上依舊保持穩定的鐘錶，虎克開始研究彈簧，也開始意識到：如果材料或結構要對抗負荷，就只能靠施行反方向的作用力來實現。基本上，這就是「為何你不會穿透地板掉下去」的問題。

在觀察彈簧的受力狀況時，虎克意識到固體不只靠反推對抗重量以及其他機械荷重，還會產生兩種效果：

第一，當固體受力時，固體不僅靠反推對抗重量或借助其他機械負荷，同時還會產生其他兩個效果：

1. 當機械性力量施加其上時，固體會以改變自身型態回應之，也就是形變。

2. 正是這種形變能使（惰型）固體產生反推的力量。

也就是說，拉一隻貓的尾巴和用繩子拉一堵牆牽涉到的其實是相同的力學機制。

虎克意識到，重力負荷可以使結構體發生各種不同尺度的形變，小至分子尺度也是如此。雖然，虎克其實並不了解，原子間其實是以化學鍵彼此相連，但從觀察中，他已能推測材料在受力時在精細結構上發生的化學變化。

西元1679年，虎克在論文中提出了自己的看法:

這就是著名的「虎克定律」。

再回想一下「貓」和 「牆」的問題，這次我們要從基本組成單位的尺度看這個問題。

首先，讓我們一起了解一下什麼是「晶體」，以及晶體是如何形成的。

晶體內部原子是按一定的幾何規律排列的，而顯示在原子在晶體中排列的空間格架就是晶格也就是晶架。

以方解石為例，如果我們小心鑿開方解石，可以發現每一塊碎塊都保持了原來的形狀。如果把這些碎塊進一步打碎，我們仍可以透過顯微鏡看見相同的結構。

方解石宏觀的結構源自規律性排列的微觀結構，所以說「一粒沙見世界」。

可是，人體並非如此。人體雖然是從受精卵不斷分裂而來，但每個細胞都不一樣。

我們可以從一個真核細胞開始探索。

如果觀賞一下下面影片，一起進入植物細胞的世界，就可以發現植物細胞死後雖然在顯微鏡下看來是格狀結構，但內部與晶體大不相同。

深入細胞，我們可以發現細胞雖然像所有物質一樣是由原子組成，但其中有各式各樣的胞器，忙碌著進行各種生化活動。

當然，如果想要更深入了解近代細胞生物學的進展，可以找本Rapport 博士撰寫的這本「細胞」（商周出版）作為「導覽」指南。

當然，如果對細胞真的很陌生，那就搭配這首cell song 解悶：

然後，順便記住一下胞器們的中文名稱

Cell Membrane 細胞膜

Nucleus 細胞核

Cytoplasm 細胞質

Chromosome 染色體

ER ( endoplasmic resticular) 內質網

Centriole 中心體

Golgi complex 高基氏體

Ribosome 核糖體

慢慢了解細胞的基本運作，就可以理解評估細胞醫學的最新發展喔！