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主题:【原创】生命其实很简单(一)前言 -- 水风

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家园 蛋白是生物界的政客,核酸是生物界的奸商

为什么受伤的总是劳苦大众?

家园 写得太好了

佩服啊佩服。。。。。。

家园 就象听一位厨艺大家介绍拿手菜,口水急的滴滴滴.等着.
家园 被奴役的蛋白质 (3)

在核酸与蛋白质的关系中,蛋白质无疑是始终处于下一级的地位。核酸可以凭借着全套的核酸机器,生产出蛋白质,并利用生产出的蛋白质,来加速自己的复制,修复,以及生产更多的蛋白质。不客气地讲,蛋白质的地位和奴隶很相像,要做绝大多数的活,但是生死大权却是掌握在那些无所事事的核酸老爷手中,尽管来自相残杀的还是蛋白质。核酸是如何控制蛋白质,并使之成为自己的工具的过程,是现代生物学和化学最不清楚地一部分。妖道只能凭借现存的一点点蛛丝马迹来推断最早的情形。所以这一部分,也是最不可信的一部分。

核酸在进化的早期,依据自身可以形成配对双螺旋的特性,很快就占据了自我复制排行榜的首位。第一次出现可以完全自我复制的大分子,的确让大家大吃了一惊。但是时间一长,这种可以自我复制的把戏就被人看透了,因为只有非常简单的结构,才能够凭借自己的力量迅速完成这个过程。结果那些长度增加,复杂度增高的核酸,发现自己很快被淹没在那些无意义的短序列中,自我复制始终只能象小孩过家家一样,玩玩而已。整个生命的前期过程遭遇到了第一个瓶颈问题:如何保证自我复制的条件下,增加个体的复杂度。这牵扯到一个向更高一级演化的过程,过不了这一关,生命就无从谈起。

这个时候,两条平行的进化路线出现了。一条是在核酸中寻找伙伴,随着原始汤被区域化,然后又重新融合,连续几次的过程。几个核酸暴发户得以凑在一起,形成暂时性的联合。这些联合当中,绝大多数的联合是无意义的,并不能对个体的存在提供什么好处。但是,随着时间的推移和各种联合体存在的可能性的进一步提高,就像乐透彩终归要有人中将一样。具有更高效率,更准确的复制的联合开始出现了,这些联合无疑会因为这些合作相应,进一步巩固这些联合的存在,并大大的扩张了这些联合存在的区域。

而在同时,在某些区域占有主导地位的核酸终于迎来了一个新的伙伴家族,短肽。短肽复杂多变的侧链集团,赋予了短肽高度的活性,可以大大提高某些特定反应的速度。一个具有催化作用的短肽可以在短时间内将与之配合的核酸含量提高几十倍甚至上百倍。

我们前面提到的某些具有更高的复杂度的核酸分子,因为这些新成员的介入,得以提高自己的浓度,从而参与到了进化的行列中来。

短肽的介入只是一个偶然事件,因为此时还没有让短肽精确复制的机制存在。核酸与短肽的联合将随着短肽的消亡而烟消云散。但是,这些受益于短肽的核酸序列却从此留了下来,在大规模的核酸混合体中占有了一席之地。

与此同时,一些看起来毫不相关的核酸产生出了催化短肽生成的能力,这些核酸将成为奴役蛋白质计划的第一批人手。然而此时,他们还是默默无闻的存在于流行的短序列中。

另外一些偶然的进化是某些核酸序列具有了将氨基酸(短肽的基本结构单位)连接在另外一个核酸上的能力。而这些核酸,无疑是在当时占有主导地位的短序列。

当第一个可以几乎自我复制的核酸联合体出现的时候,所有这些在现代蛋白质合成中占有主导地位的核酸序列还都是默默无闻,有些根本还没有来得及出现。但是,在以后的十几亿年间,这些必要的零部件回一个个的出现,并被完全偶然的事件逐渐汇聚到了一起,产生出第一台短肽生产机器。

但是,这台短肽生产机器生产出来的产品,也许是极端无聊的重复,也许是没有任何功能的杂乱序列。但是,随着时间的推移,某些蛋白生产机器可以产生出一些有催化作用的短肽,而这些短肽反过来又推动着可以生产他们的机器在核酸王国中占有更加重要的地位。

时间,可以唯一可以忽略概率的单位,几亿年的时间足以使任何小概率事件发生一两次,甚至几十次,几百次。这些具有高度复制性的核酸组合一旦被产生出来,其存在的可能性就不再是小概率事件了。而是具有比其它的组合更大的生存可能。以后的每一次正方向的推动,也都是以同样的方式被固定了下来。

最终,一个成熟的蛋白质生产机器,一组高度配合的核酸被生产了出来。从第一个可翻译序列的出现,到越来越多的核酸被蛋白质取代原有的工作,还是一个漫长的时间。但是,相比第一台机器的出现,以后的改进工作要快得多。

就这样,蛋白质成为了核酸王国的第一个奴隶。


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家园 期待版主的帖子

非常期待您把故事讲完。我还一直惦记着您为什么转行这件事呢。

现代对于癌症细胞的观点,好像是跟您理解得有些出入。

如何获得癌症,其实跟如何把一个欣欣向荣的公司给搞得乌烟瘴气,不受控制是一个道理。首先,正常细胞的所有过程都是受到严格控制的过程,正常的公司也一样。要搞得不可收拾,那么不是一个人可以做到的,即使是总经理疯了,也有相关的权力机构来限制并改正这个错误,实在不行,就撤销掉。(被体内的免疫系统销毁)但是,如果第一个错误被忽视掉了,那么,第二个错误的出现就会把事情搞得更糟,但是,还没有到不可收拾的地步。对于癌症,这个时期是良性肿瘤期。对于公司,是流言四起,人心惶惶的时候。这个时候,出现第三个致命错误的几率就会大大增加,因为公司(或者细胞内的)监视机制已经是名存实亡了。而第三个错误的出现,并不一定就是致命的,但是,任何一个致命的错误一旦出现,就会造成无法挽回的损失。

癌症细胞其实是一个混合体,里面聚集了包括本分良民,偶尔捣乱的调皮孩子,惹是生非的地痞流氓和十恶不赦的大坏蛋。真正致命的是那些完全不受控制的大坏蛋们。这里所说的不受控制,是指那些癌症细胞已经完全转型成了可以告诉分裂,吞噬一切有用资源的家伙。癌症病人其实在更多程度上是死于正常身体细胞的营养不良和器官衰竭。(这就扯远了)

胚胎细胞的分裂则是完全受到控制的,尽管早期十几次分裂是连续不断的,但是,一旦达到了原定分裂的次数,他们就不会再分裂。也就是说,那是几次连续分裂就是已经程序设计好了的,是正常发育的一部分。

癌症细胞和胚胎细胞在某些方面是类似的,但是区别也是巨大的。至于干细胞的多能性,我了解得不多,欢迎那位专家来给我们讲一讲。

家园 应该是DNA链条上最末一段是一段可能被损伤的部分

随着细胞的分裂,这种损伤还会被传递下去。这样,当损伤将这一段破坏到无以复加,细胞就无法分裂了。 -- 当然它自然也会损坏的,这叫做老化。

这样,比如人的面部细胞,比较容易受到损伤,因此能够产生的新细胞逐渐减少,质量下降,人的面部也就日趋老化,相对而言,屁股上的皮肤不暴露在外,岁数大的人可以比较一下,大概屁股上的皮肤比脸上还要好些 :)

癌细胞,恰好是可以把这段信息错误传递,从而保持旺盛的分裂能力,从而挤垮正常的细胞。

不过,也可以考虑将癌细胞这个功能用在正常细胞的维护和增殖上,如果能够成功,所谓返老还童并不是不可能的事情。

-- 这个我老婆小魔女讲的,她的水平一知半解,我的听力二百五,理解对了没有一点儿把握也没有,姑妄听之吧

家园 PF哇!这么深奥的东东可以用这么有趣的方式科普一哈呀!

在这些最早出现的自身催化剂暴发户中,逐步出现了友谊的存在,偶然几个暴发户凑在一起,发现可以大大增加这一小撮坏家伙合成的速度,从而进一步增加了这些物质的含量,并进一步增加了合成速度。

......象不象头几天闹的热热闹闹的几家足球俱乐部?

然而好景不长,外界狂暴的大自然,很容易就可以摧毁这些短暂的组合。

......这就是指的足协了.

家园 门外汉问题

“染色体这种平常稳定,在复制分裂的时候又很不稳定这种特性”

既然染色体有这种特性,照理应该有不少新物种才对,为何这几千年未见新物种呢?是否这几千年的时间还是太短?

家园 勘误

"另外一些偶然的进化是某些核酸序列具有了将氨基酸(短肽的基本结构单位)连接在另外一个核酸上的能力。"

似为“另外一个氨基酸/短肽“更妥?

家园 我的理解

稳定与不稳定的平衡

就如帖主所说的,为了达到存在与复制这两个目的,生命体必须在两者之间找到一种平衡。而我的理解是这种平衡可以在生命体本身的定义中找到源泉。稳定源自于存在的需求,不稳定源自于复制的需求。不稳定性与其说是为了适应环境的变化而变化,不如说是为了拥有与环境交流的能力。举个极端的例子,铅稳定是稳定了,但是这种稳定使其丧失了一切与周边环境交流的能力,因此永不可能有铅基的生命。适应环境的变化而变化我觉得更应该归于进化的范畴。

好贴,望继续,过了前面这些hand waving,后面的一定更精彩。

家园 试答一下

因为这种不稳定,是一种无奈:为了达到复制的目的而不得不为之。其结果是成为严格控制下的不稳定。这里所说的严格是极端意义下的严格:核酸复制的高保真度只有核酸的数字化编码才能保证。生命体有一套非常复杂的多重机制来确保在这个不稳定的过程中没有多到不可忍受的变化发生。这个变化的忍受阀值是很低的:一个关键蛋白质的一个氨基酸改变。

家园 也请谈谈生物的自主意识是如何产生的
勘误
家园 我这是猜测原始tRNA的起源

这个好像是没有错,似乎单纯的核酸催化加氨基酸到短肽上面的反应是很困难的。具体原因未知。

家园 这的确是一个非常有意思的话题

只是意识的产生是最复杂的自然现象之一,我以后会另开一题,单独讲一讲一点粗浅的理解。如果在这里讲,就不是讲生命是简单的了,而是把生物是如何用简单的结构和体系产生出极其复杂的结果。

家园 一个动物新种的产生是非常复杂的过程

举一个例子来讲,我们都见过各种所谓的纯种犬。其实,所有这些形形色色,大小体形相差极大的狗东西都属于一个种,都可以交配产生可育的后代。

但是现在我们的问题是,我们对于已有的生物种类的研究是非常肤浅的,完全不能确定一个新种的出现是因为真的有这么一个新的种,还是历史上就已经存在了的。

但是,相对于动物,植物的新种好像要容易得多。据我所知,从1800年以来,由园艺学家创造出来的新品种(货真价实的新种)就已经有几百种了。举一个例子来说,前一阵子流行无籽西瓜,是由二倍体(染色体的套数,人类有两套,也是二倍体)和四倍体杂交而成的。而四倍体跟二倍体就是完全不同的两个种。在吃的时候会发现某些西瓜有种子,也许有人会骂是假货骗人,但是其中的有一些真的是冤枉了他们,有一些是自发加倍产生了六倍体。得,又是个新种,这样,您就在吐西瓜种的当口又发现了一个新种。

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