序言　“生物体的基本粒子”

“很简单，”他说道，“这是思辨者能够产生让旁人看似效果显著的案例之一，其原因在于后者忽略了作为推理基础的一处微小细节。”

——夏洛克·福尔摩斯对华生医生说的话，《驼背人》

阿瑟·柯南·道尔爵士[1]

这次谈话发生在1837年10月的晚餐时分。[2]当时黄昏很可能已经降临，城市的煤气灯照亮了柏林的中心街道。如今仅存的是对那个夜晚的零星记忆。没有任何记录，没有科学通信。剩下的只是两位朋友兼实验室伙伴的故事，他们在便餐中讨论实验与交流重要想法。其中一位食客是植物学家马蒂亚斯·施莱登[1]。他的额头有一道明显的毁容伤疤，这是之前自杀未遂遗留下的瘢痕。另一位是动物学家特奥多尔·施旺[2]，他的鬓角延伸至其下颌。两人都在柏林大学著名生理学家约翰内斯·米勒[3]的手下工作。

施莱登是一位律师出身的植物学家，他一直在研究植物组织的结构和发育。施莱登始终在从事他称之为“采集干草”的工作，[3]并且从植物王国中获得了数以百计的标本：郁金香、木藜芦、云杉、禾草[4]、兰花、鼠尾草、亚麻花[5]、豌豆与数十种百合花。他的藏品受到植物学家们的交口称赞。[4]

那天晚上，施旺与施莱登正在讨论植物的起源和发育（植物发生论）。施莱登是这样告诉施旺的：在查看其所有的植物标本时，他发现它们的结构与组织具有“统一性”。在叶、根、子叶等植物组织的发育过程中，一种名为细胞核的亚细胞结构变得非常醒目。（施莱登不知道细胞核的功能，但是认识到了其独特的形态。）

但或许更令人惊讶的是，这些组织的构建具有高度的一致性。植物的每个部分都由独立自主的单元（细胞）拼装而成。“每个细胞都过着双重生活。”施莱登在一年后写道，“一种是完全独立的生活，只按照自己的方向发育；一种是如影随形的生活，因它已与植物融为一体。”[5]

一种生命中的生命，一个独立的有机体，一个构成整体部分的单元，一个包含在更大有机体中的活体构件。

施旺竖起耳朵仔细听。他也注意到了细胞核的重要性，但他是在发育中的动物，即蝌蚪的细胞里发现的。他还观察到了动物组织微观结构的一致性。施莱登在植物细胞中观察到的“统一性”，或许是贯穿于生命更深层次的统一。

一个朦胧但前卫的想法开始在施旺脑海中形成，这个理念即将颠覆生物学与医学的历史。或许就在当晚，或许在不久之后，他邀请施莱登（也可能是把他生拉硬拽）到解剖剧场[6]的实验室，而那里是施旺保存标本的地方。施莱登透过显微镜进行了仔细观察。施莱登证实，包括明显可见的细胞核在内，这种发育中的动物微观结构，看起来与植物几乎完全相同。[6]

动物与植物似乎是彼此不同的生物体。然而，正如施旺和施莱登均注意到的那样，它们在显微镜下的组织相似性非比寻常。施旺的预感是正确的。他后来回忆说，在柏林的那个晚上，这两位朋友得出了一项普遍且重要的科学真理：动物与植物均有“通过细胞形成的共同方式”。[7]

1838年，施莱登将其观察结果整理成一篇名为《植物发生论》[7]的长文。[8]一年之后，施旺在施莱登的植物研究基础上，出版了一部关于动物细胞的巨著：《动植物结构和生长一致性的显微研究》[8]。[9]施旺认为，动物与植物的组织结构十分相似，均为“完全个体化的独立生命集合体”。

在相隔大约十二个月出版的两部开创性的著作中，生命世界汇聚到一个绝无仅有且明确无误的焦点。施莱登与施旺并非第一批看到细胞或意识到细胞是生物体基本单元的人。但他们以敏锐的洞察力提出了以下命题，即组织与功能的高度统一贯穿于生物体。施旺写道，“一种联合纽带”衔接着生命的不同领域。[10]

1838年年底，施莱登离开柏林前往耶拿大学工作。[11]1839年，施旺也离开了柏林，[12]前往比利时鲁汶天主教大学任职。他们尽管离开了米勒的实验室，但仍保持着频繁的通信与友谊。就细胞理论的基础而言，他们的开创性工作无疑可以追溯到柏林，他们在那里曾是亲密的同事、伙伴与挚友。用施旺的话说就是，他们发现了“生物体的基本粒子”。

这本书讲述的是细胞的故事。它是一部记载发现这些“基本粒子”过程的编年史，而包括人类在内的全部生物均由其构成。它讲述了组织、器官与器官系统这些自主生命单元，如何齐心协力来实现复杂生理学机能（免疫、繁殖、感觉、认知、修复与再生）的故事。反过来，它也讲述了当细胞功能出现失调时会发生什么情况，这就使我们的身体从细胞生理学的对象变为细胞病理学的对象，也就是说，这本书也讲述了细胞功能障碍导致身体功能障碍的故事。最后，它讲述了我们对细胞生理学与病理学的认知深化，究竟如何引发了生物学与医学领域的一场革命，并促使转化药物诞生以及人类被其改变的故事。

2017年至2021年间，我为《纽约客》杂志撰写了三篇文章。[13]第一篇文章的内容事关细胞医学及其未来，特别是关于重组T细胞治疗癌症的发明。第二篇文章讨论以细胞生态学为核心的癌症新视角，也就是不仅要关注孤立的癌细胞，还要更注重了解原位癌[9]的情况，以及为什么身体中的某些特定部位，似乎比其他器官更适合恶性肿瘤生长。第三篇文章完成于新冠病毒感染大流行的早期，主要讨论病毒在我们的细胞与体内的行为方式，以及如何利用它来理解某些病毒对人体造成的生理破坏。

我在思索这三篇文章之间的主题联系[10]。它们似乎都围绕着细胞与细胞重构的故事展开，揭示出一场正在酝酿的革命，还有一段未被书写的历史（与未来）：这涉及我们操控细胞的能力，以及医学在这场变革中的转型。

这部作品的构思源自这三篇文章，它们此后逐步成长为日臻完善的内容。这部编年史从17世纪60年代和70年代谈起，当时有一位隐居的荷兰布商与一位非正统的英国博学家，他们在相距300多千米远的地方各自开展工作，通过其手工制作的显微镜发现了细胞的首个证据。本书的内容跨越了几个世纪，如今细胞研究进入了新时代，科学家们正在操控人类干细胞，并将其注入患有慢性、潜在危及生命疾病（例如糖尿病和镰状细胞贫血）的患者体内，同时电极也被植入顽固性神经系统疾病患者的脑细胞回路。这把我们带到了一个不确定的未来的边缘，某些“特立独行”的科学家（其中一人被判入狱三年，并被永久取消实验资格）正在设计基因编辑的胚胎，并使用细胞移植来模糊自然与增强之间的边界[11]。

我通过各种渠道来汲取素材，包括采访，与患者沟通，与科学家（和他们的狗）漫步，参观实验室，显微镜观察，访谈护士、患者和医生，查阅历史资料、科学论文及私人信件。我的目的不是写一部全面的医学史或细胞生物学的诞生史。罗伊·波特的《造福人类：人类医学史》[14]、亨利·哈里斯的《细胞的诞生》[15]，以及劳拉·奥蒂斯的《米勒的实验室》都是经典之作。更确切地说，这是一个关于细胞的概念和我们对细胞生理学的理解，如何改变医学、科学、生物学、社会结构与文化的故事。本书将在对未来的憧憬中达到高潮，即我们将学会操控这些单元使其具备新形态，甚至创造出合成版本的细胞与部分人体器官。

在这个版本的细胞故事中，不可避免地存在着缺失与遗漏。细胞生物学与遗传学、病理学、流行病学、认识论、分类学和人类学有着千丝万缕的联系。对于医学或细胞生物学中特定领域的爱好者来说，他们理所应当地偏爱某种特定类型的细胞，因此可能会从一种完全不同的视角来看待这段历史；而植物学家、细菌学家与真菌学家无疑会觉得，本书对植物、细菌与真菌的关注不够深入。如果以某种系统的方式进入这些领域，那么就会深陷一个个环环相扣的迷宫。我已将故事的许多方面移至脚注与尾注。[12]我恳请读者认真阅读它们。

在这段旅程中，我们将会遇到许多患者，包括我自己的一些患者。有些人保留了真名实姓；而其他人则选择了匿名，他们的姓名与识别信息被隐去。我对于这些冒险踏入未知国度的患者心怀无尽的感激，他们将身心交给一个不断进化与变幻莫测的科学领域。当我目睹细胞生物学在新型医学中焕发生机时，我也感到了一种难以言喻的兴奋。

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[1]马蒂亚斯·雅各布·施莱登（Matthias Jakob Schleiden，1804年4月5日—1881年6月23日），19世纪的德国植物学家，细胞学说的奠基人之一。他出生于德国汉堡，大学时原本研读法律，但后来转行研究植物学。——译者注。以下如无其他说明，脚注均为译者注

[2]特奥多尔·施旺（Theodor Schwann），19世纪的德国动物学家与生理学家，他与马蒂亚斯·雅各布·施莱登一起提出了细胞学说。

[3]约翰内斯·米勒（Johannes Müller，1801年7月14日—1858年4月28日），又译弥勒、穆勒，19世纪的德国生理学家，被认为是当时德国生物科学领域的主要人物之一。他对生理学、解剖学和神经科学做出了重要贡献，其学说和观点对于细胞学的发展有着深远的影响，并且为施旺与施莱登之后的细胞理论奠定了基础。

[4]禾本科植物常泛称为禾草（grasses），是被子植物中次于菊科、兰科、豆科、茜草科的第五大科。

[5]车叶麻属（Linanthus）也称掌叶吉利属，为花荵科的一个属。属名来自希腊语的“亚麻花”，该物种在北美西部和智利被发现，在加利福尼亚州的多样性最为丰富。亦译为“沙漠秀丽”。

[6]解剖剧场（anatomical theatre）是一种用于早期解剖学教学的专门建筑。其内部通常是围绕着中央解剖台的阶梯结构，以便让更多的观众近距离地观看尸体解剖。

[7]全称为《对我们植物发生论知识的贡献》（Contributions to Our Knowledge of Phytogenesis），简称为《植物发生论》。

[8]《动植物结构和生长一致性的显微研究》（Microscopical Researches into the Accordance in the Structure and Growth of Animals and Plants），简称为《显微研究》。

[9]原位癌（cancer in situ）中的in situ是拉丁语，意为“原位”，指的是一种早期癌症形式，其特征是尚未侵入周围的健康组织。

[10]主题联系（thematic links）表示在多篇文章或作品中，出现了相同或相关的主题或主题元素，它们连接起来就形成了一个有机整体。

[11]指的是，自然界与科技之间的边界变得模糊，人工干预和改变自然的现象越来越多，人类创造的技术和工具不断地改变着我们与世界的关系。

[12]我在书中较少提及，然而我们必须面对成本、公平性与可及性的现实。虽然本书的最后几章部分涉及了其中一些问题，但它们所需的深入讨论已经超出了本书的范围。对于政策、公共卫生、成本、公平性与包容性来说，一部关于细胞历史的著作根本无法作为它们的入门指南。——作者注