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探索生物学在宇宙中的无限可能

时间:2023-08-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:相比之下,生命只有在化学元素本身形成有序、完整结构的情况下才能发挥机能。生命有机体从食物或光中获得能量,并用该能量来维持一个高度有序的状态。目前对于该问题的研究集中在成形素上,这种物质能够影响细胞在胚胎中的分化和位置。癌症源于单细胞在基因方面的损害,这造成了一系列不可控制的分离和生成过程。有一种理论认为再生的关键在于重现在胚胎发育过程中的羊水环境。

探索生物学在宇宙中的无限可能

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什么是生命?

诗人、神学家、科学家都仔细考虑过“什么是生命”这个问题,但却无人给出一个完全令人信服的答案。从科学的角度来讲,这个问题是关于氢气、碳、氧气以及其他元素的原子和分子如何结合形成植物微生物动物人类,以及其他存在于世界上的东西。它们利用所处环境中能量的吸收与释放来生长和繁殖,等它们死亡后又会变成无机物,新一轮的生命又由此开始形成。到底什么是生命?是元素造就了生命?或许可以像奥地利的物理学家埃尔文·薛定谔1994年在其书《什么是生命》中所说的:“发生在生命有机体空间范围内的事物如何用物理学和化学现象来解释呢?”

另一个补充的问题被认为是薛定谔的悖论,即生命是如何成功地避开热力学的第二定律。根据该定律,所有的封闭系统,不管我们说的是试管中气体分子的运动,还是台球桌上台球之间的碰撞,或是整个太阳系的运动,都接近一个最大限度的混乱状态。没有任何外部输入,系统中的能量将会分散、消失,由此引发所有可见秩序和组织的减少。相比之下,生命只有在化学元素本身形成有序、完整结构的情况下才能发挥机能。生命有机体从食物或光中获得能量,并用该能量来维持一个高度有序的状态。有机体是有组织的。正如无机物会腐蚀、消失一样,生命有机体也会腐烂、死亡;两者的差别在于生命有机体会留下种子,孕育下一代。生命一旦出现,便开始扩展,带来更多的是秩序,而不是热力学第二定律所预测的不断增加的混乱。唯一的答案就是生命不是一个封闭的系统。有机体内部秩序的增加肯定远远平衡了整个宇宙中混乱的增加。

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什么引起了衰老?

几个世纪以来,哲学家、炼丹家、卖万灵药水的商人都在寻找着能够长生不老或返老还童的灵药,但希望渺茫,直到后来我们知道了有机体成长、死亡的规律。自从20世纪80年代以后,衰老问题在生物学的理解方面有了突破,相关的研究涉及DNA分子末端线体(端粒)的功能和操作。随着每一个细胞的繁殖,端粒变得更短,因此它的作用相当于一个计数器,计算着细胞繁殖的次数。当端粒消失的时候,细胞停止繁殖,继而死亡。

也许乐天派会说我们所需要的就是找到一种方法来重置端粒的计数功能,或调整DNA使其阻止端粒变短的进程,这样我们就可永葆青春了。端粒酶有这样的功能,正在进行的许多研究也试图找到一种方法使其有助于永葆青春。可问题是怎样才能先让端粒本身进化。在这样的端粒出现之前,人们只想知道,除了外部因素导致死亡,是否生命有机体本身是可以永生的。

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什么引起活细胞的死亡?

除了与端粒相关的衰老过程外,细胞的死亡主要有两方面的原因:坏死(相应的疾病和损害)和死亡(不可避免的生物学上注定要发生的细胞死亡)。死亡,被描述成为一种“自杀式机制”,是对来自细胞外部或内部信号的反馈,每一种信号都可能以多种形式呈现。

细胞死亡的不同原因之间有什么联系,为什么细胞需要经过不断的繁殖和死亡,这些都还是未知的。

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胚胎发育的过程中,不同的细胞是如何知道自己该去哪里的?

人体是由100万亿个细胞组成的,约有200多种类型。开始时是单个卵细胞受精,然后分离,不断地分离产生了无数的细胞。我们的DNA会指示未分化的细胞以适当的比例转变为正确的类型,以此来构建人体,但是这些细胞一旦成形,又是如何知道自己该去哪里的?是什么告诉它们在人体的两端形成头和脚,而在头的那一边形成脑细胞呢?

目前对于该问题的研究集中在成形素上,这种物质能够影响细胞在胚胎中的分化和位置。一些成形素已被鉴定出来,但是知道了细胞方向感的来源并不等于知道了细胞运行的方式。

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身体是如何调节细胞的血液供给的?

为了生存,细胞需要血液供给。血液把营养物质输送给细胞,并带走其产生的排泄物,但这种方式不是直接的,而是通过渗入毛细血管和细胞之间的胞间隙。血管的调节受血管内皮生长因子的影响,这种蛋白质会以多种形式出现,一些是促进血细胞生成的,还有一些是抑制血细胞生成的。如果我们能够完全搞清楚血管内皮生长因子的工作原理,也许我们可以找出一种方法停止癌性肿瘤的血液供给,使其因缺乏赖以生存的营养物质而饿死。(www.xing528.com)

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为什么癌性肿瘤细胞会转移到身体的不同部位?

癌症源于单细胞在基因方面的损害,这造成了一系列不可控制的分离和生成过程。它不知道何时才能停止生长,而最初的癌细胞或肿瘤也突然停止了生长,通过多种途径到达身体的不同部位,并在新的环境中变异为次生肿瘤。如果我们知道这个变异过程的原因和机制,我们也许就能够阻止次生肿瘤的生成。

虚假的知识比无知更危险。

——乔治·萧伯纳(1856—1950)

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为什么一些生物,如火蜥蜴,可以重新长出失去的肢体,而其他动物和人类,却不可以?

火蜥蜴、扁形虫以及许多其他的生物能够很容易地重新长出失去的身体部位,如器官肌肉、神经等。相比之下,人类的再生能力要有限得多:我们可以长出新的皮肤和神经,但想长出整条胳膊或腿是绝对不可能的。我们清楚人体内肯定含有肢体生长所需的基因,否则肢体就不会在胚胎形成时期生长出来。

关于某些生物能够重新长出肢体的研究以及其胚胎发育的研究肯定了蛋白质的作用和一些使其启动或关闭的基因的作用。有一种理论认为再生的关键在于重现在胚胎发育过程中的羊水环境。据报道,一些失去肢体的老鼠的试管里有合适成分的话,它们确实有再生能力。另一种理论认为在进化的早期,我们都具有重新长出失去肢体的能力,比如火蜥蜴,扁形虫就一直把这种能力保留到现在,而人类和其他哺乳动物已经丧失了这种能力,这也许是复杂免疫系统的发展阻止了该能力的保留。如果事实确实如此,人体在最初形成时,阻止再生能力发挥作用的机制就已经开始运行了。

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把人体或头部冷冻起来,有没有可能某天又重新活过来?

人体冷冻是人们死后把身体(头部或大脑)冷冻的过程,当事人希望以后可以复活或被治愈。进行这个冷冻过程的美国人的人数在75到200人之间。这个数字包括由于冷冻公司财政困难而被迫解冻埋葬的人们。

但是这样的冷冻能否达成当事人的愿望呢?当人体冷冻学在20世纪60年代早期首次出现时,批评家们非常有理由反对这个涉及冰晶形成的过程,因为这会对组织造成无法弥补的伤害,尤其是对大脑。为了避免这样的伤害,冷冻技术有了很大的改进,即用泵汲送给身体大量的冷冻保护剂,像在南极北极昆虫,鱼类,两栖动物爬行动物身上发现的自然防冻剂这一类的化学物质等。

针对复活这个话题有两派观点:一种认为人死不能复生,没有什么东西可以改变这个事实。虽然美国法律允许人死后将尸体冷冻起来,但仍然没有任何复活的可能性。另一种情况是61名科学家在2010年署名的一封公开信,在他们看来“人体冷冻学是以科学为依据的一次合法尝试,在如今允许的最好条件下,人体冷冻学很可能会保存大量的神经信息使人最终恢复到全面的健康状态”。

当然,那个所谓的“很可能”只是意味着我们对于大脑所储存的信息和记忆在死亡和冷冻过程中的彻底损害量还知之甚少。目前我们不知道某事物是如何运作的,或是什么原因让其停止了运作,我们很可能在将来发现这些原因,并进行弥补。

我们为了不应当知晓的贪欲,沿着金色的道路来到了撒尔马罕。

——詹姆斯·艾尔劳埃·弗莱克(1884—1915)

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