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    我再講一點膜的問題，因為膜是細胞的基本構(gòu)件。一個典型的動物細胞的結(jié)構(gòu)，表面上看其非常復(fù)雜，而且很擁擠，有細胞核，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體，線粒體等等。至于膜，則其主要成分是磷脂和膽固醇，膜上還嵌了一些多糖和膜蛋白。為了了解生物膜的結(jié)構(gòu)，先來看一個肥皂泡。肥皂泡由兩親性分子構(gòu)成。兩親性分子有一個很大的特點：分子的一頭喜歡和水在一起，一頭喜歡和油在一起。洗衣粉也是兩親性分子，所以洗衣服的時候它能把衣服上的油污帶到水里，把衣服洗干凈。正因為兩親性分子一頭親水而另一頭親油，它在水里可以形成囊泡。囊泡的結(jié)構(gòu)是：由兩親性分子親油端－親油端待在一起的雙層分子構(gòu)成閉合膜。它的里面是水，它和膜內(nèi)層的親水端有很好的相容性；而囊泡的外面也是水，它和外層膜的親水端有很好的相容性。

    實際的生物膜與肥皂泡非常相像。生物膜有一個非常重要的特點是，如果把分子標(biāo)記一下，就會發(fā)現(xiàn)約一半的磷脂分子在膜上可以自由擴散，但內(nèi)層磷脂分子與外層的磷脂分子發(fā)生位置的交換卻非常困難，可以忽略。它還有一個特點，就是大的極性分子無法穿透膜進行擴散。在生物體內(nèi)，一些分子要穿越細胞膜的話，就必須有通道，通道就是蛋白質(zhì)折疊成筒狀物，特定的分子可以從中就進出。如果沒有離子通道蛋白的話，離子就不能跨越生物膜。這就是細胞膜的一些基本的性質(zhì)。

    細胞膜是一個簡單的東西，但是要預(yù)言細胞膜，或者囊泡，或者“肥皂泡”在特定條件下的形狀卻相當(dāng)困難。如果在顯微鏡下看它，就會發(fā)現(xiàn)真是豐富多彩，形狀各異，其復(fù)雜性是顯而易見的。一直到了八十年代，德國科學(xué)家Helfrich和中國科學(xué)家歐陽鐘燦在原來的囊泡形狀方程中引入了膜的自發(fā)曲率，Co，也就是膜在沒有承受任何外加力量的時候的曲率。

    那么，自發(fā)曲率又是怎樣生成的呢？這在生命體里很簡單。因為生命體里有外面的膜被蛋白，或者里面的膜被蛋白。如果是外層膜上的膜被蛋白受外面的化學(xué)環(huán)境影響而被溶脹，這個膜就會自動地往里彎，就得到了這樣一個正的自發(fā)曲率。反之，若里面的膜被蛋白被溶脹，膜就向外彎，就得到了一個負的自發(fā)曲率。這種情況在實際生活中也會遇到。比如，我常坐飛機，在飛機上習(xí)慣拿一本書來看，但是因為高空中非常干燥，頁面上的水分會很快蒸發(fā)，而頁的反面則尚未直接暴露在干燥的空氣中，因此就導(dǎo)致了一面潮濕，而反面干燥。潮濕的一面會發(fā)生膨脹，干燥的一面就會收縮，因此書頁就會翹起來。自發(fā)曲率就是這個原理。當(dāng)然導(dǎo)致非零的自發(fā)曲率的原因還很多。

    在引入了自發(fā)曲率后，Helfrich和歐陽導(dǎo)出了較為普遍的囊泡形狀方程。這樣一來，囊泡形狀的諸多問題都迎刃而解了。譬如，大家知道紅血球的雙凹碟狀的形狀，即它是一個中間凹陷的餅狀的客體。大家或許已經(jīng)產(chǎn)生了疑問。從直觀上看，球型似乎應(yīng)該永遠是能量最低的。然而，紅血球又為什么不是一個球形？是不是物理錯了？實際上，物理是正確的。由于Co的存在，使得球狀不是在任何條件下都是穩(wěn)定的。紅血球比較簡單，基本上可以看作是一個囊泡，里面是“一包水”，膜上嵌有一些血紅蛋白。因此，Helfrich－歐陽方程成功地獲得了描述紅血球形狀的雙凹碟狀的解。必須指出，Helfrich－歐陽方程是純力學(xué)的，其中沒有用到關(guān)于基因的任何知識。