数论人生

数论是一门学科,也是我的人生。有人把酒论英雄,我用数字描天下。
正文

探寻生命的奥秘(1)

(2024-08-12 11:02:55) 下一个

2005年,《科学》杂志在庆祝创刊125周年时提出了125个最具挑战性的、待解决的科学问题,其中生物学超过了一半,有60多个。20年过去了,也不知道现在解决了几个。生物学真的有那么难搞吗?相比数学中的区区5个问题早已被解决,生物学家们缺少了些什么?

生物学研究生命体(Living organisms)的起源、构造、功能、生长、与环境的相互关联、进化,以及轮回。轮回一说是我加上的,很多人并不相信;但我认为有意识的生命体(如人类)与无意识的生命体(如植物和细菌)肯定是有根本区别的(Vitalism),而比人类更高级的生命体也一定是存在的,只是人类感知不到而已。生命体都是由无生命的物质进化而来的,著名的Miller-Urey实验说明了这一点,达尔文的进化论也已经被科学界所接受。

生命的特征有3个:能动、可繁殖、入轮回,也许有人还会再加上两条:有组织、可维持体内平衡。生命体是高度组织化的功能体系,每种功能由特定的器官系统(Organ system)来完成,每一个器官又由很多组织(tissues)构成,而组织又由细胞构成,细胞下面是分子/离子,再下面则是原子;往下就是夸克、轻子和场子(Bosons)了。往上呢,诸多生命体构成一个个的生态系统(ecosystems), 也就是行星表面一个区域里的所有生命体以及提供养分的无生命体(即能量块)的集合,再往上则是生态群系(Biomes,如森林、草原、沙漠、水系等)。

地球上的生命体都是碳基的,即有机物都包含碳原子。只有三种含碳的物质不算有机物:CM, CN,和CO3(2-)。有机巨分子有4类:蛋白质(由氨基酸构成)、核酸(RNA和DNA)、磷脂(由甘油Glycerol、脂肪酸及碳链/环构成)、碳水化合物(淀粉starch、糖原glycogen、纤维素cellulose、甲壳质chitin)。也许有的生命体是硅基的如机器人,在科幻小说中还有氮基生命体。

现代生物学有8大研究领域:动物、植物、微生物(细菌、病毒)、环境,以及跨学科的生物化学、生物物理、生物数学、生物地理,其分支有60多个。研究工具有电子显微镜、细胞染色、试管培育等。生物学是实验科学,精密工具不可或缺;但是再精密的工具也有一个度,要揭示生命的奥秘还需要定量的计算和对轮回的认知。

现在已经取得的生物学研究成果有:细胞理论、进化论、基因理论、器官培植(Organism culture)等,细看一下就会发现生物学家们在许多方面还没有达成一致。比如,细胞理论有三条基本原理:(1)一切有机体都是由细胞组成的;生命的新陈代谢和遗传都发生在细胞内;(2)细胞是组成生命的最小单位;(3)细胞都是从已有的细胞分裂而来。第三条显然不成立,人工合成细胞是完全可能的:1983年,美国生物学家Kary Mullis发现了多酶体(Polymerase)的链式反应,使得DNA可以批量生产,克隆任何生物都不在话下。至于道德伦理之争那是永无休此的,只能交给掌控轮回的上帝去决定。

生物学家们创造了体内平衡方法:要想保持一个健康的身体,体内各种成分需要达到数量上的平衡。他们也有了能量方法:从能量流动的角度去解释新陈代谢的变化规律;也知道功能与结构相互决定(Function dictates structure and vice versa),还知道信息的流向:从DNA到RNA,再到蛋白质;还缺少了什么呢?数学上的定量计算吗?生物数学中已经建立了许多模型。归根结底还是在于对轮回机制的认识不足。各位看客若是不信的话,接下来我可以从数量上论证轮回的存在及运作方式。

[ 打印 ]
阅读 ()评论 (2)
评论
欧洲联盟 回复 悄悄话 回复 '油翁' 的评论 : 多谢夸奖!
油翁 回复 悄悄话 欧洲联盟的文章让人忍俊不禁!通过对生物学中的挑战问题的探讨,引出了许多有趣的见解和疑问。作者的幽默风格和深刻思考让人眼前一亮,期待未来更多精彩的文章!
登录后才可评论.