人是宇宙最复杂的机器。智慧是宇宙的精华。多少年来，人们总想把自己超然于其它物种，其它物质之上。但是事实却是，人只是一部机器，只是这部机器非常精美，非常完美而已。所有一切的迷信，自大，狂妄，都来自于对人这部机器的不了解。

　　一直以来，关于人这部机器的知识，在教育体系里叫作“生理卫生”，我也上过，不过听完了也没大好懂。而真正的关于人这部机器的知识，却都在一个叫作“医学”的学科里。而“医学”，是用来看病的学科，关于正常人的知识，放在这里好像不妥。

　　其实，只要是机器，都是由部件构成的。只要稍微花点时间研究，就没那么复杂。所以我下定决心，要写写人这个机器的结构。

　　机器是由部件构成的，部件是由零件构成的，零件，是由材料构成的。所以需要有两种不同的解说方法，一种自上至下，一种自下而上。哪种更好，视读者理解模式而定。那就分头来过吧。

　　自上而下：

　　人体-系统-器官-组织-细胞-细胞器-有机大分子-分子-元素

　　自下而上：

　　元素-分子-有机大分子-细胞器-细胞-组织-器官-系统-人体

　　

　　上部 自下而上

　　一 化学元素

　　这个世界最简单而最精美的模型是原子核-电子模型。

　　其实是三元素，质子，中子，电子。

　　质子具有正电荷，电子具有负电荷。异性相吸。所以每个原子里有同样多数目的质子和电子。

　　同性相斥，那么质子怎么能够结合在一起？答案是通过中子。中子与质子的引力大于质子间的斥力，因而多个质子可以结合在一起，形成原子核。

　　原子核非常小，直径只有原子直径的万分之一。从化学上看，原子核的大小可以忽略不计。而另一方面，电子的重量非常小，电子的重量可以忽略不计。

　　所以原子的体积是由电子构成的，重量是由原子核构成的。

　　在原子世界里，电子不是一个“颗粒”，而是一个“云”，这个云，被称为“轨道”，我看还是直接叫云好。打个比方呢，就是糖粒变成了棉花糖，好大一团。

　　电子离原子核越近，能量就越低，因而电子都倾向于尽量向原子核靠近。但是电子很占地方，一个电子占一个轨道，好比人看电影坐椅子，自然是先抢前排的，先坐第一排，第一排坐满了，就坐第二排，依此类推。

　　电子的“椅子”，就是轨道。比较有趣的是，每个轨道里可以坐2个电子。这2个电子必须是自旋反向的，就像公交车座位一样，女孩可以坐在男孩腿上，如果是同性，就很怪了。

　　电子的这种怪异行为，称为“泡利不相容原理”。

　　第一排座位，只有1个座位。可以坐2个电子。

　　第二排座位，有4个座位。中心，三个轴各一个（因为我们是三维世界）。中心的是球形的，三个轴的是哑铃型的。这样可以坐8个电子。

　　第三排座位，有8个。座位的形状很复杂，就不多说了，因为我们也基本用不上。

　　这样，就产生了元素。即原子核内具有不同数量的质子，配上对应数量的电子，称为一个元素。

　　1氢：1个电子，位于第一能级

　　2 氦：2个电子，位于第一能级

　　3锂：3个电子，2个位于第一能级，1个位于第二能级

　　4铍：4个电子，，2个位于第一能级，2个位于第二能级，分处2个不同轨道

　　5 硼：5个电子，，2个位于第一能级，3个位于第二能级，分处3个不同轨道

　　6 碳：6个电子，，2个位于第一能级，4个位于第二能级，分处4个不同轨道

　　7 氮：7个电子，，2个位于第一能级，5个位于第二能级，2个位于中心轨道，3个位于其它三个不同轨道。

　　8氧： 8个电子，，2个位于第一能级，6个位于第二能级，4个处于2个轨道，另两个处于另2个不同轨道

　　9 氟：9个电子，，2个位于第一能级，7个位于第二能级，6个处于3个轨道，另外一个处于另外轨道。

　　10 氖：10个电子，2个位于第一能级，8个位于第二能级，每个轨道2个

　　11 钠：11个电子，2个位于第一能级，8个位于第二能级，每个轨道2个，1个位于第三能级。

　　…………

　　

　　二 分子

　　当两个原子均有孤独的电子时，相互靠近，两个孤独电子的轨道融合，将具有更低的能量。因而这是一个更稳定的系统。这样，就形成了一个分子键。根据能量守恒定律，系统“省出”的能量，将变成热能。

　　比如两个氢原子，各有1个孤独的电子，占第一能级的轨道。当两个氢原子靠近时，各自的电子进入对方的第一能级轨道，系统总能量降低。这样就形成了氢分子。

　　氧原子有2个孤独电子，如果遇到2个氢原子，2对孤独原子分别共享轨道，就形成了2个分子键，这样就形成了水分子H2O.

　　碳原子有4个孤独电子，可以与4个氢原子结合，形成甲烷（CH4）,或者与2个氧原子结合，形成二氧化碳（C02），即我们天天说的温室效应的罪魁祸首。（但是也可以形成一氧化碳（CO），是在氧不足的情况下，这样还剩2个孤独电子）。

　　每个分子键由于两个原子的孤独电子轨道不同，原子量不同，故而结合的能力也不同。能量越低，则越稳定，同时，发生反应时释放的能量越多。

　　一个分子键上，配对的电子不是刚好位于两个原子中间，它们会位于吸力大的一边。当具备一定外界条件时，两个原子会分开，但是电子仍然被吸力大的一方控制，于是吸力小的一方少了一个电子，带正电，称为阳离子；吸力大的一方多了一个电子，带负电，称为阴离子。这种分子键，叫“离子键“。

　　“抢”电子最厉害的元素是氟，其次是氧，氯。最不厉害的是外层只有1个孤独电子的元素，即所谓“碱金属“，这其中，最小的元素是钠，再其次是钾。当然，所有称为”金属“的，都很容易”丢“电子。

　　在水溶液里，阳离子和阴离子可以自由移动，但是一旦有外加电压，就会在电压控制下被动移动。

　　如果两个原子拔河拔了半天，分不出胜负，电子谁也抢不走，就叫“共价键“。

　　

　　多个原子，通过分子键的结合，形成一个微小稳定系统，就是分子。最小的分子是由2个原子构成的，最大的分子，则有几十万个原子，称为高分子。

　　

　　我们人为地把分子分为有机分子和无机分子。

　　区别在于碳。

　　分子键就像手拉手。

　　1 只手的，只能拉一只手，结束。

　　2 只手的，一边拉一个，结束。

　　3 只手的，一边拉一个，中间剩一个。由于拉的力量不够大（3只手的倾向于被抢电子），不稳定。

　　只有4只手的，一边拉一个，中间还可以再拉2个，才可以形成很长的链。

　　所以，只有4只手，拉力大的，才可以形成复杂的分子，唯一的选择就是碳。（对于下一个4只手的硅，拉力就小多了，电子很容易被抢跑）。

　　那么，重任非碳莫属了。

　　分子的复杂性，才能够形成系统的复杂性。

　　没有碳拉手的分子，就叫无机分子，有碳拉手的，就叫有机分子。那个“机“字，不知是谁翻译的，英语原意是“组织”的意思，即有碳拉手的是有组织分子，没碳拉手的是无组织分子，碳就是“组织”，明白了吗？

　　比较常见的有机分子，是糖和脂肪。糖有6个碳拉手，而脂肪则有6-30个碳拉手。

　　有机分子的“组织”是碳拉手（碳键），“群众”主要是氢和氧，氧主要是一手拉着“组织”，一手拉着氢。另外还有少量的氮和硫。但可千万别忽视它们，它们是蛋白质和核酸的重要成员。

　　

　　三 有机大分子-蛋白质与核酸

　　如果碳拉手成为超长链，就叫有机大分子了（也叫高分子，怪怪的，没听说分子还量个头的）。

　　天然的有机大分子，是蛋白质和核酸。（人造的塑料也是有机大分子，没啥生物意义）。

　　蛋白质，顾名思义，是鸡蛋白里的主要成分。所以呢，补蛋白质最有效的是蛋白，别一听什么:”高蛋白“就猛掏腰包，最“高蛋白”的，乃“蛋白”也。而且，鸡蛋比猪肉便宜得多，所以性价比极高，大家抓紧抢购啊！

　　蛋白质的原子数量可以达到几千到几万。可以想象，几千个碳原子手拉手，将形成一个多么长的线条。而这个线条是不可能直线存在的，因为线条上挂的各个原子之间是有引力的，所以它必然形成一个线团。

　　说到线团，需要补充一个概念，叫作氢键。氢键是略弱于化学键的。当一个氢与其它原子形成化学键时（主要是氧），它唯一的一个电子就被抢走了，所以它的第二能级轨道能量降低了，仅略微高于第一能级，任何一个原子的外层成对电子，都可以落入这个第二能级轨道，使得总能量降低。因而，在碳链上挂的氧再挂的氢（C-C-O-H），具有强大的吸引力，会吸引氧，硫这种具有成对电子的原子过来形成氢键。有了氢键，“毛线”就可以卷成线团了。

　　问题是，线团有啥用啊？

　　说了这么长一大段，终于回归主题了。我们是在谈“人”啊。

　　“人”是要有功能的，要合成组织，要分解食物，要杀灭敌人，要肌肉收缩………。功能是哪里来的呢？最终要落实到一个最小单位上，这个最小单位，就是蛋白质。

　　“人“是要有遗传的，要保证自己长的和父母一个样，功能和父母一个样，就得有东西记载这些的信息，记载这些信息，靠的也是分子-核酸。

　　到底是先有的蛋白质，还是先有的核酸？这事也说不清，不说了。

　　接着说蛋白质吧。

　　蛋白质的“线团”，可不是随意卷曲的，是根据其分子结构决定的，某些分子结构，将形成特定的“活性”中心，在这里可以促成特定的化学反应（即催化作用），这种蛋白质，称为酶。

　　比如血红蛋白，它有一个活性中心，可以“抓住”氧分子。在氧浓度高的地方“抓住”氧分子，在氧浓度低的地方“释放”氧分子。大家知道氧的水溶性是非常低的，故而必须靠这种特殊的“机器”，才能把氧从肺内的空气，搬运到身体的各个角落。

　　如果把蛋白质比作机器，那可真是的大材小用了。蛋白质，实际上是一个生产线。比如核酸合成酶，可以根据现有的核酸，复制出一个完全一样的核酸。厉害吧！！！这是细胞分裂的基础，因为每个细胞都必须带有一套“源代码”—核酸。

　　还有蛋白质合成酶，可以合成各种蛋白质。

　　人的身体里，每时每刻都有数以万亿计的这种微小生产线在忙碌地工作着。迄今为止，我们的科技能做出的最小的生产线，比这种生产线要大几千倍。而且，从目前人类的科技水平看，这是理论上能够实现的最小的生产线，也是效率最高的生产线。一个细菌在几分钟之内就可以分裂为2个。所以，现在的生物科技，主要都依靠细菌来合成，这个后面再详细讲。

　　蛋白质是由小的单元拼接而成的，这些小的单元是氨基酸。人体的蛋白质一共由22种氨基酸构成。

　　再说说核酸。

　　核酸是天然的“硬盘”。它记录着所有需要传递下去的生物信息。核酸的信息记录，是完全“数字化“的，而且是二进制的，实际是四进制的（二二得四也）。

　　核酸是由核苷酸拼接形成的。每个核苷酸单体是由1分子五碳糖，1分子磷酸和1分子含氮的碱基组成。五碳糖有2类：核糖和脱氧核糖。DNA中含有脱氧核糖，RNA含有核糖。碱基分为2类：一类是嘌呤，为双环分子；一类是嘧啶。为单环分子。嘌呤碱包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）2种，嘧啶碱包括胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）3种。DNA的碱基有A、T、C、T种，RNA为A、U、C、C4种。四进制由此产生。

　　每一个核苷酸具有相同的长度，只是结构略有不同。所以，核苷酸像是一个打了许多结的长绳，每个节代表了一个信息。核酸到底携带了多少信息呢？有计算说是相当于3G的硬盘。这个数不大吧？但是却形成了这么神奇的人类，外带那么多可爱的生物。

　　而且，更强的是，核酸有“备份“。大家天天看到”DNA“，那个D是double，即双份的意思。DNA的每一”位“，由互补的2个核苷酸由氢键相连，整个DNA形成一个双螺旋结构，像是旋转扶梯。由于核酸很容易受外来粒子轰击而断裂（如宇宙射线，X线），所以必须有一个备份，当一边被损坏后，可以通过另一半的信息，迅速修补，保证遗传信息的完整性。

　　核酸的信息，是一套“生物程序语言“，到目前为止，还没有彻底破译这门语言。我们携带这个神奇的程序有几亿年了，但直到60多年前，人们才发明了类似的技术，即计算机程序。相信在不久的将来，我们将能够破译核酸的基因语言。那将是继量子物理后又一个伟大的科学突破。至于从伦理上是福是祸，咱就不作预测了。如果读者您是有志青年，就请加入到研究它的行列中来吧，这才是真正有意义的科研。

　　核酸的信息是如何表达的呢？

　　是通过蛋白质合成酶，把核酸上的信息，转变成蛋白质结构信息。

　　在进行蛋白合成之前，先要进行核酸的复制，因为DNA是“原稿“，不能直接拿去”印刷“，需要先”制版“。”制版“的过程，是核酸合成酶，把DNA的某一段，复制成单链的核酸，叫作RNA。这个单链的核酸，就是复制蛋白质的”版“。DNA的一个“段”，叫作一个基因。每个基因的开始与结尾有特殊的信息，因而核酸合成酶能够识别出来。人大概有3万多个基因，即功能性蛋白质有3万多个。

　　蛋白质合成具体的方法是：核酸上每3位（注意是4进制）对应一个氨基酸。因为氨基酸有22种，所以2位（16种可能）不够用，需要用3位（有64种可能）。在RNA的起始端，有一个起始符，也是3位（AUG），起始符不对应任何氨基酸。蛋白质合成酶先去找到这个起始符，然后向后串6位，即2节，根据这2节的信息，分别找到对应的氨基酸，然后把它们连起来，接着每次串1节，找到对应的氨基酸，连接到前面的氨基酸上，依次进行，直到最后，蛋白质合成酶读到了终止符，也是3位特殊的信息（UAA），则合成停止，释放被合成的蛋白质，同时离开RNA。被合成的蛋白质进入完全自由状态，逐渐卷曲成“线团“，变成有功能的蛋白质。

　　又一次看到生物生产线的神奇了吧？人体内有3万多种这样的不同生产线，自然可以生产3万种不同的“产品”，全面满足人体各方面需求。

　　

　　四 细胞器

　　咱们在谈人，人是一种生物。生物能够延续下来，需要有2个基本能力：生存与繁衍。

　　生存，就需要能量来源。繁衍，需要复制。

　　因此，一个生物需要有许多功能不同的分子聚集在一起。那么非常重要的事情，是要有个办法把它们聚在一起别散开。咱们日常用的是塑料袋，而生物的“塑料袋”，是细胞膜，是由脂肪分子围成的。为什么用脂肪分子呢？因为（1）脂肪不溶于水，（2）脂肪在常温下是液态的，变形能力强.第二点非常重要，因为生物要想生存，就必须不断摄入与排泄，所以细胞膜得具有通透性。

　　那么，由细胞膜围起来的蛋白质和核酸，就构成了生物的最基本单元。而对于人来说，单独一个这样的单元还嫌简单，需要很多个这样的单元才能构成一个具有全面功能的细胞，所以我们把这些单元叫作细胞器。

　　下面来看看几个最重要的细胞器。

　　生物是一种耗散系统，即必须有能源供应，才能存在和繁衍。

　　那么，生物的“发电机’是什么呢？

　　回答是：叶绿体和线粒体。

　　叶绿体应该算是生物的祖宗。因为它是能量之源。

　　叶绿体的核心，是叶绿素，因颜色和出处而得名。实际上它是一种蛋白质，一种酶。这种蛋白质有很奇特的功能，可以捕获光子，然后把二氧化碳还原成糖，并释放氧气。这个反应叫“光合作用”，即把光的能量转移到分子上，可以供日后使用。

　　叶绿体内，要有能合成叶绿素的核酸，然后需要配备蛋白质合成酶。为了能够分裂，需要配备核酸合成酶和分裂用的纤维蛋白。为了能够制造细胞膜，需要配备对应的蛋白质和核酸信息。所以，叶绿体是一个复杂的工厂。

　　有了能量，怎么利用呢？就靠线粒体了。

　　线粒体的核心装置是一系列酶，可以把糖分解，生成ATP（三磷酸腺苷）。ATP是生物的标准能源，就好象90号汽油所有车都能烧一样，所有的细胞器和细胞，都可以利用ATP作为能源。

　　举一个例子：细胞壁上有个“搬运工“，专门搬运Na和K离子，它把一个Na搬出去，把一个K搬进来，同时消耗一个ATP，所以这个”搬运工“叫作Na-K-ATP酶。

　　线粒体也是有细胞膜和一系列核酸蛋白质的。

　　人是一种动物，可以通过觅食来获取含有能量的分子，所以不需要叶绿体。人体内只有线粒体。

　　站在细胞的角度看，线粒体是一个“共生虫”，它靠细胞给它提供养料，同时它的分解产物成为了细胞的能量来源。

　　还有一个最重要的细胞器，是细胞核。

　　细胞核里面装的是生物的全部遗传信息—DNA。细胞核里不断进行着核酸的复制工作。根据需要复制各种RNA，然后释放到细胞核外用于制造蛋白质；对DNA进行修复；在细胞需要分裂时，把DNA复制成2份。在细胞分裂时，细胞核先分裂成2个。

　　

　　五 细胞

　　各种细胞器配在一起，再套一层膜，就是细胞了。

　　细胞因为用途的不同，所以结构特点也不同，每种特定的功能，就有对应的细胞。

　　但是所有的细胞，都是从一个受精卵分化来的。一个受精卵，1分2，2分4，4分8，所以需要很多次分裂，才能逐渐分化成各种专门功能的细胞。在这过程中，有一些过渡细胞，称为干细胞。

　　干细胞，取意树干，即树枝都是从树干分出来的。

　　由受精卵分裂出来的最初的干细胞，是全能干细胞，它可以变成任意的细胞。

　　全能干细胞进行分化，成为各个系统的干细胞，如造血干细胞。为什么要保留脐带血？因为脐带血里面有很多造血干细胞。一旦将来得了白血病或其它血液疾病，就可以先把人体内的血液细胞全杀光，然后再输入自己的脐带血，人就可以康复。

　　各个系统的干细胞，再逐渐分化为专门功能的细胞。由于人体内的细胞在不断的死亡，就需要有新的细胞诞生出来，所以很多系统的干细胞是终生存在的。

　　再展开说：最终特异分化的细胞只具有工作能力而没有分裂能力。只有干细胞具有分裂能力，分裂后的干细胞，一部分分化成专业细胞，另一部分仍然保持干细胞的状态，以备继续分裂。

　　

　　六 组织

　　组织是一系列细胞构成的具有特定功能集合。

　　1上皮组织

　　人体需要一层保护层，既防止碰撞损伤，也防止烧伤，水分流失，还要防止微小生物入侵。这个保护层就是皮肤，皮肤的成分就是上皮组织。

　　上皮组织主要有2层，生发层和角质层。

　　角质层是上皮的功能层，是很干的细胞，全部都是蛋白质，非常致密，因而不透水，有韧性。生发层是干细胞所在，不断分裂形成新的上皮细胞。

　　此外，人体的管道内壁也由上皮组织覆盖，如血管，消化道，泌尿道。

　　2腺体组织

　　人体内是一个巨大的溶液。很多功能都需要通过向溶液内释放物质完成，这个过程叫分泌。负责分泌的组织叫腺体组织。

　　由腺体细胞围成小囊状，腺体细胞分泌的体液进入囊内，再随腺管进入指定的区域。

　　比如：

　　汗腺：分泌汗液，排出体外

　　胰腺：分泌消化蛋白质的消化液，排入消化道

　　肝脏：分泌消化脂肪的消化液，经胆囊排入消化道

　　性腺：分泌性激素，排入血液

　　3结缔组织

　　起连接和缓冲作用的组织。细胞间有丰富的纤维蛋白。

　　4脂肪组织

　　由脂肪细胞构成。

　　人体存储脂肪的作用有2个：存储能量；保暖。

　　5 骨组织

　　由骨细胞分泌大量含钙的骨成分构成。

　　6 神经组织

　　由神经细胞，神经上皮细胞，神经间质细胞构成。

　　神经组织是信号传递的组织，包括将感觉信息传入，将工作命令传出。但是对于人来说最关键的是智慧。这个话题留待神经系统部分再展开吧。

　　7 肌肉组织

　　由肌肉细胞构成。肌肉细胞中间是具有收缩功能的肌蛋白，两端是肌腱，可以固定在骨骼上。

　　肌肉组织有2种：横纹肌，平滑肌。命名是通过外形的，但是功能差别很大。

　　横纹肌的特点是可以在神经刺激下完成快速的收缩。所以可以实现自主控制，是觅食御敌及其它复杂活动必须的。

　　平滑肌的特点是不需要神经刺激，而通过体液刺激进行收缩，收缩舒张速度慢。

　　

　　七 器官

　　器官是在空间结构上相对独立的一大群组织，具有1个或多个功能。比如胰腺，既有分泌消化液的功能，也有分泌胰岛素的功能。

　　中医讲五脏，是5个腹部器官。

　　人体的器官有：

　　骨骼：206块。

　　肌肉：600多块

　　皮肤：全身连成一体。

　　头部：大脑，小脑，鼻窦，唾液腺，五官，咽喉

　　颈部：甲状腺

　　胸部：气管，食管，肺，心脏，乳腺

　　腹部：胃肠肝脾肾，胰腺，胆囊，膀胱，卵巢，前列腺 睾丸阴茎/子宫阴道

　　

　　八 系统

　　人体的系统是与大的功能完全对应的。

　　那么，人一共有多少个大的功能呢？

　　还是从生存和繁衍开始推导。

　　为了生存，需要觅食和防卫。觅食和防卫都需要有运动系统和决策系统—神经系统。神经系统包括了感觉器官。

　　防卫不只要防卫大的敌人，还要防卫微小的敌人（细菌，病毒），这个系统叫免疫系统。

　　皮肤也是防卫系统的重要组成部分，但是没有列入某个系统，也不叫皮肤系统。

　　为了给运动系统及其它所有系统提供养分，需要循环系统。循环系统包括血液循环系统和淋巴系统。

　　人代谢需要氧气，因而需要气体交换，呼吸系统。

　　觅食之后，需要消化吸收排泄废物，这样就有消化系统。

　　人代谢后会产生废物，这些由泌尿系统排出。

　　为保证化学反应正常进行，需要维持体温，为了能量供应稳定，需要稳定血压，运动时需要把血液分配给运动系统，休息时需要把血液分配给消化系统；氧气不足了，需要加快呼吸；生长发育是一个缓慢的过程，需要控制各个系统的发育速度，等等此类问题，不是神经系统能够做得到的，需要体液来调节，这样就需要向身体内部分泌，所以叫内分泌系统。这是一个非常非常复杂的系统，到现在还没有完全研究透。

　　为了繁衍，人需要生殖系统。