一個細胞能有多大？

01-29

在多數人的印象里，細胞總是微小的事物，單細胞生物也很少長得很大。對此最常見的解釋是體積越大，單位質量相對的單位表面積就越小，與外界的物質交換就越困難。

如果細胞不論長得多大都是一個形狀，那這個理論的確非常正確，但在真實的自然界，一個巨型細胞有的是辦法擴大自己的相對錶面積。

於是在本期混亂博物館裡，我們看到了許多奇形怪狀的巨型細胞。

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以下為視頻文字稿：

僅就目前已知的所有生物，細胞是它們結構和功能的基本單位——這給我們留下了這樣一種印象：細胞很微小。
這在絕大多數情況下是正確的觀念，但是例外的情況也很多，有些案例還會令我們非常意外。
首先的，很多人會想到鳥類未受精的卵是個很大的細胞，因此將鴕鳥蛋看作世界上最大的細胞——這未免太牽強了，鳥卵里真正的細胞是卵黃上的受精卵，尺寸仍在毫米以下，蛋黃、蛋清和蛋殼的真正身份是雌鳥的分泌物。

另一個不那麼牽強的挑戰者是植物的蛋，或者說種子：種子植物普遍擁有胚乳，它最初與卵細胞同源，是大孢子母細胞的後代，在被子植物身上，它來自這對極核受精的產物。
椰子是世界上最大的種子，我們平常喝的椰汁就是它的胚乳，而且是一種特殊的胚乳：胚乳的細胞核分裂很快，在初期來不及形成各自的細胞膜，會形成一個含有眾多細胞核的巨大細胞，椰汁就是這個細胞的細胞質和細胞核——但考慮到這只是發育中的過渡狀態，我們更傾向於將它看作沒有分裂的多個細胞。
像這樣一個細胞膜包裹多個細胞核的情形，我們稱為合胞體（Syncytium），它在很大程度上解釋了為什麼大多數細胞都很小：體積越大，單個細胞核所能顧及的細胞質比例就越少，新陳代謝的效率就越低。
但是在多細胞生物中，很多生理功能偏偏就需要很大的單個細胞——就以人體來說，骨骼肌收縮需要很長的肌纖維，神經信號傳導需要很長的突觸——為了解決這種問題，我們也的確進化出了一種通用辦法：又細又長。
骨骼肌的細胞是一根極長的細絲，其中每隔一段距離就安排一個細胞核，供養內部綿長的肌動蛋白，我們大腿內側的縫匠肌長度可達半米，這就意味著半米長的肌肉細胞。

而神經元精密的功能不允許多個細胞核，動物門就在神經元周圍包裹了大量的膠質細胞，從外部營養神經元——謠言說大腦只開發了10%，就是因為大腦中有90%的細胞都是膠質細胞，沒有思維功能。
在一種許旺細胞的包裹下，脊椎動物周圍神經的一個軸突可以長以米記，對於藍鯨來說，這個神經元可以從大腦延伸至尾部，長達25米，對於史前的蜥腳恐龍來說，它們喉返神經中的神經元還會更長。
離開動物界，我們還會看到一些更加強大的單個細胞，比如變形蟲界是動物界和真菌界的基底旁支，在很多地方擁有我們兩者的共同特點。黏菌是其中最複雜的類群，其中很大一部分就是一個巨大的合胞體，但要比椰子的胚乳統一得多：這團原生質體能不斷脈絡分支，蔓延四周，並且像神經網路一樣對刺激作出反應，當它遇到食物，就會包裹上去吃掉它——這個細胞雖然未必有多麼巨大，但是相當聰明，能學會走迷宮。
而在植物界，線粒體和葉綠體在細胞內部構成了足夠的物質循環，因此出現了一些更加優秀的例子：綠藻門是植物界基底的類群，其中有許多巨型單細胞植物，比如球法囊藻（Ventricaria ventricosa）只有一個直徑可達2厘米以上的珍珠或者葡萄般的大型合胞體細胞，但是細胞壁非常堅固，一般的魚類都咬不動它。
同樣常見的硬毛藻和管枝藻也有類似的結構。而羽藻綱的蕨藻科擁有一些更加複雜的巨大細胞：它們的合胞體單細胞會不斷分支，長出類似根莖葉的凸起，最後高可達30厘米，綿延可達數米——就體積和質量而言，它們很有可能是世界上最大的細胞。

最後要提及一種非常重要的單細胞藻類：絨枝藻目的傘藻生活在淺海中，在細胞底部伸出根一樣的突起，上方伸出一個柄，長出形狀各異的傘蓋，高可達10厘米——與前面幾種綠藻不同的是，這樣巨大的一個細胞竟然只有一個細胞核，恆定地藏在細胞底部，以它為材料，我們用嫁接的方法證明了一個基本概念：遺傳物質存在於細胞核，而不是細胞質。