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生命是动态平衡的过程

来源:科技日报 作者:孙正凡 2017年06月16日 06:33
[导读] 

生命是什么?这是个充满了哲学味道问题。物理与生物之间、分子与生命之间、生命与环境之间,这些复杂关系保持微妙的平衡,构成了如此丰富如此美好的世界。对此,生物学家进行科学探索,发现生命的基础运作机制,这有助于我们破解人类最久远的困惑。日本青山学院分子生物学教授福冈伸一的《生物与非生物之间》,促使我们跟科学家一起沉思“生命是什么”。

“生物与非生物之间”本身就是科学史上的一个重大问题。

人们曾认为,无机物和有机物之间有森严壁垒,但生物化学的发展让科学家发现,界限其实是模糊的。通过化学手段,我们可以人工合成具有生物活性的物质,比如中国非常有名的牛胰岛素的合成。

但有些界限依然森严。比如生命是如何起源的,至今我们还没有接近的答案,科学家们也从来没有凭空制造出生命。作者在大学里的第一堂生物课,老师问:“我们能在一瞬间判断出眼前的东西是生物还是非生物,那么判断的标准是什么呢?生命到底是什么?”问题的答案依然是科学地平线上不可企及的远景目标。

薛定谔曾在《生命是什么》中预言,尽管生命活动受到基础物理定律的约束,但由于结构不同,大量原子分子组成的生物有不同于物理学的规律,生命存在的条件和方式决定了很多生物学规律是无法被归结简化为物理学基本定律的。事实上,构造变化和复杂程度每增加一步,其中起作用的规律可能都是有差异的。

正是对其中规律性认识的逐渐深入,在物理、化学等学科的介入之下,古老的博物学逐渐升级为生物学,生物学逐渐分化为分子生物学、发育生物学、演化生物学等各个分支,它们各有各的研究方向,又相互交叉渗透。

自从沃森和克拉克揭示了DNA双螺旋结构,分子生物学成了主流,正如福冈所说:“生命的钥匙就在其中”。DNA可以由四种碱基A、T、C、G表示,三个碱基组合对应一种氨基酸。在消化系统中,我们吃进去的食物被分解成小分子,组装成氨基酸,它们进入细胞之后,DNA机器又负责把氨基酸联合组装为蛋白质。

福冈曾经在哈佛大学医学院做研究,研究对象是GP2基因,这种基因对应的蛋白质对动物细胞膜有重要意义。研究的方式是从小鼠的基因中敲除GP2基因,也就是培育不带有GP2基因的小鼠,理论上来说,这样的小鼠胰脏细胞膜会出现严重异常,带来严重的糖尿病。福冈所在的研究组花费了巨额资金,成功培育了GP2敲除小鼠,核算下来每只小鼠花费高达4万元,但是意外出现了——小鼠的生命活动完全健康,它们的胰脏细胞也没有丝毫异常!

这次实验失败了吗?并非如此,在科学实验中出现“零”结果同样具有重要意义,甚至这样“意外”的结果更能说明深层次的问题。福冈由此发现,我们需要修正生命本质的概念。

生命不止是具有自我复制功能的机器,它更是动态平衡的过程。在DNA中存在大量“沉睡基因”,它们曾经被称为无用基因(在人类基因组中比例高达98.5%)。但生命成长过程中,从受精卵开始的发育过程,每一步都是动态平衡的,这意味着生命体带有强大的自我修复功能。当生物学家们敲除某个基因之后,有些基因的功能无可替代,会影响生命体的健康甚至生存;而GP2这样的基因虽然被敲除了,但发育过程的路线图也因此被改变,可能某些具有替代作用的“沉睡基因”被唤醒,从而修复了GP2基因对应的功能。

福冈把生命体视为不可逆的时间洪流中的折纸作品,一旦被折叠起来,就无法拆开。我们虽然理解了生命现象中的许多重要问题,但恐怕还有更多问题是未解之谜,甚至连问题本身也尚未发现,这一切都证明了一件事——人类不可能像操纵机器那样操纵生命。对于致力破解生命奥秘的人类来说,研究才刚刚开始。

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[责任编辑:xiangzheng]
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