生命的奥秘

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人生的希望在哪里?下一代。下一代的希望在哪里?下下一代。人生的希望就是生命的延续,是永生。为此,我们首先得认识生命。我一直以为,生物学除了一大堆名词之外,还有什么原理吗?简直是太无知了,真可惜,当初学校没有开这门课。近来读了无数生化学家们的研究结果,才明白了生命的奥秘,领略了数学的无处不在。

我们眼见的这个世界分为三界:矿物、植物、动物。物种的起源即是本宇宙的起源,已有大爆炸理论来解释;这三界又各有分层,何止九重天,其间的界限并不明显。矿物加入氨基酸,就有了生命;植物里加入记忆,便有了知觉;动物加入灵性,就会永生。

在19世纪60年代,Darwin提出了进化论。尽管它不被信神的人们所承认,但人类几百年来的观察和记录,早已明辩是非。在20世纪20年代,苏联生化学家Oparin, 英国生物学家Haldane,各自独立提出,有机生命起源于简单的无机分子,在适当的条件下。1952年,Miller和Urey做了一个实验,把水、氨气、氢气、甲烷的混合物,置于不间断的电火花之下,一周之后,有机分子就出现了!其中,2%为氨基酸,生命的组成块。

在显微镜下,我们认识了细胞。原来,所有的有机体都是由细胞组成的,正如物质都是有原子组成的一样。细胞其实是一层薄膜包裹着的分厢,充满了浓缩的化学溶液。最简单的生命,由单种细胞组成,通过一分为二繁殖;复杂如人类的生命,细胞分了组,各组执行特定的功能;而各组之间,又由一个复杂的通讯系统关联着。

细胞中的可见物质,绝大部分是蛋白质(protein),其它是酶(enzyme)。蛋白质是氨基酸(共20种)的聚合体,区别在于链的序列和长度。蛋白质的构造,分为四个层次。首先是氨基酸的线性链接,再折叠,形成三维结构,最后联成一个大的蛋白质。

1920年代,美国生化学家Christian Anfinsen实验发现,RNA的3维结构一旦被干扰,它会立即重新折叠,恢复原形。由此证明,这种结构是最稳定的(1972年诺贝尔奖)。

酶(enzyme)这个词是德国生理学家Wilhelm Kuhne在1878年造出来的。酶的作用是在细胞的代谢过程中,增进化学反应,减少能量消耗;它本身并不消损或改变。1958年的年诺贝尔奖获得者Beadle和Tatum提出,一个基因的功能,就是为了主导一种酶的制造。

一个基因是细胞核里的DNA中的一小段染色体,呈双螺旋体结构,由核糖酸A、T(U)和C、G配对链接而成;每三个一组形成Codon,共有64种可能,足以编码20种氨基酸。基因序列含有遗传信息,在分裂过程中传递。一般的细胞,可以分裂20到50次;而1951年发现的HeLa (Henritte Lacks)细胞,是一种不死的细胞,至今还在不停地分裂着。1996年,世界第一头克隆羊Dolly 诞生,它还生了四只小羊;这表明,成年细胞还能重新生出新的细胞。

一个人的基因序列,有30亿个基对,而且除了孪生外,没有任何两个人的基因序列是一样的。如此大量的信息,如何来分析、对比、预测?只有数学方法:统计、逻辑、优化理论、计算机都得用上。基因研究的目的,就是为了发现基因、改造基因,创造新的生命。

人的大脑有多复杂?这是一个很难回答的问题。因为大脑中的神经细胞及非神经细胞的数量超过1000亿,其中结构及功能之复杂令人类的任何仪器都望尘莫及。瑞士一项名为“蓝脑计划”的研究发现,大脑内存在着数千万个客观物体,以高达7维的网络关系连接在一起,有些地方甚至为11维。大脑神经细胞之间存在一种名为突触的联系,一个神经细胞的突触数量可达数千、上万,结合数以亿计的神经细胞,大脑中的神经细胞之间的突触联系方式之多是无法计算的。所以科学家使用数学方法对其进行模拟分析,结果发现其中处理信息的方式犹如多重宇宙,也许大脑的微观结构奥秘是我们永远无法想像的。

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