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閱讀書籍 - 活物:所謂生命,是什麼? 福岡伸一

活物:所謂生命,是什麼? 福岡伸一

動態平衡

[日期:2011-04-01] 來源:網友上傳  作者:福岡伸一 如佛友覺得此書不錯,請按

  動態平衡

  生命到底是什么?答案隱藏在一種守紀律、講秩序的運動中。

  生命是運動著的狀態

  海邊,沙灘呈弧形一直往遠處延伸,風從海上刮過來。在天與海相融,海與地相接的地方,似乎散落著能夠揭開生命之謎的零星的啟示。正因為如此,我們的夢想才會在這裏屢屢實現。

  正好在這個能被海浪拍打到的地方,有一個用沙石建成的城堡,城堡的結構相當精致和緊密。有的時候,海浪能夠一直沖到城牆根上,掠走那兒的沙粒。海風也不間斷地將牆表面上的幹沙一點點地削去。但奇怪的是,盡管經過了日積月累的剝蝕,城堡依舊沒有發生太大的改變,還一直保持著它原有的形狀。不,准確來說,只是看上去樣子沒變而已。

  這座用沙石砌成的城堡樣子沒有發生什么改變是有原因的。那就是,我們肉眼看不到的小小的大海的精靈們在不停地往被削掉幹沙的地方搬運新的沙石,來填充原本已經出現的沙石洞,對那些已經被破壞掉的地方進行修複。不僅如此,這些海的精靈們還能趕在海浪和海風之前,提前把它們要破壞掉的地方先破壞掉,然後再修複。正因為如此,幾個小時之後,城堡還能一直保持著其原本的形狀。也許,若幹天之後,這種形狀也不會有什么變化。

  值得注意的是,在這座城堡的內部,連一塊當初用來堆砌城堡的沙石也見不到了。從前堆積在這裏的沙石都被海風和海浪卷走了,現在支撐城堡的都是一些新沙石。也就是說,前一批沙石已經被完全替換掉了,而且這種形式還將不停地循環下去,而城堡卻依舊存在。也就是說,現在在那裏的,不是城堡,而是由沙石的替換產生的一種效果。

  我們再進一步來說,那些不停地對城堡牆面上的沙石進行分解、再構造的大海精靈們,萬萬不會意識到:它們自己也是由沙石形成的。因為在起風的那一瞬間,就有一些精靈進入了原來的沙石中,同時又有一些精靈從沙石中誕生。精靈們不是建築城堡的工匠,而是城堡本身的一部分。

  當然了,這只是個比喻。但是,如果我們把沙粒比作參與大自然循環的氮氣、氧氣、二氧化碳等主要元素,而把那些大海精靈們比作掌握生命反應的酶等,就能很准確地對沙石築成的城堡--生命進行描述了。生命不是把各要素集合之後形成的構成物,而是各要素運動所產生的效果。

  然而,如此簡單的生命轉換觀的發現,卻並不那么久遠。9 這么說也許會有點兒不公平吧。通過精密的實驗對這一現象進行證明的,是一位叫舍恩海默的科學家。那是20世紀30年代後半期的事情。可見,人類對這種觀點的認知,才不過70多年的時間。而且,他的理論也經不起徹底的推敲。但即便如此,我們也不應該忘掉他的名字和功績。給運動的粒子做上標記

  我們來做一個假設,海浪在拍打沙灘的時候,其中有一次帶走的不是沙石,而是粉色珊瑚的微粒子,而大海精靈們則並未對沙石和這些粉色珊瑚的微粒子加以區別,所以就用珊瑚微粒子來對這座沙石城堡進行修補了。被海浪侵蝕過的牆面,被鑿出的洞,所有這些被破壞掉的地方,都用珊瑚微粒子代替沙石來修補了。那么,結果會怎樣呢?

  這個時候,這座城堡就像斑點狗一樣,全身布滿了斑斑點點的珊瑚微粒子。但是,我們所能觀察到的其實不是這個,而是這些斑點流動時的樣子和流動速度。

  海浪搬運完珊瑚微粒子之後,又開始像平時一樣搬運普通沙石了。那些大海精靈們則繼續它們的工作,不停地往被海浪侵蝕過的牆面、被鑿出的洞裏填補沙石。那么,那些珊瑚微粒子雖然曾經在一瞬間填補了牆面,但是不久後又被新搬運過來的沙石取代了。也就是說,珊瑚微粒子只是浮在牆的表面,並沒有作為城牆的一部分被固定下來。

  當然了,這一事實並不僅僅限於珊瑚微粒子,於沙石而言也是適用的。那些被海浪搬運過來的沙石,在一瞬間成為了牆面的一部分,而到了下一個瞬間又離開了牆面,其原本所在的位置又被新搬運來的沙石占據了。那些珊瑚微粒子,就好比清澈的小溪中流動的墨汁,其動向與速度是可以為我們所見的。

  舍恩海默把這些粉色的珊瑚微粒子和沙石稱為同位素。正好在他開始進行科學研究之前不久,人們知道了氫、氧等主要元素都是有同位素的,事實上這些都是可以人工制造的。

  氮在元素周期表中排第7位。一個普通的氮原子,其原子核內有7個質子、7個中子,其原子量(質量數)就是質子與中子之和,也就是14個。但是,由於氮元素在自然界中的數量龐大,因此也會存在一些不同,比如說,有的原子核內部可能會有7個質子、8個中子,這樣一來,這個氮元素的質量數就變成15個了,這就是重氮。雖然作為一種氮元素,其化學性質沒有發生什么變化,但是後者卻變重了。我們可以通過質量分析計將氮元素分為普通氮和重氮兩種。

  在這裏,舍恩海默提出了一個具有劃時代意義的觀點,那就是,他用重氮來代替珊瑚微粒子,並在實驗過程中將其作為有標記的“可追蹤粒子”。一切構成蛋白質的氨基酸中都含有氮。通常情況下,這些氨基酸與體內的氨基酸是混合在一起的,因此我們無法對其動向進行觀測。如果將重氮作為氨基酸的氮原子插入進來,就可以對其加以識別了。就像我們可以觀察到有著特殊顏色的珊瑚微粒子的動向一樣,我們能將含有重氮的氨基酸與其他的氨基酸區別開來,能夠一直對它進行跟蹤。

  跟蹤重氮的行蹤

  接下來是該為一個重大發現做准備的時候了。

  實驗室裏的老鼠本來是用普通食物喂養的,從現在起,在一定的時間內,我們在它的食物裏放進一種用重氮做過標記的氨基酸,這種氨基酸叫亮氨酸,然後用這種食物喂養它。這一過程如同海浪把珊瑚微粒子搬送到了城堡牆面上。特定時間過後,我們把這只小老鼠殺掉,觀察它所有器官和組織裏重氮的含量。另外,它的排泄物也要全部回收,計算一下被追蹤原子的收支情況。

  在這裏,實驗用的老鼠是已經成年的老鼠。如果使用了處於成長期或很年輕的小老鼠的話,那么,它所攝取的氨基酸就會有一部分被身體吸收,而對於一只成年老鼠而已,就不存在這方面的擔憂。事實上,成熟老鼠的體重在實驗前後幾乎沒發生變化。它只是在吃必要的食物,然後將其轉化為維持生命所需的能源,接著將其消耗掉,那么,它攝取的含重氮的氨基酸也應該很快就被消耗掉了。當初,不光舍恩海默是這樣猜測的,當時科學界的思維也都是這樣的,大家認為,那些含在氨基酸裏的重氮,應該出現在老鼠的尿液裏面才對。

  然而,實驗結果卻與他的猜想大相徑庭。

  老鼠連續食用了3天用重氮做過標記的氨基酸。在這期間,隨尿液排出來的占27.4%,連1/3都不到,而在大便中只有2.2%左右,所以,絕大部分氨基酸應該還存留在老鼠體內的某些部位。那么,那些重氮究竟在什么位置呢?答案是在蛋白質裏。這些重氮中有一半以上(56.5%)進入到了構成老鼠生命的蛋白質中,而且在觀察這些蛋白質之後發現,它們已經分散到了身體各個部位。其中,吸收量比較高的是腸壁、腎髒、脾髒、肝髒等內髒器官及血清(血液中的蛋白質)。當時科學家們普遍認為耗能比較多的肌肉蛋白質的吸收量反而要低很多。

  可是在實驗期間,老鼠的體重並沒有發生什么變化,這究竟意味著什么呢?

  蛋白質是由氨基酸像珍珠項鏈一樣連接在一起而形成的高分子化合物,起著一種酶與荷爾蒙的作用,或者說,它是支撐細胞及其運動的最重要的物質。另外,為了合成蛋白質,必須使一個個的氨基酸連接在一起才行。從外界進入到老鼠體內的那些含有重氮的氨基酸進入到了蛋白質中,這就意味著,含有重氮的氨基酸已經成為原來就存在於老鼠體內的蛋白質的一部分了--這好像把一條項鏈從某處斷開,然後往裏面加進去了一粒新的珍珠。事實並非如此。在老鼠攝入含重氮的氨基酸的瞬間,含這種氨基酸的蛋白質就出現在了老鼠體內各組織裏,即若幹的氨基酸在非常短的時間裏,混合到了一起,形成了一種新的蛋白質。

  另外,還有一點很重要--老鼠的體重沒有增加。這意味著有與新形成的蛋白質數量相同的蛋白質在很短的時間內分解成了氨基酸,並通過代謝排出到了體外。也就是說,老鼠身體裏的一部分蛋白質在短短三天的時間裏,就被食物中大約一半的氨基酸所代替了。而如果過了這三天之後,給它的食物又是原來的由普通氨基酸所構成的食物的話,那么那些曾經一度在它身體裏生活過的含重氮的氨基酸就會被9 排出到體外。毫無疑問,沙石建成的城堡的形狀沒有發生改變,浮在牆面上的珊瑚微粒子卻被海浪隨後搬運過來的沙石取代了。

  動態的“ 趨勢 ”

  接下來,舍恩海默又做了一次實驗,以確定投入的含重氮的氨基酸是不是被老鼠體內蛋白質中的同一種氨基酸取代了,即來確認一下是不是亮氨酸取代了亮氨酸。

  將老鼠體內的蛋白質進行回收,加水分解,裏面的氨基酸就一一分散開來。根據20種氨基酸性質上的差別將其區別開來,然後,用質量分析計來測一下,看是不是各氨基酸裏都含有重氮。結果,實驗發現老鼠的亮氨酸裏面確實含有重氮。但是,含重氮的不僅僅是亮氨酸,其他的氨基酸,如氨基乙酸、酪胺酸、穀氨酰胺等中也含有重氮。

  被攝入到老鼠體內的氨基酸(此處指亮氨酸)被進一步進行細化,重新分配,重構各種氨基酸,於是一個個氨基酸就構成了。那么,被不停分解著的與其說是氨基酸,倒不如說是它下一級別的分子。這簡直太讓人吃驚了!

  外界進入到老鼠體內的含重氮的氨基酸在被分解後進行重構,並遍布於老鼠身體各處。但是,用“遍布”這個詞語其實是不准確的。為什么呢?

  這涉及一個“趨勢”問題。

  我們能切身感受到我們身體的表層,即皮膚、手指或頭發等不停地進行著更新,但是,進行更新的絕不僅僅只是表層。我們身體的各部位,不僅包括內髒與組織,甚至連看上去感覺很穩定的結構,如骨頭、牙齒等,其內部也都在不停地重複著分解與合成的工作。

  被替換掉的不僅有蛋白質,連我們的脂肪都存在動態的“趨勢”。脂肪裏面是不含氮的,於是,舍恩海默用氧的同位素重氧來對脂肪的動向進行觀察。他在論文中這樣寫道:“我們猜想,(在需要能量的情況下)被攝取的脂肪都被燃燒掉了,只有極少的一部分留在體內。但是,非常令人吃驚的是,即使動物的體重減少了,其消化、吸收的脂肪中的絕大部分仍存留在體內。”

  在這之前,我們都一直以為脂肪組織是個貯存多餘能量的倉庫。當能量過多時,就暫時貯存在它裏面,不足的時候再搬運出去。而舍恩海默用同位素進行實驗的結果則與這個猜想完全不同。在倉庫的外面,在需要實現需求和供給之間的平衡的情況下,也會把貯存的能量搬運出去,同時又把新的能量搬運進來。脂肪組織裏能量的轉換速度是非常驚人的,看上去就像旋風一樣,所有原子都在生命體中流動著。

  我們一般在見到友人的時候都會說“你一點兒都沒變啊”之類的話,而如果我們和對方已經半年或一年沒見了,他看起來像另一個人了,我們就會覺得他“變”了。從分子層面上來講,經過一段時間後,之前在我們體內的一部分原子或者分子現在已經不存在於我們的體內了。說起身體,我們自身的感覺認為這是一種與外界隔絕的單獨的存在。如果從分子的角度來看,就不是這么回事了,我們的生命體就是一些高密度的分子的“積澱”,而且這些分子是以很快的速度進行更9 新的,這種更新就是“活著”。如果不能經常吸收來自外界的分子,那么,一部分分子排到體外後,這種狀態就無法達到平衡了。

  假設當我們開始不吃飯後,沒有來自外界的東西了,而我們的身體卻還在不停地往外排物質,即使我們的身體想阻止這種收支不平衡給我們帶來的損失,也無法阻止身體往外排物質的規律。於是,我們的體內就逐漸地失去了蛋白質,人就感到饑餓,嚴重時可能會威脅到我們的生命。人體感到饑餓,多半是因為能量不足導致了蛋白質的缺失。能量雖然可以貯存在體內,在一定程度上緩解饑餓程度,但是,蛋白質卻是無法貯存的。

  舍恩海默把他的實驗結果寫成論文《身體構成部分的動的狀態》。其中有這樣一段話:只要一種生命還活著,那么,無論是生物體高分子,還是低分子代謝物質,都會不停地變化,這與營養學上的要求是沒有關系的。所謂的生命,就是代謝的持續性變化,這才是生命的真正狀態。

  這就是一個新生命誕生的瞬間。

  生命保持著動態平衡

  生命是什么?所謂的生命,就是能夠進行自我複制的系統。自從DNA這種能夠進行自我複制的分子被發現之後,我們就對生命作了上述定義。

  螺旋狀的兩條DNA鏈通過互相複制,創造出另外一個自我。這樣,信息就可以非常穩定的形式保存在DNA分子內部了,同時,這也保證了生命的永久持續性。當我們在海邊的沙灘上散步時,能感覺到我們所撿起的小貝殼是有生命的,這是因為,小貝殼與跟它同時同地散落的小沙石是兩種完全不同的存在。在這裏,我們能感覺到生命的自我複制。而事實不僅僅如此。

  雖然我們用“能夠進行自我複制”來對生命進行定義這點是毫無疑問的,但是還有別的一種東西在支撐著我們的生命觀。我們從那些9 五彩繽紛的貝殼上能夠看到一種有秩序的美,而這種秩序,就跟那種不間斷地運動著的分子一樣,是我們無法用言語來進行描述的。舍恩海默於1941年自殺。這時,DNA的雙螺旋結構還沒有被分析出來。但那時他應該已經感覺到,構成生命的分子是無法避免運動的趨勢的。

  現在,人們已經明白,即使是我們人類腦細胞DNA,也不是永存的。除了個別例外情況,既不能進行分裂,也無法進行繁殖。也就是說,在腦細胞裏,DNA是沒有機會進行自我複制的。

  那么,從出生到死亡,人的腦細胞DNA是一成不變,都是由同一原子構成的嗎?答案是否定的。人的腦細胞就好比是海邊上被海浪拍打著的沙石城堡,一直都在進行著原子、分子的交換。從出生到死亡,構成腦細胞DNA的原子一直都在用很高的頻率進行部分分解和修複,這座“城堡”一直都處於分子不停地進進出出的狀態。

  DNA的發現者艾弗裏,以及解析其結構的沃森、克裏克、弗蘭克琳等,所有這些人誰都沒有注意到DNA這一運動著的狀態。即使是一直在琢磨原子是通過雜亂運動來維持秩序的薛定諤,也沒能想到這一點。只有一個人發現了這個秘密,他就是舍恩海默。

  為了維持一種秩序,就不得不持續地對其原有的狀態進行破壞。這是為什么呢?薛定諤給出了一個預言。1944年,也就是舍恩海默去世後的第三年,薛定諤出版了《生命是什么》。他在書裏提到,生命的特質就在於對抗熵增大法則,維持一種秩序。但是在這裏,他未能對實現這一特殊機制的生命所特有的結構作進一步的說明。

  熵增大法則與構成生命體的成分是相關的。高分子經過氧化後進行分散,原本的集合體離散開來,原有的秩序也被打破,蛋白質也因為受到破壞而發生了改變。但是,如果構成成分能在被破壞之前進行分解,實現其重新構造,那么最終產生的結構就是獨立於熵增大法則之外的一種構造。可見,對抗熵增大法則唯一的方法並不是對系統的耐久性和結構進行強化,而是結構自身的運動,這種趨勢才具有對抗生命體內部必然存在的熵的機能。

  我在這裏把 “生命是運動著的狀態”這一概念加以延伸,導入“動態平衡”這個概念。與這個日語詞彙相對應的英語名詞是Dynamincequilibrium(力本說)。海邊的城堡其實是不存在的,它只是作為趨勢所產生的一種效果而出現在那裏的一種運動著的什么狀態。在這裏,“什么”是指平衡。

  生命的定義是“能夠進行自我複制”,舍恩海默通過研究又對其進行了重新定義。

  那么接下來,新的問題又出現了。這種不停被破壞的秩序又是怎樣維持著它的秩序的呢?即這種秩序要在運動的過程中保持著一種平衡。那么這個問題實際上是針對“平衡”而言的。

【書籍目錄】
第1頁:作者簡介 第2頁:內容簡介
第3頁:目錄 第4頁:序言 生命的鑰匙藏在哪裏?
第5頁:紐約,紐克大道,66街 第6頁:鮮為人知的英雄
第7頁:四種字母 第8頁:絕處逢生
第9頁:沖浪者拿到了諾貝爾獎 第10頁:世紀大發現的前夜
第11頁:狂熱的追求 第12頁:原子愛運動
第13頁:動態平衡
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第 3 楼
匿名 发表于 2014-9-20 15:40:58
晚上鍛練等於惹病上身 http://tw.gigacircle.com/2264008-1

只要溺水不超過一個小時就可以救活!
從河裡救出兩名溺水幼兒。孩子已沒呼吸,村民就用當地特有的急救法,攥著孩子雙腳,倒背著孩子跑步。幾分鐘后,小男孩吐出幾口水來,哇地一聲哭了。又跑了起碼十分鐘,小女孩也從死神的手中被拉扯了回來。暑假到了,不知多少孩子要下水游泳,分享,說不定可以救人。
第 2 楼
匿名 发表于 2014-9-20 14:42:14
想知道自己有沒有宿便嗎?一分鐘檢查教學!輕鬆防治大腸癌 http://tw.gigacircle.com/2269283-1

毒排乾淨多活20年。如何排毒?快來看【找到身體的“排污口”,養生就成功了一半
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第 1 楼
匿名 发表于 2014-9-20 14:23:41
12種天然防蚊http://tw.gigacircle.com/2265118-1

一根金屬熱湯匙就可止蚊叮癢。
以熱水加熱;不必用煮沸的滾水,從水龍頭流出的熱水即可。
再將加溫的湯匙直接貼著紅腫的「蚊子包」一分鐘,之後搔癢感慢慢消除。
是藉由湯匙的溫度破壞蚊子悄悄注射進人體的蛋白質,這種蛋白質會引起皮膚的過敏反應,造成搔癢感。儘管蚊子叮咬後的紅腫仍會持續,光是「不癢」就讓人感覺得救了。