生命起源:细胞和病毒

生命起源:细胞病毒
锁架人类有个困惑千年的逻辑难题就是鸡生蛋还是蛋生鸡?这个问题在大多数情况下体现出一种逻辑诡辩的意涵,不过从科学角度如果认真思考的话,这个问题还是有意义的,因为其本质是在问生命的起源在哪里?而生命起源的问题则是到目前仍然没有确切答案的,故此鸡生蛋问题也就迄今无解。今天我们就为大家聊聊生命起源问题中的两个话题:细胞和病毒。结片机
细胞
细胞和病毒是我们经常听到的两个词,但是多数人可能并不完全准确的知道其含义。一般认为,细胞是生命的最小单位,是最简单的生命存在形式。除病毒外所有的已知生命都由细胞构成。其结构是外包一层磷脂细胞膜,里面是细胞质和细胞核,细胞质中有线粒体,负责将营养物质氧化产生能量,细胞核中是染质,遗传物质DNA就位于染质之上。
在之前的节目中,我们已经讲过。沃森和克里克发现了遗传编码藏在DNA双螺旋结构之上,破解了生命的信息和遗传之谜;米切尔发现了细胞的膜结构形成了一种质子水坝,构建出的能量泵,并通过ATP电池在生物体内供应能源,从而解释了生命的能量问题。至此,关于生命的最基本单位的细胞工作和繁殖原理,人类已经完全掌握清楚,可以说这个成就令人赞叹。但是很自然的,另一个问题变出现了。第一个细胞是怎么形成的。这就要先说说病毒。
病毒
病毒是什么非常难以回答,甚至到今天也还没有确切统一的认识。最初人们认为病毒是一种毒物。病毒的英文名称便是如此得来。但是很快人们发现病毒可以实现繁殖、变异
和遗传,具有生物特性,所以一度又认为病毒是一种更微小的生命。但是很快研究人员又注意到,病毒的所谓繁殖并不像典型生命体行为,不是一种自身具备的能力。病毒需要将自己的基因植入到宿主体内,然后借助宿主的繁殖能力,将自身基因复制表达出来,然后再破坏宿主离开。请注意,病毒的这种繁殖和生物的寄生关系不一样。寄生生物其繁殖仍然是依靠自身来完成的,它们只是从宿主体内获得营养物质,而病毒一旦不到宿主就无法繁殖。病毒完全依赖宿主细胞的能量和代谢系统,获取生命活动所需的物质和能量。离开宿主细胞,它只是一个大化学分子,停止活动,为一个非生命体;遇到宿主细胞它会通过吸附、进入、复制、装配、释放子代病毒而显示典型的生命体特征。所以现在对病毒的理解一般定义其为一种介于生命和非生命之间的半生命。
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病毒非常微小,只有纳米级别,除了极个别巨型病毒外比细胞小很多。其结构极其简单,就是蛋白质壳体包裹着遗传物质。绝大多数病毒的遗传物质都是RNA,而不像其他生命使用DNA。RNA和DNA都是能形成长链结构的分子,故此都可以携带编码信息。但RNA相比于DNA非常容易发生突变,状态不稳定,故此从携带遗传物质所需的稳定性而言,DNA要远远优于RNA,这也是为什么绝大部分生命体都是基于DNA遗传。不过RNA相对于DNA来说分子结构更加简单,而且具有非常强的功能自洽特性。什么是自洽性,就是自我满足特性,具体来说就是如果需要构建一个实验室的环境,制造一些分子,让它们模拟一些很初级的类似生命的行为,比如繁殖、变异等等。那么只需要用若干类型的RNA分子就可以基本搞定,生命演化过程中间所牵涉的大部分物理化学功能,RNA分子都可以胜任。例如遗传物质的复制过程需要酶来催化,就有研究证明RNA的复制借助其他RNA分子就能实现催化,而DNA的复制则必须依赖其他的蛋白质酶来催化。又比如从遗传信息分子链合成蛋白质时需要剪切功能,RNA类型分子自己就可以完成,而DNA同样要靠别的蛋白质。RNA自己可以搞定自己,DNA需要依赖蛋白质,而蛋白质又是由DNA表达所生成的,所以RNA是功能自洽的,DNA是功能循环依赖的。卡盘扳手
开口料RNA分子结构简单而且又有功能自洽特性,因此很自然的人们就会想到最初的生命世界很有可能就是从一个由RNA分子形成的初级生命环境逐步进化来的,这就是著名的RNA世界假说。1981年度诺贝尔化学奖获得者吉尔伯特(W.Gilbert)提出了该假说,内容主要是“在生命起源的某个时期,生命体仅由一种高分子化合物RNA组成。遗传信息的传递建立于RNA的复制,其复制机理与当今DNA复制机理相似,作为生物催化剂的、由基因编码的蛋白质还不存在”。
近年来,这个假说已经越来越趋向于成为被主流学界接受的一种生命起源理论,因为有许多实验正在逐步支持这种看法。比如2009年1月,乔伊斯团队在《科学》上发表了他们的实验结果。在一个微型试管系统中,他们初始投入了24中RNA分子。这些分子处在同一个营养池中,就如同不同的生命物种在自然中相互竞争和博弈,每一种分子都希望拼命延续自己的后代,所以不断的进行复制,并在进化中产生各种变体。实验进行了100个小时,
屋面天窗
分子总数增加了1023倍。最初的RNA分子全部消失了,它们全部被进化出来的新型RNA分子所取代。请注意,这里的RNA分子都不是生命,它们更接近于生命最初出现前的非生命形态,但是这种类似生命的行为却显示出RNA世界假说的合理性。

本文发布于:2024-09-22 08:33:00,感谢您对本站的认可!

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标签:生命   分子   病毒   细胞   繁殖
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