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    我再講一點膜的問題，因為膜是細胞的基本構件。一個典型的動物細胞的結構，表面上看其非常復雜，而且很擁擠，有細胞核，內質網，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構，先來看一個肥皂泡。肥皂泡由兩親性分子構成。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。囊泡的結構是：由兩親性分子親油端－親油端待在一起的雙層分子構成閉合膜。它的里面是水，它和膜內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，如果把分子標記一下，就會發現約一半的磷脂分子在膜上可以自由擴散，但內層磷脂分子與外層的磷脂分子發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，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。

    細胞膜是一個簡單的東西，但是要預言細胞膜，或者囊泡，或者“肥皂泡”在特定條件下的形狀卻相當困難。如果在顯微鏡下看它，就會發現真是豐富多彩，形狀各異，其復雜性是顯而易見的。一直到了八十年代，德國科學家Helfrich和中國科學家歐陽鐘燦在原來的囊泡形狀方程中引入了膜的自發曲率，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環境影響而被溶脹，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，而頁的反面則尚未直接暴露在干燥的空氣中，因此就導致了一面潮濕，而反面干燥。潮濕的一面會發生膨脹，干燥的一面就會收縮，因此書頁就會翹起來。自發曲率就是這個原理。當然導致非零的自發曲率的原因還很多。

    在引入了自發曲率后，Helfrich和歐陽導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。大家或許已經產生了疑問。從直觀上看，球型似乎應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－歐陽方程是純力學的，其中沒有用到關于基因的任何知識。