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思考生命【原创】

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lirf 发表于 2016-1-13 08:50:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 lirf 于 2016-1-13 08:57 编辑

历史上著名的科学家, 其科学创新大多源于深刻的哲学思考。
---爱因斯坦

      每一个投身于生物学的人每天都在思考着一个浪漫而古老的问题:“生命是什么?”为了解答这个问题,不同的人采用着不同的方法。有的像法布尔一样,在草地上追逐昆虫。有的像孟德尔一样,在田里种植豌豆。还有一批人闯进了微观分子世界,他们认为在这里可能有生命的钥匙。

        这些人起初受一个物理学家的启发,他叫薛定谔。他曾经写过一本书,名字叫《生命是什么》。在书中他写道“生命的现象并不神秘,也不特别。生物是由无生命的分子组成的。当这些分子被分离出来并逐个加以考察时,他们符合所有描述无生命物质行为的物理和化学定律。”可惜的是薛定谔直到逝世也没能解释生命是什么,但他那如此大胆的思想却激励着后来人不断地将目光投向分子的世界。

        分子的世界充满着精彩,沃森和克里克手中完美的DNA双螺旋结构,麦克林托克的玉米中喜欢跳跃的基因。所有的这些都为生命的延续与进化做好了保障。但是令人遗憾的是分子并不“听话”,分子的运动充满着随机性,这就使得生命时时处于危险之中。不过庆幸的是生命是由大量分子组成的,大量分子的运动就自然而然地产生一个词——概率。不管是生命的遗传与变异,生存与死亡都不是绝对的。也许这正是生命的魅力所在。

        生命之所以繁衍至今,是因为他有两个重要的特性——遗传与变异。

        遗传的稳定性得益于完美的双螺旋结构,DNA复制过程中精确的复制模式和多种矫正机制使得基因得以延续。但是再精确可靠的机器也有出错的时候,或许我们应该感谢这些“美丽的错误”让世界变得如此丰富多彩。

        产生错误称之为变异。机体并不希望自己的基因发生改变。但是据统计一个细胞的DNA在一天中平均发生50万次突变。在这场修复错误与产生错误的博弈中,变异成了在所难免的事情。同时这也为生物的进化提供了条件。

        变异分为两种:突变与重组。突变为进化它提供了原材料。

        通常变异对个体产生的优势可能是微小的,但是对于种群的繁衍来说,这种优势却被自然选择极度放大了。我们可以在费希尔的计算中对自然选择的力量有一个印象,若某个基因发生突变,使具有这个基因的个体获得1%的优势,那么这个新的基因经过100代以后就会传遍整个种群。

        或许重组比突变对生命有更重要的意义,在这里我们首先对生命的历程进行回顾。

        40亿年前,生命诞生在这个星球上。不过人们发现,生物的进化史似乎被耽误了很长的时间。真正的大型生命的进化历程实际只起始于5亿年前。这之间30多亿年,都是单细胞的微生物在海洋消磨着时光。人们发现生命的大型化和多元化全部集中在5亿4千万年前的寒武纪时代,而且它们似乎在短短几百万年中突然同时出现,生物学家称之为寒武纪生物大爆炸,这也是使人们感到困惑的地方,因为动物的大型化和多元化来到得十分的突然。

        其中的原因可能是原始的单细胞只能进行简单的点突变,而点突变频率又是极低的,显然只通过点突变建立起一个新品种,需要经过漫长的岁月。而一旦性别和重组被“发明”以后,整个过程大大加快了。
首先重组提供了新突变的可能性,使基因突变频率大大增加,从而使进化的材料得到极大的丰富。

        然后是是突变范围得到扩大,由原来的单个碱基的突变改变为某段序列的缺失或置换。这就使突变的影响更加明显,加快了进化的速度。

        最后就是等位基因之间的自由组合,使子代的基因来自于双亲。这样子代之间的差异性变得更大,增加了产生新物种的机会。

        首先我们应该庆幸在5亿年前生命启动了重组机制,不然我们的生活将会是另外一种样子。

        回顾分子生物学的发展历程,就像是沿着一个像DNA一样的螺旋楼梯,本来已经走了很远的距离,回头一看只是走了一个圆,重新回到了出发点,只是从出发点向上走了一小步。我们可以看到终点其实离我们并不远,但是你要得到整条DNA的信息,就要每个碱基都要遍历。

        参考书目:  《双螺旋探秘—量子物理学与生命》 约翰·格里宾
        《活物》     福冈伸一

李瑞风 2012年6月 于华中科技大学

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