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用系统观分析细胞
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这几天我重新审视自然界最伟大的创举,最精巧的设计,就是细胞的自主运行机制。高等动物细胞具有非常完善的自我调节机制,包括内部一套运作机制和适应外部的组织协调机制。我们需要明了几点:& N3 T% V1 W- r C$ d+ j6 t
构成人体复杂机制的不仅仅是细胞的完善功能,还有对外部环境的适应性发育。就像照相机尽管精巧,但也不至于凭空创造出优美的照片。照片中的大量信息是环境赋予的。
j2 X# a( H, l9 E细胞功能的形成是需要遵循一定路径的,由于细胞在意识产生之前产生,细胞的任何功能和微小进步,都是在自然活动和自然选择的条件上发展起来的,因此任何活动都是纯自然的产物。没有途径就不可能实现。
. N9 n8 `! l. O8 C/ |) \5 o能量的作用。能量在生命活动中不可缺少,并且发挥着根本推动作用。任何生命现象都是一个精美的发动机,发动机缺少能量就是一副空架子。
a" N* s( O! ^( r) `* t* o6 A; n U1 H形成对细胞的感性印象有助于理解细胞行为。在分子尺寸上,什么是必然会发生的,什么是或然的,什么是小概率的。由于在微观尺度上的速度、质量、能量、作用力的不同,以及量子效应的影响,我们不能用宏观尺度的眼光看待微观现象。 J e4 Z, m V8 l. h2 ^
需要以历史的观点看待细胞行为。细胞在地球上进化了几十亿年,已经得到相当充分的特化,但是我们仍然看到很多原始结构和原始功能得到保留。在几十亿年前的一系列微观事件被放大,而导致我们的眼睛长成这个样子,我们有四肢而不是六肢。有些是必然的而有些却非常偶然,既然存在了,我们也只好接受它。如果再重新进化一次,地球生物的面貌绝不是现在这副样子。如今我们拥有了自主改造的能力和意识,世界当然会有所改变,需要注意的是既要尊重历史,又要有创新精神。自然创造的绝不是最好的,我们的创造也未必轻易能达到更好。
0 [* c# J/ x5 S- P. W3 C细胞是由诸多功能器官协作组建的,共同完成复杂的功能。主要包括几个部分:作为记载结构信息的DNA;作为结构表达和功能载体的蛋白质;他们共同存在于既成结构即细胞体。他们之间是密切的相互依赖的现实关系:我们不可能说出先有鸡还是先有蛋,它们是一步步走过来的。我们可以说缺少了DNA、蛋白质、现成的细胞这些条件的其中之一,整个系统都不能运转。但是一切都已经存在了而且运行良好。我们应该关注的是从哪里来和向哪里去,因为不关注从哪里来,我们就不能理解神秘的自然;不关注向哪里去,我们就不能把握自己的命运和指导我们的行为。
/ w2 @4 b4 _! K- [像细胞这种复杂的功能是从简单到复杂逐渐积累形成的。我们看线粒体,很明显地觉得它是寄生关系演化而来的,设想在远古时代的一次寄生事件,线粒体作为细菌进入细胞内,没有被消化而是形成了互补合作关系,最终退化了部分不必要的功能,接受细胞核基因的调控,能够与细胞其他部分工作配合得天衣无缝。为什么我们有这种印象呢?我们运用了概率的知识。就是我们观察到线粒体具有很多独立的功能,独立的课复制的染色体;可以制造蛋白;双层膜结构等。如果是细胞自身功能发育来的,没有必要发展出这些复杂功能,也很难发展出这些复杂功能。或者说,我们还能看出没有被整合和完全退化的痕迹。( F; }9 B: {. z$ I+ F( ]* }
这种历史遗迹的存在也给我们启示:形成一个功能和退化一个功能所需要的时间是不对称的。那么我们转到癌症的思考:癌症的机制是否也是历史的遗迹呢?对于癌症,人们为了攻克癌症,已经付出了几代人的心血,却没有掌握这个复杂行为背后隐藏的机制,因此我们需要从翻阅历史来探寻其机制。经验告诉我们这是行之有效的办法。想了解一个人,就要查他的历史。而研究历史的手段就是根据概率判断推测。
$ p1 u r' |6 i W3 ?研究细胞的历史是非常复杂的过程,我们尚不知道生命是否起源于地球,但我对宇宙胚种说嗤之以鼻,即使生命起源于外星球,也只是逃避问题的一种解释,就像意识的退行学说一样,大脑中的另外一个小人解释不了问题本身。
8 T) K& ]3 R8 Q- H H/ T依靠推理建立起来的理论可靠吗?其实我们的任何理论都是建立在假设之上。我们建立了一套理论,并寻找更多的理论支撑和实验支持,最终仍然是假说。因此依靠推理建立起来的理论,只要能够寻找到足够的印证,就和现实存在的诸多理论一样可靠。我们需要寻找的是不矛盾的现象印证。即我们建立的理论可以解释现在癌症的许多行为现象,并且找不到能够否定的判据。 B" S; [6 D9 I G# h$ L
对于自然形成的系统,我们只需要寻找最容易路径,或说最大概率,就可以很方便地得到答案。比如为什么细胞会在分子水平上产生,而不是宏观水平和量子水平上产生?因为分子水平具有足够高的速度和足够多的复杂性,量子水平上复杂性态小;公关水平速度太慢。为什么生命产生于常温和碳水化合物而不是在太阳核心?物质在液态和固态最容易产生复杂性结构;碳具有最丰富的四价键,容易形成复杂结构。地球生命的发育时间是否足以形成如此复杂的分子结构?其实提出这个问题是没有考虑到加速因素,本身这种计算是有问题的,地球时间可以形成更加复杂的结构。7 S. e, k7 l# k9 L+ N x
DNA的属性是一维结构,很难形成三维立体功能结构,它的纵向连接力太强而不能折叠,旁侧结合力太弱,就像一个涂满油的铁锁,因此它适合作为遗传物质的载体,而不适合作为属性的表达体。双链结构的好处是强化了信息容错能力。人类二倍体更是提高了容错能力。DNA需要经过转录、翻译为蛋白质这条复杂途径实现信息的表达。大自然进化出这套机制花费了很多时间。1 ~! q4 v3 K" E3 X) L
蛋白质由于三个碱基对应一个氨基酸,使氨基酸有20种,而通过20种氨基酸可以组成亿万种蛋白质,蛋白质的复杂程度已经足够表达各种功能属性。这就是复杂性的创生过程。复杂性的创生是以损失速度和空间尺寸为代价的,我们生产产品的速度不可能像细胞合成蛋白质一样快,这就是代价。
" m$ C4 U6 h d3 `: P9 @, ^既成结构看似随意却有意。这就是自然进化的路径依赖。我们制造一个小车可以给它装四个轮子,但是为什么老鼠没有进化出四个轮子呢?因为没有进化路径。既成结构就是通过进化路径形成的结构。我们要追溯轮子如何产生的,要追溯塑料是如何生产的,结果把人类文明史都给翻出来了,因此看似简单的轮子,是建立在人类文明的基础上,不可能在人类还没有形成的时候进化出来。
3 l8 a2 m& q& W( w f. Q4 E2 \关于癌症的设想。我们寻找来寻找去,寻找不到癌症直接的基因,于是想到每个细胞都是癌细胞演变过来的(至少是公用主要基因的),各种现象显示,这种可能性最大。因此不要一心想着杀癌细胞,而是抑制癌细胞的发生就好了。而对于已经恶变的癌细胞,则采取尽量文雅的方式予以消灭。! ]4 L5 K g/ k6 x6 u J
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