生命是什么王立铭-电子书在线阅读-免费下载-读后感

原创 loveyou i  2019-04-09 10:24  评论 0 条

生命是什么王立铭

王立铭 (作者),类似书籍推荐:《上帝的手术刀》《被狩猎的人类》《极简算法史》。

王立铭从砖头瓦块到生命大厦

从维勒的尿素到米勒的烧瓶,建造生命的原材料问题得到了部分解决。看起来不管是在实验室的烧瓶里,还是在远古地球的环境中,制造出组成地球生命大厦的砖头瓦块,应该都不是什么难事。在今天的实验室里,我们更是可以轻而易举地制造出地球生命体内最复杂的物质。

一个例子是蛋白质分子的制造。我们已经讲过,蛋白质分子是生命现象最重要的驱动力,是绝大多数生物化学反应的指挥官。它们一般由少则几十个多则几千个氨基酸分子按照特定的顺序首尾相连而成。这条氨基酸长链在细胞内折叠扭曲,像绕线团一样,形成复杂的三维立体结构。蛋白质分子就像精密设计的微型分子机器,它们的功能往往依赖这种特别的三维结构。在一个蛋白质分子中,哪怕有一个氨基酸装配的错误、一丁点三维结构的变形,都可能彻底毁掉这台分子机器。

而在今天的实验室里,我们已经可以利用化学合成的方法,以 20 种氨基酸单体为原料,组装出这样的精密分子机器。

我们耳熟能详的中国科学家人工合成牛胰岛素的工作就是一个很好的例子。牛胰岛素是一个由 51 个氨基酸、两条氨基酸链组合而成的蛋白质分子。如今已经有商业化的机器可以完成这项任务(当然,受到技术限制,这条链还不能太长)。与此同时,我们也可以用更巧妙的方法,让细菌或者其他微生物来帮助我们批量生产想要的蛋白质分子。

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另一个很好的例子则是 DNA(deoxyribonucleic acid,脱氧核糖核酸)——地球上绝大多数生命体用来存储遗传信息的物质。不管是直径只有几微米的细菌,还是人体内上百万亿个细胞,在这些细胞的深处,都小心翼翼地珍藏了一组 DNA 分子。对于每一个细胞而言,DNA 分子代表着来自祖先的遗传印记,也决定了它自己的独特性状。和蛋白质分子类似,DNA 也是由许多个单体分子首尾相连形成的链条。但是作为遗传信息的载体,DNA 分子的化学性质其实比蛋白质分子更简单。它的组成单元只有区区四种核苷酸分子。而且和蛋白质不同,DNA 的结构可以看作一维线性的:四种核苷酸分子的排列顺序形成了某种“密码”,记载着决定生物体性状的信息——从豌豆种子的颜色,到人类的相貌、身高和智力。我们在接下来的故事里会讲到,DNA 密码的书写规则其实很简单,三个相邻的核苷酸形成一个密码子,决定了蛋白质分子中一个氨基酸的身份。

我们现在已经可以用化学合成的方法组装出一段 DNA 分子,或者动用天然存在的 DNA 复制机器——DNA 聚合酶——组装 DNA 分子。在美国科学家克雷格 • 文特尔(Craig Venter)的实验室里,人们甚至已经可以合成一种微生物(丝状支原体)的整套 DNA(见图 2-1),并用这段长达 107 万个核苷酸分子的环形 DNA 彻底替代了丝状支原体原本的遗传物质。这项成就被称为“合成生命”的起点。而如果仅仅考虑合成 DNA 的长度,人类还可以走得更远。例如,2017 年初,美国哥伦比亚大学的科学家人工合成了总长度达到 1440 万个核苷酸分子的 DNA 链,并且利用 DNA 编码规则,在里面存储了一整套计算机操作系统和一部法国电影能在实验室创造如此复杂的生命物质,那生命的本质就此得到解释了吗?并没有。

尽管从尿素合成、米勒 - 尤里实验到人造蛋白质和 DNA,人类制造复杂生命物质的能力得到了飞速提升,但这些进展并没有真正帮助我们理解生命是什么以及生命从何而来的问题。

因为常识告诉我们,一大堆生命物质简单地混在一起,并不会自然地变成生命。一瓶蛋白粉不会自己变成花花草草——即便混了 DNA 进去也不行。反过来,当生物死亡的时候,组成它的生命物质可能原封不动地保留下来了,但是生命现象却仍然不可逆转地消失了。换句话说,生命物质和生命现象之间一定存在着一条虽然不为人知、却难以逾越的界限。

历史上的今天:

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