有丝分裂：生命的第一场大戏

把完整的身体强行撕裂成两半，竟然是生命存活与延续的唯一密码。在微观世界里，这种看似暴力的自我分解从未停歇。

把时间拉长，细胞更替节奏各不相同，肠道黏膜细胞几天就更换一轮；红细胞大约只能活4个月；骨骼细胞则要将近10年；而大多数神经细胞会陪你走完一生。

既然大部分旧细胞一直在消失，那你为什么没有越来越小，没有散架？接班的新细胞，是怎么冒出来的？

细胞，来源于细胞

很长一段时间里，人们曾天真地以为，新细胞是从体内的液体里“自发凝结”出来的。

直到显微镜的分辨率足够高，人们才看清：一个原本圆润饱满的细胞中央缓缓收窄、勒紧，随后轻轻一挣，变成了两个。一切细胞，只能来自已经存在的细胞。

可这带来了一个新的问题：既然旧细胞死了，剩下的细胞为什么不能直接长大，填补空出的位置？非得费劲地制造出新的细胞？

答案藏在一条物理规律里。

如果我们把细胞想象成一块吸收养分的凝胶，浸入溶液后，你会发现，最小的凝胶很快被彻底渗透，而最大的凝胶，溶液只能停留在表层，核心深处依然原封不动。

你看，一个物体长大的时候，表面积和体积，不会以相同的速度增长。而细胞获取营养、排出废物，全靠外表的细胞膜。细胞半径扩大到原来的2倍时，负责运货的细胞膜面积长到了 4 倍，但嗷嗷待哺的内部，体积却暴涨到了 8 倍。这意味着，细胞单位体积能够分到的运输通道反而更少。

再加上内部运输距离成倍拉长，养分运不进深处，毒素排不出来，最终，细胞不可避免地陷入瘫痪。

所以，相比不断膨胀，细胞有一个更加有效的办法：一分为二。

四幕大戏

可是，细胞本身可以分成两半，怎么保证两个新细胞都能拿到完整的遗传信息？

十九世纪末，生物学家华尔瑟·弗莱明把深色染料滴向蝾螈透明的细胞核。他目睹了一场精密绝伦的四幕大戏，这就是有丝分裂。

序幕拉开，细胞分裂进入前期。原本在细胞核里散漫的染色质丝，开始螺旋缠绕，凝结成粗壮清晰的染色体。每条染色体都包含两根一模一样的姐妹染色单体，它们被中央的卡扣——着丝粒扣在一起。紧接着，核膜解体、核仁消失，细胞两极伸出密密麻麻的纺锤丝，作为拉扯染色体的缆绳。

紧接着来到中期。纺锤丝牵引着每条染色体，将它们整齐拉拽到细胞正中央——也就是这片被称为“赤道板”的对称面上。

随后便是整个流程中最关键的后期。着丝粒解开，姐妹染色单体解绑，成为各自独立的染色体。随后，两边的纺锤丝开始收缩，把这两套染色体分别拉向细胞的两端。

演变推进至末期。抵达两极的染色体重新解旋舒展为弥散的丝状，核膜与核仁重新形成，纺锤丝随之消失。

最后是物理切割：细胞从中央向内凹陷、缢裂成两半，蜕变成两个崭新的生命。染色体一人一半。

可这里仍然藏着另一个问题。第二套遗传信息，究竟是什么时候准备好的？

隐秘时钟

如果你把显微镜对准一个正在生长的细胞，绝大多数时候，你看到的都是一潭死水。

有丝分裂，其实只占它生命里极其短暂的片刻（约5%～10%）。剩下的漫长时间，细胞都处在一个看似毫无动静的阶段——分裂间期。

科学家利兰·哈特韦尔在加热突变酵母时发现，不同种类的突变酵母，会各自整整齐齐地“定格”在同一个特定关卡——有的全部卡在刚分裂完，有的全部卡在复制的中途。

这就很有意思了，如果酵母菌只是被高温烫死，酵母肯定死得千奇百怪；可它们集体定格，只能说明一件事：细胞的生长遵循一套有严格先后顺序的程序，上一步没走完，下一步就无法启动。

原来，看似风平浪静的分裂间期，背后是在完成三件大事：

第一关是备料。

新生的细胞疯狂进食、合成蛋白质把自己撑大。来到第一道关卡前，内部质检员会严格核验：体积够大吗？养分充足吗？确认合格并盖章放行，细胞才能启动第二关。

第二关是遗传物质复印。

细胞核内长达 2 米的 DNA 展开双螺旋，精准复刻出一模一样的另一份。复刻完成的两份DNA暂时由着丝粒扣在一起。

第三关是终审与安检。

细胞抓紧合成组装纺锤丝所需的微管蛋白，并在正式登台前接受全盘扫描：DNA复制全了吗？出现错漏了吗？一旦发现损伤，流水线立刻暂停修复；若彻底损坏无法逆转，细胞会果断启动自毁，绝不让残缺代码流向后代。

正是分裂间期严密的自我审查，才让每一份遗传指令都得以分毫不差地均等送达。

尾声

分裂的终点，成了命运的分岔口。带着这套毫无瑕疵的蓝图，细胞奔赴各自的岗位：一部分细胞像永动机，比如造血干细胞不断分裂出新的红细胞来维持血液更替。另一部分则走向成熟与定型，例如神经、肌肉或红细胞，脱离周期终生不再分裂，专职维系复杂的生理功能。

旧细胞悄然凋亡，新细胞精准补位，维持着整座生命大厦的动态平衡。

但这种增殖绝非漫无节制的肆意扩张。在每条染色体的顶端，都有一段被称为“端粒”的保护帽。每一次分裂都会让它磨损一截，如同一座刻录寿命的微观倒计时钟。倘若这套防御失控、增殖机制彻底挣脱安检点的束缚，细胞便会沦为疯狂疯长的癌细胞。

正是这种对界限的严守与克制，才构筑起生命深处最极致的秩序。

从那一颗单薄的受精卵算起，这套增殖程序已经在你体内毫无差错地运转了数十万亿次。如今，每一个细胞都在严格履行着自己的使命。对你这具身体来说，唯一不变的，正是它的瞬息万变。

[1]ONG J Y, TORRES J Z. Dissecting the mechanisms of cell division[J]. Journal of Biological Chemistry, 2019, 294(30): 11382-11390.

[2]NUGUES C, HELASSA N, HAYNES L P. Mitosis, Focus on Calcium[J]. Frontiers in Physiology, 2022, 13.

[3]RAMKUMAR N, BAUM B. Coupling changes in cell shape to chromosome segregation[J]. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2016, 17(8): 511-521.

[4]RIZZELLI F, MALABARBA M G, SIGISMUND S, et al. The crosstalk between microtubules, actin and membranes shapes cell division[J]. Open Biology, 2020, 10(3).

[5]ICARD P, FOURNEL L, WU Z, et al. Interconnection between Metabolism and Cell Cycle in Cancer[J]. Trends in Biochemical Sciences, 2019, 44(6): 490-501.

[6]SALA C, SCHIEBEL E. When the Clock Is Ticking: The Role of Mitotic Duration in Cell Fate Determination[J]. BioEssays, 2025, 47(11).

[7]PETSALAKI E, ZACHOS G. DNA damage response proteins regulating mitotic cell division: double agents preserving genome stability[J]. The FEBS Journal, 2020, 287(9): 1700-1721.

制片人：雒芊芊 | 制片助理：Catherine Chen

总导演：郑明键 | 分集编导：骆沁真

文案：祝文意 | 剪辑制作：骆沁真 陈薇

声音制作：林得力 林键谞

出品：天桥脑科学研究院大圆镜工作室

本文摘录自“大圆镜科普”生物教材系列

关于追问nextquestion

天桥脑科学研究院旗下科学媒体，旨在以科学追问为纽带，深入探究人工智能与人类智能相互融合与促进，不断探索科学的边界。欢迎评论区留言，或后台留言“社群”即可加入社群与我们互动。

关于天桥脑科学研究院

天桥脑科学研究院（Tianqiao and Chrissy Chen Institute）是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的世界最大私人脑科学研究机构之一，围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点，支持脑科学研究，造福人类。

Chen Institute与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室；与加州理工学院合作成立了加州理工天桥神经科学研究院。

Chen Institute建成了支持脑科学和人工智能领域研究的生态系统，项目遍布欧美、亚洲和大洋洲，包括、、、科研型临床医生奖励计划、、科普视频媒体「大圆镜科普」等。