问题

为什么哺乳动物的成熟「红细胞」一般没有细胞核?

回答
哺乳动物成熟的红细胞之所以普遍丧失细胞核,这可不是个随便的决定,而是它们在漫长的进化过程中,为了更高效地履行“运货”任务而做出的重大“牺牲”。你想啊,它们最核心的职责是什么?就是把氧气从肺部送到身体的各个角落,再把二氧化碳运回来。为了把这趟活儿干得又快又好,它们可真是下了不少功夫。

丧失细胞核的直接原因和好处

最直观的好处就是“空间利用率”的极大提升。想象一下,一个细胞里塞满了细胞器,尤其是那个又大又占地方的细胞核。一旦把细胞核“搬走”,整个细胞内部的空间就立刻解放出来,可以装载更多的“货物”——也就是血红蛋白。而血红蛋白,就是那个负责与氧气结合的蛋白质。红细胞体积的绝大部分都由血红蛋白占据,没有了细胞核,意味着同一个体积的血液里,就能携带更多的氧气。 这对于需要持续不断供应氧气的身体来说,绝对是事半功倍。

再者,没有细胞核也意味着没有了DNA,自然也就没有了繁殖的能力。成熟红细胞就像是专门的“送货员”,它们一旦生成,就只负责把自己手里的货送到目的地,不会想着“再生产”自己或者分裂。这种“一次性使用”的设计,也避免了细胞在分化和增殖过程中可能出现的各种问题,让整个造血系统更加稳定有序。

还有一个不太显眼但同样重要的好处,就是柔韧性的大大增强。细胞核虽然重要,但它的存在也限制了细胞的变形能力。想象一下,红细胞需要穿过比它自身直径还要小的毛细血管,如果它是个硬邦邦的没有弹性的球,那简直就是寸步难行。脱去细胞核后,红细胞的细胞膜变得更加柔韧,能够像橡皮泥一样,在通过狭窄的血管时自由变形,从而保证全身各个细微之处的血液供应。

从细胞分化到成熟的“改造”过程

那么,红细胞是怎么一步步变成这个样子的呢?这得从造血干细胞说起。

一切都发生在骨髓里。在骨髓里,有一个叫做“造血干细胞”的“祖宗”,它们拥有无限的增殖潜力,可以分化成各种血细胞。当造血干细胞接收到身体发出的信号(比如缺氧),它们就会开始“专攻”红细胞这条生产线。

这个过程叫做“红细胞生成”,或者更专业地说,“红系分化”。在这个过程中,造血干细胞会经历几个阶段的演变,从原始的有核细胞,逐渐“脱胎换骨”。

1. 红细胞祖细胞: 这个阶段的细胞还有细胞核,但已经开始积累大量的血红蛋白。
2. 网织红细胞(Reticulocyte): 这是红细胞成熟过程中的一个关键阶段。在网织红细胞阶段,细胞核会从细胞内被“挤”出去。这个过程不是简单地丢掉,而是一个主动的、受调控的过程。细胞核会被包裹在一个小囊泡中,然后被细胞排出体外。同时,细胞内的一些细胞器,比如线粒体,也会被清除掉。你可以理解为,这是一个精密的“清理”和“压缩”过程,把一切不必要的都剔除,只留下最有用的东西。
3. 成熟红细胞: 被排出细胞核,并且大部分细胞器也被清除后,这个细胞就变成了我们熟悉的成熟红细胞。这时候的它,看起来就像一个两面凹陷的圆盘,里面塞满了血红蛋白,但没有细胞核,也没有其他复杂的细胞器。

为什么其他哺乳动物也这样?

这种丧失细胞核的特点,在绝大多数哺乳动物身上都是普遍存在的,比如我们人类、猫狗、牛羊等等。这说明,这是一种在长期的进化过程中被“优选”出来的生存策略。毕竟,氧气供应是维持生命活动的根本,能够更有效地运输氧气,就意味着拥有更强的生存和繁殖能力。

当然,也有“例外”

不过,自然界总是充满惊喜的。虽然哺乳动物成熟红细胞普遍无核,但也有一些比较特殊的例子。比如,某些在极端环境下生存的哺乳动物,或者在特定生理条件下,它们的红细胞可能会出现一些退化的细胞核痕迹。但这些都是少数,主流趋势还是“无核化”。

总而言之,哺乳动物成熟红细胞没有细胞核,是为了最大化氧气携带能力、提高细胞柔韧性,并且简化细胞结构,让它们能更专一、更高效地完成生命赋予的使命。这是一种进化上的“取舍”,为了更好的功能,它们“舍弃”了许多看似重要的东西,也正因此,它们才能在生存竞争中脱颖而出。

网友意见

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“哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核”是大部分时候成立的观测事实,而不是什么真理。树袋熊外周血里4%到40%的红细胞有细胞核,这些红细胞已经在正常发挥气体运输功能并会按时凋亡。

要准确描述地球生物的话,你在下定义的句子里带上“一般”就行了:

  • 哺乳动物的成熟红细胞一般没有细胞核。

遇到不一般的,打个哈哈就过去了。

无核红细胞的双凹圆盘形态“便于携带氧气”或“更加灵活·柔韧”乃至“是哺乳动物循环系统先进性的证明”之类说法,属于牵强附会。

  • 蝾螈的红细胞没有细胞核,鸟的红细胞有细胞核。两栖类、爬行类的红细胞处理细胞核的情况并不统一,说明这是奠基者效应:远古生物在演化中随机出现了这种性状,具有该性状的个体并没有因为这性状或其它偶然事件而全部死光,那么这性状就可以存留下来、成为由这些生物演化出的多种生物的正常性状。
  • 鸟的呼吸系统比哺乳动物更强大,而且鸟血红蛋白与哺乳动物血红蛋白不同,在肌肉里很容易释放氧。鸟红细胞有核未必带来不利效果。那么这就归结到哺乳动物的血红蛋白性能所限:既然正常状态运输比不过人家,咱就把车壳卸了多捆点货物呗。
  • 人成熟红细胞缺乏细胞核和细胞器,依靠在失去核之前制造的蛋白质发挥生理功能,不能再制造结构蛋白、修复蛋白和酶,不能分裂,受损时恢复能力有限,运行约120天后就会有秩序地被破坏,这在遇到病原体产生的溶血性毒素时明显是弱点。但从哺乳类至少六千多万年来的延续看,这不妨碍我们沿用此性状。
  • 红细胞丢弃了高耗氧的线粒体,但红细胞仍然需要ATP供能来启动离子泵、维持细胞膜和血红蛋白,于是它使用糖酵解。这非常的低效率,然后人红细胞还没有胰岛素受体,其糖摄入不受胰岛素调控——你就可以想象了:糖尿病的诸多症状跟红细胞整了一大堆葡萄糖有关。这意思是说:红细胞的设计本来就有问题,你管它那么多。
  • 网络上有一些关于骆驼、鹿、羊驼等哺乳动物的红细胞有核的错误论断。骆驼等动物的成熟红细胞也是无核的,不过它们不是人红细胞这样的双凹圆盘形,而是卵圆形,如图:

这说明,所谓“丢了细胞核是为了双凹圆盘形状”云云属于以偏概全。

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哺乳动成熟的「红细胞」一般没有细胞核,但成熟红细胞有核的动物也有很多。

如果说无核是为了适应完全双循环,鸟类也是完全双循环,鸟类成熟红细胞有核,而且鸟类的运动能力并不比我们更差,甚至还更强。

所以,这可能是一种并不特别影响生存的变异吧。

就像大家都是人,却有不同发色,不同皮肤一样;大家都是脊椎动物,但有不同的成熟红细胞咯。

为什么所有哺乳动物一般都无核?

这个简单,倒推一下,说明这个变异发生在哺乳动物出现以前嘛。

小明屁股上有痣,他哥屁股上有痣,他姐姐屁股上有痣,他爸屁股上有痣,他爸爸的兄弟屁股上也有痣。说明“屁股上有痣”这个特征,最晚最晚,也得来自他爷爷或者奶奶呗。如果他爷爷的兄弟屁股也有痣,那就得再往上倒一辈了。

回头看哺乳动物,所有哺乳动物成熟红细胞都一般无核。说明这个变异,最晚最晚出现在始祖哺乳动物身上,因为共同的祖先一般无核,所以我们都一般无核。

至于这个变异是怎么来的为什么会发生这种变异,这个可能是几亿年前,甚至更早发生的事情,哪里说得清楚呢。

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