Selvom det umiddelbart kan lyde enkelt, og man kan beskrive, hvordan cellerne kommunikerer, udvikles osv., er det stadig ikke forstået hvordan en samling af flere milliarder celler kan danne højerestående organismer som mennesket og for eksempel give ophav til noget så komplekst som vores bevidsthed. I det følgende vil det kort blive beskrevet, hvordan flercellede organismer kan udvikles og fungere.
For at kunne skabe en flercellet organisme er det væsentligt, at cellerne holdes sammen. Dette gøres på forskellig vis, blandt andet ved hjælp af molekyler, der binder de enkelte celler sammen. Hos dyr er særligt den tætte sammenbinding af de såkaldte epitelceller afgørende. Epitelcellerne dækker alle kroppens indre og ydre flader, og den tætte sammenbinding af epitelcellerne sikrer, at ingen molekyler passerer imellem cellerne. På den vis skaber epitelcellerne en hinde, der afgrænser og kontrollere miljøer som for eksempel organer og blodårer.
De mange milliarder celler skal imidlertid ikke blot skabe en struktur. De skal også kunne koordinere deres aktivitet for at kunne fungere kollektivt. Celler fra højerestående organismer som mennesket har derfor udviklet et omfattende kommunikationssystem. For eksempel kan celler afsende mange forskellige typer signaler. Nogle signalmolekyler bliver hurtigt nedbrudt og påvirker derfor kun de omkringliggende celler. Andre signaler skal påvirke hele organismen og afsendes derfor gennem blodbanerne. Mens atter andre skal sendes meget hurtigt mellem to grupper af celler, der ligger langt fra hinanden. Det gælder for eksempel, når nerveimpulser skal transmitteres gennem kroppen – en proces der kun kan lade sig gøre, fordi signalet løber gennem særligt udviklede nerveceller, der kan blive helt op til en meter lange. Samtidig har cellerne et veludviklet system af særlige receptorproteiner, der gør det muligt for forskellige typer af celler at reagere forskelligt på de signaler, der udsendes – og også at reagere forskelligt alt efter hvilken kombination af signalstoffer, der er til stede.
Cellernes kommunikationssystem er altså yderst komplekst og meget nøje reguleret. Således skyldes sygdomme som cancer og flere former for allergier, at signalvejene på en eller anden vis ikke fungerer, som de skal.
Et andet gennemgående karakteristika ved flercellede organismer er, at de består af samlinger af specialiserede celler, der gruppevis udfører særlige funktioner i kroppen. Fedt består således af fedtceller, muskler er opbygget af muskelceller, mens organer som hjerne, hjerte osv. typisk består af flere celletyper. Kollektiver af specialiserede samarbejdende celler kaldes væv.
(illustration: Peter Waldorph) Mennesket består af mere end 200 forskellige celletyper, hvis størrelse og form varierer, alt efter hvilken funktion de varetager. Cellerne kan inddeles i forskellige undergrupper, herunder:
Epitelceller, der beklæder kroppens indre og ydre flader Bindevævsceller, der for eksempel findes i knogler og i sener Blodceller - de røde blodceller er kerneløse og har en meget karakteristisk form. De er fyldt med det iltbindende protein hæmoglobin Nerveceller - de fleste neuroner har lange udløbere (axoner) og kan viderebringe signaler meget hurtigt Muskelceller - nogle typer er meget store og indeholder mange cellekerner. De er specialiseret til at kunne forkortes og skabe bevægelse og kraft Kønsceller - kønsceller (sæd- og ægceller) er kendetegnet ved, at de kun indeholder et sæt kromosomer - dvs. 23. Når en æg- og sædcelle kombineres ved befrugtningen, skabes der et individ med sin egen helt unikke arvemasse
For at en enkelt befrugtet celle kan udvikle sig til en flercellet organisme, skal cellerne altså kunne specialisere sig og følge koordinerede udviklingsprogrammer. I det følgende beskrives fosterudviklingen og celledifferentieringen mere indgående.