生命是一个高度动态的过程,只有弱键能满足这种可逆性的需求 。
结构与功能的关系:“因缘和合”
生物学的主要任务之一,就是“揭示生物大分子的结构及其与功能的关系” 。
大分子具有高级结构,也就是“多级结构层次”,最高级结构决定了分子的功能 。比如,我们把蛋白质的最高级结构(4级)破坏掉,其功能就丧失了 。
最早人们以为,只要一级结构不变就可以自发地恢复高级结构;然而后来发现,该过程通常还需要一类称为“分子伴侣”的蛋白质来帮助才行 。也就是说——
“一级结构”(内因)+“分子伴侣”(外因)= 高级结构(结果)
从系统科学以及哲学的观点来看,这几乎是必然的——事情的发生一定是内因与外因的共同作用 。
所谓内因为因,外因为缘,因缘和合才能实现结果 。
生物学常讲“结构决定功能”,更为严谨地讲,应该是“结构与环境共同决定功能” 。
生命之书:信息的流动
生物学家的主要任务之二,就是“揭示信息在生命中的流动及其作用机制” 。
生命是本书,这不仅仅是一个比喻——
- 字母:碱基(ATGC)
- 单词:密码子(氨基酸)
- 句子:基因(蛋白质一级结构)
- 书册:基因组
“中心法则”——最重要的基石
整个基因组中,只有2%用于编码蛋白,被称为“外显子”,其余98%被称为“内含子” 。原来人们以为,内含子是“无用的”,但是后来越来越多的实验表明,内含子也发挥了重要的作用 。
这从复杂系统演化的视角来看,几乎是必然的,在网络中所有的节点都具有影响力,在不同的条件下发挥或大或小的作用,所谓因果关系只是我们为了理解而适当地归约罢了 。
DNA复制,是一个“高保真”的过程,平均每合成10亿个碱基(字母)只是产生一个错误 。
DNA复制动图
DNA翻译,利用非常巧妙的“同构”策略,将一个系统的结构用另一个系统的结构表现出来,类似于“翻译” 。换言之,生命之书描绘的蓝图通过翻译实现生命大厦的建构 。
不变与变:有性繁殖的意义
遗传学的主要任务,就是“探讨遗传物质(基因型)与性状(表型)之间的关系” 。
有一种表述叫“基因型决定表型”,但是,别忘了上面讲的“因缘和合”,其实更准确的表达应该是——“基因型与环境共同决定表型” 。
从复杂系统的视角来看,基因型对表型的影响力模型,几乎必然是“网络模型”,而这其中有些基因的影响较大,称为“核心基因”,另一些的影响较小或者较为间接,称为“外周基因”(Science,2010) 。
“种瓜得瓜”解释了生命的根本特征——“遗传性”(Heredity)而“龙生九子”则道出了另一个特征——“变异性”(Variation) 。生命的首要任务就是要“平衡”好遗传与变异之间的关系 。
龙生九子,各有不同
大多数动植物都是二倍体生物,即拥有分别来自父本和母本的两套染色体 。比如,人体大约有30万亿个细胞,除了是二倍体的体细胞,就剩下单倍体的生殖细胞了 。要知道,从体细胞形成生殖细胞的过程带来了更多的遗传变异,换言之,有性繁殖的目标,就是增加变异的程度,提高变异的速度 。
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