藏在我们身体里的小尾巴

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多动物都有尾巴。牛在吃草的时候，鱼在游动的时候，狗见到熟人的时候……都少不了要摆尾巴。

很多细菌也有尾巴。细菌的尾巴我们一般叫鞭毛。鞭毛的工作方式迥异于动物尾巴。动物尾巴是用来左右摆动的，鞭毛却呈螺旋状，像开软木塞的起子，能以每分钟200～1000圈的速度旋转，推动细菌向前运动。

众所周知，人类的也是有尾巴的。但你恐怕不知道：在人体细胞中，超过99%的细胞都拥有尾巴。它们有的能摆动，有的则不能摆动。

在过去一个世纪里，这些小尾巴――尤其是这些不能摆动的小尾巴――的功能一直是个谜。有人认为它们就像阑尾，仅仅是进化的遗迹；但现在我们已经知道，从身体发育到大脑学习、视觉形成，这些小尾巴几乎在每一件事情上都扮演了重要角色。真可谓“尾巴虽小，用处极大”。

那么，让我们就揪住这些小尾巴，好好地了解它们一下。

关于尾巴的故事

作为开始，我们先来读一段关于尾巴的故事。

1648年，荷兰人安东尼・列文虎克在一家纺织品店铺里当学徒。他的工作是用放大镜测量布料中丝线的密度。那时候的放大镜倍数都很小。为了便于工作，列文虎克后来自己磨了一块镜片，放大倍数达到史无前例的270倍。由此，他发明了世界上首架显微镜。

一天，列文虎克从水塘里取来一滴水，置于显微镜底下观察。他惊讶地发现，水滴里竟然有无以数计的微小动物在游动。被他称为“微小动物”的，其实就是今天所说的草履虫、鞭毛虫之类的单细胞微生物。在随后的一些年，他花了大量时间观察这些“微小动物”，看到它们中许多都通过摆动尾巴来游动。

当显微技术提高之后，生物学家发现，不仅单细胞微生物有尾巴，多细胞生物体内的细胞也有尾巴。一些尾巴较短，长度在2～15微米之间，一般称之为“纤毛”。纤毛有时像我们的眼睫毛一样整齐、稀疏地排布，但有时也会像头发一样密集在细胞的某一小块表面上。比如，位于我们气管壁的细胞，每个细胞暴露在外的一侧大约都长有200多根会摆动的纤毛。

我们身上别的一些细胞，例如，则有着长长的尾巴――长度在20～100微米之间――而且通常只有一根。这一般也叫鞭毛。但别误会，这种鞭毛跟细菌的鞭毛工作方式还是大不一样的。细菌的鞭毛可以旋转，我们的鞭毛则像动物尾巴一样，只能左右摆动。

这样会摆动的尾巴，几乎在每一种有着复杂细胞的生物体（即除细菌之外的生物）上普遍存在，从池塘里的单细胞微生物到蓝藻、真菌和动物。最大的例外是大多数种子植物。它们的细胞没有尾巴，不过依然有与尾巴相关的基因。从这一点上来看，它们的祖先必定也曾有过尾巴。如此看来，复杂细胞生物的共同祖先一定曾拥有过会左右摆动的小尾巴。

会摆动的小尾巴

众所周知，那条会摆动的尾巴是为了协助它运动。但其他那些被称作“纤毛”的会摆动的小尾巴，又是作何用的呢？

它们的用途，有些还真出乎我们的意料。

在人体中，会摆动的纤毛常见于管道和腔中。它们以每秒7～22次的速度步调一致地摆动，帮助气管和肺清理粘液和灰尘。在鼻腔和咽鼓管中它们也扮演着同样的角色。此外，在大脑和脊髓中，摆动的纤毛帮助脑脊髓液循环；在输卵管中，则帮助卵子从输卵管移到子宫。

如果纤毛损伤之后不能有效地清理粘液，将导致、咽喉、肺和耳的经常性感染。例如，抽烟就能损伤纤毛。还有些人因为遗传了变异的基因，纤毛也不能正常摆动。在非常严重的情况下，患者不得不做肺穿透手术。

一些纤毛出问题的人不仅会经常遭受感染，而且内脏还会转位。内脏转位是指内脏器官的位置翻转过来。比如，绝大多数人的心脏是长在身体左侧的，但也有极少数人的心脏是长在右侧的。如果是整个器官都翻转过来，一般不会有损健康，但要是只有器官的一部分发生了翻转，那就会导致严重的疾病。

为什么纤毛有问题会导致内脏转位？数十年来，这一直是个谜。但现在我们已经大致知道了原因。

人体的不对称性在发育的早期就开始了。卵子受精之后没几天，胚胎还显示为一根对称的圆柱体，此时没有左右、前后之分。然而，很快不对称性就出现了。原因是某些基因在一侧被激活了，在另一侧则没被激活，由此导致胚胎的形状开始剧烈变化。

那么，这些基因又是怎么知道自己位于圆柱体的哪一侧呢？科学家发现，在胚胎的一端有个小坑，坑里有些细胞，它们都长着一根会摆动的纤毛。当这些纤毛开始朝同一个方向挥动时，就确立了一个特殊的方向。此后，胚胎就以那个方向为左，与此相对的方向为右，后来所有器官的左右位置也由此而来。科学家发现，当小鼠身上与纤毛形成有关的一个基因不能正常工作时，这些小鼠在胚胎发育期间，处于小坑里的细胞上长不出纤毛了。这样一来，没有什么东西能告诉胚胎哪边是左，哪边是右，左右的选择变得任意了。结果，一半的小鼠内脏位置正常，一半的小鼠内脏发生了转位。

所以，在我们身上那些单个的器官，譬如说心脏、胃和肠道，它们的位置跟会摆动的纤毛大有干系呢。

不会摆动的小尾巴

我们前面说的小尾巴都能摆动，但1867年，一位俄国生理学家发现，在一些动物细胞上，其表面会突出一根不会摆动的小尾巴。但这些尾巴是如此细小，用光学望远镜几乎不可见，很难研究。直到1960年代，在电子显微镜发明之后，它们才引起广泛的关注。人们发现，这种不会摆动的小尾巴在很多类型的细胞中都存在，包括科学家最感兴趣的神经细胞。

与此同时，有人还注意到，这种不会摆动的尾巴跟那种会摆动的尾巴（即纤毛），在结构上有点微小的差别。科学家把这种不会摆动的小尾巴命名为“原纤毛”。

在随后几十年，我们对原纤毛的研究越来越多。在人体上，几乎在每一种类型的细胞中都发现了它们，除了肝细胞是个例外。但尽管存在如此普遍，有些生物学家却认为它们不过是进化留下的无用的遗痕。另一些人则倾向于认为，如果它们真的一无用处，就不会存在于那么多种类的细胞中。譬如，早在1980年代就有人猜测，它们可能扮演着细胞的感受器的角色。但直到上世纪末，支持这一猜测的证据才浮出水面。

在我们的肾上，血液流经很多小管道。这些管道壁上的细胞。通常就有就一根原纤毛突出于其表面。人们注意到，这些原纤毛的弯曲程度与血液流动的速度有关。进一步的研究还表明，当一个细胞的原纤毛弯曲的时候，细胞膜就打开一条通道，让钙离子流进流出。

与此同时，另一些生物学家在研究一种叫“多囊肿肾病”的遗传疾病。在这种疾病中，肾中会形成多个充满液体的囊肿，最终导致肾衰竭。病因也跟肾细胞的原纤毛有关。这些原纤毛一旦失灵，不能感知血液的流动，久而久之，肾中就要出现囊肿。

细胞的感受器和交谈的工具

这些发现让生物学家对一度被认为是“进化废物”的小尾巴刮目相看。在过去10年里，一系列研究表明，原纤毛具有很多令人吃惊的传感功能。除了能感知血液的流动，一些还能感知化学浓度、渗透压、温度甚至引力的变化。例如，我们的鼻子就是通过嗅觉神经元上的原纤毛才能闻到气味的。

原纤毛的感受能力也比我们预料的远为复杂。如果与它们有关的基因发生了突变，会导致一系列疾病，包括：眼瞎、肥胖症、学习障碍、肾衰竭等等。

与原纤毛有关的疾病之所以范围如此之广，是因为原纤毛在许多彼此不同的生理过程中都扮演了重要角色。例如，在胚胎发育阶段，细胞经常需要从一个地方移动到另一个地方，在那里形成新的组织或器官。只有通过原纤毛，这些细胞才能感觉到它所在的外部环境，并对自己的行为做出相应的调整。比如说，在骨骼和软骨组织中，干细胞的原纤毛探测到周围的压力，就知道自己已经到了骨骼组织中，于是它就适时地让自己变成骨细胞。

此外，原纤毛还是细胞和细胞“交谈”的工具。我们知道，有些小昆虫，像蚂蚁，彼此要通过触角交谈。你大概想不到，细胞和细胞也需要“交谈”，而原纤毛就扮演着蚂蚁触角的角色。

这样看起来，我们身体里面的小尾巴在各种各样的生理过程中都扮演了举足轻重的角色。没有这些小尾巴，我们的日子还真不好过哩。