西西河

主题:【原创】生命其实很简单(一)前言 -- 水风

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家园 顶的晚了,不好意思!

写的好!!!

家园 这么好的东西我怎么才看到?
家园 生命没这么简单

呵呵,首先声明,不是想和楼主抬杠,只是想谈一谈俺自己对生命的一点看法。

俺是化学出身,生命科学并非是俺的本行, 但在实际科学研究中(包括现在的工作),与生命科学的纠缠从未中断过。常常为生命体系的精妙而唏嘘不已,尽管人类对生命的探索从未停歇,但真正的,科学的系统的研究(尤其是分子水平上的),其实并不长久。

尽管重大发现接二连三,譬如,染色体,DNA,DNA 双螺旋结构,t-RNA,氨基酸编码,蛋白质三维及四维结构etc. 但生命的起源和进化过程仍然扑朔迷离。 在这一点上,恐怕还比不上我们的宇宙学研究,在那里,Big Bang(大爆炸)和Superstring(超弦,超玄or超悬,呵呵)虽然有众多的反对者,但这些理论(也许“模型”更合适)其实有着相当坚实的数学物理基础,并存在着实验证实的可能性。而在生命科学中,这样的数学物理基础并不坚实,化学作为更基本的科学,担负起了解释生命的重任。正是在这一点上,我并不乐观(同行别把俺活埋了,呵呵)。

另外,现有的“证据”所引起的问题其实比答案更多。很多看来唯一的解释细想起来并非唯一。以Miller的模拟原始大气合成“简单含氮有机化合物”来说,曾经在我国的教科书中被称为揭示了生命的起源。姑且不论其实验条件是否能与原始大气相比,从规模上起码就相差悬殊(烧瓶vs.地球)。而且这也不能排除其他的可能性,比如“生命从宇宙空间而来”的情况。对于这种可能性来讲,起源甚至不在地球,又如何模拟呢?化石可以帮助我们对成型生命体的变化(这里俺不用“进化”,易导致误解),但对化学体系成长为生命体系的阶段,并没有实际意义。不幸的是,在发现另一个完全相同的原始地球(或时光机,平行宇宙,hehe,改科幻了)前,连实验证实的环境都无从谈起。

分子生物学的研究也多次开了人类的大玩笑。以遗传信息的复制,传递和体现关系为例,一般谈到的是DNA<―>DNA(复制),DNA―>RNA(传递),RNA―>蛋白质(体现)。如此“简单”的关系却不得不多次修改,其中箭头的方向便是关键。早些时DNA―>RNA曾被奉为“真理”,而某些病毒的繁殖方式推翻了这一信条(正确的是DNA<―>RNA,RNA<―>RNA)。可惜的是,新的发现又迅速成为金科玉律,科学家们仍然坚信RNA―>蛋白质(or DNA―>蛋白质)是遗传物质体现的必经途径。但Dr. Stanley B. Prusiner (1997 Nobel Winner )对疯牛病的研究又宣布了这一 信条的破产。蛋白质可以产生蛋白质,即复制自己(蛋白质<―>蛋白质),其“可能”机理是基于化学平衡(疯牛病蛋白质本身可以促进一个可以产生疯牛病蛋白质的反应正向进行,从而在总量上增加)。这过程中没有DNA,RNA什么事儿。现在,好么,终于没人敢再随便画单向箭头了,怕了掰。

这里,有一点要说明,箭头方向的增减和改变有着极其重要的理论意义。千万不要认为只有疯牛病只是一个例子,DNA―>蛋白质可是有无限的例子,这一个例子可以忽略不计(一个例子导致整个科学大厦倒塌的例子俺就不举了)。生命体系的复杂,微妙甚至奇妙绝对不是千言万语可以说清楚的,如果硬要加上一个期限,我相信是“无限”。

再次声明,决无抬杠之意,水风兄的系列绝对是科学讨论的精品,俺只是要从一个侧面作一些补充。相对而言,科学是人类文明中最最严谨的(严格甚至是严酷的),但因其“严”,亦致其“宽”。因为在科学中,无论说“是”或是说 “不”,都要面对最苛刻的挑战。“成王败寇”是科学研究和讨论中绝对不可行,也不该行的(唉,不是对各位,只是有感而发,有感而发)。再要把科学打上阶级的烙印,就。。。。算了吧。

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家园 多谢老兄的意见!

之所以写这个东西,最初的原因还是来源于进化论和神创论的大辩论。当我们面对未知领域的时候,会不由自主地产生两种情绪,一是对未知产生好奇,一是对未知产生恐惧。当好奇占了上风的时候,我们会求助于所谓的科学;但是当我们得知所谓的科学无能为力的时候,我们会转向恐惧。恐惧是不能够长久的,要么我们创造出一种方法来战胜它,无论是自我安慰,还是视而不见;要么我们被恐惧战胜,成了精神失常。于是我们创造了神(以上以及以下的言语对于某些宗教人士是不适宜的,建议不要观看。)用一个未知(假定这个未知明晓一切)来代替所有的未知。这就是宗教。

恐惧的来源其实就是对于未知的敬畏。但是我们不会去敬畏那些已知的东西,因为我们已经了解。对于生命的观点就是如此。生命的存在其实是非常复杂,非常偶然的事件。他的结构是如此的复杂,以至于我们已经花费了几个世纪,费尽了一切的心机,却几乎是一无所获。但是,随着科学研究的深入,我们正在逐渐地了解生命的存在,不断地发现一些基本的规则。正是这些规则让我们知道,生命其实也是有迹可循的。诚然,要象物理和数学一般,可以精确的描述一个过程,在生物科学中还是不可思议的事情。但是,在某些情况下,我们至少可以把握在90%以上可能发生的事情和经过。

我写这篇东西,就是想大家可以了解一下我们已经知道了的生命是什么样子的。为了让更多的人可以理解,我丢弃了所有的术语和特有的名词,并用了大量的恰当的和不恰当的类比。就是想让大家可以了解一下在生命中发生的事件的脉络。我不是说生命可以象折一架纸飞机那样简单,但是至少大家可以明白生命中的很多事件,其实就和折纸飞机一个道理。

科学的意义,并不在于可以告诉我们一切,而是告诉我们,这些东西是可知的。也许是不远的将来,也许是遥远的未来,但是,总有一天,我们会知道这个东西的结构,作用,功能等等。如果所有的人对世界上所有的未知的事务,都能够觉得像复杂的纸飞机一样简单,那么也就不会再有宗教,和神创论了。没有人会去敬畏一架纸飞机,不是吗?

再次感谢您的意见,欢迎多多指教!

元宝推荐:ArKrXe,
家园 客气客气

谈不上指教,俺也是个装大尾巴狼的主儿。

谈到恐惧,我想起了StarWar中老妖的话。

Fear causes anger (恐惧导致愤怒)

Anger causes hatred (愤怒导致仇恨)

Hatred causes suffering(仇恨导致苦难)

哎,俺怕苦难呀,但,总不能让俺爱苦难吧。

另外,俺对科学的力量估计没那么乐观。她的深度,广度的确是无限的,但远不足以应付整个世界,因为那是个更宽,更广的所在。

不过,并不打算太深入地探讨了,太玄乎了。


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家园 科学在解决一个“为什么“的时候,总是会造成更多的为什么。

这恐怕是科学与宗教的一个重要差别。

科学总是不完善的总是存在漏洞的,但是填补这些漏洞的过程实际上就是科学发展的原始动力。就像一个几何圆形一样它覆盖的面积越大,它的周长就越大,它所要面临的未知世界就越广。

如果有一天科学可以解释这个世界所有的事情了,那么我只能说科学已经走进了歧途,它将最终陷入停滞了。而与此相关的人类文明的发展也很可能达到了最终的极点。

虽然宗教可以用各种手段去“解释“所有的未知,但是这些“解释“都是不可验证不可重复的。也因为如此,自从人类逐步摆脱蒙昧以来这几千年中宗教无法始终从根本上推动人类的文明水平上升。

家园 一语中第

妙哉!

微斯人,吾谁与归?

家园 【虚心求教】一个问题:水兄认为生命的开始是那个阶段呢?

是不是遗传物质的产生,就可以算是生命的开始了?

也就是说,某些物质可以有规律的运动,就可以算作生命的开始?

还是要到这些物质堆砌出来细胞的产生,才能算生命的开始?

甚至是原始生命有了自我意识,才算生命的开始?

中间又没有短缺的链条呢?

另外,与地球类似环境的星球,按照这样的推论,肯定也会衍生出某种类似形式的生命体的,对不对?

家园 这一段够精彩,已经上升到哲学层次喽。

就好像“英特纳雄奈尔就一定要实现”一样。呵呵。消除神秘和畏惧,鼓舞人们在探索自然的道路上大步前进。

家园 先回答这个:受精卵算生命的开始吗?

美国对于堕胎的争论根源于此。

家园 仅仅是个人观点

一般说来,生命的开始是从完整的新陈代谢开始的。借用那个鸡与蛋的关系命题来解释一下,那个命题有一个前提,就是无论鸡还是蛋都必须是活的。所以活着就是生命。而活着的生物学概念就是维持住了新陈代谢。活着并不一定意味着要产生后代,但是只有等到能够产生后代才是完全意义上的活着。这样讲清楚吗?

由此看来,是不是遗传物质的产生,还不够,因为单靠遗传物质本身,无法维持新陈代谢,也就说遗传物质本身还不能独立的活着。此时可以算是生命开始的前奏。要等到各方好汉聚齐了,使得这些人仅仅依靠自己的双手和外在的简单物质就能活的时候,也就是说可以新陈代谢的时候,(新陈代谢就是复制出新的自己来,并把旧的坏了的给去掉),生命才算开始了。

至于究竟是出于那个时期,很抱歉,我们不知道。真正意义上的细胞肯定是活着的,有生命的,但是我们不知道原始的细胞就已经具有了这样的特征,还是在亿万年的进化中逐步形成的。

至于意识的产生,那肯定是很后来的事情了。我一直觉得自我意识是非常高级的一种认知过程。认知外界的事务并不需要自我意识。所以我们人类的小孩直到一岁以后,才开始自我意识。你叫她的名字,她答应,这并不是自我意识,只是一个普通的认知。这个时候,小孩子还分不清他和一张桌子有什么区别?他们认为,如果桌子能够说话,你叫他们(桌子)的名字,他们也可以回答。知道我,是指自己,是一个非常复杂困难的过程。“我的”,才是自我意识的萌芽。这就扯远了。有机会的话,哪位专家为我们详细讲一讲。

中间又没有短缺的链条呢?

应该是没有,但是我们不知道,因为早期生命是如此的脆弱和弱小,所以绝大部分很快就会被摧毁掉。偶然留下来的,也会被后来的高级生命形式所灭绝。在历史上留不下任何的痕迹。没有证据,只能是推论而已。

另外,与地球类似环境的星球,按照这样的推论,肯定也会衍生出某种类似形式的生命体的,对不对?

也许,但是有些时候,一个小小的差异就可以扭转整个局面。为什么火星没有生命?有证据表明在太阳系形成的早期,火星有一度跟早期的地球非常想象的,有液态水,有火山爆发和大风暴,空气中有二氧化碳,氮气,火山喷发物,等等。但是火星的表面含铁量要超过地球,或许是因为自身的重量不够,无法形成内心的铁核,而导致表面的铁含量维持不变。大家知道,稍微过量一点的铁对于我们都是致命的,这也许就是为什么生命没有在火星出现的原因吧。

我们不知道,究竟地球有哪些因素使得我们幸运的存在了下来,而这些因素在宇宙中存在的可能性又是多少。所以我们也无法估计即使有根地球相近的情况下,会有多大的可能性产生生命。

随便讲几点吧,象地球一样形成稳定的地表结构,不仅要求地球本身的质量在一定的范围内,跟接近的恒星的距离,接近的恒星的质量和温度,周围有没有大型天体存在,这个星系是否处于恒星比较稀疏的地方,但是又不是太偏僻的地方。周围近距离内(几万光年)有没有大型的脉冲星,中子星,有没有超新星爆发,或者巨型恒星死亡。这个恒星系的行星有多少,相互间有无大的影响,该恒星系是否有大的陨石圈存在,彗星和陨石的数目如何,这颗行星有无卫星,有多少,质量如何,该行星是否有大气,厚度和成分如何,地表是否存在水,水量多少,等等都有直接的关系。而稳定的地表结构只不过是生命存在的一个先决条件而已。

说了这么半天,生命的存在绝对是很偶然的事情。

我喜欢你的头像,南方公园。

家园 这个好像是伦理学的范畴吧

有些时候真的很矛盾。

按说受精卵,不,卵子就已经是生命了。但是,人一生400多个成熟的卵子里面,有10个能够发育承认已经算了不起的了。就算是受精卵,人类有2/3的受精卵因为种种原因自然死掉了。那么什么时候算是人?我想这才是他们争论的问题。对此他们已经说得够多了,我就不再掺合了。

要指出的是在发育早期,20%的着床的受精卵会自然流产掉(因为种种重要的缺陷),因为太早了,根本就没有觉察到。那些不重要的缺陷会再后来的发育过程中逐渐自然死亡掉,造成相应的流产。当然还有一批会因为对早期发育不是太厉害而存活了下来。直到出生后才发现问题的严重性,于是也很快就死掉了。即使在美国,新生儿也有0.02%的死亡率,这是不可避免的。新生儿中因为遗传性疾病而先天缺陷的有大约3%,因为母亲酗酒,抽烟,吸毒,或者营养不良,以及吃错了药造成的发育不良或者先天性的疾病有1%。

所以我个人是支持堕胎的。那么为什么就非要把那些可怜的孩子生下来让他们受罪呢?当然,那种非要认为选择孩子性别的父母,我非常地鄙视他们。可以作为道德败坏的典范。

家园 天涯只是一步之遥(六)

今天来讲一讲单细胞生物和多细胞生物。一般我们都拿细菌和人来作为两者的代表。大家一听,啊呀,两者的差别是这么大阿。其实,从单细胞生物到多细胞生物的进化非常简单,差别小到只是一个蛋白就足够了。

我们以假丝酵母为例,假丝酵母,是酵母菌的一种。酵母菌就是我们家居板块那些大大们用来发面,工厂用来制造啤酒的那些小东东。大都是一个个分散的单细胞小东东。假丝酵母菌是其中的一种。它有一个特点,就是在某些情况下,它可以像普通的酵母菌一样,是分散的,单独的存在;在某些情况下,若干个体会聚集到一起产生丝状的多细胞结构。当我们来分析这两种单细胞和多细胞结构之间的差异的时候,我们发现,其实一个蛋白的突变就足够产生这种多细胞结构了。

这种蛋白其实很简单,就是在分裂之后,把原本要分开的两个细胞连接在一起就够了。这种蛋白的特性就是可以抓住临近细胞上面同种的蛋白,并紧紧的贴到一起。当然了,要拉住一个细胞,一个蛋白是不够用的,但是一个细胞上面有几万,甚至几千个蛋白分子的时候。拉住另外一个细胞就是易如反掌的事情。

那么这种蛋白是怎么产生的呢?当然不会是凭空造出来的。细胞表面原本就有很多种蛋白,编码这些蛋白的基因在复制的时候,会有一个很低的突变率。有些时候,一个核苷酸的突变,就足够把一个原来用于感知外界的感受器蛋白,变成一个邻居抓手。

但是,并不是所有的邻居抓手都会产生合适的多细胞结构,同时又不影响细胞本身的运作。这个概率是非常低的。但是,有了足够的时间和个体,总能产生出一两个这样的蛋白来。

然后,拥有这样一个蛋白的细胞,会产生多细胞的结构。而多细胞结构在某些时候相对于单细胞具有很多的优点,(当然也会有相应的的缺点),这些优点可以保证这种多细胞在其他的单细胞不能生存的环境中存活下来,从而逐步扩大自己的数目,奠定这种细胞存在的基础。

而其它相应产生的变化,会逐渐弥补这种邻居抓手的缺陷,使这个细胞日趋完美。

就这样,一个蛋白,完成了从单细胞到多细胞的进化。

但是我们必须要注意到,这仅仅是一个开始,也是一个过渡阶段。这种多细胞相对于单细胞而言,并没有太多的优势,但是以此为起点,多细胞生物将逐渐进化出多种特性,并逐渐形成种类繁多,外形各异的动物,植物,藻类,以及真菌等多种多样的生命形态。

最近有人提到了寒武纪的生物大爆炸问题,还有我们的邗江生物古化石。就是在寒武纪的地层中突然出现了种类众多的多细胞生物,大多是动物的化石。这就牵扯到一个问题,为什么会在如此短暂的时间内,“当然,在六亿年前的这几千万年,虽然对于人类已经是如此的长了,但是跟地球已经接近35亿年的生命存在,的确是非常短的时间。”出现如此多的种类。我不想再次重复那些无聊的猜测。

只是来谈一谈我自己的一些观点。

首先,多细胞生物相对于单细胞生物,在现在的自然条件下,的确有非常大的优势,但是在地球的历史上的某些阶段中,确实单细胞生物具有绝对的优势。比如说,太阳的活动剧烈,或者外界有大量的流星冲击地球,或者大规模的火山爆发,等等。这些情况下,多细胞生物的存在的确是很困难的。

那么,在寒武纪之前制约多细胞生物存在的主要原因是什么?是空气中氧气的含量。空气中的氧气含量,是在绿色光和生物出现之后,才从没有而逐步上升的。空气中的氧含量在五亿年前达到了顶峰,占空气中总量的约1/4。这个时候,地球上存在过一些巨型的昆虫和节肢生物。同这些巨大的节肢生物一样,绝大多数的动物的体积大小与空气中的氧含量直接成正比。有研究表明,当空气中氧含量降低到15%以下的时候,燃烧便不会存在,目前生存的绝大多数动物种类会有很大的困难。当氧气含量降到10%以下的时候,臭氧层将消失。地球将一览无余的置于紫外线的杀伤之下。除了海洋生物和某些单细胞,那时恐怕没有什么能够存活下来。所以我们有理由相信,在六亿年之前,地球的空气氧含量不超过10%的时候,臭氧层同样是不存在的。所以,多细胞生物和大型生物绝对不可能登陆,即使在海洋中,他们的存在也同时受到氧含量的制约, 而变得不大可能。

之所以说到这些,是因为想让大家明白一个道理,即使产生了适合生物进化的突变,而外界的环境不允许的话,这种进化也是没有可能发生的。李福贵说“超出时代半步,因为超出时代一步是要被烧死的”。可以作为这段历史的注解。

(待续)

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家园 这样

把人分解三种成分后,这个问题就好办了,人是生物的人心理的人和社会的人。

家园 提一个荒诞的问题: 假如时光逆转,地球一下子又回到40亿年前

你说阐述的所有一次又重新回到了起点。那么我的问题是:如果再来一次,那么经历过数十亿年的时间,地球上的生物还会是我么今天这个样子吗?

也就是说,我们整个进化的过程是可以Repeat的吗?是千回万转终究会走到这条路上来的吗?今天这个样子是偶然的,还是必然的,唯一的结果?

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