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26.星际生命信息的相通

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鬼金羊的空中课堂开始了,这是接续了在地面开始的生物学科普讲座,为的是让被“遗弃”的诺姆人民,理性的理解基因移民是一项真正的科学实践。对于诺姆方舟和EMI星球殖民大家很容易理解,那些方法在过去的科幻作品中也频频出现,早已深入人心。虽然这次使用的移民方式有点古老,但是仍然是生活在0.7级文明状况的诺姆人切实可行的方法。而基因殖民外星球是一个微观世界的问题,相当于把人“散则成气”,然后再“聚则成型”的神话故事里的桥段,那个虽然让人心驰神往,但是并没有人相信是真的,而这一次真的要成真,不是在神仙的魔棒里,而是在诺姆科学家的实验室里。散则成气没有问题,聚则成型还真的不知道是不是自己。

“我们要告别太阳信使实验室了”鬼金羊在演播室中对着镜头说,“这个信使给了我们太多的财富,它就像一个上帝的使者,在我们诺姆最后的时刻,给我们指引了前程,我们如何前往,除了我们的勇气就是我们的智慧。”

鬼金羊动情的说,“我们没有辜负上帝的仁慈,我们的努力解开了信使带来的消息,为我们诺姆的未来找到了另一种前行的方式。今晚我们在这里再一次感激一下上帝吧。”

“我在这里讲的是对这十几年我们在此工作的总结,同时也是我们正在进行的诺姆基因移民的科普工作,是基于今天诺姆所有科学家共同完成的。这里不仅有我们生物科学家,也要向那些捕获信使的科学工作者致以敬意。我今天的发言不仅是一个工作总结,也是向诺姆人说明我们能够基因移民的基础工作。希望能得到大家的支持与理解。

“这座来自太阳系的生命信使证明了,从诺姆到地球,在宇宙中允许生命演化的物理定律在宇宙中任何地方都是一样的,因此宇宙中一定充满了生命。宇宙中生命的共同体结构有其共同的基础。正如我们已知的生命形式,都有几乎相同的生物化学结构,而且都是以DNA为基础。

“物理学和生物学之间的一个关键区别是,尽管物理学包含一个实现其现象的基本标准模型,但生物学中并没有这样的东西。生命以无法预知的方式不断创新,不断创造新的生态位和可能性,以及无数的相互作用。与物理学不同,在生物学中,可能性空间永远在不可预测地扩展着。曾经有人预言,宇宙中应该有7级文明,根据这个预言的法则,我们诺姆人仅有0.7级,其实我们在这个级别已经很久了,一直没有突破。这是个可悲的现实。

“碳、氢、氮、氧、磷和硫这六种元素(通常称为CHNOPS)的组合构成了绝大多数生物分子。对组成DNA和RNA来说必不可少的嘧啶碱基生成于宇宙,由富碳陨石带到类似诺姆或地球这样适宜生命存在的地方,让这些地方有了诞生生命的机会。

“碱基,作为核酸的结构成分之一,此前已在碳质球粒陨石(Carbonaceous chondrite)中被检测到。DNA和RNA中有两种类型的碱基,即嘧啶和嘌呤。其中嘧啶包括胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶,嘌呤包括鸟嘌呤、腺嘌呤。

“包括碱基在内的一系列外源陨石有机物,可能在后期重轰炸期被运送到早期地球,也包括诺姆星球。这些有机物的涌入应该在地球原始阶段的化学演化中发挥了重要作用。从我们过去的考察结果我们也知道,诺姆星球也经历过同样的过程。

“从这块陨石看,外星球存在生命,它们也具有多样性。从地球物种来看,和诺姆人对比,似乎没有特别的身体结构受到青睐,它们的共同特征就是从解剖学上身体是对称结构。

“从生命演化的角度来讲,对称身体结构需要较少的信息编码DNA,并拥有更多的灵活性进化发展身体特征,从诺姆生物到地球生物的研究证实了,即使外星人使用DNA之外的其他基因载体,也应当遵循相同的原则。

“DNA中储存着的遗传信息包含了制造生物体发育、生长和生存所必须的所有蛋白质的指令,通过复制过程,蛋白质能够对这些编码在DNA分子中的遗传信息进行复制,然后在细胞分裂时,将这些信息均匀地分配到两个子细胞中。接着,这些信息会被有选择地“转录”成信使RNA,既mRNA分子,信使RNA会被“翻译”成最终能形成蛋白质的氨基酸链。

“在信使RNA被“翻译”成蛋白质的过程中,有一类起着核心作用的RNA——转运RNA(tRNA)。转运RNA在这个过程中负责将信使RNA翻译成蛋白质,确保每种特定蛋白质所包含的氨基酸链都是按照相应顺序排列的。包含了遗传信息的转运RNA是生物圈中最古老的分子之一。

“基因信息的转录需要蛋白质,但蛋白质的合成依赖于基因信息的转录,那么究竟是先有制造蛋白质所需的DNA序列,还是先有转录和翻译DNA所需的蛋白质?

“作为生命进化的早期过程,复制和翻译与其他过程一样,并不是一蹴而就的,它们是进化过程积累的结果。在其发展过程中,一些基本现象,比如自复制、自催化、自组织和分室化等,可能都发挥了重要作用。通常来说,这些物理和化学过程完全受环境中的非平衡条件所驱使,比如温度变化等。

“温度变化是通过四个过程驱使复制过程的:首先,通过快速冷却,发夹会被激活形成闭合的构象,所谓发夹,是一种可部分自我互补配对形成的细长的环状结构,发夹结构能有助于基因链与相邻链杂化;接着,从分子池中提取到的互补的链会与模板链中信息匹配的部分配对;随着时间的推移,链中的发夹的波动能够促进与相邻链的杂化,形成稳定的主干;再接着,当温度在短时间内陡然升高,那么模板链就会与新形成的复制因子分离,二者都可以在下一轮复制中作为模板链存在。

“也就是说,这样的系统可以通过互补配对形成复合体。根据配对模式,8个这样的复制因子复合在一起能够编码4位二进制代码,实现指数级的信息复制能力。它表明复制机制非常能够抵抗由于错误积累而导致的系统崩溃。复制因子复合体本身的结构与现代转运RNA相似,这一事实表明,在转运RNA分子承担其现代作用,将信使RNA序列翻译成蛋白质之前,早期的转运RNA就可能已经参与了分子复制过程。

“在生命的早期进化中,作为复制和翻译之间的联系,转运RNA可以为“先有鸡还是先有蛋”问题提供一个解决方案,它证明了信息的复制可以仅通过类转运RNA分子之间的相互作用来实现,这个过程是由外部的非平衡物理环境所驱动的,比如实验中的热振荡,它不依赖于特定的酶或催化,仅仅需要依靠序列互补就能做到。

“一个有机体DNA的完整序列称为一个基因组,每个细胞都有一套,或多于一套但近乎相同的完整基因组拷贝。

“其实,动物、植物、微生物以及不具有典型细胞结构的病毒,都共用一套遗传体系:所有生物的遗传物质都是DNA(脱氧核糖核酸)或者RNA(核糖核酸)。

“DNA由四种脱氧核糖核苷酸(A、C、T、G)组成,而RNA则由四种核糖核苷酸(A、C、U、G)组成。大自然的智慧在于,它不会为每一个生物量身定做核苷酸,而是所有的生物共用一套核苷酸,不同的遗传信息则体现在四种核苷酸的排列顺序上。

“人的核苷酸与其他动物、植物甚至微生物的核苷酸本质上并没有差异,生物之间的差别主要是通过核苷酸不同的排列顺序体现。

“基因呢,其实指的就是这样一段核苷酸序列。所以一个DNA或者RNA上可以有若干个基因。这对生物来说有一个好处,就是方便基因突变以及基因交流。只需要插入或剪切掉部分核苷酸或者改变核苷酸的种类,就有可能创造出表达新性状的基因。

“生物的复杂性其实由基因,DNA功能片段的数量决定,与基因组大小并无多少关系。每一个生物的基因组中,除了包含决定生物性状的基因外,还有一大堆不干活的“自私”DNA,它们是大量的重复DNA序列。在人体内,这类冗余DNA的比例在一半左右,而古老的肺鱼体内的这些“消极怠工者”数量高达90%以上。

“对不同物种,个体细胞中所含的 DNA 的量不仅差异巨大,而且与决定生物复杂性的基因数量似乎并无多少关系。基因组上有一些 DNA 并不转录出 RNA,一般而言,蛋白质都是由RNA翻译,被称为“中心法则”,从而也不直接参与蛋白质的合成,它们叫非编码 DNA。对不同物种,非编码DNA在基因组中所占比例有所差别,有时甚至占到九成以上。

“DNA可以分为两种:特异性的和非特异性的。前者负责蛋白质合成,在细胞里勤勤恳恳地工作,但只占一小部分。后者则有三个特点:

“其一,基因组里的大部分 DNA 都是此类;其二,它们通过已有的 DNA 拷贝扩展而来;其三,也是最重要的,无用!

“基因并没有一个明确且不变的定义,这使得计数工作变得更为复杂。生物学家过去认为基因就是编码蛋白质的序列,但后来了解到一些非编码的RNA分子在细胞里也起重要作用。裁定哪些序列是重要的、应该被视为基因,是存在争议的。

“地球和诺姆一样,单细胞生物远比多细胞生物多得多,多个细胞进行分工协作时,会比单独存活更有利。在进行合作时,细胞们往往会互相“推卸责任”。

“实验结果显示,如果一群微生物能产生某种分泌物、让所有微生物都能从中获益的话,它们就会生长得更快。但在这群微生物中,最爱占便宜的微生物往往生长速度最快。癌细胞便是这样一个例子,它们在生长时,会对群体中的其它成员产生危害,因此对于所有多细胞生物来说,癌症都是一个严重的隐患。

“许多原始的多细胞生物都既具有单细胞形态、又具有多细胞形态,因此它们有可能放弃多细胞的生存方式。比如说,一种名为荧光假单胞菌的细菌会迅速繁殖、产生多细胞菌簇,但菌簇形成之后,部分单细胞“作弊者”就会趁机停止制造维持菌簇所需的分泌物,从而导致菌簇分崩离析。

“多细胞生物究竟是如何维持这种状态不变的?科学家给出的答案是,因为存在所谓的“棘轮效应”。棘轮是一种维持齿轮向一个方向转动的零件。棘轮效应是指某种对群体有利、但对独自存在的细胞不利的特性,这有力地阻止了多细胞生物朝着单细胞生物方向倒退。棘轮效应还能解释古微生物之间的共生关系,这种共生关系导致了细胞内部共生体的出现,比如线粒体和叶绿体。”

在房日狐的酒吧里,人们也在聚精会神的听着鬼金羊的科普节目,因为关系到大多数人的命运,这成了现在最热播的节目。尽管它不那么有趣。

“说是科普,还是有点太专业了”柳土獐说

“要学会抓重点”星日马说“你看啊,鬼宿说的问题第一,告诉你宇宙间的生物基础是一样的,第二告诉你物种变化是基因的表达不同,第三说基因是可以改造的,就是把你的某些基因片段插接到其他生物上也是可行的。”

“嗯,星日马说的没错”斗天牛接过话茬,现在斗天牛已经加入到成人行列了。“具体讲到基因的成因或者序列什么的,你就认为他有,因为这都是他们研究的过程,为了说明结果。结果就是星日马说的,基因表达可以改变,并且可以在地球生物上改变。”

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