——DNA 的生與死"/>

亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        從恐龍說開去
        ——DNA 的生與死

        2022-12-09 06:23:06趙言昌
        科學(xué)大眾 2022年22期

        □文/趙言昌

        供圖/視覺中國

        要說到2022 年票房火爆的那些電影,《侏羅紀(jì)世界3》一定占有一席之地。自從6 月10 日在國內(nèi)影院上映以來,《侏羅紀(jì)世界3》便表現(xiàn)亮眼,成為暑期檔不可小覷的一股力量,票房最終突破10 億元。

        作為“侏羅紀(jì)”系列的完結(jié)篇,《侏羅紀(jì)世界3》的陣容比以往更加強(qiáng)大。除了“老朋友”雷龍、滄龍、霸王龍,還出現(xiàn)了身披羽毛的火盜龍、頑皮可愛的迅猛龍寶寶。恐龍一直是個讓人激動的話題,無怪乎,又有人開始問:“能不能復(fù)活恐龍呢?”

        DNA 的死亡

        復(fù)活恐龍的想法很誘人,只是很難找到恐龍的DNA。

        說起生物學(xué)家,你可能很自然地想到一群穿著白大褂、搖晃玻璃管的人,其實(shí)生物學(xué)家也經(jīng)常“動粗”。2012 年,丹麥科學(xué)家摩頓·艾倫多夫領(lǐng)導(dǎo)的研究小組就動起了電鉆——在對158 根恐鳥骨骼進(jìn)行取樣和分析之后,他們發(fā)現(xiàn),DNA 的半衰期是521 年。

        知識鏈接

        DNA分子由兩條長鏈組成,看上去像旋轉(zhuǎn)的樓梯一樣互相盤繞,構(gòu)成了規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA 在蛋白質(zhì)的幫助下多次盤繞、折疊,組成了染色體。

        生物課本上說,DNA 看上去像是旋轉(zhuǎn)的樓梯。其實(shí),DNA 和樓梯還有一個共同之處:它們都由更為基本的材料構(gòu)成。樓梯由鋼鐵、玻璃、石頭等修建,而DNA 的基本組成單位叫作脫氧核苷酸。依據(jù)攜帶堿基的不同,又可以將脫氧核苷酸分為4 類:帶腺嘌呤(A)的、帶鳥嘌呤(G)的、帶胸腺嘧啶(T)的、帶胞嘧啶(C)的。鋼鐵、玻璃、石頭的組合方式,決定著樓梯的形態(tài);與此類似,DNA 攜帶的信息實(shí)質(zhì)上就取決于4 類脫氧核苷酸的排布順序。

        核苷酸與核苷酸之間,也需要水泥一樣的黏合劑。具體一點(diǎn)說,要用到兩種力量:一種是分子內(nèi)作用力,比如共價鍵,將核苷酸連接成長鏈;另一種是分子間作用力,比如氫鍵、范德華力,將兩條長鏈連接在一起,形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

        問題在于,這些力量不是永遠(yuǎn)存在的,而是受到各種因素的影響,比如水分多寡、紫外線強(qiáng)弱、蛋白質(zhì)是否“聽話”、周圍有沒有細(xì)菌等。健康的生物,內(nèi)在環(huán)境較為穩(wěn)定、有序。等生命到了盡頭,維持秩序的力量消失,核苷酸與核苷酸之間的連接便漸漸崩壞,DNA 攜帶的遺傳信息也隨之漸漸消失。

        每過521 年,核苷酸之間的連接就消失一半。由此推算,最理想的情況下,骨骼中的DNA 大約可以保存150 萬年??铸垳缃^大致發(fā)生在6 600 萬年前,這意味著,我們幾乎不可能在恐龍化石中找到DNA。

        DNA 的工作

        那么,能不能在沒有DNA 的情況下復(fù)活恐龍呢?

        恐鳥骨骼標(biāo)本

        DNA 雙螺旋

        你也許會脫口而出:“不可能,因為DNA 是生物的遺傳物質(zhì)?!睕]錯,除了RNA 病毒、朊粒等特殊例子,絕大多數(shù)生物的遺傳性狀由DNA 決定。那么,到底是怎么決定的?

        常言道:“眾口難調(diào)?!蹦孟悴藖碚f,有人非常喜歡,也有人避之唯恐不及。2012 年的一項研究顯示,這種差異可能來自嗅覺受體。嗅覺受體是一類特殊的蛋白質(zhì),它們可以與空氣中的氣味分子結(jié)合,進(jìn)而激活神經(jīng)元,讓我們產(chǎn)生特定的感覺。

        是“誰”將這些蛋白質(zhì)制造出來的?主要功臣是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)。tRNA 長得像三葉草,功能則好比叉車,可以將氨基酸運(yùn)到指定的位置,以便組合成蛋白質(zhì)。

        又是“誰”告訴tRNA 將氨基酸放到哪里?奧妙在tRNA 的另一頭,上面分布著3 個堿基。前面說到,兩條DNA 長鏈之間存在氫鍵。其實(shí),氫鍵的結(jié)合發(fā)生在堿基之間。而堿基的結(jié)合,十分專一。比如說,組成DNA 的4 種堿基中,腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)拉手,鳥嘌呤(G)偏愛胞嘧啶(C)。

        當(dāng)tRNA 帶著氨基酸游走的時候,很快會遇到一個合格的“指揮者”——信使RNA(mRNA)。mRNA 看起來像是DNA 單鏈,只是核苷酸數(shù)目較少。或者我們可以說,mRNA 如同一把縱向切開的梯子。梯子中間的橫檔,便是核苷酸向外伸出的堿基。依靠堿基之間的結(jié)合規(guī)律,mRNA 可以指揮tRNA,將氨基酸放到合適的位置。

        堿基配對原則

        知識鏈接

        血親之間一般具有明顯相似的形態(tài)特征,這種可以遺傳的特征叫作遺傳性狀,由基因(特定核苷酸序列)決定。有的性狀由一對基因決定,有的由多對基因控制,還有的受到先天基因、后天環(huán)境雙重影響。

        mRNA 也有4 種堿基:腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)。尿嘧啶雖然與胸腺嘧啶有些區(qū)別,在結(jié)合偏好上卻完全一致。因此,DNA 只要將自身的核苷酸排布順序告訴mRNA,便能通過上述機(jī)制指揮蛋白質(zhì)的合成,進(jìn)而利用蛋白質(zhì)調(diào)控各種各樣的生理活動,比如影響我們對食物的感覺。

        mRNA 與tRNA

        人類的體細(xì)胞中有23 對染色體,其中常染色體22 對,用數(shù)字1~22 表示,性染色體1 對,用XX 或XY 表示。

        目前認(rèn)為,11 號染色體上的基因與嗅覺關(guān)系密切。除此之外,它還影響著神經(jīng)的發(fā)育、胰島素的調(diào)節(jié)。神經(jīng)活動決定了我們的喜怒哀樂,而胰島素是能量代謝的重要推手,影響著身體利用營養(yǎng)物質(zhì)的能力。

        當(dāng)然,遺傳性狀固然重要,卻不是生活的全部。舉例來說,帶有某些基因的人更容易患上心腦血管疾病,不過,控制飲食、注意運(yùn)動可以在一定程度上抵消基因的影響。至于智力、志趣、性情,就更復(fù)雜了,后天的影響才是決定性因素。

        知識鏈接

        遺傳信息不是一成不變的,變化的結(jié)果可能有利于生存,也可能不利于生存。運(yùn)用這一原則,我們可以使用物理、化學(xué)刺激引誘植物突變,然后從中選出性狀優(yōu)良的。

        DNA 的成長

        于是,下一個問題又來了:為什么大多數(shù)生物不約而同地選擇了DNA 呢?遺傳信息大致按照從DNA 到RNA 再到蛋白質(zhì)的順序釋放。為什么要繞這么一個圈子,而不是以蛋白質(zhì)或RNA 為遺傳物質(zhì)呢?

        直接用蛋白質(zhì),恐怕有一點(diǎn)麻煩。拿人類來說,一個細(xì)胞內(nèi)部就可能有數(shù)萬種蛋白質(zhì),至于我們體內(nèi)一共有多少種蛋白質(zhì),至今仍然不太清楚。相比之下,組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸只有20 種。利用DNA 記錄氨基酸的組合方式,看起來繞了遠(yuǎn)路,實(shí)際上更為高效。

        直接用RNA,則會遇到變異問題。前段時間的新聞里經(jīng)常提到新冠病毒BA.5 毒株,“BA.5”是什么意思呢?可以理解為族譜的編號。為了準(zhǔn)確命名新冠病毒,科學(xué)家們按照基因上的親疏,給它們繪制了“家族樹”。BA.5由B.1.1.529突變而來,后者的父系是B.1.1,B.1.1又是B.1毒株突變的結(jié)果……遺傳信息在傳遞的過程中,難免出現(xiàn)一些變化,這就是為什么新冠病毒出現(xiàn)不到3 年,變種已經(jīng)如此之多。

        本文采用時間序列分析方法,通過時間切片將原始連續(xù)數(shù)據(jù)分割成一系列狀態(tài)矩陣,對矩陣可視化,將狀態(tài)矩陣轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的圖像表征數(shù)據(jù)(本文稱為狀態(tài)圖),狀態(tài)圖作為預(yù)測模型的輸入.

        DNA 卻穩(wěn)定得多,雙鏈相當(dāng)于雙重保險。而且DNA 更長,編碼的蛋白質(zhì)更多。其中一些蛋白質(zhì)可以檢查DNA 中的核苷酸排列,假如出現(xiàn)錯誤,又有另一些蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)修復(fù)。因此,平均來說,DNA 每輪復(fù)制中,核苷酸出錯的概率只有十億分之一。

        遺傳物質(zhì)的組成

        DNA 的誕生

        知曉DNA 的優(yōu)秀之后,很容易想到一個問題:最初的DNA,從何而來呢?

        首先,早年間的地球上,哪里來的核苷酸?有些學(xué)者認(rèn)為來自隕石。比如20 世紀(jì)60 年代,科學(xué)家們就在隕石中檢測到了腺嘌呤等堿基。也有學(xué)者認(rèn)為,它們自然而然地就出現(xiàn)了。

        1953 年,美國學(xué)者斯坦利·米勒搞了一個稀奇古怪的實(shí)驗裝置。裝置是封閉的,以免受到外界污染,里面只有一些小分子物質(zhì),如水、氫氣、甲烷等。按照當(dāng)時的看法,原始海洋的成分也是如此。此外,該裝置還有加熱、放電的部件,用以模擬早期地球上的高溫和閃電。一周之后,他在里面檢測到了許多大分子物質(zhì),比如氨基酸。

        不管來自天外還是自然生成,總之,在某個時刻,地球上出現(xiàn)了包括核苷酸在內(nèi)的大分子物質(zhì)。這就引出了一個新的問題:什么力量讓核苷酸組成了長鏈?2000年前后,學(xué)者們發(fā)現(xiàn),黏土可以促使核苷酸連接,比如蒙脫石。

        蒙脫石你可能沒見過,蒙脫石散多半吃過。拉肚子的時候,醫(yī)生會開這種藥。蒙脫石散看起來像面粉,吃起來有點(diǎn)甜。如果將其放到顯微鏡下,可以看到許多小孔。這些小孔內(nèi)部藏著金屬離子,對人體來說,它們可以吸附細(xì)菌、病毒等有害的物質(zhì);若是遇到核苷酸,又會起到催化劑的作用。早年間的核苷酸,可能就是在類似機(jī)制下變成了或長或短的鏈條。

        接下來,就是進(jìn)化的問題。如果將原始海洋比作一鍋湯,早期的核苷酸、氨基酸就像其中的米粒。核苷酸以隨機(jī)的方式結(jié)合,可能出現(xiàn)毫無意義的核苷酸鏈,也可能恰好像tRNA 那樣掛住氨基酸,甚至可能出現(xiàn)與mRNA 類似的復(fù)雜形態(tài)。不管哪一種,如果附近有游離的核苷酸,它們就可以在一定條件下復(fù)制自身;如果沒有,大不了在時間作用下逐漸消失——為什么要往DNA的方向演化呢?

        在早期地球中,必然有一雙負(fù)責(zé)篩選核苷酸鏈的“手”。帶著這樣的想法,有些學(xué)者將目光放到了海底——

        大約40 億年前,幽深的海底深處,大地露出了自己的胸膛。在巖漿的驅(qū)使下,冷與熱、酸與堿彼此交織,形成了充滿孔洞的石頭。

        米勒和他的實(shí)驗裝置

        疊層石記錄下了最早的微生物

        最早的大分子物質(zhì),就出現(xiàn)在這些石頭里。依靠分子間或分子內(nèi)的作用力,它們開始了盲目的結(jié)合,演變出各種各樣的形態(tài)。慢慢地,其中的某些核苷酸鏈像mRNA 一樣具備了合成蛋白質(zhì)的能力。蛋白質(zhì)一方面可以修復(fù)錯誤,讓核苷酸變得更穩(wěn)定;另一方面參與物質(zhì)代謝,為核苷酸復(fù)制提供更多原料。于是,當(dāng)它們的子代沿著小孔進(jìn)入其他孔洞時,輕易“擊敗”了那些只知道利用既有物質(zhì)復(fù)制自己的核苷酸鏈。

        小行星時不時落到地球上,引起遮天蔽日的塵埃。地球慢慢出現(xiàn)了磁場,它在南北極與太陽風(fēng)交匯,激發(fā)出炫目的極光。核苷酸鏈對此一無所知,只知道盡量忠實(shí)地復(fù)制自己。

        第一次復(fù)制,沒有什么特別的事發(fā)生;第二次復(fù)制,仍然沒有什么大的變化……如此堅持了5 億年,在35 億年前的某一天,終于出現(xiàn)了第一個單細(xì)胞生物。

        結(jié)語

        《侏羅紀(jì)公園》里有一句名言:“生命總會找到出路。”DNA 不懂得判斷,只知道不知疲倦地自我復(fù)制。正是這種堪稱悲壯的嘗試,催生了世間萬物。

        美國心理學(xué)家馬丁·塞利格曼提出過一個“習(xí)得性無助理論”:將動物放到不可擺脫的困境中,它們會慢慢學(xué)會沮喪,哪怕情況發(fā)生變化,也沒有再次嘗試的勇氣。類似的現(xiàn)象,同樣出現(xiàn)在人類身上。人們會因為多次失敗,對運(yùn)動、學(xué)業(yè)乃至家庭生活絕望,打心眼里認(rèn)為不可能,拒絕再試一次。這或許是身為高等動物的代價,我們會根據(jù)既往的經(jīng)歷,決定自己的行為。

        也許,這就是了解DNA 的意義:只有暫時跳出自我的界限,才有可能理解生命的偉大。

        91偷拍与自偷拍亚洲精品86 | 久久国产品野战| 精品人妻一区二区三区蜜臀在线| 人妻久久一区二区三区| 人妻中文字幕无码系列 | 免费精品美女久久久久久久久久| 日本高清人妻一区二区| 日韩无码专区| 亚洲精品无码久久久久秋霞| 久久国产亚洲AV无码麻豆| 精品久久一区二区av| 日本强伦姧人妻一区二区| 精品少妇人妻av一区二区| 国产a级精精彩大片免费看| 国产精品又污又爽又色的网站| 欧美日韩午夜群交多人轮换| 成在人线av无码免观看麻豆| 丰满熟妇人妻无码区| 青青草手机视频免费在线播放| 国产七十六+老熟妇| 国产亚洲精品aaaa片app| 老熟妇高潮av一区二区三区啪啪| 精品亚洲第一区二区三区| 无遮挡h肉动漫在线观看| 亚洲AV无码一区二区三区ba| 青青草视频网站免费看| 成人日韩熟女高清视频一区| 免费无码毛片一区二区三区a片| 在线观看精品国产福利片87| 日韩有码在线一区二区三区合集 | 免费观看日本一区二区三区| 国产无夜激无码av毛片| 日本一区二区不卡视频| 日韩av免费在线不卡一区| 白嫩人妻少妇偷人精品| 欧洲一卡2卡三卡4卡免费网站| 亚洲欧美日韩精品高清| 一区二区三区中文字幕在线播放| 男女做爰猛烈啪啪吃奶动| 国产精品久久久久久久久免费观看| 偷拍一区二区三区黄片|