生物学   55 个讨论,0 个关注

为什么说辣是一种痛觉而非味觉?

如何评价世界第一位拥有三位家长基因的孩子出生?

蚊子咬后的痒和别人抠脚板心的痒有什么区别?

蛋白质酶会水解自己吗?

在你的研究领域,你了解的最有趣的分子(molecule)是什么,为什么?

电子显微镜可以看清氨基和羧基吗?

为什么几个氨基酸通过一定顺序排列,并具有一定的空间结构,便会突然具有生物活性?

氨基酸能不能被合成出来?合成有什么限制吗?

人体内蛋白质只能通过摄取氨基酸和利用被水解所得的氨基酸合成吗?

生物怎么进化出自然死亡这一性状?

能否利用 DNA 的重新编程治疗遗传病或解决人类进化过程中的缺陷?

最近十年,遗传学(包括基因组学)有哪些实质性的突破?

如何看待 23andMe 公司出售用户基因组数据?

DNA 里面到底可以写入多少信息?

中国科学家率先完成「30nm 染色质高级结构解析」有何意义?

生物个体基因的表达时序或表达量或表达/关闭的选择是怎样从亲代被遗传到子代的?

人类有可能「制造」出一个生命吗?

一个物种的每一个基因最早是如何被识别,并定义出来的?

自然界有永生不死的生物吗?

如何理解生命微观上的随机无序性与宏观个体表现出来的有序性?

意识的生物学基础到底是什么?

从进化的角度来看,不同的血型会带来什么好处?

大型哺乳动物成功地占领了陆地和海洋,却为什么没有占领天空?

近一万年人类智力有明显进化吗?

人类要不要保持各自种族的纯种?

为什么动物没有进化出螺旋桨?

为什么要给单个细胞测序?

基因变异有特定的方向么?

为什么人类生殖这么慢这么费劲,却没有灭绝?

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这个真心可以有。


08年PNAS上发表了论文 Rapid large-scale evolutionary divergence in morphology and performance associated with exploitation of a... 显示全部 »
这个真心可以有。


08年PNAS上发表了论文 Rapid large-scale evolutionary divergence in morphology and performance associated with exploitation of a different dietary resource就是一个很有意思的例子。

故事是这样的:1971年的时候科学家把5对蜥蜴从Pod Kopiste岛放到了邻近的Pod Mrcaru岛上,但是克罗地亚战争爆发了,科学家就不能回到岛上了。等到36年他们重返这个地方时,神奇的东西发生了:本来Pod Mrcaru的原居民蜥蜴已经快消失了,而来自Pod Kopiste岛上的蜥蜴不仅占据了这个小岛,而且改变了行为,食物,而且还有了新的结构特征!!!

首先,蜥蜴的头变长了,大了;而相应的咬合力也变大了。


其次,是和原来地区的蜥蜴相比,这种蜥蜴的食物结构变化了,植物占得比重更大了。


更让人惊奇的是,肠道里竟然出现了新的结构,盲肠阀!!!而这个结构在绝大多数蜥蜴里面甚至都是不存在的!!!


一切都指示着这是一个36年(大概30代)的进化过程:蜥蜴来到这个岛上要适应植物多的环境,于是在选择的作用下蜥蜴的头更大更长,而更大的咬合力更好地咀嚼植物纤维;同时盲肠阀的出现减缓了食物在肠道的移动速度,并且提供发酵的场所让共生微生物提供了环境把纤维素转换为脂肪酸。而这一切都发生在36年!!!


但是这个文章还是有瑕疵,首先是它自己提到的共生微生物并没有分离和鉴定出来;其次是分子机理没有解释清楚:进化树发现这个新蜥蜴分子上和原来的是同一支,而且性状上的改变也没有分子机制的支持,看了看这篇文章的那个科学家主页也没有更新发现。


不过就冲着新的表型也基本上能说在短短时间进化出了新的物种!


关于这种现象的理论依据,请参考间断平衡(Punctuated equilibrium)



http://reptilis.net/2008/04/23/lizards-prove-evolution-can-happen-rapidly/
http://www.pnas.org/content/105/12/4792
http://www.bio.umass.edu/biology/irschick/

匿名用户

回答了问题 2016-10-31 23:1510 个回复 不感兴趣

为什么人类生殖这么慢这么费劲,却没有灭绝?

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先问是不是再问为什么。


人类繁殖的很快啦。如果拿虫族相比,那确实很慢,虫族是通过大量繁殖来保证自己的基因传承下去的。这,只是一种策略,这种策略是不计死亡的策略。我们还有其他方式。

人类如果和其他哺乳动物以及鸟类比还是有特别巨大的优势的。看看熊猫,看着毛片... 显示全部 »
先问是不是再问为什么。


人类繁殖的很快啦。如果拿虫族相比,那确实很慢,虫族是通过大量繁殖来保证自己的基因传承下去的。这,只是一种策略,这种策略是不计死亡的策略。我们还有其他方式。

人类如果和其他哺乳动物以及鸟类比还是有特别巨大的优势的。看看熊猫,看着毛片都不想繁殖,但居然还是活化石。人类全年无休的发情就让人类这个种族占了很大的便宜。想想老毛时代的人多力量大,发动生育机器后,人口的增加有多快。生的过人的大概也就耗子了

在远古生产力不高的情况下,你生太多也养不起,人类是通过提高生存率的方式来弥补生育率的不足。和虫族比比生存率?生那么多都挂了,其实挺浪费精力的。简单来讲,生产力也是限制生育能力的一个原因。人毕竟是生物链较上的生物,大自然承受不了一堆吃货。一胎一个其实也很高了,你看看整个哺乳届,比人类生育率低的多的动物多的是,死亡率也很高。只要足够保证你的种群不灭绝就够了。

其实这个自然界,能捕食人类的真心不多啊,别忘了人类是群居动物,只有人类落单的情况下才有可能被其他猛兽捕捉,人类要是能凑个十来八个黑叔叔这样的,基本上可以在野外横着走了。你不信去动物园走一圈,你看看真正能干掉你的动物有几个。



还有就是人类真的11岁之后才能创造生产力么?你是拿现在的标准来看,拿以前的标准在5、6岁之后就足够自己觅食了。别忘了人类终究是大型动物,捉个大虫子小动物什么的是绰绰有余的。想想你小时候那么爱爬树,掏鸟蛋采果子吃饱你不是问题吧。

等到人类进入13、14之后,基本就是一个标准的劳动力了,加上足够的智力,足够的发情,持续20年,你想想多恐怖?

有句话说的很好,给我一个姑娘,我能创造一个民族,给我一头母猪,我能让猪肉降价。少年,不要觉得自己生殖能力低,不带套的和妹子来几发,你就会对自己的生殖能力震惊。


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生育率和生存能力与发展出文明没有必然关系。上面的答案是解答为什么人类能生存下来。至于为什么人类有文明,这是另一个大课题,题主重开一个问吧
匿名用户

talich 回答了问题 2016-10-31 23:1610 个回复 不感兴趣

基因变异有特定的方向么?

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有意思,这博客里的很多故事我都知道,我也对历史的必然和偶然感兴趣,但是,同样的例子,我的结论不尽相同。

先说一个, 再比如说翅膀,世界上可能只有一种形成翅膀的方法,所以蝙蝠、鸟类和翼手龙虽然独立进化,其翅膀结构却是一样的。 这里的翅膀,显然只是脊椎动物的。
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有意思,这博客里的很多故事我都知道,我也对历史的必然和偶然感兴趣,但是,同样的例子,我的结论不尽相同。

先说一个, 再比如说翅膀,世界上可能只有一种形成翅膀的方法,所以蝙蝠、鸟类和翼手龙虽然独立进化,其翅膀结构却是一样的。 这里的翅膀,显然只是脊椎动物的。

而上文中这三种翅膀,还正好是脊椎动物中三个不同的翅膀进化方式:蝙蝠是手成翅,鸟是胳膊成翅,而翼手龙是指头成翅。至于这算不算是一样结构,见仁见智。
http://image2.qiniudn.com/26682-6bcdd7df1b3a7c30f82a2bffbb1f2577
https://pic3.zhimg.com/3d0f12385bb5272825a698278f31191e_b.jpg
(图片取自 Sean Carroll 的 Endless Forms Most Beautiful)

再比如: 人眼这个结构不但出现在哺乳动物中,而且出现在六种不同的生物种类中 — 这六个物种的共同祖先是没有眼睛的,它们是在进化史上分道扬镳以后才各自独立地进化出来了眼睛,而且是同一种眼睛。更进一步,组成眼睛一共就只有九种方法,而这九种方法都被进化所发现了。 这眼有多少种结构,我是不知道的,但我知道,这眼睛自打五亿年前出现,到现在,决定眼睛长在哪里的基因,就是 Pax6,不知道是不是所有动物,但应该基本都是如此。

对应理论是,要么这个 Pax6,或者说整个 Pax 家族,被不同物种反复发现,要么就是大家都是从一个根出来的。

我倾向于后一种。不能说全中,但绝大部分情况下,这些重要的基因单元,都是同源的。

再比如,文中说: 在所有可能处理光信号的蛋白质分子中,视紫红质的性能是最好的,生物进化早在几十亿年前就发现了这个完美分子的结构,而且从没有变过。 好,那我取两个视紫红质基因序列,就是人的和小鼠的:

人:RHO rhodopsin [ Homo sapiens ]
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene&cmd=retrieve&dopt=default&rn=1&list_uids=6010
小鼠:Rho rhodopsin [ Mus musculus ]
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene&cmd=retrieve&dopt=default&rn=1&list_uids=212541

用 blastn 作基因比对,序列很长,结果我只取第一段 540 个核酸:
http://image2.qiniudn.com/26682-50d33ef1ecddf750a972a6f9af862bbc
https://pic1.zhimg.com/929f3907bcdc4f6e80b011a3ffd42644_b.jpg
可以看见,相似度极高,83%,p-value 是 10-152,说明是同源的,但,怎么也不能说是从没变过吧?只能说是高度保守,功能极其相似。这不恰恰是进化选择的结果么。

如果不是这样的话,所有的基因序列分析,什么同源基因理论,都没法玩了。当然不是说这些既有的理论一定对,而是说,这文中的理论,如果只按这字面的理解,绝不是进化生物的主流。

事实上,按这理论,我完全就可以导出神创论出来:既然进化不随机,那为什么偏偏是最完美的结果被选中呢?那一定是幂幂中有人定的。

你可以去信这个,但不要跟进化论混在一起。

最后说,变异有没有方向。

当然有的。

比如 ACGT 四个核酸,共价键的强弱都不一样,加上前后核酸的影响,当然发生变异的机会是不是样的。所谓随机总有个分布,而分布并不是想像中的,所有可能都一样,而方向,也不是说一定会怎么样,而只是某种可能更大一点。像紫外线照射,就会制造著名的 “UV signature” 变异,就是指 C->T 变异,而少有其他变异,这也是很多黑色素瘤的特征。

当然,这个只是在变异尺度上的,这个方向,和我们通常说的在功能尺度上的方向,是有相当的距离的,这样看,说这些变异本身没有特定的方向,也没问题。

最终,变异和选择是一个复杂的体系,变异的方向性,还是要同时看生存压力,是否有进化优势。变异只是个起点。

随手写写,有很多不严谨的地方,大家见谅。
匿名用户

回答了问题 2016-10-31 23:1610 个回复 不感兴趣

为什么要给单个细胞测序?

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先熟悉两个概念:
卵母细胞(话说我一直以为这个念ruanmu,怎么都打不出这个字。。。文盲害死人): http://zh.wikipedia.org/wiki/ 卵母细胞
和减数分裂 http://zh.wikipedia.org/wiki/ 减数分裂... 显示全部 »
先熟悉两个概念:
卵母细胞(话说我一直以为这个念ruanmu,怎么都打不出这个字。。。文盲害死人): http://zh.wikipedia.org/wiki/ 卵母细胞
和减数分裂 http://zh.wikipedia.org/wiki/ 减数分裂

每个细胞大体上的遗传信息(DNA)是一样的,但是也会存在点突变,而且在卵母细胞减数分裂的时候可能产生染色体的非整倍性(aneuploidy)。这篇文章是测了第一第二极体(见卵母细胞词条),潜在的意义是:
1. 可以让我们更好的认识卵母细胞减数分裂时的染色体重组
2. 可以在试管婴儿过程中(植入以前)筛选来自母亲方面的染色体数目异常和疾病相关的突变
3. 这年头做单细胞测序是上high profile杂志的捷径

http://image2.qiniudn.com/26682-a67a9574f96076d5bcde6d0e5ecd797d
https://pic3.zhimg.com/450509f13fc4b0e8cde2e8dae31b21b6_b.jpg
上图整个实验的流程。
红色和绿色分别代表了母亲的母本等位基因和父本等位基因(也就是外婆外公?),A中可以看出减数分裂是发生了重组
PB1,PB2:第一第二极体,也就是实验里被取出来测序的东西。测他们的好处是:通过他们的遗传信息可以推断受精卵中来自母本的遗传信息;这三个细胞本来就没什么用,取出来不影响受精卵。以前好像是等受精卵分裂了以后去里面的细胞(劳驾哪儿专家来提醒一下是取的哪里的细胞?),一来对受精卵不大好,而来要等。

谢 @garfield 和 @李迪 的补充,一般IVF的筛查是在囊胚期(blastocysts,受精后第五天),取细胞测序的。如前段时间号称“第一例通过第二代测序技术筛选的试管婴儿” First IVF baby with new embryo screening technique ,牛津的Dr Dagan Wells做的,其实只测了2%的基因,能够看出染色体数目的异常(测了5个受精卵,2个有异常,可见概率还是很高的)。相比之下Cell这篇文章还是进步很大的。

http://image2.qiniudn.com/26682-ff6328e1211238c5f71e0e7d663685fd
上图就是发现的疾病相关的单核苷酸突变(SNV) https://pic2.zhimg.com/a9e9f23bff56efc66ae536cba78610ed_b.jpg
上图就是发现的疾病相关的单核苷酸突变(SNV)
http://image2.qiniudn.com/26682-745fee84c7ea1b8bf45780ee33807281
上图就是说发现了染色体重组(红色绿色出现在同一条染色体上了,黄色部分是heterzygous);发现染色体数目异常(图中的D) https://pic2.zhimg.com/b3d0b8fb9a53981c2928052015e16ad9_b.jpg
上图就是说发现了染色体重组(红色绿色出现在同一条染色体上了,黄色部分是heterzygous);发现染色体数目异常(图中的D)

文章:
Cell - Genome Analyses of Single Human Oocytes
匿名用户

Philip Yang 回答了问题 2016-10-31 23:1610 个回复 不感兴趣

为什么动物没有进化出螺旋桨?

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微观尺度上有的——ATP马达

http://image2.qiniudn.com/26682-f8f97ef1944d24f5bf2940db7d4190e2
https://pic3.zhimg.com/cd1ef7ed096c2dce4da9d61... 显示全部 »
微观尺度上有的——ATP马达

http://image2.qiniudn.com/26682-f8f97ef1944d24f5bf2940db7d4190e2
https://pic3.zhimg.com/cd1ef7ed096c2dce4da9d6101aa02c12_b.jpg
ATP sintetasa: una extraordinaria maquinaria molecular 驴Azar o Dise帽o? ]

下一张图是证明那马达确实在转的实验的示意图:
http://image2.qiniudn.com/26682-b3f8d7a9c50e7cac128b84e6462d536c
https://pic1.zhimg.com/5db0b04caa842b164cf1ffd3aca73f4c_b.jpg
http://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2005_12/Page3.htm ]
红色部分是人工合成上去的,为了让马达的旋转更容易被观测到。

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宏观一点,细菌鞭毛就是
http://image2.qiniudn.com/26682-c612292cebd99d2ea1efa9169f6ade10
https://pic4.zhimg.com/9937a4b7074617532e73422e9abbd6af_b.jpg
鞭毛 ]

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更复杂的生物,需要螺旋桨的场合都已经有别的解决方案了吧

那为什么这些场合不是进化出螺旋桨作为解决方案?因为那些解决方案都是用现成的别的东西搭建成的——要用现成的东西搭建出螺旋桨太复杂,用现成的东西(例如:上肢->翅膀)简单一些

François Jacob 1977年一篇经典论文 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/860134 ]的大意就是 —— 进化就像是修补匠(拿现成的东西搭建简单的结构,实现功能就行),不是设计师。
匿名用户

张英锋 回答了问题 2016-10-31 23:1610 个回复 不感兴趣

近一万年人类智力有明显进化吗?

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因为得益于教育的普及,人类总体的智力有大幅度提高,但是和智力有关的基因没有进化,并接近停滞。

为什么说智力的大幅提高来自于教育?

举个典型的例子,如果爱因斯坦出生在非洲部落,他永远发展不出足够的智力,来做出伟大的科学发现,因为他没有机会来接受现代化的教... 显示全部 »
因为得益于教育的普及,人类总体的智力有大幅度提高,但是和智力有关的基因没有进化,并接近停滞。

为什么说智力的大幅提高来自于教育?

举个典型的例子,如果爱因斯坦出生在非洲部落,他永远发展不出足够的智力,来做出伟大的科学发现,因为他没有机会来接受现代化的教育。

但是他出生在19世纪末的德国,当时的德国在教育方面是全世界领先的,最早建立了义务教育的体系,有最好的高等教育学府,这为爱因斯坦奠定了最重要的智力基础。

现代人比古人的智力水平高,并不是得益于基因,而是得益于教育,所以才会有“弗林效应” (Flynn effect)。越是富余的国家,受教育的平均水平越高,智力当然越高。

为什么说智力基因进化已经停止?

还是以爱因斯坦为例,假设他的成就来源于基因上的突变,智力有了进化。那爱因斯坦对人类基因的贡献是多少呢?

答案是零,因为他没有几个后代,他的后代再产生爱因斯坦的几率也极小。

因为一夫一妻制度剥夺了自然选择中赢家可以通吃的特权。
给大部分人传宗接代的平权,所以无论是自然选择、性选择、还是人择,影响都很小了。
只有肤色、血型、乳糖不耐、抗黑死病等非智力基因,还在为适应环境压力而变化。

无论你的基因有多厉害,你的后代和普通人一样多,因为没有后代数量的优势,任何人对人类基因的贡献都可以忽略不计。

一夫一妻制的诞生之日,就是人类智力基因停止进化之时。而这个制度的出现,远远早于一万年。

爱因斯坦的贡献是文化,而不是基因

虽然爱因斯坦并没有基因的贡献,但是因为爱因斯坦在文化上的创新(科学发现),提高了人类控制自然的能力,催生了大量实际应用(例如核能),促进了社会的突变。

类似爱因斯坦的伟人,例如欧几里得、哥白尼、牛顿、高斯等等,他们的成就被写入教科书,所有接受过中学教育的人都掌握了他们创造的概念、方法和技巧。

大量这样的认知通过教育被一代一代的传播下去,提高了人类整体的智力水平。
谢邀!
两个猜测,不算回答,大家随便拍:

一、会不会是因为同为温血的鸟类已经先期占领了天空,特别是产生了一些大体型的捕食者(鹰雕什么的,它们甚至可以捕食猴子这么大的哺乳动物),于是后来者无法再发展壮大?

二、早期的哺乳动物为了躲避强大的恐龙,全是昼伏夜出。... 显示全部 »
谢邀!
两个猜测,不算回答,大家随便拍:

一、会不会是因为同为温血的鸟类已经先期占领了天空,特别是产生了一些大体型的捕食者(鹰雕什么的,它们甚至可以捕食猴子这么大的哺乳动物),于是后来者无法再发展壮大?

二、早期的哺乳动物为了躲避强大的恐龙,全是昼伏夜出。而飞行是一种极其危险的高速运动,要求视觉的全力配合(所以鹰才会有强大的视觉,实际上鸟类的视觉都还不错),这显然不适合晚上出来活动。

实际上昼伏夜出对哺乳动物的视觉有很深的影响。比如哺乳动物除灵长类之外全是色盲,它们在夜里更需要敏锐的视觉,而非颜色。灵长类为了方便找果子,重新进化出了彩色视觉,但与鸟类相比,仍旧差了很多。鸟类有四种以上的视蛋白,负责探测不同波长的颜色。人类只有三种,而且其中两种的波长范围比较重叠。说白了,在鸟类面前,人类虽然不是色盲,但也只能是色弱。

其实,在夜间飞行对鸟类自己也是个难题。成功适应的,主要就是各种猫头鹰。它们的眼睛也大大特化了,变得很像夜间活动的哺乳动物,比如猫。别的鸟类都是双眼在两侧,猫头鹰双眼在前,有更出色的立体视觉,能更好地区分障碍物或猎物的远近。

另外,要解决夜间高速飞行的问题,不是没有别的办法。蝙蝠使用超声波就是哺乳动物的适应之道。但这种方式与视觉相比有很大不足。虽然准确度没有问题,但声音有其致命的弱点——衰减。光线在长距离上几乎没有衰减,而声音则不然,其效用的衰减随距离增长而急剧上升。这就决定了,蝙蝠只能是个“近视”。

近视带来一个严重的问题就是,往往飞到比较近了,才发现前方有障碍物。这练就了蝙蝠高超的飞行本领。蝙蝠虽然不能像蜂鸟一样空中悬停,但能够做出匪夷所思的急速转弯等动作,是一般鸟类无法完成的。但大家不要忘了,如果蝙蝠也长了很大的体格,就注定不能如此敏捷地飞行。所以说,回声定位方式的先天不足决定了蝙蝠长不大,无法与体格更强壮的鸟类去竞争天空的主导地位。这就又回到了第一个原因上。
谢邀.
所谓血型,就是根据红细胞表面所携带的可遗传抗原对红细胞进行的分类。根据抗原的不同可以划分为不同的血型系统,人类共有30多种血型系统,其中最重要的就是ABO血型系统和Rh血型系统。
ABO血型系统
http://image2.qiniudn.com/2... 显示全部 »
谢邀.
所谓血型,就是根据红细胞表面所携带的可遗传抗原对红细胞进行的分类。根据抗原的不同可以划分为不同的血型系统,人类共有30多种血型系统,其中最重要的就是ABO血型系统和Rh血型系统。
ABO血型系统
http://image2.qiniudn.com/26682-4d13f6a35136c7c118011b1fed276e18
ABO血型系统根据红血球上是否存在A或B抗原来分类,正如上图所示。这个血型是由 https://pic2.zhimg.com/268b9ef1d781e6243877bd81ab5dbab9_b.jpg
ABO血型系统根据红血球上是否存在A或B抗原来分类,正如上图所示。这个血型是由 ABO 基因决定的。 ABO 基因主要功能就对红细胞上一个叫做H抗原的蛋白质进行修饰,在这个蛋白质上增加一些多糖链。ABO基因共有三类等位基因,第一类是A型等位基因,可以将H抗原修饰成A型抗原,该等位基因是显性;第二类是B型等位基因,可以将H抗原修饰B抗原,该等位基因仍是显性;第三类是O型等位基因,该等位基因失去了功能,无法对H抗原进行任何修饰,是隐性。显然,如果某人的基因组内只存在A型这一种显性等位基因(AA,AO)就会形成A型血;只存在B型这一种显性等位基因(BB,BO)就会形成B型血;同时有AB两种显性等位基因(AB)就会形成AB型血;只有O型隐性等位基因(OO)就会形成O型血。 可见,ABO血型系统中所有类型都包含H抗原(一种可被免疫系统识别的蛋白),但在A/B/AB血型中,H抗原上又增加了相应的新的抗原(可被免疫系统识别的多糖) 。但如果ABO血型的基础-编码H抗原的基因发生了突变,导致H抗原不再存在,就会形成一个新的血型,也就是Hh血型系统中hh型血,该血型只在印度存在。在hh型血中,因为H抗原不存在(相应的,只有在该血型中才存在H抗体), ABO 基因也巧妇难为无米之炊,无论怎么变异,都不会产生ABO血型系统中的任何一种血型。hh血型可以向ABO血型中任意一种血型输血,但只能接受相同血型人的供血。参见: hh blood group
ABO血型系统是非常古老的血型系统,在很多哺乳动物及绝多数灵长类中都存在。因此,ABO血型必然有自己的好处,才能在如此久的时间内依然存留,而不被环境所淘汰。目前最主要的理论是“Light in the Dark theory(黑暗中的一丝光亮)”。 这个理论认为病毒在人体内繁衍时会附着上人的抗原,当病毒传染到另一个不同血型的人的时候,病毒上附带血液抗原会直接引起新的宿主的免疫反应,在病毒有所作为之前就把病毒消灭掉. 体外实验证明从A型病人提取出了HIV病毒会被A抗体干掉,但B型血和O型血病人中提取的HIV病毒却对A抗体无反应,参见 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1711864
此外,不同的血型对很多种的疾病有着不同的抵抗力,比如O型血对疟疾有着较强的抵抗力( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19812491 ),这可能也是血型分化的另一个原因。

另一个重要的血型是Rh血型,这个血型涉及50多个血型抗原,其中最重要的是D抗原。目前把含有D抗原的称为Rh阳性,否则称为Rh阴性血型。目前主要的发现是Rh阳性对弓形虫有较强的抵抗力。

综上,血型的进化应该与免疫有关。
匿名用户

Pirate Henry 回答了问题 2017-03-30 09:0610 个回复 不感兴趣

意识的生物学基础到底是什么?

赞同来自:

首先是一个坏消息 :至今学术界无法给“意识”一个准确清晰的定义,并且不清楚是否将来可以。甚至“情绪”、“意识”这类早期心理学和哲学产生的分类也在被一些研究者质疑。从“意识”不同的角度来看“意识”都会有不同的解释,其实我们还是在盲人摸象而已。

其次是一个好... 显示全部 »
首先是一个坏消息 :至今学术界无法给“意识”一个准确清晰的定义,并且不清楚是否将来可以。甚至“情绪”、“意识”这类早期心理学和哲学产生的分类也在被一些研究者质疑。从“意识”不同的角度来看“意识”都会有不同的解释,其实我们还是在盲人摸象而已。

其次是一个好消息 :人是不满足于未知的,无论是否有清晰的定义,我们都会提出种种假设来解释意识的种种现象(如:自我意识、感官感知、空间感知、情绪感知、思考等)。而对于意识的解释无非以下两类:

[list][*] 非物质 (主要是灵魂假说) 在非物质的解释里,有新理论认为“意识”是脑的一种输出,从脑输出到灵魂。就像人使用电脑一样,灵魂使用脑,所以“意识”其实是灵魂的感知。

[list][*] 物质 (主要是基于脑的物质基础假说) 虽然我们尚不能对意识做一个清晰的整体的阐述。但是,对于统称为意识的各个具体行为,学术界已经有很多可观的研究成果。并且趋于公认所谓的“意识”是这些方面在进化中共同结合的产物。
感知 :感受能力的存在从很多单细胞生物就存在,如草履虫的应激性。对于感受本身来说,并不是意识。是意识的部分叫做感知,“感知”这个中文词真的很贴切,不但要感,还要知!而知的过程就涉及另一个方面——“自我意识”。
自我意识 : http://www.zhihu.com/question/19768571 里有很多不错的解答。我仅仅重复我的 个人观点 :“自我意识”是对物理的个体和物理的环境的区分的一个中间处理过程。如@Filestorm所说,必须要足够的神经元网络才可以将这两者分开。至于这个量变如何引起质变的,暂时也没有确定的答案。但是这个过程必须和对感官、情绪等其它方面结合起来。
情绪感受 :所谓的情绪感受,其实是和感知相结合的。情绪本身会被传送到意识,而身体的诸多变化更是让我们意识到我们的情绪。同样,必须和自我意识结合起来。
这些已知的方面和一些我们未知的方面糅合在一起就是我们的“意识”。

总结哥:在这样的未知情形下,我们只能通过一些局部的研究来探讨“意识”的部分行为(如@Filestorm提到的 delay test 就是对感知和记忆的测试),从全局来看我们甚至说不清什么是“意识”,那么“意识”的物质基础或其它生物的“意识”问题我们暂时更是未知的。
生物体内的诸多反应当然不是靠着随机结合而产生的。

假设一个转录酶靠着三维空间的随机行走来找到启动子,像一个醉汉在地图上随机行走回到自己的家那样,当且仅当那位醉汉在一维和二维空间上随机行走,否则他可能永远无法再回到自己出发的地方。在三维空间里面的扩散,看起来扩... 显示全部 »
生物体内的诸多反应当然不是靠着随机结合而产生的。

假设一个转录酶靠着三维空间的随机行走来找到启动子,像一个醉汉在地图上随机行走回到自己的家那样,当且仅当那位醉汉在一维和二维空间上随机行走,否则他可能永远无法再回到自己出发的地方。在三维空间里面的扩散,看起来扩散方程从 2Dt 变成了 6Dt ,似乎效率提高了,但随着搜索空间的增大更是不能忽略的,数学上可以证明三维的随机行走是非常返(non-recurrent)的,即仅仅凭借随机行走,醉汉(三维空间随机行走)能够走回家的概率是等于 0 的。

除了醉汉找到家之外,酶在原核细胞内的扩散也出现了大问题,假设细胞体积为 V ,启动子与 RNA聚合酶 初始的距离为 r,扩散系数 D,一个估算如下:
http://image2.qiniudn.com/26682-c0e7e28cd0d4ebee95289fca849fb92a
https://pic3.zhimg.com/3fb59ea7d4334c98929fd99be69cecba_b.jpg

即,需要 s 的量级才能找到距离在 2nm 以内的目标,这样的搜索实在太低效了。因此类似的生物过程中,至少许多关键步骤上不可能是无规的。

当然,生命的最初的产生很可能确实源于某些随机的偶然,这时候,理解这个自然的有序,我们至少可以有两种可能的猜想:
其一,这个世界的生命是神创造的,因而所有的过程都是有序的。
其二,这个世界的生命是从无序中产生的,但是因为个体之间存在某些差异,例如「无序的程度」存在差异,其中那些稍微有些微弱的「改进」的个体都能未来的竞争(自然选择)中产生巨大的差异,经过了很长很长时间的演化,起初那些微弱的改进,渐渐成为了一个生命所独有的有序性,并在各个方面体现出对环境超强的适应性。

科学家们当然相信进化论,相信在漫长的演化过程中,有某些改变被一直继承下来,直到今天。那么很自然地,科学家会思考以下问题:
经历了漫长的进化过程,在这个变化的过程中经历的哪些中间状态、有哪些证据可以说明这些中间状态的存在。这个过程需要许多的观察和挖掘,到了近年,又有了许多研究分子进化的研究技术可供选择。
即便对整个进化的过程不感兴趣,我们希望知道生命体到底在哪些方面体现出那些有序来。这些有序是怎样被组织起来的,又是怎样来运作的。这个过程正是许许多多的生命科学家一直在尝试着来做的,大家在一个步骤一个步骤地理解整个生命反应的机理。

我们都知道,最终说了算的永远是那些实实在在的观察和实验数据。可是如果实验条件有限,我们对那些「生物」的过程无法展开细节的研究,除了阅读众多文献之外,我们怎样来了解一个生命过程呢?下面我来进行一些简单的说明。我计划在这里开设一个专栏( 生命的设计原则 - 知乎专栏 ),专门讨论有关生命现象中的「设计原则(Design Principle)」问题,即讨论那些在进化中可能影响重大的一些「优化」。

以一个酶找到 DNA 上的特定位点问题为例,我来说明一下,从「设计原则」的角度来看,可以怎样来思考这个问题。在这里我不能啰啰嗦嗦地直接给出以下全部问题的解答,我相信各位对生物学过程较为的朋友在这些问题的帮助下联想起了相关的生物学论文,即使没有更多的生命科学背景,相信看到这些问题,已经可以自己开始一些基本的思考。以后有时间我将在我的专栏进行更详细的讨论:
[list] 基本考虑:随机性的存在,虽然导致生物反应的效率降低,但是会导致调节生物反应变得更容易,某些反应正是需要通过这些随机性(例如通过影响某些反应发生的概率)来实现一些这样调控,这样的代价通常比较低,一些小小的修饰就可以实现调控。如果完全不存在随机性,很多反应的效率会提高,但是此时的调控就需要耗费较大的能量(例如专门合成一种蛋白来调节某一反应),生物想要阻断或者控制某一反应就会变得困难。 在这一前提的假设基础上,我们接下来再来谈生物反应中提高效率的一些方法和生物体内蕴含的一些「有序」。 真核细胞与原核细胞的差异性。 我们的目标是找到 DNA 上的特定位点。DNA 在细胞中的存在可能有两种不同的情况:(1)被紧密地缠绕在一起并被约束在细胞核内的(2)仅仅松散地进行一些缠绕,并不装配好,扩展地分布在整个细胞质内。对于全部装配好、位于细胞核内的 DNA ,在搜索时,可能出现一些怎样的好处?而扩展地分布在细胞质内又有那些好处?假设转录酶在三维空间中扩散,哪种策略更有利于三维搜索空间的减小?假设转录酶沿着 DNA 做准一维的扩散,是在缠绕、超螺旋、装配好的 DNA 上行走更快些还是在松散的结构上扩散更快些?
启动子序列的优化: 用一个例子来类比这一问题。假设需要在计算机还没有发明之前,现在我们需要从一本《红楼梦》中来找到某个特定的段落,开始抄写。你可能面对的作业任务有以下一些:
(A)从有「宝玉」出现之后开始抄写,并往后再抄 50 字。这个作业看起来不难,但是假如你把这个作业布置给一个班的学生,每个学生可能抄下来的段落都很不一样,因为「宝玉」只有两个字,这在整本《红楼梦》中出现的次数实在太多了,因此过短的序列不适合作为启动子。
(B)那就不从过短的段落开始吧。例如,要从「 宝玉急的跺脚,正没抓寻处,只见贾政的小厮走来,逼着他出去了。贾政一见,眼都红紫了,也不暇问他在外流荡优伶,表赠私物,在家荒疏学业,淫辱母婢等语,只喝令“堵起嘴来,着实打死!”小厮们不敢违拗,只得将宝玉按在凳上,举起大板打了十来下。贾政犹嫌打轻了,一脚踢开掌板的,自己夺过来,咬着牙狠命盖了三四十下 」开始,再往后抄 50 字。只要给全班的学生足够长的时间来「搜索」全书,大家的答案肯定都是准确的,只是问题是,搜索的时间太长了。况且,生物序列跟一本书还有不同之处,其中有许多的重复,而且能使用的字母只有 4 个,在搜索的过程中还需要严格的「校对」,如果是一个小个头的酶来「校对」,越长的序列「校对」的时间也越长,当然也可以用一个巨大无比个头与几百个碱基近似的酶一次性校对完毕,只是这样酶不管是合成还是扩散都成问题。不管怎样,启动子很长,最后大家总能保证「抄得很准」,但是这时候,效率又是很低的。
(C)不能太短以至于序列缺乏特异性。又不能太长以至于酶的体积需要的很大。那么我们需要启动子的长度恰到好处,那么怎样的启动子长度会是最好的呢(这是一个有意思的估计问题,以后我可以在专栏里面专门讨论这个问题)?怎样的启动子会帮助我们快速定位呢?例如,回到《红楼梦》抄写的问题,假如要求抄写其中的某一首诗词,是不是找起来会变得简单些呢?这样我们可以很快跳过那些不是诗词的段落。生物也是一样,那么进化过程中会做出一些怎样的进化,让酶对于启动子的搜索可以跳过许多的段落,又或者根据某些具体的特征快速定位到某个片段附近然后开始准一维的搜索呢?与此有关的一些具体的生物机制将会是有意思的,我将在以后有空的时候专门再来讨论这一问题。 其它蛋白质的协助和「召唤」: 为了增大反应速率,一种最简单的策略就是提高局部的反应物浓度,这样可以提高「碰撞概率」,从而提高效率。可以设想为了提高局部的反应物浓度的一些方法:例如通过溶液的一些性质,又或者,本身就是蛋白质形成多聚物、「招募」更多的蛋白、组装成为大型分子机器等等来实现具体的功能。这同样也是说来话长。 [*] 解决速度和特异性的矛盾(Speed-Specificity/Stability Paradox)。 关于这个问题的讨论,我在「 蛋白质完成其生理功能的过程,与其物理/化学结构的衔接点在哪里? 」这个问题的讨论中已经进行了一些简单的介绍。这里引用我在那个题目中的一些讨论: [quote]一个蛋白质需要找到 DNA 上面的一个特定的片段。假如一个蛋白质要实现这样的一个功能,那么会是怎样的结构来实现这一功能呢?

首先,我们希望这个蛋白质要找得准。这个很重要,如果现在蛋白质需要结合到 特定的位置 上来实现具体的功能,结果跑错了位置,这对生物体可能造成很可怕的效果。找得准,就需要这个蛋白质「斤斤计较」,与 DNA 片段有一些很强的相互作用,例如电荷可能起到重要的选择作用,结合到 DNA 之上可能形成一些氢键结构等等,总之,我们希望这个结合越特异性越好,因此对应到前面的讨论,面对这么高的能垒,我们希望某些局部的残基高度保守。

其次,我们希望这个蛋白质跑得快。因为如果不能迅速地产生调控作用,反应总是很慢,这样的生物在进化上是会被淘汰掉的。那么想要跑得快,那就不能那么「斤斤计较」,得傻乎乎的,不管前面是坑是坡,一路狂奔才行。要是有很多的特异性结合,那一路的摩擦阻力够它受的。即,「跑得快」跟「找得准」是矛盾的。

那么要怎样才能又快又准呢?一种可能的策略就是有两个结构域,一个负责狂跑,另一个用于仔细寻找某些特定的位置([b] 除此之外,还可能有些怎样的策略来解决这一矛盾呢? )。类似的例子还要很多,因此多结构域会是一个很自然的选择,分析一个具体的功能背后的不同侧面,可以帮助我们理解究竟结构和功能是怎样的关系。
从上面的这些说明,可以很明显地看到,「微观上就是靠小分子的随机结合」这样的观点是有明显的缺陷的,即使是「随机碰撞」,这里的「随机」也绝对不意味着是遍历整个细胞质意义上的「随机」,的确,生命过程中,可能里面存在某些限速步骤随机性比较强,这种随机性有时候就是低能量消耗地实现一种控制的策略。一旦这样的限速步骤一完成,马上后面的步骤就变成完全不随机。例如讨论生物膜所包裹的体系在细胞骨架上的行走,其中更大的随机性来自于细胞器跟马达分子的binding,以及马达分子跟微管的 attachment,一旦 binding 和 attach 形成,后面的很多事情变得不再那么随机,例如马达的运动就不再是双向的了。而 binding 和 attach 也不是完全靠随机来结合,膜上也会有一些能与马达分子结合的位点,马达在进化中更加形成了独特的 ratchet 势以及在微管上高效运动的机制,微管上也有各种「交通信号」精密「控制」着马达的运动。

这些都是进化的力量、DNA、蛋白质以及各类生命物质在演化过程中形成了各种自身以及为了与其它物质结合而产生的各种优化。一个小小的优化就可能让一个物种在竞争中处于绝对优势,以上我已经提到了很多可能改进的策略,这些「策略」在生命现象中无处不在。正是因为自然选择,这些策略最终被保留了下来,我们的生命不只是简单的一连串的偶然,而是在偶然的基础上形成了这些有序。

————————————这是一条分割线————————————
回答 程浩 的几个问题:

1.如果分子间的反应不是随机进行的,是什么力(总得有个力吧)导致它能够定向结合?是否可以推测与微观分子间的极性与磁性有关,或者一些其他的特殊分子间作用力,比如氢键有关。
2,答主所说“提高局部浓度来提高反应速率”,这又是怎么办到的?
3,其实题主真正想知道的是无序与有序的递进关系(非哲学角度),即题主很难理解究竟是怎样的科学上的随机的分子的结合(假如真是完全随机的话),导致了一个如此庞大的整体如此具有目的性。

[quote]1、定向的结合很可能是跟氢键有关的,但是具体怎样形成氢键,氢键的稳定性情况并不一定。而且,除了形成氢键,更稳定的定向的结合可能甚至是先部分去折叠,然后再形成新的稳定结构(当然这其中也很有可能存在氢键)。

2、提高局部的反应物浓度其实也可以有许多的方法,例如我在回答中一开始所说的,真核生物有细胞核,还可以有很多细胞器,这些由细胞膜所构成的腔体与细胞质环境隔绝开,有的酶虽然在整个细胞内含量较低,但在细胞器内这一浓度却可能是足够高的。除了这种情况之外,生物体内还有很多反应其实是并行进行的,例如题主在问题里提到的翻译过程,这一过程中,是有许多的核糖体在同一条 mRNA 上同时开始翻译,这个实际上也是提高了局部的反应物浓度。系统生物学中常常用「招募」这样的词,即一个反应的发生可能(通过信使分子、通过拥挤效应、通过分子修饰)招募更多的分子来参与到反应,并且可能形成局部的浓度提高。

3、这样的问题有点难度,不过可以用统计物理的一些道理来理解,例如能级 A 比能级 B 高 ΔE,那么粒子在 B 上的占据就可能是 A 能级上的占据的 exp(ΔE/T) 倍。如果两个能级的差异,即 ΔE 足够大,即使存在随机的热涨落,两个能级上的占据也有天壤之别(指数级),我们甚至可以近似地人文,只要 ΔE 很大,所有的粒子都会在能级 B 上。只有当温度 T 足够大,那么才会表现出各个状态完全随机的情况出现。因此,要考虑到底是随机性占主导(A、B 状态等概率)还是看起来完全不随机的(B 的概率远远大于 A),就需要看进化上的差异性所带来的适应性([url= ]Fitness landscape )的改变。适应性改变所带来的竞争优势,甚至可能比 exp(ΔE/T) 还要强大,这种时候,很多的事情就变得「必然」了。
匿名用户

张云 回答了问题 2017-03-30 09:0810 个回复 不感兴趣

自然界有永生不死的生物吗?

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在这里我们首先要定义一下永生。
我认为永生分两种,广义的和狭义的。
狭义的好理解,就是一个生物个体一直活着就好了。
广义的,可以理解成组成我的完整的基因活着就好了。例如说,我克隆了一个我,然后我的本体死了,不过克隆体还在,那么这个克隆体就叫张云了。张云还是继续... 显示全部 »
在这里我们首先要定义一下永生。
我认为永生分两种,广义的和狭义的。
狭义的好理解,就是一个生物个体一直活着就好了。
广义的,可以理解成组成我的完整的基因活着就好了。例如说,我克隆了一个我,然后我的本体死了,不过克隆体还在,那么这个克隆体就叫张云了。张云还是继续活着的。这样说来,那些做无性生殖的生物都可以算是永生不死了,什么细菌,什么的单细胞生物都是永生的。
基因活着和我活着算是一个意思的。就好像人类没法一直活下去,可是我们可以传递一半的基因给我们的下一代,也是一种继续生存。
http://image2.qiniudn.com/26682-76806ad1b3dbe2c242925dc9cc7b4615
https://pic3.zhimg.com/ce06b4949f9dd331188eb9e697f06f3a_b.jpg
不过光讨论这个多没意思,咱们去看狭义的。

狭义上我们所说的永生的生物,是一种树,叫颤杨(Populus tremuloides)的树。这树活了多少年呢?80000年!这是什么概念呢,8万年前,现代人类才第一次迁徙到亚洲。这棵树在美国的犹他州。自己从一颗小树苗,通过根部的分生,长出新树干(根部和母体连在一起,并且基因完全相同)。现在已经变成了40000多棵树干,总重量超过6000吨,占地超过43公顷。没错,这是一棵树,他们的根部都是连在一起的,!
http://image2.qiniudn.com/26682-e5facaaaee76ec3bd91d8a65b10bab0e
颤杨(Populus tremuloides) https://pic4.zhimg.com/9ce1f3de9272be81a4cfe90c99776e53_b.jpg
颤杨(Populus tremuloides)

那是不看克隆性的生物,光看单个的生物呢?
要是说单个生物,就就要看灯塔水母( Turritopsis nutricula) 了。
这货骨骼精奇,在生殖之后,自己会变回水蛭型,然后再次成长。简直就是返老还童啊! http://image2.qiniudn.com/26682-8fef4beafb0d216148366d8a2787bd8f
(这是灯塔水母的生命示意图) https://pic1.zhimg.com/16bff13f78c4bfacb616a93e31a7985c_b.png
(这是灯塔水母的生命示意图)

再然后,咱们来看看长寿的生物吧。
寿命最长的当然还是树。是一种叫做刺果松(Pinus longaeva)的树。这棵树在美国的加州,已经5066岁了,至今依然存活。
http://image2.qiniudn.com/26682-5bbfd8107c549d793d9c8398fd74be1a
https://pic3.zhimg.com/f65a51a88302d065dc2caf0dce3d794a_b.jpg
刺果松(Pinus longaeva)

那动物呢? 活的最长的动物有多少岁?
先说水生的,很多水生动物因为构造简单,比陆生动物活的久很多。
现在已知的最长寿的水生动物时一种黑角珊瑚(genus Leiopathes )。已经有4265年的寿命了,现在还存活。
http://image2.qiniudn.com/26682-88d8821011aeaa05db80b1296e340873
图片为黑角珊瑚 https://pic2.zhimg.com/b7047048463d4d65f5432a33ceb7e589_b.jpg
图片为黑角珊瑚

好了好了,终于轮到陆生动物了。 活的最长的动物是一只叫做Adwaita的一只雄性阿尔达布拉象龟( Aldabrachelys gigantea) 。活了255年,2006年在印度的一家动物园里去世了。虽然没有我们说的“万年龟”,不过用乌龟来代表长寿也是没错的呀。
http://image2.qiniudn.com/26682-c25aea5e6e2b544b272a5487f7fc1dba
图片为Adwaita https://pic2.zhimg.com/85510a28adedc02054af0950ad00621d_b.jpg
图片为Adwaita
匿名用户

闵力 回答了问题 2017-03-30 09:0910 个回复 不感兴趣

人类有可能「制造」出一个生命吗?

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上面已经有答案提到了伟大的Venter,不过我还是想深入的扯两句(学术界八卦)。

楼主这个想法很好,不过有人比你想得更多,那就是曾经单枪匹马挑战人类基因组计划还成功了的,一个人顶一个科学家加强师的大科学狂人 J. Craig Venter

h... 显示全部 »
上面已经有答案提到了伟大的Venter,不过我还是想深入的扯两句(学术界八卦)。

楼主这个想法很好,不过有人比你想得更多,那就是曾经单枪匹马挑战人类基因组计划还成功了的,一个人顶一个科学家加强师的大科学狂人 J. Craig Venter

http://image2.qiniudn.com/26682-ae7050bd5d17de92b98fbdd73158c0fb
https://pic4.zhimg.com/7d98315ae1a7c1b709185491fadca197_b.jpg

Venter 早在四年多以前就已经造出来了人造生命,而且不是简单的病毒,是有完整细胞结构、能够独立存活繁殖的支原体细胞。

这是那篇惊世骇俗的论文
Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome

这是那个人造细胞的样子
http://www.sciencemag.org/content/329/5987/52/F5.expansion.html

虽然严格来说只有基因组是人工的,其他的部分都属于借尸还魂,但是丝毫也不影响其划时代意义。(另外Venter研究组在更早的时候就已经用酵母细胞合成了支原体的全基因组,并成功转化无核的支原体细胞,那个时候已经可以算是第一个人工生命了,后来的化学合成,其实也只是Venter一系列研究中的一小步。)

回到题主的那两个问题,第一个显然是在可以预见的未来会有不小的进展,这也是Venter研究组的重要目标,第二个恐怕就比较困难了,如果把一个人类细胞拆分成分子级别,其信息量会比一个基因组大不知多少个数量级,不仅涉及到了人类对基因组的解读能力,还涉及:
1. 有机合成能力:需要有机合成细胞中必须的所有种类的小分子和蛋白质,相关专业的同学感受一下这个难度;
2. 对小分子世界的理解能力:学纳米的同学知道,在不同尺度下,同一个物质的理化性质有很大差异,而合成一个细胞,则是从分子水平到纳米水平再到显微水平各个层面的整合,需要的不仅仅是生物学知识;
3. 3D打印能力:需要把原料分子按需要的顺序组装成完整细胞;
综上所述,我认为人工合成细胞并对其进行有用改造是未来一个非常热门的研究方向,而且目前已经取得了非常惊人的进展,但从分子水平直接合成细胞,则是现有技术条件下短期甚至中期内都不太可能完成的任务。


——————分割线——开始八卦——不负责任的言论部分开始——————————————



话说 Venter 这人,天生脑后反骨,自从一只脚踏入学术界以来,围绕他的争议就没消停过。

他做的第一件大事就是单枪匹马测了个人类基因组(这么说也不严格,其实是他带领了一家叫Celera Genomics 的公司),关键是还赶在了整个人类基因组计划(HGP)的前面,让世界各国的基因组学家颜面扫地。。。

据说本来 Venter 也加入了HGP,彼时按各个克隆来分段测序是主流(即文库法),Venter觉得这样太墨迹,不如整个基因组打碎,测出各个小片段,然后整个拼起来,即所谓的鸟枪法(Shotgun sequencing),可是大家都觉得他这个想法不靠谱,Venter就离开了,然后自己拉了个草台班子单干,没想到直接把之前的大组织干趴下了。。。

这个什么仇什么怨啊,到了什么程度呢,据说当时Venter的论文发在了Science上,搞得那堆基因组学家一段时间集体抵制Science杂志社 o(╯□╰)o

因为主流学术界话语权不在Venter先生手里,所以即使他先测出了人类基因组,社会上提起来人类基因组测序的完成一般只知道第二名的HGP(其实两者发表论文时间几乎是同时,但其中有官方协调的因素,毕竟HGP是有关部门和单位的脸面,打脸不能太响 o(╯□╰)o),Venter的功勋被极大程度的打压了,借用wiki上的评价——他的竞争加速了人类基因组计划的完成。。。呵呵。。。。呵呵。。。明明Venter先完成的好吧,居然第一名的主要贡献是鞭策了第二名取得了亚军这样优秀的成绩,无力吐槽。。。

Venter老爷子虽然自此被视为洪水猛兽,但是随着第二代测序的发展,鸟枪法已经成了主流,老爷子想着名是捞不到了,那劳点实惠也好,于是就拿着自己测的序列去申请专利,结果又搞得整个业界鸡飞狗跳,最终在一系列的斗争后,Venter为基因申请专利的计划最终失败,然后之前顶他的Celera Genomics 董事会就把他炒鱿鱼咯,唉,董事们毕竟是商人 o(╯□╰)o

Venter老爷子当然不可能就此消停,毕竟屠龙刀在手,想攀附的人和资本当然也不会少,老爷子一看,哟,不错,干脆自己建个研究所,还直接用了自己的大名,就叫 J. Craig Venter 研究所 ,简直吊爆了。

老爷子的立足问题解决了,就开始再次思考人生、思考生命的本源、人类的前途。
最后老爷子决定开展两项工作:
1. 自己设计一个基因组,人工合成一个细胞;
2. 开个考察船太平洋大西洋乱逛悠,舀瓢水测测序,看看有没有什么奇奇怪怪的DNA,顺便发发Nature和Science什么的;

看起来是不是一点关联都没有?
老爷子可不这么想,老爷子是想解决两个问题,生命的本源,人类的未来。生命的本源就不用说了,人工合成生命的另一个意义是,可控的生物反应器,Venter希望能够制作一个可以成规模控制,进行各类生化反应的人工细胞群,而从自然界中寻找各类序列的原始灵感,更是能够让这样的生物反应器完成指定功能,最终如楼主所说的,解决人类的能源问题。


当然目前的人工生命依然停留在原核生物的阶段,离V神的期望还有很远,鉴于保守的美国政府又一次第一时间对V神的合成细胞表示了关切,毕竟之前跟这些政客啥的打交道教训不少,估计V神也不敢轻举妄动了,最近也没搞出什么大新闻,未来如何,V神的前方是星辰大海~


Venter研究所的主页和简介
JCVI: About / Overview

老爷子最近的研究成果
JCVI: Publications / Listing

不想看英文的同学看这里,找了篇老爷子的中文专访
克雷格•文特尔:没有商业价值的科学有何用
谢邀。
今天大家看到的各种基因,来源于三种主要的发现途径:1.遗传筛选;2.编码产物;3.序列分析,以下逐一介绍:
1.遗传筛选,是从基因功能的角度发现新基因。研究者在实验中筛选出具有某些特定表现型的突变(体型改变,颜色改变,等等),然后通过一系列遗传分析实验... 显示全部 »
谢邀。
今天大家看到的各种基因,来源于三种主要的发现途径:1.遗传筛选;2.编码产物;3.序列分析,以下逐一介绍:
1.遗传筛选,是从基因功能的角度发现新基因。研究者在实验中筛选出具有某些特定表现型的突变(体型改变,颜色改变,等等),然后通过一系列遗传分析实验寻找这个突变位于染色体上哪个区域,最后定位此突变,从而发现影响到相关表现型的新基因。
2.编码产物。例如研究者利用传统生化方法,纯化了一个全新的蛋白,然后分析了其氨基酸序列,并借助密码子反向推测编码此蛋白的部分dna序列,然后利用碱基互补原则以这“残片”dna从细胞的mRNA中“钓”出编码此新蛋白的mRNA,从而发现一个新的基因。
3.序列分析。其实不难看出,前两种方法都很古老。当全基因组测序完成后,发现新基因就成了电脑的工作。由于已知的基因的编码具有特定规律,人们可以利用这些规律,像查找关键词一样在全基因组序列中搜寻可能的新基因。
基因的意义在于实现具体的生理功能。从中心法则的角度,前两种方法都是从表象走向DNA序列。但第三种恰恰相反。全基因组测序是革命性的,它不仅使得前两种方法的效率大大提升,而且,它使得人们可以在实验尚未开展之前就预测某段DNA序列可能是新基因,从而指导实验设计。这种从DNA序列出发的研究思路被称为逆向遗传学(reverse genetics)。
需要说明的是,第三种发现新基因的方法存在理论上的缺陷。高等生物体中存在大量的“伪基因”,它们具有类似正常基因的结构,但并不表达。它们可能是进化痕迹,就像地层中的遗迹,也可能只是凑巧类似正常基因。另一方面,由于序列分析基本只能依赖于已有的知识,因此无法用于发现具有全新结构的基因,例如一些非编码基因。
这个问题挺大的。。首先肯定不是什么“非物质”的形式,传递的所有信息都包含在父母那46条染色体上以及少量卵细胞的线粒体里面。

这个问题表述的基因的“时空表达”,“表达量”,“表达/关闭”涉及的原因太多了,可以将其分类为:转录水平的调控,转录后水平的调控,翻译水... 显示全部 »
这个问题挺大的。。首先肯定不是什么“非物质”的形式,传递的所有信息都包含在父母那46条染色体上以及少量卵细胞的线粒体里面。

这个问题表述的基因的“时空表达”,“表达量”,“表达/关闭”涉及的原因太多了,可以将其分类为:转录水平的调控,转录后水平的调控,翻译水平的调控

1,转录水平的调控

这主要是依靠启动子,启动子本质来说就是一段DNA序列,它的位置在基因的上游区域。是基因的开关,决定这个基因是否能被表达,表达量的多少,什么时候表达。

它形式功能的方式是结合RNA聚合酶(这东西是负责把DNA转录成RNA的),以及很多相关的蛋白,形成一个复合体,然后这个复合体边往前移动,同时将DNA模板转录成相应的RNA。

2,转录后水平的调控

这个主要是RNA的选择性剪切和small RNA沉默机制,一个要把序列中的内含子切掉,然后在把外显子拼装在一起,这个拼装的过程可能会剔除掉一些序列,这样就会对基因的表达起到调控作用。

从这两个层面来看,子代基因的表达可以说是父母基因组混合的结果,大部分都会继承亲代的表达方式;有些性状会因为因为显性或者隐形只选择一方的表达(举个我不确定的例子,单眼皮和双眼皮的遗传~)。还有一些可能发生重组,突变(广义的突变),在加上表观遗传,而产生新的表达方式。

总之,亲代到子代的遗传方式就是DNA啦。。。
匿名已取消,此前是怕答得不好丢人。
谢谢大家的鼓励!这是我在知乎的第一个长回答。


谢谢支持!给大家鞠躬了!
2014-04-30补充:30nm纤维形成后,还要经过更复杂的包装过程才能形成细胞分裂中期我们看到的又黑又粗的染色体结构。所以说,解析30nm的结构... 显示全部 »
匿名已取消,此前是怕答得不好丢人。
谢谢大家的鼓励!这是我在知乎的第一个长回答。


谢谢支持!给大家鞠躬了!
2014-04-30补充:30nm纤维形成后,还要经过更复杂的包装过程才能形成细胞分裂中期我们看到的又黑又粗的染色体结构。所以说,解析30nm的结构才是我们认识基因组高级包装过程的第一步。


30nm染色质纤维的结构是一个分子生物学中的基本(fundamental)问题,我们能把它的意义说得很大也能把它的意义说得很小。打个比方,“是地球在围绕太阳旋转还是太阳在围绕地球旋转”,这个问题可以说很有意义,因为它决定了人们的宇宙观,并且为我们观察外部星体提供了一个基本框架,其结论能够解释某些自然现象,无数新的研究都得以该问题的结论为基本前提。这个问题也可以说没多大意义,因为无论结论如何我们的日常生活都不会受到干扰。

这个工作的原文链接: Cryo-EM Study of the Chromatin Fiber Reveals a Double Helix Twisted by Tetranucleosomal Units
这个工作的意义的“官方阐述”: The 30-nm Fiber Redux

大体说来,这是这样的一个问题。
Waston同学和Crick同学告诉我们( http://www.nature.com/physics/looking-back/crick/Crick_Watson.pdf ),DNA是这样的:
http://image2.qiniudn.com/26682-1af0d1271b8f030a9c961bd2f146d63d
但人类的基因组太大了,全长30亿个碱基对,这下麻烦了,因为这样说来,一个普通的人类二倍体细胞里的DNA收尾相接拉成直线就长达两米。想想看一个细胞才多大?这怎么装得进去呢? https://pic4.zhimg.com/4c7491e926ede1301f09028c000f649f_b.jpg
但人类的基因组太大了,全长30亿个碱基对,这下麻烦了,因为这样说来,一个普通的人类二倍体细胞里的DNA收尾相接拉成直线就长达两米。想想看一个细胞才多大?这怎么装得进去呢?
于是有聪明的看官说了,“DNA一定是被叠起来了!”
没错,这简直是一定的。那DNA是如何被叠起来的呢?
Luger酱告诉我们( http://www.nature.com/nature/journal/v389/n6648/full/389251a0.html ),DNA首先是这样子被缠到组蛋白上去的,形成个小珠子:
http://image2.qiniudn.com/26682-9d6533f4ce883428fce6e986d6e25d0b
这样一来,DNA的尺度就被缩短了一些,毕竟打了一个卷儿嘛。上左图中被包绕在DNA双螺旋中的蓝色、绿色、黄色、红色所标识的螺旋样的东西分别代表组蛋白H3、H4、H2A和H2B。上右图是左图的侧视图。长长的DNA被串成以上的重复结构,在电镜下看,就是下图的念珠状样子。 https://pic4.zhimg.com/68fc63af7fd3f0eec0b8ed12f73a35ef_b.jpg
这样一来,DNA的尺度就被缩短了一些,毕竟打了一个卷儿嘛。上左图中被包绕在DNA双螺旋中的蓝色、绿色、黄色、红色所标识的螺旋样的东西分别代表组蛋白H3、H4、H2A和H2B。上右图是左图的侧视图。长长的DNA被串成以上的重复结构,在电镜下看,就是下图的念珠状样子。
http://image2.qiniudn.com/26682-248af23cf5c042aafd10d5d3df1ebf63
https://pic1.zhimg.com/ad39932e1772087411a38e717e2f6f14_b.jpg
但是这样是不够的,对细胞来说还是有点长,它会再折叠一次,变成下图的样子。
http://image2.qiniudn.com/26682-87534ca2efc59bdaa7958abcab012625
这就是所谓的30nm纤维在电镜下翔一般的模样。 https://pic1.zhimg.com/dd695f7f51d7c1b4bb2943fee8145400_b.jpg
这就是所谓的30nm纤维在电镜下翔一般的模样。

但是这个30nm纤维里面的结构到底是怎么样的呢?念珠状的纤维到底是通过何种组织方式变成30nm纤维的呢?一直以来,学界有两种模型。
http://image2.qiniudn.com/26682-0347cf4f8551af673e69a25ad705edf4
左边的是所谓的螺线管模型,右边的是所谓的Zig-Zag模型。 https://pic2.zhimg.com/4c6ddd5148102257bccff972dad6fce5_b.jpg
左边的是所谓的螺线管模型,右边的是所谓的Zig-Zag模型。
当然,这也就是想想而已,虽然也有人做过一些工作,但大体上大家都在争论不休,各自挺各自的。

这次他们做的结构是用冷冻电镜的方法确定了包含12个“珠子”的30 nm的结构。此结构是符合zigzag模型的,虽然跟原来想的不完全一样。

回到题主的问题,其意义可能在于:
1. 这是中国对于生命科学领域,特别是分子生物学基础关键问题的贡献。国家确实在努力,也确实在变得越来越NB。NB的人回国了,带动着不太NB的土产博士生硕士生变得NB。
2. 就“30nm的结构”来说,这个问题很基础,也很重要,他们的模型一定程度解释了这个问题,这很不错。
3. 至于会不会“大幅增进人类寿命或者轻易消灭某些疾病”?肯定不会直接产生类似的效益,但间接的,谁知道呢?比方说,今天吃了颗好吃的白菜,我们会感谢农民感谢土地,有谁会感谢二氧化碳呢?
匿名用户

talich 回答了问题 2017-03-30 09:0910 个回复 不感兴趣

DNA 里面到底可以写入多少信息?

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被邀请回答了。

因为这个问题很难,需要一个非常棒的科普作家才能讲好。而且,这个问题用一个这样的回答,甚至科普文章,都不够过瘾。这玩意完全可以像读一侦探小说一样去读。如果你有时间,我建议你可以去读 Sean B. Carroll 的 Endless forms... 显示全部 »
被邀请回答了。

因为这个问题很难,需要一个非常棒的科普作家才能讲好。而且,这个问题用一个这样的回答,甚至科普文章,都不够过瘾。这玩意完全可以像读一侦探小说一样去读。如果你有时间,我建议你可以去读 Sean B. Carroll 的 Endless forms most beautiful: the new science of evo devo and the making of the animal kingdom(Norton, New York, 1st ed edition, 2005)这样的书。

如果你不想去读这本书,那就听我这种伪专家随便说说了。

首先要澄清一下问题。先问一个,DNA 是什么?依中文维基的说法:

〝脫氧核糖核酸(英语:Deoxyribonucleic acid,縮寫為DNA)又稱去氧核糖核酸,是一種分子,可組成遺傳指令,以引導生物發育與生命機能運作。主要功能是長期性的資訊儲存,可比喻為「藍圖」或「食譜」。其中包含的指令,是建構細胞內其他的化合物,如蛋白質與RNA所需。帶有遺傳訊息的DNA片段稱為基因。其他的DNA序列,有些直接以自身構造發揮作用,有些則參與調控遺傳訊息的表現。〞

换句话说,这本身是一遗传编码机制,问 DNA 能写入多少信息,就好像问用莫尔斯电码能发多少信息。只到有时间有空间,想写多少就能写多少。

幸好,有问题说明,原来提问者关心的是那些先天就会的生物本能,和控制这些本能知识的可能性。

这样我想,问题其实是:DNA 存储的是什么样的知识?DNA 是如何存储这些知识的?这样的存储机制是如何生成的?

一般人的反应,或许是,DNA 就是关于怎么让一个人成为一个人并正常运作的知识,这知识当然是通过基因及其调控机制来存储的,通过进化来完成的。

看上去,这涉及了发育,生理,分子生物学,遗传学等诸多领域,好像是紧密相连的数个不同的问题,但我想强调的是,这是几个高度重叠的问题,从科普的角度上,它们完全可以当成一个问题来理解。

这可能有点令人困惑。

假如人是一橦房子(很不恰当的比喻),其实上面的问题就相当于:这房子有什么样的功能,是怎样运作的,房子是如何建造的,房子的图纸又是如何,建筑历史如何,等等。

房子怎么住,必然要在设计建造时考量,但,这毕竟是两件事吧。

好,让我们看看人是怎样的一橦房子。

假设我们认为人是一橦光鲜亮丽的大房子,当我们走进门,会发现,在这光鲜的外表下,还有一橦房子,看上去要古老一些。外面比起里面来,可能多了一些单元和附件,有些外表的改观,多了些管线,但是,外面这大房子却是里面这老房子撑起来的,最核心的部位和功能,供水供电,承重墙,都依赖里面的老房子。

当我们走进里面这橦老房子,会发现里面还有橦更老的房子,它和外面的那橦老房子的关系,就像那橦老房子和最外面的房子的关系。老房子相对于更老的房子,也有些新的单元,而这些新单元,相对于最外面的房子的很多部件,已经是不可或缺的基石。

当我们走进这更老的房子,现在,不出意外的话,你已能预料到,这里面还有一橦更更老的房子,里面还有一橦更更更老的......

直到我们走到这些房子的最里处,会看到那橦最古老的房子,它或许不能称得上是房子,或许只是个小棚子而已,但是,它却是整橦房子的基石,比如能量生产,最核心的管线都会走到这里,在这里完成一些最基本的原料加工。

举了这个比方,是想说,生物的进化,不是一次次的革命,一次次的推倒重来,而是递进累加的,就像是这房子,总是在原来的基础上,小改小修,加建补建。

有人可能会奇怪,因为毕竟人,自然界的各种动物,相差何止千里,比如龙虾,甚至,说到绝一点,那古老的三叶虫,除了 DNA,细胞这些微观的,难道人和这些动物真得在形态机理上共享着很多东西?

(如果不记得这些东西长什么样了,请自己搜索一下,并照照镜子。)

但是稍微一看,一想,你会发现人和这些动物有很多共同的形态特征。

比如,大家都有头,都有左右,都有肚腹。是的,这些是对称性动物最基本的形态特征,就是从一个胚胎开始,哪怕还只是一个细胞,它们就会有三条基本的轴线:头尾,胸背,内外。你可以看看鸡蛋,看它是不是有头有尾。

让我们往更复杂的形态特征看,专注头尾这条轴线。龙虾的一个基本特征,就是这玩意在头尾方向上是一节一节的。而三叶虫也是一节一节的。事实上你可能马上会联想到自然界中无数的动物都有这样的环节特征:蚯蚓,蝴蝶......。而我想说的是,人也是这样的,不信你摸摸自己的脊柱。

这当然不是偶然的。这种环节特征在发育时是由一组专门的基因控制的,叫 Hox genes,英文 wiki 上是这样说的(中文维基说得很不清楚):

“Hox genes are a group of related genes that specify the anterior-posterior axis and segment identity of metazoan organisms during early embryonic development. ”

这组 Hox genes,在上面提到的这些生物,包括人身上,都有,虽然各有不同,但基本功能一致,是所谓的同源基因,从同一组基因进化而来。

同理,关于各种重要的器官,也都有相应的基因来调控。而这些基因,也大多是在各种动物中有同源的基因。而就是这些基因,通过自身的调控机制,让一个胚胎细胞能在正确的时间和位置一步步的分化发展成各种不同的组织细胞,协同工作,构成一个复杂的多细胞生物体。

出现这样的情况,其实是很好理解的:

进化毕竟不是造房子,不是旁人给你建,不是平地起高楼,而是在自己身上建,要一边住一边建。所以,要是改动过大,把住户自己给玩死了,那进化也就无从谈起了。所以进化也不是随便进化的。

为了把事情说清楚,让我们回到进化论的本源,重温一下 Darwin 在《物种起源》里提出的基本观点。粗粗来说,Darwin 在《物种起源》里的主要观点有四个:
物种的可变性。 自然界的可认知性。 因为随机变异而产生的发散型的变异趋势(branching off)。 自然选择。 在当年,对头两条大家是普遍接受的,而引起争议的,还没轮到现在最常被提及的自然选择(所谓适者生存),而是第三条,就是进化不是单线条的。单线条式的进化,就是 Lamarck 这样的,更高等的动物替代掉低等动物,附合人对自身优越性的肯定,乃至人种论,所以在当年,甚至现在,也容易被认同。而 Darwin 所认为的发散型,则没有了这种优劣感,递进性,变成了物种的多元化,平等性,一个在当时相当可怕的概念。

Darwin 的观点在当时没能被大家接受,一个重要的原因,就是进化的机理还不情楚,人对 DNA 一无所知,更不用说什么变异进化了。

现在我们知道,生物的进化是客观存在,只要是 DNA 进行复制,就存在变异的机率,而且,变异本身是一种相对独立的过程,会有各种不同的结果,就是 branching-off。

但是,因为自然选择的存在,导致进化有很大的方向性。

为了说明这种方向性,要对基因和它们的调控单元有个大概的理解。

依照研究搞顺势调控的专家 Eric Davidson 的说法,基因和它们的调控单元们可以大致分为这样几类(中文是我加的,不知是不是学术界的说法,所以下面都用英文):

核心单元(kernel):有专门进化意义的单元,基因之间有复杂的反馈控制,相互依赖性极高。 插件单元(plug-in) :有专门功能,可以被各种系统移为己用 通信机制(i/o device):完成各个单元之间的通信 分化显型单元(differentiation gene batteries):这是基因网络里最后的处理单元,直接决定了各种显形,比如肤色,身材…
古典 Darwinian 进化论,其实观察到的是最后的 differentiation gene batteries 和它们对应的显形之间的关系。比如著名的 Darwin's Finch。这也没办法,Darwin 当年也无法观察到基因型。这到更显出他老人家的洞察力了。

Davidson 说,kernel 的进化是最关键,最不可逆的。一但一个重要的 kernel 出现,就决定了整个物种走上了一条很难回头的道路。比如对称性的生物形体一旦出现,就应该没有倒退过,这是因为决定这一对称结构的 kernel 具有非常高的完成度,任何影响此 kernel 机制的简单变异都无法维持该物种的延续。从物种角度,kernel 基本上决定了门以上的分化,而 plug-in 和 i/o,决定了亚门以下的分
类,differentiation gene batteries决定的,可能也就是种属里的区别吧。

而这些分类都是相对的,因为基因之间慢慢会建立更紧密的关联,基因也会开始一专多能,让以前不是特别关键的基因也变得重要。

所以可以保留下来的变异,一般是这样的:
在分化显型的基因上的一些变异。这些变异是最外在的,对物种的生存不会产生立刻的影响,可以由自然选择慢慢决定。比如人的肤色是一种典型的显型单元,可以迅速变异(100 代之内,人的肤色可以完成从纯黑到纯白的进化)。 产生多余的拷备。变异有时可以大段的复制基因组。重要的基因,有时可以有多余的拷备,对物种的存在也无直接响。 变异出现在这些有拷备的基因上,因为原来的基因还有副本在,所以变异不会影响正常的生存机制。这样会产生一组直系同源基因,比如上面提到的 Hox genes,就可能是这样出现,让动物产生了越来越多的环节,然后不同的环节再进化出不同的插件单元,比如翅膀,手臂,附肢。 在原来的基因上增加了新的调控机制,这样可以让同一个基因在不同的发育时间,不同的组织细胞里扮演不同的角色。

要再次强调的是,变异是客观存在,而再加上自然选择,让动物的基因组很难有冗余,所以才有了上面的这些机制。

另一点要强调的是基因开关,基因调控机制的重要性:

一个常见的惊叹是:人的基因组只有 30000 个基因,不仅远远小于以前的预期,更 “骇人” 的是,有 98% 的基因跟猩猩的基因是一样的,而既使是线虫这样的低等动物,还有 19000 个基因。

但基因只是编码蛋白质,所以不管是什么动物,装配和运转它的基石都是差不多的。进化更令人感叹的,是用差不多的原材料,人的基因能搭出如此复杂的生物系统:像线虫这样的低等动物,每个基因只有一两个调控区,而人的基因则可以有多达几十个调控区,可想而知,人基因的表达模式的组合要比线虫多出不知多少倍。

按照进化生物学的说法,就是生物多样性的进化不是因为专门的基因的出现,而是依赖于对同一组基因按照不同的方式来配置。

一般,说完规则,还要讲一些例外。是的,有些东西不是基因能完全决定的,这个,叫表观遗传学,参见中文维基定义

“ 表觀遺傳學又稱“擬遺傳學”、“表遺傳學”、“外遗传学”以及“後遺傳學”(英文epigenetics),是一門生物學學科,研究在沒有細胞核DNA序列改變的情況時,基因功能的可逆的、可遺傳的改變。这些改變包括DNA的修饰(如甲基化修饰)、组蛋白的各种修饰等。也指生物發育過程中包含的程序的研究。在這兩種情況下,研究的對象都包括在DNA序列中未包含的基因調控信息如何傳遞到(細胞或生物體的)下一代這個問題。在西方文字中epigenetics即指在DNA包含的遺傳信息以外附加的(希臘文前綴epi-)。”

好了,有了上面的介绍,我们大约能理解,生物的进化是环环相扣的,所以才有了这样一个独特的造房子的过程。

那,这和往人基因里加一些知识有什么关系呢?

我要说的是,因为这种环环相扣,人的发育的过程,也是一个这样的一层层造房子的过程。这是因为几亿年的时间决定了这些基因调控在时间空间上的精确的相互依赖机制。

如果你看人类胚胎发育的过程,也能看到人的胚胎有长得像虫像鱼的时期,有自己的尾巴,指间有蹼,慢慢的伸展发育开来。就是说,人的发育和动物的发育在开始有着惊人的相似性。而很多那些我们认为让人成为人的特征,也就是说,那些在最近几十万年,乃至几万年才进化出的特征,在孩子身上也是很晚才发育完成的,比如人的大脑门儿。

这发育有多晚?要知道,人的发育可不是在出生后就结束了,还有十多年的路呢。是的。这也是人的特质之一:比其它动物长得长的童年成长期。

先说解题里提到了一些出生的生存本能。其实人也有不少,比如抓握反射,游泳反射等。这些都是新生儿要生存必需会的。但是,这些反射在绝大部分人身上,不久就消退了。记住上面提到的进化无冗余。如果只是在出生时有用的东西,进化会把它变异掉,没必要保留。

而其它的知识呢?

我们要看看大脑的发育。

人脑的一个重要的特点就是自主记忆,和长时记忆。虽然现代研究不断挑战既有的认知,但我认为对大部分人,大部分记忆能力是在 2-3岁时才发育的,以前只有短时记忆:有谁记得自己四岁以前的事?如果有,大部分是家长事后唠叨的结果。

人的记忆能力和语言能力是密切相关的。我们现在知道,人大脑里负责的语言部分的是主管语义的 Wernicke’s area,和主管语法(动词和介词)的 Broca’s area。这后者,Broca’s area,在大部分动物中几乎不存在,对于猩猩这样的动物,它们的语言大脑也基本在负责语义的部分,所以即使是经过专门训练的猩猩,它们可以学会许多单词,甚至会使用简单的词组,但是它们不会造句,因为它们的大脑缺乏造句的生理机制。

两岁的儿童跟猩猩一样,出于学习单词,理解词义的阶段,然后开始会两词的词组,最后,当语法部分的大脑发育后,才开始掌握语法。因为语法的发育很晚,持续时间很长(可到小学 5-6 年级)。

而重要的自我意识,理性思考呢?一般到两岁半的时候,儿童会有自我意识,他们可以意识到镜子里的孩子是自己。到四岁的时候,儿童会意识到其他人的存在。到六岁的时候,逻辑和推理能力才开始完备。小学设在六岁,也是有它的道理的。

至于决䇿自控这样需要脑前叶发育的,则可要等到青春期,童年尾声才成熟(有些人要更晚)。

如果你想要输入的“先天”知识所需的生理准备程度和这些必要的前提条件不附,那还是不要逆天了。

那我们可以不可以改良人这个物种呢?

理论上是可以的。(虽然,你看了上面写的,应该明白进化无优劣。)

根据我上面说的,你也许可以意淫这些事:

一种是加快变异的速度:
引入新的独立单元。比如新的免疫机制。 一些显型的变化,比如用键盘很重要的话,或许手部或脊柱某些肌肉的增强,不易劳损,会增加这些人的竞争优势。不过这显然不如提高身体的某些其它特征靠谱。 ......
一种是改变自然选择的规则(不过效果要几百几千年后了,如果社会条件不变的话):
比如上面说的键盘重要性。
如果社会压力大到没有祖父母,乃至曾祖父母帮助,就无法延续后代的话,那更长寿的人会有竞争优势。 有研究表明,脑前叶发育早的孩子在现代社会的学校里有优势,自控能力强,能较好完成作业,取得好的考试成绩。
......
老实说,这些都是,至少在现在和你的有生之年,都是扯蛋的事。

人能容忍的,最多也就是用基因工程来治治病,或者,我觉得这个很多家长可能很希望哦,让孩子智力发育的快一点。

最后,你想/敢/愿去娶/嫁一个基因改造女/男么并生儿育女么?
非常感谢袁霖的邀请,我们来看看23andMe的这笔生意吧~
一、23andMe与罗氏基因泰克的交易
首先我们来谈谈这次23andMe出售的用户基因组信息,这次23andMe把3000名帕金森病患者的全基因组信息用6000万美元的成交额卖给了罗氏下面的基因泰... 显示全部 »
非常感谢袁霖的邀请,我们来看看23andMe的这笔生意吧~
一、23andMe与罗氏基因泰克的交易
首先我们来谈谈这次23andMe出售的用户基因组信息,这次23andMe把3000名帕金森病患者的全基因组信息用6000万美元的成交额卖给了罗氏下面的基因泰克(genentech),这笔基因组信息的买卖在业界内部也是非常令人震惊,对于23andMe来说,是一场挽救,因为之前它推行的99美元的超廉价个人基因检测盒,推送解读服务在美国被FDA给禁了,公司处于低谷中。
基因泰克(genegtech)为什么要买这个基因组数据呢?此前Genentech一直在研究帕金森病的基因组学机制,以期开发相关药物。比如,该公司2012年在Science Translational Medicine 期刊上曾发表文章介绍了一种可以检测LRRK2激酶被激活进而损伤神经细胞分子机制的方法。而根据美国帕金森病基金会估测:美国有1百万人遭受着这一无法治愈的脑疾之苦。尽管有一些药物可暂时缓解帕金森患者的颤抖症状,但仍没有药物可减缓此疾病的恶化进程。所以帕金森病的基因药物研发很有前景,而作为研发基础的数据库则需要从23andMe获取。所以这一笔交易中,交易本身其实也意味着数据的分享,供药物研发使用,没有特别大的值得批评之处。
从目前发展的趋势来看,基因药物蓬勃发展的时期尚未到来,资本市场此前也一直对基因药物持观望态度。药物研发是一个非常长的周期,中间需要投入较大的财力,基因泰克之前被瑞士罗氏这样的巨头收购了,于是从事起研发来更有财力和信心。但是无论如何,当下的基因药物发展是不够充分的,相关的政策规定估计暂时不会出来,在生物科技发展的初期,这个行业更需要宽松的环境和一定的保护,所以个人并不建议立刻对于基因组信息的买卖进行禁止。
二、23andMe现在的运营模式
23andMe有几个大金主,包括谷歌、Facebook等等,所以资金实力相对比较充足,但是干的一直是烧钱的事。99美元的DNA检测试剂盒使它获得了很多人的信息,并且往往会劝说这些顾客捐献基因组信息,于是掌握了大量基因组信息的23andMe自然也就走上了贩卖信息的道路,这和谷歌的思路其实是一样的。在这次的交易中,23andMe没有把基因组信息对应的具体个人的姓名等信息交给对方,并且强调只是作为研究使用,可以说当下的这些交易尚在允许的框架下。
另一方面,23andMe是个性化医疗行业中的一员。2006-2007年,一批充满激情的创业公司涌现,他们承诺能够提取客户DNA,生成个性化的医疗报告来帮助客户们了解潜伏在基因中的健康风险,但他们也面临着相当程度的压力。当时,人类基因组测序价格非常昂贵,超过100万美元。随着时间的飞速发展,到了今天,整个基因健康市场发生了很大变化。基因组已成为中产阶级触手可及的一件商品,其价格与一辆便宜的二手车不相上下。基因健康报告直接成了“医疗设备”。23andMe是这一批创业公司中唯一的幸存者,拥有近一百万客户。
23andMe在这个领域内属于行业巨头类型,其他的几家包括下图中所示的。
http://image2.qiniudn.com/26682-bfbdef891d283e43a1961016728cf340
基因测序服务公司令人堪忧的一点是,因为很多用户非常看重自身的遗传数据保存,一旦公司破产或倒闭,个人隐私将得不到保障,很容易被泄漏出去。 https://pic1.zhimg.com/d7b78af2405cd5523d4965910fe1cbc4_b.jpg
基因测序服务公司令人堪忧的一点是,因为很多用户非常看重自身的遗传数据保存,一旦公司破产或倒闭,个人隐私将得不到保障,很容易被泄漏出去。
三、个人隐私与权利
毫无疑问,个人的基因组信息属于个人隐私的一部分,基因组信息的泄露将导致很多个人身体特征和疾病情况公之于众,故基因测序服务公司负有相当大的责任,妥善地保持好用户信息,并且若出现公司倒闭等情况,要妥善地处理好用户信息,这时候最容易发生信息的倒卖和泄露。本次基因组交易因为是对帕金森疾病患者的基因组信息,药物研发也是为了这部分人的利益,并且保持了个人信息的互盲,所以没有特别大的问题。数据交易的时候隐藏相关的人物信息,用于科研研发等等是无可厚非的事情。
接下来我们来看一个著名的例子,Hela细胞。
http://image2.qiniudn.com/26682-dc70b972b17a54f9635ea245a16e4a6a
Hela细胞对于整个人类的生命健康做出了巨大贡献,直到现在各大实验室、各种最新研究结果仍是建立在Hela细胞研究的基础之上,然而关于Hela细胞的基因测序结果,Henrietta家族并未同意公开,同时对于相关基因数据的权属问题进行了讨论, 最终,Lacks家族成员一致决定,他们同意公布这些基因组测序结果,不过这些数据必须保存在类似于NIH的dbGaP数据库这样的非公共数据库里,用户并不能随意进入数据库获取序列信息。在dbGaP数据库里收录的主要都是与性状或疾病相关的个体遗传差异信息。科研人员可以先提出申请,在承诺只用于生物医药研究工作,同时不会接触Lacks家族的前提下获得批准,才能够获取这些信息。包括Lacks家族成员在内的一个专门委员会将负责具体的审批工作,同时在使用这些序列信息发表的论文里也需要对Henrietta Lacks女士一家表示致谢。 https://pic2.zhimg.com/b4d5315199eeccf42ce3fc1902aad845_b.jpg
Hela细胞对于整个人类的生命健康做出了巨大贡献,直到现在各大实验室、各种最新研究结果仍是建立在Hela细胞研究的基础之上,然而关于Hela细胞的基因测序结果,Henrietta家族并未同意公开,同时对于相关基因数据的权属问题进行了讨论, 最终,Lacks家族成员一致决定,他们同意公布这些基因组测序结果,不过这些数据必须保存在类似于NIH的dbGaP数据库这样的非公共数据库里,用户并不能随意进入数据库获取序列信息。在dbGaP数据库里收录的主要都是与性状或疾病相关的个体遗传差异信息。科研人员可以先提出申请,在承诺只用于生物医药研究工作,同时不会接触Lacks家族的前提下获得批准,才能够获取这些信息。包括Lacks家族成员在内的一个专门委员会将负责具体的审批工作,同时在使用这些序列信息发表的论文里也需要对Henrietta Lacks女士一家表示致谢。
所以对于个人对于基因组的权利可以窥见一斑。

不足之处,欢迎各位指正~
呼,借此机会回顾一下最近看的和做的一些东西。

这十年Genomics的主要变化就是 定量化和可编辑 ,这段时间基因组学的主要任务有以下三种是对基因组进行功能性的注释(Functional annotation)、理解表观遗传修饰(Epigenetic mod... 显示全部 »
呼,借此机会回顾一下最近看的和做的一些东西。

这十年Genomics的主要变化就是 定量化和可编辑 ,这段时间基因组学的主要任务有以下三种是对基因组进行功能性的注释(Functional annotation)、理解表观遗传修饰(Epigenetic modification)在基因组中的作用以及大量的基于高通量测序技术的相关表征技术的出现。这三个部分充分融合生命科学和生物技术,联系紧密,使得我们可以看到一个多层次的高分辨率的基因组(multi-layer genome in high resolution,好吧,我自己定义的2333)

基因组的功能性注释
关于这个话题,我在 将「垃圾 DNA」(非编码 DNA)全部去掉对生物体会有什么影响? - 知乎用户的回答 中有很详细的阐述,并列举了许多常见的前期没有注释完全的未知基因组成分。这一领域的突破非常的迅速,当然也要归功于ENCODE计划的持续推进。

这里再简单说一下,基因组除了蛋白质编码成分以外的其他成分功能不明确,因而需要开展更为详细的研究,其中非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)和顺式调控原件( cis element,例如增强子)等都是近期研究的热门。除了发现这些原件的在基因组的物理位置以外,更多的功能性研究还在持续深入。

例如,前几天对一个著名的Xist ncRNA的功能性深入研究的论文发表在Cell上,这篇文章开发了一种高通量RNA双链寻找的实验技术(PARIS,psoralen analysis of RNA interactions and structures),并用它对Xist的A-Repeat等RNA课题进行了详尽的研究。
详见: Lu et al., RNA Duplex Map in Living Cells Reveals Higher-Order Transcriptome Structure, Cell (2016), http:// http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.04.028


而顺式作用元件也充满了未解之谜,关于增强子(Enhancer),之前人们认为还存在超级增强子(super-enhancer)这样的亚型存在,此外今年初,研究人员还发现了一种在干细胞中存在的短暂作用的增强子(Temp-enhancer),这一方面的研究还在继续,尚未定论。但是可以知道的是,基因组中的顺式作用元件的功能还有多很多秘密在其中,而且很多顺式作用元件是染色质高级结构的作用点,因而会参与更高层面的基因修饰和调控作用,这都是令人兴奋的发现!
详见: A new class of temporarily phenotypic enhancers identified by CRISPR/Cas9-mediated genetic screening

这些新发现都源于技术进步,在后面我们还会详细说一下这方面的技术突破。

多个层次的表观遗传修饰
当然了,我们测序看到了一堆ATCG的数据,但是在现实情况下,他们都是化学物质——既然是化学物质,和外界环境的相互作用就是不可避免的。在这一段时间内,我简单总结有三个层次的基因组序列不变却导致表观遗传修饰改变的现象发生,包括 :DNA层面的表观遗传修饰、组蛋白层面的表观遗传修饰和染色质的三维拓扑结构。


1) DNA层面的表观遗传修饰:当然了,主要分为两类过程,一是全基因组层面的甲基化谱的绘制和分析,帮助我们了解其与基因表达的关系,在2009年,单个碱基分辨率尺度的人类的DNA甲基化组绘制完成。
详见: http://www.nature.com/nature/journal/v462/n7271/full/nature08514.html

二是,除了甲基化以外的更多的DNA修饰成分也被发现,2009年Cytosine的羟甲基化在哺乳动物中被发现,随即开始了DNA层面表观遗传修饰代谢过程的研究。同时,研究人员还开发了新的技术用于绘制这些新的化学修饰位点(后面还会讲到)
详见: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3263819/

这一方面了解不多,大致说到这里

2)组蛋白层面的表观遗传修饰:这里主要想说的是组蛋白层面的表观遗传修饰和顺式调控元件之间的关系。2007年,科学家利用ChIP-Chip的方法确认了两种类型的Histone Marker分别于启动子、增强子具有相关性,其中H3K4me和增强子信号相关、H3K27me3和启动子信号相关,这一研究在今年用超高分辨率荧光显微成像技术得到了验证。Super-enhancer的histone marker也有被发现。
2007年文章详见: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17277777
2016年文章详见: http://www.nature.com/nature/journal/v529/n7586/full/nature16496.html

组蛋白层面还有很多新的发现,例如在H1发现和DNA修复相关、组蛋白突变与癌症相关都是最近新的重要发现。
Nature揭示第5类组蛋白的功能
Science:组蛋白单点突变可导致罕见儿童癌症

3)染色质三维拓扑结构:
http://image2.qiniudn.com/26682-4153a439590966beb93340ed57616ad8
https://pic2.zhimg.com/50d6e6fbdf3ea73d0ba1721e8c746d89_b.png
一个TAD大致的物理样貌,通过CTCF-Cohesin组成的TAD,以及ChIP-Seq和ChIA-PET的数据表列为背景,图片来自网络,侵删

这是这一段时间非常热门的方向。以往人们都看到的是人类染色体在分裂中期的样貌,但是真正在转录过程中多数处于间期的状态,其中的三维结构对基因的表达调控影响非常重要,这一领域一直被人忽视,大概2003年起,研究人员首次开发出了基于分子生物学手段的染色质相互作用捕获技术(Chromatin conformation capture,3C)之后,这一个领域逐渐受到大家重视。

基于3C的技术在这段时间有着很快的发展,后面有了4C、5C直到最后的Hi-C(全基因组的染色体相互作用捕获技术),人们可以利用高通量测序技术捕获染色质的三维结构。至此可以得到大量此前不可得知的信息,弥补显微镜障碍一直以来带来的困扰。

利用Hi-C对细胞进行染色质三维构象的分析得出了一些基本的事实:染色质三维构象在生物体内是基本保守的,随着年龄的变化也不会发生很大的变化;我们可以将染色质分为Compartment A和B,发现恰好与转录激活和转录沉默相关联(类似于更为粗略的常染色质、异染色质的分类方法);最重要的一点在于,2012年发现的其中存在一些很稳定的拓扑相关结构域(Topologically associated domain,TAD),研究发现在TAD中的转录一致性相当高,这一领域瞬间爆炸。人们开始利用Hi-C陆续绘制细菌的、酵母的、哺乳动物、人类各种细胞株系、细胞分裂期的、人类不同发育阶段细胞的染色体三维构象,探索TAD在其中的变化。
关于TAD的发现: Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions : Nature : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nature/journal/v485/n7398/full/nature11049.html
两篇文章同期发表

这两年TAD的研究越来越令人兴奋,并且有更多发现出炉:
今年4月份的研究发现,TAD演化的复杂性和TAD所调控的Hox在动物肢体发育的精细化程度中的作用得以发现。
详见: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26829752

去年年底,一篇Cell的文章惊人的发现,TAD失活导致增强子作用异常进而导致了多指症等三种与手指发育异常相关的遗传病,研究人员在小鼠中利用CRISPR/Cas9对TAD进行了类似的处理,并验证了小鼠确实发育出异常手指的事实。这是令人兴奋不已的成果。
详见: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25959774

这两年研究也发现TAD的失活与肿瘤密切相关,两个组相继发现神经胶质瘤和白血病患者中出现TAD的失活导致原癌基因表达异常等其他分子机制,进而对肿瘤做出贡献。
详见: http://www.nature.com/nature/journal/v529/n7584/full/nature16490.html
http://science.sciencemag.org/content/early/2016/03/02/science.aad9024
生物信息学研究也发现更多肿瘤的TAD异常导致原癌基因的过度表达,进而对癌症发生产生了影响。CTCF结合位点的高度突变率是导致TAD失活的主要原因,现在暂时不清楚为什么突变会集中于此。

基于高通量测序技术的生物技术发展
基于高通量测序技术的生物技术突破是发现前面的新结果的重要原因,目前看来有三类主要的技术发展:第二代测序技术(Next Generation Sequencing, NGS)、第二代合成技术(Next Generation Synthesis)和基因编辑(Gene Editing)技术。其中合成技术暂时还没有广泛应用起来,但是可以看到未来将会非常的实用。

基于NGS人们开发出了许多方法用于检测基因组的甲基化图谱(Bisulphite-Seq)、羟甲基化图谱(TAB-Seq)、各种组蛋白修饰位点(ChIP-Seq)、PolII等蛋白质结合位点(ChIP-Seq)、某种蛋白结合染色质的位点分析(ChIA-PET)、转录读本数(RNA-Seq, GRO-Seq)、染色体三维构象(Hi-C)、ncRNA作用位点(ChIRP-Seq)、RNA双链捕获技术(PARIS)、核纤层结合位点捕获技术、小分子药物在染色质上的分布(Chem-Seq)等等方法,主要的思想都是通过交联固定相互作用位点、利用酶切或者是超声破碎等方法把整体打断、再用酶连连接、加上适配体DNA开展高通量测序,最后得到测序读本之后进行定量的分析。

http://image2.qiniudn.com/26682-c6a0dd9d91564c4d8b94cb4505be848d
引用自: https://pic3.zhimg.com/cbd220e827681ef480bf5c667a0ed73a_b.png
引用自: 3C-based methods : Exploring the three-dimensional organization of genomes: interpreting chromatin interaction data : Nature Reviews Genetics : Nature Publishing Group 侵删

合成技术的发展主要是体现在今年4月人造最小基因组生物的论文中,但是暂时还没有广泛应用起来,如果能够实现高通量的高保真合成,将来生命科学可编辑的程度将会大幅增强。
详见: http://science.sciencemag.org/content/351/6280/aad6253

关于基因编辑,现在主要是基于CRISPR-Cas9的一系列的方法,包括基于这个系统的剪切、修复,把Cas9突变沉默成dCas9之后,融合GFP进行活细胞定位、融合TF促进转录(CRISPR-On)、融合沉默转录蛋白抑制转录火星(CRISPRi),融合Cytosine去氨基酶进行单碱基的基因编辑等等。大量的创业公司基于Cas9展开,专利大战如火如荼。前几天,河北科技大学的韩春雨教授开发的ssDNA-guided genome editing(DNA引导的基因编辑)让生物界又一次沸腾,他开创了另外一条思路走基因编辑之路,新的技术优缺点都很明显,但是可以知道的是改造Argonaute的主动权会向中国倾斜一点点。这一领域竞争非常的激烈。

总体来说,遗传学感觉不再叫遗传学了,还是叫分子生物学好一些,因为不仅仅是简单的遗传过程了,人为改造的成分可以越来越多,将会更多。人们理解基因组现在越来越深入、而且是从ENCODE就可以看出是多个层面的理解,所以叫做Multi-layer genome in high resolution。

大家还得继续加油~

(本人比较懒,reference不想再在最后列了,大家感兴趣可以私信我~文中用的图片来自网络,侵删)
对 劉驕陽 的答案一半同意一半不同意

我就先把“DNA的重新编程”理解为“改变DNA序列”好了

首先,是不是可以简单的通过改变DNA序列治病?
最简单的答案是,如果是基因突变导致的疾病理论上就是可以的。而且个人认为这是唯一治本(cure)的方法,其他的都是... 显示全部 »
对 劉驕陽 的答案一半同意一半不同意

我就先把“DNA的重新编程”理解为“改变DNA序列”好了

首先,是不是可以简单的通过改变DNA序列治病?
最简单的答案是,如果是基因突变导致的疾病理论上就是可以的。而且个人认为这是唯一治本(cure)的方法,其他的都是治标(treatment)。
最简单的例子就是单基因疾病,也就是单个基因上的突变导致的疾病,最常见的例子就是镰刀形红细胞贫血(Sickle Cell Anemia)。还比如我们实验室研究的Rtt(孤独症,由X染色体上的Mecp2基因导致),alexander disease(由Gfap基因导致)。
多基因病会比较复杂,要修改多个基因,但理论上也不是不可以。如果是癌症之类的,可能好几个基因都突变了,可能是甲基化变异,就比较困难。但是理论上来说,如果是DNA层面的变化导致的疾病,在知道具体突变,并且该突变还没有对人体造成不可逆转的破坏的前提下是可以通过改变基因来治疗的。但是如果癌症晚期了,重要脏器都收到了影响,再改变基因也来不及了。

然后来看手段。其实现在准确的修改某段 DNA 从技术层面来讲不是太大的问题。比较流行的方法有ZFN(Zinc-finger nucleases), TALEN(transcription activator-like effector nucleases), and CRISPR(clustered regulatory interspaced short palindromic repeat)。原理都是用人工合成的DNA或RNA作为模板,靠一些多肽链来识别特定的DNA片段并诱导突变或者同源重组。
http://image2.qiniudn.com/26682-ea2dd0fbfdf4b9363941c7c0b8bfaa66
(图片来自Addgene) https://pic2.zhimg.com/4e35f7c990901a91019668d6c3982e11_b.jpg
(图片来自Addgene)
对具体技术感兴趣的可以参考Addgene( Addgene: Addgene's Genome Engineering Guide )和今年的一篇Cell( ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering )。
这些技术可以精确到单点突变,而且用来做转基因小鼠,细胞系都已经很成熟了。缺点是效率不是很高,成功诱导突变的概率大概在1%(Talen)到30~50%(CRISPR)之间(现在有没有提高我不清楚,欢迎补充)。而且这些技术可以不用到病毒,就少了一个缺点。当然,最大的问题可能就像 劉驕陽 所说,人体有那么多细胞,怎么修改的过来。
不过话说回来呢,有些病比较local,不需要修改身体所有的细胞那么麻烦.比方说糖尿病,尤其是二型糖尿病,与其相关的SNP(单核苷酸多态性)很多;而有一种一型糖尿病是因为自体免疫原因产生的,免疫细胞是比较好修改的,可以体外培养在输回体内。当然这些只是假想,在细胞层面做基因修改,是成功的,但是没什么可比性。

至于进化角度,我就不好评论了。至于有人说改一个基因就三头六臂了,我只好说您想多了 。不是没有这种基因可以改造身体结构,只是这些改变必须是在胚胎发育期就开始的,成人以后就╮(╯﹏╰)╭啦~

=====================================================================
最后提一下Nature上的一篇文章Translating dosage compensation to trisomy 21( http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12394.html )
作者用X染色体沉默的技术,讲 XIST (the X-inactivation gene)插入第21号染色体,成功的在细胞层面治疗唐氏综合症(21号染色体三体综合征)。多一条染色体都不怕,直接把它沉默掉有木有。虽然医疗价值不高,但是这个想法碉堡了啊,实验也做得漂亮的让人膜拜啊。
http://image2.qiniudn.com/26682-5980a2135bf363af7578bb06d502519f
(图片源于原文Figure 1) https://pic4.zhimg.com/45fe9590f4f7ed65409cf072eaa9241f_b.jpg
(图片源于原文Figure 1)
匿名用户

回答了问题 2017-03-30 09:0910 个回复 不感兴趣

生物怎么进化出自然死亡这一性状?

赞同来自:

首先说明一下哈,关于自然死亡这个问题,还远远不到盖棺定论的时候,现在只有科学家们对现象的观察、记录与总结。每个人都可以基于这些客观现象发挥自己天马行空的想象力~
那么,到底什么是自然死亡?
病原体感染身亡,或者被老虎吃掉了,显然都是由其他生物导致的死亡,而被雷... 显示全部 »
首先说明一下哈,关于自然死亡这个问题,还远远不到盖棺定论的时候,现在只有科学家们对现象的观察、记录与总结。每个人都可以基于这些客观现象发挥自己天马行空的想象力~
那么,到底什么是自然死亡?
病原体感染身亡,或者被老虎吃掉了,显然都是由其他生物导致的死亡,而被雷劈死、被水淹死、被车撞死等等意外事故更不能算自然死亡。所谓自然死亡,是指仅仅由衰老导致的死亡。而衰老的定义是time-dependent functional decline,也就是生理功能随着时间逐步衰退。
这种衰退,是伟大的进化优势?还是多细胞体系必然崩溃的宿命?










请待我慢慢分析XD
此刻应该祭出一张非常有名的图片,来自生命科学领域顶级杂志Cell的一篇超神的论文“The Hallmarks of Aging”

http://image2.qiniudn.com/26682-d2d012b8b9eb4a145fbf51fe4b16f6b0
https://pic1.zhimg.com/40d1f67c332030351e017bf1790a6150_b.jpg

大牛曰,造成衰老的是九大元凶:
Genomic instability:基因组不稳定 Telomere attrition:端粒耗损 Epigenetic alterations:表观遗传状态变动
Loss of proteostasis:蛋白动态平衡被打破 Mitochondrial dysfunction:线粒体损伤 Deregulated nutrient sensing:营养信号感知下调 Cellular senescence:细胞衰老 Stem cell exhaustion:干细胞耗尽 Altered intercellular communication:细胞间通讯变动


首先来解释第一个,基因组不稳定。
每当细胞增殖,一个细胞变成两个细胞的时候,基因组也相应地变成两份。人类的基因组含有30亿个碱基对,这是什么概念呢,举个栗子来感受一下,人类血红蛋白,就是在血液中负责运输氧气的那个家伙,它在基因组上的源代码是这个样子(准确说这是HBA_HUMAN的mRNA reference sequence):
CATAAACCCTGGCGCGCTCGCGGCCCGGCACTCTTCTGGTCCCCACAGACTCAGAGAGAACCCACCATGGTGCTGTCTCCTGCCGACAAGACCAACGTCAAGGCCGCCTGGGGTAAGGTCGGCGCGCACGCTGGCGAGTATGGTGCGGAGGCCCTGGAGAGGATGTTCCTGTCCTTCCCCACCACCAAGACCTACTTCCCGCACTTCGACCTGAGCCACGGCTCTGCCCAGGTTAAGGGCCACGGCAAGAAGGTGGCCGACGCGCTGACCAACGCCGTGGCGCACGTGGACGACATGCCCAACGCGCTGTCCGCCCTGAGCGACCTGCACGCGCACAAGCTTCGGGTGGACCCGGTCAACTTCAAGCTCCTAAGCCACTGCCTGCTGGTGACCCTGGCCGCCCACCTCCCCGCCGAGTTCACCCCTGCGGTGCACGCCTCCCTGGACAAGTTCCTGGCTTCTGTGAGCACCGTGCTGACCTCCAAATACCGTTAAGCTGGAGCCTCGGTGGCCATGCTTCTTGCCCCTTGGGCCTCCCCCCAGCCCCTCCTCCCCTTCCTGCACCCGTACCCCCGTGGTCTTTGAATAAAGTCTGAGTGGGCGGCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
这只是由627个碱基编码成的一个基因而已,让你手抄这一小段序列,能保证一个字母都不错吗?细胞在每一次增殖的时候都要保证30亿个碱基都被准确复制一遍,能保证完全不出错吗?显然不能。
即使DNA复制在几十亿年的进化过程中已经变得非常非常精确,出错的频率大概是每十万个碱基有一个错误,但随着复制的进行,突变还是根本停不下来。你可能要说,那只要不复制就解决问题了嘛!确实,人体很多细胞都是不增殖不复制的。可是!宇宙是如此的残酷!不要忘了紫外线!环境中的各种化学物质!甚至自身的代谢产物!它们都能戕害基因组。所以,可怜的基因组早已被命运掐住了咽喉,随着时间而不断积累各种错误和伤口,造成基因组不稳定。
对于单细胞来说,这种不稳定提供了自然选择和生物演化的素材。毕竟是一人吃饱全家不饿,哪怕它变得面目全非,也OK的。可是对于多细胞生命来说,每一个细胞都只是庞大机器上的一个小齿轮,对稳定性的要求非常高,根本容不得再细微的改变,一点点的变化都可能导致它不能承担自己的使命,失去本身的功能。所以,基因组不稳定对多细胞生物来说,会造成time-dependent functional decline,也就是衰老。

第二大元凶 端粒耗损
又要高高举起血红蛋白的栗子,复制CATAAA······这个基因时,DNA聚合酶只能把一个核苷酸连接到前一个核苷酸的3’羟基上,也就是找一个A焊接到C身上,再找一个T焊接到A身上,依次延伸而产生一条CATAAA······的长链。可第一个C是怎么来的?DNA聚合酶说臣妾做不到啊!没有前一个核苷酸的3’羟基,DNA聚合酶没法开工,只能干瞪眼啊。
事实上,细胞是利用一小段RNA作为引物,提供第一个3’羟基。有了3’羟基,DNA聚合酶就可以开心地干活儿了,等复制完成后,再把RNA引物这个脚手架给拆掉。在这个栗子里,如果第一个C是引物,复制之后,第一个C被拆没了,序列变成ATAAA······(这只是用来说明5’ gap如何产生的一个简化模型)显然,这种方式无法保全最前端的序列,每一次细胞增殖都要丢失最前端的遗传信息。
可是,作为历经几十亿年风霜的生命,如果不能防止这种大灾难发生,哪有机会把遗传信息流传到现在?
这里我们的细胞采用了最简单的方案,只要最前端是一段没有意义的乱码,问题就解决了,每次复制损失掉的都只是乱码,不会影响到有意义的编码序列。这就是端粒——每条DNA两头的一段非编码的重复序列。接下来的事情就像@任明敝 所说,DNA复制一次端粒就变短一点,直到发现用完了,好,拒绝复制,你别分裂了你等死吧。
如果有了牧师telomerase不断加血、延长端粒序列,细胞是不是就可以永生了呢?
对于单个细胞来说,确实是这样的,著名的Hela细胞就能激活端粒酶,得到永生。而对多细胞生物来说,目前还没有定论。多细胞生物体内是有分工的,第一个兵种是不断分裂的cycling cell,第二个兵种是暂停分裂,执行特定生理功能的quiescent cell,第三个兵种是特种兵terminally differentiated cell,高度特化定型,终生不再分裂。只有cycling cell用得上延长端粒的技能,而它们获得这个尚方宝剑之后就是大权在握,一旦出了问题而哗变,会像脱缰的野马,不停增殖不停突变,争夺其他兵种的粮草,对于整个多细胞体系来说,这是病,得治的。
实验发现,很多恶性肿瘤细胞内的端粒酶就处于激活状态。所以通常认为, 限制端粒的长度是多细胞生物为了控制风险的一种妥协 。 端粒酶作为可能的长寿泉,一直是科学家关注的热点,2012年Bernardes de Jesus的实验结果表明,normal physiological aging can be delayed without increasing the incidence of cancer in adult wild-type mice by systemic viral transduction of telomerase。简单说就是给小鼠补充端粒酶能延缓衰老,更重要的是,癌症发生率并没有随之上升。所以,端粒和端粒酶的神秘面纱尚未完全揭开,目前有大量生物搬砖工奋战在这个领(da)域(keng),敬请期待。
评论里提到淘宝居然有卖端粒酶的,简直丧心病狂,给小鼠补充端粒酶用的是基因治疗的方法,是用改造过之后能产生端粒酶的病毒去感染小鼠,目前没有人体实验,所有打着端粒酶旗号的商品都是骗纸!

第三大元凶 表观遗传状态变动
再一次举起无辜的血红蛋白,这一串CATAAACCCTG······在屏幕上看着就够长的,这段基因序列在分子层面,长度可以达到几百纳米。而人的基因组有30亿个碱基,如果是直线状态,有好几米长,这么长的基因组怎么塞进肉眼不可见的细胞里?
压缩是唯一的选择。这个压缩包既不是rar,也不是zip,而是像毛线缠在乒乓球上。
http://image2.qiniudn.com/26682-ae2ca8fdea692e4e9c2cc5d0c8e6ab4d
https://pic3.zhimg.com/967a3ce31da3c584f36da4f7c9971e0a_b.jpg

每147个碱基缠在一个histone core上,形成一个nucleosome,然后进一步堆叠形成更致密的高级结构。
http://image2.qiniudn.com/26682-39bdc1bc2380e897d659517401bb1710
https://pic4.zhimg.com/72eb8d76894611d81c87960fc4df3e0f_b.jpg

这样高度压缩的源代码已经难以读取了,在需要读取的时候,先要经过解压,把要用的那一段毛线从乒乓球上解下来。
如果说遗传信息是源代码,那么表观遗传信息就是读取方式。表观遗传状态影响的是压缩和解压的算法,虽然它不直接改变源代码,却决定了源代码的读取。大量研究发现,表观遗传状态随着衰老的进程,发生有明显特征的变动(具体包括increased histone H4K16 acetylation, H4K20 trimethylation, or H3K4 trimethylation, as well as decreased H3K9 methylation or H3K27 trimethylation)。
现在已经证明了读取方式的变动确实会促进衰老,而在线虫、果蝇和小鼠等模式生物中,阻止这些变动的发生也确实延长了寿命。不幸的是,由于人类过低的文明等级(上帝大叔在偷笑), 我们还不知道为什么会发生这样的变动 。大量生物搬砖工都在挥洒自己的汗水,希望揭示其中的原理,寻找干预的手段,从而延长寿命。顺便提醒一下,目前只有粗浅的动物实验,远远不到人体实验的阶段,请警惕相关广告。
第四大元凶 蛋白动态平衡被打破
血红蛋白再次友情出场,并且大胆爆照(此处应有掌声~
http://image2.qiniudn.com/26682-c690d28abb7e2e7b2992e8fdf256a75c
https://pic4.zhimg.com/72016fb05a72073abcef4fc0f0c44067_b.jpg

你看,血红蛋白必须折叠成这个样子,才能运输氧气,承担自己的使命。如果发生了意外(例如heat shock, ER stress, oxidative stress),血红蛋白不小心毁容了,变成了这样
http://image2.qiniudn.com/26682-f7789ef8ed2ddbc97fd80291d0253c25
https://pic4.zhimg.com/0f269c0b8b211ac5cd7d3bed1978a923_b.jpg

这样乱糟糟的蛋白不能胜任自己的工作,只能失业,而正常细胞都有一套处理无业游民的系统。第一招,修,在美容医师chaperone的帮助下,恢复成正常的样子。第二招,杀,派出专业刺客ubiquitin-proteasome or autophagic pathway,把错误折叠的蛋白降解掉。可惜道高一尺魔高一丈,总有一些无业游民逃过处理系统,隐姓埋名,为祸人间。随着时间的推移,错误的蛋白逐渐积累,甚至互相抱团,形成巨大的沉淀物。
之前提到多细胞生物体内的三种细胞,端粒主要限制cycling cell,由于特种兵terminally differentiated cell终生不再分裂,容易死在逐渐积累的错误折叠蛋白手里。一个广为人知的例子是老年痴呆Alzheimer’s disease,特种兵神经细胞内积累大量蛋白沉淀,壮烈身亡。这里插播一句,个人认为癌症被攻克之后的下一个挑战就是神经退行性疾病,否则满大街都是神智不清的老头老太太,这画面太美我不敢想。

第五大元凶 线粒体损伤
线粒体作为细胞的能量工厂,不断地消耗氧气,发生活跃的化学反应和电子传递,这个过程不可避免地产生副产物,包括超氧阴离子、过氧化物和羟自由基。1965年Harman提出free radical theory of aging:线粒体产生的自由基造成线粒体损伤和细胞损伤,进而导致衰老。通俗地说,就是 发电机老化漏电把整个厂子毁了 。
这五大元凶,不管是错误的DNA、缩短的端粒、变动的读取方式、毁容的蛋白、漏电的线粒体,都类似一种“用坏了”的情况。
第六大元凶,营养信号感知下调。
对哺乳动物来说,生长激素是促进生长的司令员,通过IGF-1, FOXO,mTOR等小伙伴,指导细胞对营养信号的感知和响应。研究发现,生长激素和IGF-1水平随着衰老的进程而下降,这看起来很合理,年纪大了生长激素也少了。那么,补充生长激素是否能延缓衰老呢?上帝大叔说如果这么简单我岂不是很没面子!实验发现,人为地减弱生长激素、IGF-1、FOXO、mTOR的功能,反而延长了线虫、果蝇、小鼠、甚至类人猿的寿命。其中一个抑制mTOR的药物叫rapamycin,据说是至今为止效果最好的延长寿命的化学手段。为什么会出现这样的悖论?上帝大叔又在偷笑。 营养信号感知与衰老的关系仍然笼罩在迷雾中。
七和八应该放在一起讲,细胞衰老和干细胞耗尽。
这里说的衰老senescence是一个特殊的概念,没想到合适的中文词所以暂且叫它衰老。其准确定义是a stable arrest of the cell cycle coupled to stereotyped phenotypic changes,通俗地说就是一些细胞受到了深深的伤害,躲在角落里唱“我不想 我不想 不想长大~”,生长停滞。
由于穷凶极恶的前五大元凶,越来越多的细胞受到伤害,进入senescence的状态,对于多细胞生物来说,senescence状态本来是一种自我保护,阻止受损细胞继续生长,甚至出动免疫系统的钢铁洪流将受损细胞碾压成灰,防止这一小撮细胞变成阶级敌人,把风险扼杀在摇篮里。这个过程严格依赖于有效的细胞替换系统,一边清除senescence的细胞,一边调动祖细胞生产新兵,进行替换(祖细胞属于成体干细胞,负责组织损伤后的修复再生)。
可惜理想很丰满,现实很骨感, 祖细胞同样面临五大元凶的威胁,在自身难保的情况下,还要加班加点生产新兵,最终耗尽了再生能力。由于得不到补充,大量 senescence的细胞进一步造成组织和器官功能衰退。这也许就是衰老和自然死亡的头号罪犯。
第九大元凶 细胞间通讯变动
进入senescence的状态之后,伤心的细胞流下的泪水(proinflammatory cytokines)让免疫系统闻风而动,激活NLRP3 inflammasome,产生炎症反应。这本身是一场自卫反击战,防止受伤的细胞发生癌变,只可惜杀敌一千自损八百,慢性而低程度的炎症增加了病理性肥胖以及2型糖尿病的风险,正是老年群体中糖尿病的发病率较高的一种解释。



现在回到最初的问题, 衰老和自然死亡,到底是伟大的进化优势?还是多细胞体系必然崩溃的宿命? 主流观点认为是后者。 不同类型的损伤是自然死亡的根本原因,生物体应对损伤的反击战则进一步加重了衰老。
当然,这不是最终的结论,研究仍在进行,各种不同假说都有一定道理,可以参考。
以上。
用以合成蛋白质的氨基酸有20种 其中赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸是必需氨基酸 只能靠摄取 不能靠体内合成
用以合成蛋白质的氨基酸有20种 其中赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸是必需氨基酸 只能靠摄取 不能靠体内合成
匿名用户

回答了问题 2017-03-30 09:099 个回复 不感兴趣

氨基酸能不能被合成出来?合成有什么限制吗?

赞同来自:

还是写个答案吧。
题主学有机化学吗?合成个氨基酸有什么困难......维生素B12这么复杂的分子1973年就搞定了。 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%B4%E7%94%9F%E7%B4%A0B12%E5%85%A8%E5... 显示全部 »
还是写个答案吧。
题主学有机化学吗?合成个氨基酸有什么困难......维生素B12这么复杂的分子1973年就搞定了。 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%B4%E7%94%9F%E7%B4%A0B12%E5%85%A8%E5%90%88%E6%88%90

随手搜搜amino acids total synthesis, 文章著作一把一把的,各种翻新花样。比如 http://ukcatalogue.oup.com/product/9780841269743.do

你确定想问的是氨基酸?如果你说了高分子,我假定你其实想问的是蛋白质,那么至少有我们耳熟能详的“人工合成结晶牛胰岛素”。
大多数蛋白质的全合成从有机化学角度说不复杂,因为序列确定,氨基酸也容易做。复杂在于正确的折叠。

应@邵庆贤 要求补充合成条件:
从无机物开始的话,么要求,大气成分,高能射线。因为作这个都是为了模拟生命起源,乱加东西实验就没有意义了。鼓捣鼓捣,出来就发文章,没出来就换个高能射线啦,加温啦神马的。
从有机物开始,就是标准的手性合成,或者合成后手性分离。
我们把一个生命,想象成一条特别特别长、有好多支线的 全自动流水线 。这条流水线上,有 几万种不同功能的机械手臂(蛋白质) 。其中有一个机械手臂,唯一的作用,就是把螺丝拧到螺母里。

http://image2.qiniudn.com/26682-80... 显示全部 »
我们把一个生命,想象成一条特别特别长、有好多支线的 全自动流水线 。这条流水线上,有 几万种不同功能的机械手臂(蛋白质) 。其中有一个机械手臂,唯一的作用,就是把螺丝拧到螺母里。

http://image2.qiniudn.com/26682-80fc8e0c5d95c4a3823c4c848e7e5300
https://pic1.zhimg.com/8e2634b267f956f07c0feae56ee1742c_b.jpg

在这个空间里,有一万颗螺丝,也有一万颗螺母。如果任由它们 随机 、快速碰撞。经过多长时间,所有螺丝,都能准确地拧到螺母里面呢?肯定会是非常长的一段时间。我们假设是 一万年 。

而这个 自动机械手臂 ,它准确地识别螺丝,也准确地识别螺母,并把它们摆在正确的位置上,一拧,螺母就套在螺丝上了。这样,完成全部工作, 只要一小时 。
http://image2.qiniudn.com/26682-f8d53f31d4f9b8eb6bc0505480503f4a
https://pic4.zhimg.com/d2953066a60ea89f9a0f8f4006ce2433_b.jpg
这个机械手臂,就是n个氨基酸按一定序列,组成的蛋白质。

那么很多问题就来了:
[list=1][*][b] 蛋白质是怎样行使这个功能的? [*][b] 为什么这n个氨基酸按一定序列一组合,就变成了这个有功能的蛋白质? [*][b] 如果氨基酸不按这个序列排布,只改变一点点,行不行? [*] 这个设计这么碉堡,最开始是怎样形成的?
问题1: 蛋白质是怎样行使功能的?
答:蛋白质的种类成千上万,功能各不相同。有的负责帮助物质分解/合成,有的负责维持细胞内外离子浓度,有的特异性识别并帮助清除目标物,有的帮助其它蛋白质正确折叠……
举个栗子。有种蛋白质,叫丙酮酸激酶,由500多个氨基酸按一定次序组成,折叠成一个球一样的东西,作用是把磷酸烯醇丙酮酸和ADP,转化成丙酮酸和ATP。它是怎么搞的呢?第一步,它先识别这两种分子,并把它们(以及两个镁离子、一个钾离子和一个水分子)放在合适的位置上。这个时候在第270个位置上的赖氨酸,就会辅助磷酸烯醇丙酮酸,脱去一个磷酸根,并使ADP磷酸化,形成了ATP。
这时,脱去磷酸根的磷酸烯醇丙酮酸,就变成了中间产物enolate。Enolate通过质子化,形成终产物丙酮酸。
http://image2.qiniudn.com/26682-125dc0e7584179e445e79840ede3f409
图片来自Dombrauckas, J. D., Santarsiero, B. D. & Mesecar, A. D. (2005). Structural basis for tumor pyruvate kinase M2 allosteric regulation and catalysis. Biochemistry 44, 9417-9429. https://pic1.zhimg.com/e1a3dd1c9b24cea44df3a362df94c58c_b.jpg
图片来自Dombrauckas, J. D., Santarsiero, B. D. & Mesecar, A. D. (2005). Structural basis for tumor pyruvate kinase M2 allosteric regulation and catalysis. Biochemistry 44, 9417-9429.
问题2: 为什么这n个氨基酸按一定序列一组合,就变成了这个有功能的蛋白质?
答:它刚刚形成的时候,是一条按顺序组成的氨基酸链。链里面的这20种氨基酸,主链(羧基和氨基脱水组成的肽键)都一样,侧链都不一样:有的长,有的短;有的带正电,有的带负电,它们就倾向于相互结合;有的亲水,就喜欢包裹在外边,有的疏水就喜欢在里边……
http://image2.qiniudn.com/26682-429078a8743fb09c36730eb5532c7cc7
https://pic4.zhimg.com/f9cd3b363564866d2e8041872055221f_b.jpg
这样,它就瞬间自动(或通过分子伴侣的帮助)缩成一个固定的形状,在这个形状里,不同氨基酸之间固定形成了一定的化学键,使这个蛋白质的能量最低。
另外,蛋白分子不是铁板一块,如@Yang Eninala(见评论)所述,它会动的。底物分子的结合,以及其它效应剂的结合,都可能会诱发蛋白质分子的构象改变,从而实现对其功能的调节。
http://image2.qiniudn.com/26682-5a88af0996edc7868c61c1462f1ba3e0
动图见 https://pic2.zhimg.com/1cfdec7b1e3ce446d15cf27b2a2cda55_b.jpg
动图见 http://www.equn.com/folding/images/villinanim.gif

这个蛋白质形成的的这个特殊结构,往往都带有一定特殊形状的结合口袋。这种口袋,只能特异性地结合一种(或几种)物质/分子。当这个分子结合到这个口袋上的时候,就会被转化(酶)、阻止/放行(离子通道)、结合后打死(抗体)……
http://image2.qiniudn.com/26682-7a9cf5327dac6916f1ba455a011f2b29
https://pic4.zhimg.com/eff49ef09d0bd004bb3f95fb4b572eb3_b.jpg
动图见 http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/chemistry/classes_stud/en/nurse/BSN/ptn/2/02.%20Investigation%20of%20structure%20and%20physical-chemical%20properties%20of%20proteins-enzymes.%20Mechanism%20of%20enzyme%20action,%20kinetic%20of%20enzymatic%20catalysis.files/image045.gif


问题3:如果氨基酸不按这个序列排布,改变一些,行不行?
答:不一定。
科学家小盆友们好调皮哦,总是想改变造物主的设定。有的时候改改这里,把脯氨酸变成丙氨酸,完了,α螺旋都散掉了,蛋白崩溃了……又改改那里,把半胱氨酸变成丝氨酸,这回总差不多了吧?完了,丝氨酸难以被氧化,蛋白失去被氧化还原调节的能力了。
不过有的时候也改了也没什么大问题。有时没啥区别嘛,有时改了之后,蛋白活性好高啊,ATP转化率暴涨,大家快来看CRISPR转基因人呐,小盆友瞬间举起大汽车,小胖子跑赢袋鼠不费劲,一跳三层楼,胸口碎大石,一夜驭七女,每人整七回,七七四十九,枪在手,跟我走,蓝黄枪头全都有……

问题4:这个设计这么碉堡,最开始是怎样形成的?
答:有人说,是上帝neng的。我觉得有可能。
还有人说,星球早期,温度奇高无比,能量多得用不完,各种原子随机碰撞,难保碰不出它四五种核酸。再一组合:九千九百九十九亿九千九百九十九万九千九十九种组合都失败了,就只有一种成功了。成功了,这个核酸序列( RNA世界學說 )就能延续下去,能行使功能,能传代。
它还不怎么稳定。不稳定,就造成它在传代的时候,可能有一点点突变。99.99%的突变,都造成了这玩意更容易死,那这种“容易死”的基因就传不下来,传不下来就算了。只有0.01%的子代,更适应这个环境了,那它就能更快更好地生活、传代。
更适应环境,能够更好地生存,不只有一种方式,可以是:
老子不怕死,老子后代千千万(细菌) 老子长寿(大树) 老子聪明(人) ……
==============补充==============
有人问了,你活性位点那么小,而整个蛋白质那么大一个,貌似其它部位没啥用啊。 @Cobin Zhang
我还用上面那个丙酮酸激酶举例子。你看它是个 同源四聚体 ,就是四个亚基都一样。我们看 右下角那个亚基 (有灰色有蓝色有红色那个)。这个蛋白的 活性位点 ,在这个亚基的中间偏下部位(蓝灰两结构域之间)。这个位点,没有那个 灰色的结构域像个盖子一样盖起来 的话,是无法形成的。那么这个灰色的盖子,怎样合起来呢?它要求左边那个屎色的亚基上有个氨基酸残基 Arginine342 插进来,才能形成。所以这个Arginine也是至关重要的。那么这个Arginine怎样插进来呢?我们还是看这个灰蓝红亚基,它的右上角,结合了一个小分子,叫 果糖1,6二磷酸 。别看它离得老远,貌似和这个蛋白的活性位点没什么关系,它要是不结合上来,它上面的那个loop就会形成另外一个构象,不再是向里弯,而是向外弯到上面那个棕色的亚基上,会引起整个四个亚基的大旋转(13°),那 Arginine342 就插不进来,蛋白活性就低多了。我们把负责结合果糖1,6二磷酸的一个Arginine489,突变成Alanine,它没办法结合果糖1,6二磷酸了,蛋白活性也就降低了。
总结一下:
[list][*]把 离活性位点好远 的Arginine489突变成Alanine; 它就不再容易结合效应剂果糖1,6二磷酸; 所以那个位点的loop就不再向里弯,而是变成另外一个低能量、向外弯、结合其它亚基的构象; 引起全部4个亚基的旋转; 所以Arginine342无法再插到邻近亚基的灰色和蓝色两个结构域之间,稳定灰色结构域; 灰色结构域盖子盖不下来,活性位点难以形成; 蛋白活性大大减小。 牵!一!发!而!动!全!身!
http://image2.qiniudn.com/26682-aa5c3b559e05c1a495db365d69ebbf3e
https://pic1.zhimg.com/6703a5b7f84a457febba23be056cb50c_b.jpg
匿名用户

赵亮 回答了问题 2017-03-30 09:098 个回复 不感兴趣

电子显微镜可以看清氨基和羧基吗?

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首先, 观察纳米级别的分子, 最好能将分子吸附在物质表面观察, 如石墨烯, 或者是金属,增加隧穿电流, 提高分辨率.
下面给出一幅图, 是CO-tip的原子力显微镜(AFM)和传统的扫描隧道显微镜(STM)对pentacene的观察结果.
(A) 单分子pen... 显示全部 »
首先, 观察纳米级别的分子, 最好能将分子吸附在物质表面观察, 如石墨烯, 或者是金属,增加隧穿电流, 提高分辨率.
下面给出一幅图, 是CO-tip的原子力显微镜(AFM)和传统的扫描隧道显微镜(STM)对pentacene的观察结果.
(A) 单分子pentacene的化学结构
(B) STM的观察结果
(C) CO-tip 的AFM对单pentacene观察结果
(D) CO-tip 的AFM对多pentacene观察结果 http://image2.qiniudn.com/26682-1529b5dd8c86473790df15cff91ee2cf
图片摘自: https://pic1.zhimg.com/fef793b3a36a7a8b5753da3cc385dc78_b.jpg
图片摘自:
Science 28 August 2009:
Vol. 325 no. 5944 pp. 1110-1114
DOI: 10.1126/science.1176210
Report
The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy
附:CO-tip的AFM是上文中的一种技术, 现在针尖上吸附了CO, 然后去观察分子. 不同于传统的AFM
如下图所示: http://image2.qiniudn.com/26682-162eee6733b0e41fe7c9510c845bae6f
https://pic3.zhimg.com/9d00a5559d7e299ce7772ca57ec581da_b.jpg
所以, 楼主的问题, 要观察羧基和氨基, 用上文的方法应该是可行的, 传统的STM可能效果差些.

====以下为2013.06.01 更新, 最新Science上的相关研究和图片 =========================
http://image2.qiniudn.com/26682-a75ef4e62353f9888d6fda6c7e6527d5
https://pic2.zhimg.com/88cdce9a526ed18b23cba117702c54d5_b.jpg
http://image2.qiniudn.com/26682-96a5e623ac08e25f7643ea69b4dae815
图片解释:“The original reactant molecule, resting on a flat silver surface, is imaged both before and after the reaction, which occurs when the temperature exceeds 90 degrees Celsius. The two most common final products of the reaction are shown. The three-angstrom scale bars (an angstrom is a ten-billionth of a meter) indicate that the reactant and product molecules are about a billionth of a meter across. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley” https://pic3.zhimg.com/093463f51a7e36d1b43e3f3a27dfe386_b.jpg
图片解释:“The original reactant molecule, resting on a flat silver surface, is imaged both before and after the reaction, which occurs when the temperature exceeds 90 degrees Celsius. The two most common final products of the reaction are shown. The three-angstrom scale bars (an angstrom is a ten-billionth of a meter) indicate that the reactant and product molecules are about a billionth of a meter across. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley”
原理图片:
http://image2.qiniudn.com/26682-f0ceabcf85d203de46c21932219e7685
科技已经发展到这种程度了,牛,看来只怕想不到,不怕做不到。。 https://pic3.zhimg.com/53d866795f5d4d609d85bcf4e3dc6912_b.jpg
科技已经发展到这种程度了,牛,看来只怕想不到,不怕做不到。。
那些有趣的命名:
Penguinone,企鹅酮,结构式长得像企鹅,本名是3,4,4,5-tetramethylcyclohexa-2,5-dienone。
http://image2.qiniudn.com/26682-d2bfb32262ccc2d1a8b... 显示全部 »
那些有趣的命名:
Penguinone,企鹅酮,结构式长得像企鹅,本名是3,4,4,5-tetramethylcyclohexa-2,5-dienone。
http://image2.qiniudn.com/26682-d2bfb32262ccc2d1a8bddf7bdb23d023
https://pic1.zhimg.com/af9d8da397f5ef9bb2b49d7160bab354_b.jpg

Pikachurin,皮卡丘素,2008年被日本发现并命名的一个视网膜蛋白,命名的灵感来自于,这个蛋白在photoreceptor ribbon synapse和the bipolar dendrites的精确结合中有重要作用,与皮卡丘快速的移动和惊人的电力有相似之处……
http://image2.qiniudn.com/26682-6c7c93c1d3a4347de9ad663a66bf218e
https://pic4.zhimg.com/e3706badc59cff50d4d010d985c1015b_b.jpg
Maoecrystal,毛结晶?1994年一个中日研究从草药中分离出的化合物,人们怀疑是用老毛命的名,但他们没有明说。
http://image2.qiniudn.com/26682-353c7975331ae0f6bfcde49c639ee99f
https://pic4.zhimg.com/c2ebf13731889e47f6ec5b6e6586bf9b_b.jpg
Nonose,壬糖,含9个碳原子的糖分子。伏地魔看到这个名字会泪流满面。
http://image2.qiniudn.com/26682-adc2ab358141d56a6e94686751b724fc
https://pic4.zhimg.com/10133e30f379aded34c45d68ab9ac2d7_b.jpg
Bicyclohexyl,双环己烷,不但名字像自行车,结构式更像,尤其加上异丙基和甲基侧链后。
http://image2.qiniudn.com/26682-265ef29929cf4314febc92cd834d9c50
https://pic3.zhimg.com/6e084f09bbc1ba0ecb6f0e0e677dfc2a_b.jpg
那些下流的命名:
DAMN,diaminomaleonitrile二氨基马来腈的缩写,化学界可以这样装酷:"Frankly my dear, I don't give a Diaminomaleonitrile..."
http://image2.qiniudn.com/26682-8f066e2aef5435aae7101c888d586871
https://pic3.zhimg.com/9139c6640ecbc6467f07d1067d40aa26_b.jpg
Arsole,砷唑,不仅读音,连结构都很传神。伴随着的是史上最经典的科研文章标题之一,德语翻译成英语就是:Studies on the Chemistry of the Arsoles. G. Markl and H. Hauptmann, J. Organomet. Chem ., 248 (1983) 269.
http://image2.qiniudn.com/26682-007af16592d19484750867570ad8149a
https://pic3.zhimg.com/39160e9d891eb90e3e0d7265948916e6_b.jpg
Fucitol,由岩藻糖fucose而得名。1997年JBC上有一系列文章是关于fucose激酶的,也就是fucose kinase,而文章的日本作者却没有意识到“fuc-K”这个缩写的意义。后来缩写才被改为'FUK',其实也差不多……
http://image2.qiniudn.com/26682-0c5d7258ef216539d40e53955bf05045
https://pic4.zhimg.com/826102831eb854c50dce1e0b16897d7f_b.jpg
Welshite,一种矿物,是以美国矿物学家Wilfred R命名的。有些人喜欢它,有些人觉得它是“Well Shit”。
http://image2.qiniudn.com/26682-b4fed7733ef3191acbb2f8806b8eb2fb
https://pic4.zhimg.com/b1158ce393dd2ce60f2fad69028a3eab_b.jpg
吐槽一下MAPK系列,只会用类似MAP kinase kinase kinase(MAPKKK)这样的命名,不由一声叹息,坐等MAPKKKKKKKKKKKKKKKKK的出现……


以上内容全部出自于以下链接,看完以后眼界大开,脑洞也大开:
List of chemical compounds with unusual names
http://www.chm.bris.ac.uk/sillymolecules/sillymols.htm
匿名用户

洛水寒 回答了问题 2017-03-30 09:0910 个回复 不感兴趣

蛋白质酶会水解自己吗?

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很有意思的问题!

我简单的以胃蛋白酶做个解释
首先,蛋白酶并不是水解所有的肽键,一般都有一定的专一性,针对某些特定的肽键
胃蛋白酶主要水解水解 氨基端或羧基端为芳香族氨基酸(苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)或亮氨酸的肽键

我也看到好多网上的答案说胃蛋白酶不能消... 显示全部 »
很有意思的问题!

我简单的以胃蛋白酶做个解释
首先,蛋白酶并不是水解所有的肽键,一般都有一定的专一性,针对某些特定的肽键
胃蛋白酶主要水解水解 氨基端或羧基端为芳香族氨基酸(苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)或亮氨酸的肽键

我也看到好多网上的答案说胃蛋白酶不能消化自己是因为胃蛋白酶不含有这些肽键,这个答案是不对的。胃蛋白酶不但有这样的肽键,而且还不少

这里就牵涉蛋白质的空间结构了
http://image2.qiniudn.com/26682-7dc72b5fe4c9b87b37d2fe020aa5e412
https://pic4.zhimg.com/70d3ed3153223ec49228194fbe84b07b_b.jpg
蛋白质是通过多肽链的盘绕折叠形成其特定的空间结构之后才具有活性,在这个过程中,有些氨基酸残基露在外面,有的残基就被包裹在蛋白质内部了。上面说的胃蛋白酶针对的氨基酸残基都被包裹在内部,所以胃蛋白酶就没法水解自己了

而通常我们消化食物时,食物蛋白质首先会在胃酸的影响下变性,变性会造成蛋白质的空间结构破坏,内部的肽键就会暴露出来,然后被胃蛋白酶识别和水解

总而言之,胃蛋白酶不能水解自己是基于它的特定空间结构,如果胃蛋白酶因为某些原因变性,就会被自身水解了
谢邀。抱歉拖了这么久,因为实在是不想透露这个秘密。答案是:能。可是里面有很多内幕啊。
你知道吗,胰岛素是不需要注射使用的,口服就行了,甚至涂在皮肤上就可以吸收了。为什么那些无良的厂商都要求注射使用呢?为了赚注射器的钱。
还有,其实不光能吸收多肽,还能离用多肽合... 显示全部 »
谢邀。抱歉拖了这么久,因为实在是不想透露这个秘密。答案是:能。可是里面有很多内幕啊。
你知道吗,胰岛素是不需要注射使用的,口服就行了,甚至涂在皮肤上就可以吸收了。为什么那些无良的厂商都要求注射使用呢?为了赚注射器的钱。
还有,其实不光能吸收多肽,还能离用多肽合成蛋白,还能定向去特定器官合成。比如说吃肝补肝,吃肾补肾,吃鞭补鞭等等,古人诚不欺我也。但是操作的时候要千万小心,有些东西是吃不得的,什么狼心啦,什么狗肺啦,还有猪脑子,一律不能吃。吃了后果自负啊。
还有,其实何首乌,霸王洗发水治疗谢顶,都是骗人的,最佳方式是吃头发。吃了以后,会在肚子里降解成多肽,然后在去头顶上合成,立竿见影的。不过操作同样得小心,女孩子一定要看清楚,头发里面不能混进去胡子。不然还是,后果自负。
还有胶原蛋白美容,也是真的。但是女孩子们也一定不要吃猪蹄子啊。要吃猪脸肉,吃哪儿补哪儿,靠肽来合成的蛋白的定向可准了。
最后在告诉知友一个关于转基因的内幕,不许转载。我支持转基因,是因为,转基因大豆有BT蛋白啊,可以杀死昆虫啊。人吃了以后,会在血液里用多肽片段合成bt蛋白。你知道吗,我喝了一夏天转基因豆浆,蚊子都不敢叮我了。而且,我再也不怕寄生虫了,哈哈。
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吐槽完毕。如果人真的能那么高效的吸收外源肽段,光引发的免疫反应就够你受的。你能想象你消化道里的大肠杆菌的各种那个肽段在你血液里游荡,并且合成到你的蛋白里,会是个什么场景吗?
就算是消化道能吸收一点多肽,也是痕量的,更可能是因为表皮破损什么,根本不会是主动吸收,要不人就被免疫反应搞死了。
被“知乎日报”推荐了,撒个花。

顺便回答几个评论里的问题:
1)很多看官都提到了本地语言(方言)中区分chemical itch和mechanical itch,只能说很多智慧都来自于最朴素的民间,但智慧变成科学还需要包括答主在内的各位科研工作者的持续努... 显示全部 »
被“知乎日报”推荐了,撒个花。

顺便回答几个评论里的问题:
1)很多看官都提到了本地语言(方言)中区分chemical itch和mechanical itch,只能说很多智慧都来自于最朴素的民间,但智慧变成科学还需要包括答主在内的各位科研工作者的持续努力。
2)神经科学以及脑科学是答主一直关心的一个相关研究方向。但由于毕竟不是答主的具体研究内容,而且受答主水平和能力所限,每次回答也需要查询大量资料或准备良久才能写出一个自己比较满意而且符合科普表达方式的答案。但这其中肯定有不足或不准确的地方,还请相关专业背景的看官不吝赐教。
3)最近收到了几个问题的邀请,限于答主的个人兴趣和能力所限,很难去一一回答这些邀请,在此向邀请我回答的各位题主表示抱歉。如果有时间,我会给邀请我的题主发私信,表示感谢。

======以下为原答案======
好久都没有能如此激起写作欲望的生物学问题了。正所谓千里马常有,而伯乐不常有,今天终于又碰到这样一个好问题。

搜了下题主的资料,是计算机本科,应该没有受过答主这样的科学训练。但题主对生活的仔细观察和跳跃的思维,都让答主倍感汗颜。因为在答主没有看到下面这些包括n篇Nature,Science的高大上文章之前,都从来没有考虑过----挠痒和叮痒竟然是有区别的。对,至少从生物感受的微观角度,这是两种完全不一样的痒。而且人类在长远的语言历史发展中这个问题也被忽略,大多数现存主流语言(此处不严谨,没有调研过所有主流语言,希望有识之士给予指正),都不区分这两种痒。不管中文的“痒”,英文的“itch”,日文“かゆみ”,都是一个词。

======正式回答问题的分割线======
不邀自来。 知乎习惯,先上结论,再来回答,全是干货。
先来个广告,以提升本人在各种关于感觉方面问题的回答可信度
氯化钠为什么有咸味? - yinan zhang 的回答
大蒜的辣和辣椒的辣有什么区别? - yinan zhang 的回答

以下回答中的图片,来自英文wiki百科并辅以答主的编辑或答主个人自制的素材。
如果各位看官对此问题有兴趣,可以参考附加文献,以及刚刚发表在Journal of cell biology上的mini-review文章: Green, D.; Dong, X. The cell biology of acute itch. 213 , 155-161, (2016).

----------------结论----------------
挠痒(mechanical itch)和蚊虫叮咬痒(chemical itch)对于动物包括人类是通过两种不同信号通路产生的痒。
要是非要形容,干脆就先造两个字,“毛羊”表达mechanical itch,“虫羊”表达“chemical itch”好了。而“痒”就表达病态的痒,比如chronic itch好了。

----------------什么是痒,如何被大脑感知----------------
痒,众多体感(somatosense)的一种,或特指皮肤瘙痒,是源于机械或化学刺激引发的周围伤害感受器激活,并向脊髓、大脑等中枢神经系统传递的神经信号。
曾经科学和医学界一直认为,痒只是非常弱的疼痛反应。之所以人们会有这样的感受,是因为往往在某一片特定的皮肤区域,痛或是痒只能带给人单一的感受。也就是说,要么是痛要么是痒,痒可以抑制痛,痒也可以被痛所抑制。究其原因,是因为痒和痛的信号都是通过周围感受器传递至脊索后角(dorsal spinal cord),再通过脊髓里类似的projection neuron向上传递给丘脑(thalamus),继而包括大脑皮层的各个区域。
50年前,Melzack和Wall提出了一种关于痒和痛信号传递和控制的机制,叫做门控制理论(gate control theory)(1)。其核心概念是, 在没有外界刺激下,传导痒和痛的信号的神经元是被抑制性中间神经元(inhibitory interneuron)所抑制的,既所谓的门是被关闭的(closed gate)。反之,如果存在外界刺激 ,抑制性神经元被抑制,信号可以传导至大脑,既所谓的门被打开 (open gate)。门的开关与否,是外界刺激信号和抑制性神经元的抑制信号共同作用的结果,既刺激信号需达到一定阈值或符合一定的激活条件,才会被放行至大脑接收 。参见下图1。
http://image2.qiniudn.com/26682-1a204932d62721d0847c19ec0219bd26
图1. gate control theory。 https://pic3.zhimg.com/e5af6954a0dba6b7c00686163872a5aa_b.jpg
图1. gate control theory。

尽管这个理论距离现实还有一定程度的不完善,但截至目前,门控制理论依然是唯一的,最有影响的,和最精确的解释痒、痛是如何从皮肤感受器向脊髓和大脑等中枢神经通路传递信号的理论。而且近年来科学进步对门控理论的不断丰富和修正都使其成为了人们认知“体感”传导的主要方法。所以把题主的问题翻译成为科学语言,就是, “毛羊”和“虫羊”在周围感受器向中枢神经通路传递过程中有无区别,或参与它们的gate control的是同一部分神经元以及神经递质吗?

----------------“虫羊”的门控制 (gate control of chemical itch)----------------
关于化学刺激产生的痒的研究一直是近年来的过于痒机制的研究热点,而且业已研究的比较清楚。
如图1,两条主要神经纤维负责把周围感受器的信号传递至脊索后角(dorsal spinal cord)区域,一条叫做C fiber/A-delta fiber,一条叫做A-beta fiber。其中不同的fiber上有多种不同的受体,可以分别对痛、热、痒等敏感。脊索后角区是一个有着非常多亚区的复杂中枢神经节。如图2,可以看见不同的外周神经纤维会依次连接至脊索后角的不同亚区,而各个亚区又富集着不同的抑制性中间神经元(inhibitory interneuron)。
http://image2.qiniudn.com/26682-39fe498010d63e8bb1dd7d74ed9a6ba9
图2. dorsal spinal cord and neuron fibers. https://pic3.zhimg.com/32c0f69800c43289554a8ce8c7b34a46_b.jpg
图2. dorsal spinal cord and neuron fibers.

蚊虫叮咬或其他化学刺激,会诱发免疫系统的炎症反应,释放组胺等化学因子,进而激活对化学因子敏感的C fiber传递神经信号。目前的研究发现(2-4),待神经信号传递至脊索后角区域后,表达gastrin-releasing peptide receptor (GRPR)神经元和basic helix-loop-helix 5 (BHlhB5)抑制性神经元在C fiber神经信号传递到大脑的过程中起着gate control的作用(不排除还有其他同样作用的神经元)。如图3。必须强调的是,不同化学物质产生的痒信号,在传递过程中也不尽相同,如有兴趣请自行参考前面提到的综述,限于篇幅不再展开。
http://image2.qiniudn.com/26682-87b393842586ec5e6d57b984fb077de6
图3. gate control of chemical itch. https://pic4.zhimg.com/db37bc84a5e74effae9a1be1be206a17_b.jpg
图3. gate control of chemical itch.

----------------“毛羊”的门控制 (gate control of mechanical itch)----------------
直到2015年,一篇关于mechanical itch的通路研究的文章被Science发表(5),人们才对挠产生痒的机制有所认知。简要叙述下他们的研究方法,快速浏览请直接跳到步骤5和6。
(1) 制作小鼠模型。 通过Cre-Lox基因打靶技术,把小鼠脊索后角(dorsal spinal cord)区域一种表达neuropeptide Y的抑制性中间神经元(inhibitory interneuron)敲除或尽可能多的减少其表达。由此得到小鼠模型A。
(2) 使用小鼠模型进行mechanical itch实验。 研究人员发现,进行von Frey hair触觉实验时,在加速度范围为0.02-0.4g的mechanical itch刺激下,neuropeptide Y抑制性中间神经元缺失的小鼠模型A对于此类“毛羊”的敏感度比正常小鼠高n个数量级。此触觉实验可以等同于用羽毛挠脚心这种典型的挠痒。
(3) 使用多种小鼠模型进行不同痒来源的对照实验。 研究人员发现,小鼠模型A对于常见化学致痒剂与正常小鼠没有差别。同时在此小鼠模型A的基础上,叠加chemical itch受体拮抗剂得到“毛羊”和“虫羊”同时敏感的小鼠模型B。小鼠模型A和B对于“毛羊”实验的敏感度类似,而对于化学致痒剂,如所预期的类似,小鼠模型B比小鼠模型A更敏感。
(4)神经信号传导通路研究证明,低阈值机械受体(low-threshold mechanoreceptors)负责“毛羊”的感受,A-delta/beta fiber负责传导信号至脊索后角的Neuropeptide Y抑制性中间神经元(6)。其他相关实验略。
(5)于是,图4可以用来简单说明“毛羊”产生和传导机制。 首先挠痒 激活低阈值机械受体(low-threshold mechanoreceptors)产生神经信号;对机械致痒敏感的A-delta/beta fiber传递神经信号;待神经信号传递至脊索后角区域后,neuropeptide Y抑制性神经元接收此信号,并在神经信号到大脑的传递过程中起着gate control的作用。
(6) 科学研究实际上和“把大象关冰箱需要几步”是类似道理。在以上研究中,第(1)步等同于制造一个可以关大象的冰箱,第(2)步等同于把大象弄到冰箱里,第(3)步等同于确认大象被关入此冰箱而非彼冰箱,第(4)步等同于关上冰箱门。最后文章发表相当于把装有大象的冰箱卖出去。
http://image2.qiniudn.com/26682-3d0aa6eefc823b71d88a95f374a12465
图4. gate control of mechanical itch. https://pic2.zhimg.com/336b5e766e03c6894d4c2c97e1db02c1_b.jpg
图4. gate control of mechanical itch.

----------------结语----------------
OK,下次当诸位再碰见某个不知死的蚊虫,钻入那长满了毛的胳膊或大腿,狠狠的吸上那么一口。突然,女(男)朋友或老婆(公)一巴掌把它拍死在一片血泊之中。希望诸位能想起我的这个回答,给她(他)们解释:你知道吗,这个死蚊子在钻毛和吸血时,给我的大脑发出的是两种不同的“痒”信号呢。


等你解释完的一刹那,看到她(他)们对你无比崇拜的眼神时,难道还不给辛苦打字,编辑图片的答主点个赞。


----------------参考文献----------------
1. Melzack, R.; Wall, P. D. Science, 150 , 971-979, (1965).
2. Sun, Y.-G.; Chen, Z.-F. Nature, 448, 700-703, (2007).
3. Sun, Y.-G.; Zhao, Z.-Q. Meng, X.-L.; Yin, J.; Liu, X.-Y.; Chen, Z.-F. Science , 325 , 1531-1534, (2009).
4. Ross, S. E.; et al. Neuron , 65 , 886-898, (2010).
5. Bourane, S.; et al. Science, 350 , 550-554, (2015).
6. Fukuoka, M.; Miyachi, Y.; Ikoma, A. Pain , 154 , 897-904, (2013).
刚刚看这标题吓了一跳,以为你们又要搞什么大新闻呢。
后来一看,果然是个大新闻!

第一 ,确认这个报道是真的。
Science News还有CNN等几家大媒体都有报道。
First ‘three-parent baby’ born from nuclear... 显示全部 »
刚刚看这标题吓了一跳,以为你们又要搞什么大新闻呢。
后来一看,果然是个大新闻!

第一 ,确认这个报道是真的。
Science News还有CNN等几家大媒体都有报道。
First ‘three-parent baby’ born from nuclear transfer
Controversial 3-parent baby technique produces a boy

第二 ,我们来总结一下这个报道里面的信息。
故事很简单,就是一个妈妈有病但是不想传给下一代,然后找到了解决方案,生出了健康的孩子。
这个孩子的妈妈患有莱氏综合征(Leigh syndrome)。患有这个病的婴儿会不断腹泻,呕吐,导致发育不良,在早年会有很高的死亡率。就算是长大了,全身各器官以及肌肉也无法像正常人那样运作。这个妈妈曾经有过2个小孩,都患有莱氏综合征,一个不到一岁就死了,另一个活了大概6年也走了。
这个手术是用一种叫做spindle nuclear transfer(纺锤体细胞核移植)的技术,有了这个技术,可以让病人妈妈的卵子拥有正常人的线粒体(还有线粒体里的DNA),这个技术有一点点像当年的多莉羊,只不过当年是体细胞,现在是卵细胞。 这个手术是一个来自美国纽约的医生(John Zhang(华裔))和他的团队在墨西哥做的。后来发表在英国的期刊上(New Scientist),那个婴儿是今年4月出生的。
第三 ,我们来解读一下报道里的信息。
[list] 莱氏综合症是一种线粒体(细胞有氧呼吸的主要场所,含有16.5k bp的DNA)的病症,并且导致这种病症的基因也在线粒体里面,而不是在细胞核里。也就是说,只要妈妈有莱氏症,子女就一定会有leigh症,因为后代的线粒体完全来自于妈妈(要是爸爸有莱氏综合征,不会传给子女(精子不给后代提供线粒体,只提供细胞核。))。也就是说,带有莱氏综合症的妈妈想要让子女正常,就一定要使用到别人的线粒体(这个就是文章中的第三个人)。 [*]为了得到别人的线粒体,我们要用一种叫做spindle nuclear transfer的技术。这种技术是09年发表在Nature上的( Mitochondrial gene replacement in primate offspring and embryonic stem cells Masahito Tachibana, Michelle Sparman, Hathaitip Sritanaudomchai, Hong Ma, Lisa Clepper, Joy Woodward, Ying Li, Cathy Ramsey, Olena Kolotushkina & Shoukhrat Mitalipov
Nature 461, 367-372(17 September 2009)
doi:10.1038/nature08368)。 http://image2.qiniudn.com/26682-b8d1151630b1336872d9fe567331e208
(图片取自那篇Nature文章) https://pic1.zhimg.com/8e1a61fc831b96c16da14c8882a486b8_b.png
(图片取自那篇Nature文章)
过程就是把病人妈妈的细胞核从卵子中移出来,加入到普通妈妈的的卵子里(普通妈妈的细胞核已经见被移除)。这样你就有病人妈妈的细胞核和正常的线粒体了。再然后就是受精造小人儿的事情了(当然是体外的。)。还有一点背景知识要补充的就是,以现在的技术来说,换所有的线粒体还是太不靠谱了毕竟量太大而且位置也不一定。所以不如直接拿细胞核去换,就一个大大的,好控制一些,而且也有不少经验。
也就是说,这里说的三位家长是由爸爸(细胞核)+妈妈(细胞核)+捐赠者(线粒体DNA)构成的。
最后是好多人觉得文章怪怪得地方。什么又是英国又是墨西哥的。 其中主要的问题是伦理问题。要知道在发达国家,伦理问题被看的很紧。像很多和人体有关的实验,基因疗法什么的都是禁止的。像刚刚那篇文章,实验都是在猴子身上做的,只是那张图片用了个人类的图片而已。我们实验室给想要给一帮老大爷大妈做核磁共振,都要经过好几层的伦理委员会(IRB)审批。所以我们就能理解为什么美国的团队在墨西哥做这个手术了。 至于为什么在英国的期刊上发文章,我认为只是他们的选择问题,这个事和英国没多大关系。
最后是讨论环节 ,也有两个方面。
科学方面:婴儿今年四月就出生了,之所以这个团队到现在才发文章出来,我想是要确认这个婴儿的健康状况。万一婴儿不健康,打了自己的脸,发的文章就完全不一样了。我看到有报道说现在这个婴儿的细胞里面,还有1%左右的线粒体来自妈妈,也就是说当时转移细胞核的时候,可能带着一点线粒体一起转移了。也就是说这个技术的一点小细节还可以进一步改进。
伦理方面:这个报道的主要争论点还是伦理。这个事件之所以是个大新闻,就是因为发生在人类身上啊!在这个事件上,我是支持的,毕竟是救人的事情。不过我并不很懂伦理这方面。我只是想说作为一个科研工作者(学生)呢,我还是希望整个社会给科学多一点的空间的。很多时候,生物技术的新发现,和医学技术上的使用,只差一个伦理。要是我们可以减少一些伦理上的限制,相信我们可以让整个生物行业还有医学行业变得更好。

更新: 这不是第一位拥有三个家长的婴儿。
链接为BBC在2014年的报道。 The girl with three biological parents

因为重要信息没有核实,我对大家的误导感到抱歉。

最后,是一个我关于肥胖基因的回答,
肥胖的原因是什么? 都和什么有关系呢? - 张云的回答

谢谢大家的支持。
匿名用户

回答了问题 2017-04-13 08:3910 个回复 不感兴趣

为什么说辣是一种痛觉而非味觉?

赞同来自:

貼一篇以前大一寫的科普


“前几日寝室聚餐,去了家湘菜馆。湘菜馆嘛,自然是各种辣椒炒得不亦乐乎。某可怜的东北汉子不小心吃到了一口辣椒,于是乎各种悲鸣,欲拿水解之,不料慌乱之中误将一口开水吞入嘴中。这哥们当时那表情,真叫一个销魂啊~

于是一个问题由此引出,“... 显示全部 »
貼一篇以前大一寫的科普


“前几日寝室聚餐,去了家湘菜馆。湘菜馆嘛,自然是各种辣椒炒得不亦乐乎。某可怜的东北汉子不小心吃到了一口辣椒,于是乎各种悲鸣,欲拿水解之,不料慌乱之中误将一口开水吞入嘴中。这哥们当时那表情,真叫一个销魂啊~

于是一个问题由此引出,“辣”和“烫”是同一种感觉吗?如若不是,为何在吃辣的同时喝烫的东西会感觉辣上加辣呢?如若相同,那么喝冰水能真正解辣吗?当时自然是未能给出答案,本着极客的精神,回来后我略微研究了一下这个问题,现将结果与大家分享,算是科普一把吧。

首先,我们需要明白“辣”这种感觉究竟是怎么来的。人之所以会感觉到辣,是因为辣椒,生姜等蔬菜中一些化合物的功劳(譬如辣椒素、姜酮、姜醇等等),而在这几种化合物中,辣椒素又是群众最喜闻乐见的,分布最广泛的辣味物质。这种物质全名叫【(反式) 8-甲基-N-香草基-6-壬烯酰胺】,各种别名:【洛里维德;壬酸香草酰胺;合成辣椒素;辣椒素;合成辣椒碱;辣椒碱;羟基甲氧基苄基壬酰胺;壬酰-4-羟基-3-甲氧基苄胺;N-(4-羟基-3-甲氧基苄基)壬酰胺】


[quote]人体摄入辣椒素后,该物质通过初级传入神经元末梢和胞膜上特殊的分子受体对人体产生作用,这一受体就叫做辣椒素受体(小受啊···),又称香草醛体 ( vanilloid receptor,VR1 )。辣椒素与 VR1结合,就马上激活了直接和小受体连在一起的膜离子通道,这是一个相对非特异性的阳离子通道。通道开放后主要是钙离子 (也有钠离子) 进入细胞内,钾离子出细胞,一些氯离子也相应进入细胞内平衡电荷。VR1 偶联的通道不同于电压门控通道(就是跟高中学的那玩意不是一个机制),它不能被钠、钾、钙离子通道阻断阻滞。但能被钌红(某种猥琐物质)(rubeniumred) 阻断。这种VR1是人体痛觉感受机制的一部分(只是实验推测,未严格证明)。辣椒激活VR1,钙离通道开放,钙离子内流,胞质中钙离子浓度升高,引起神经元及其纤维释放神经肽(这才是关键),如: P物质 、神经激肽A、降钙素基因相关肽、血管活性肠肽和兴奋性氨基酸,如谷氨酸、天门冬氨酸。辣椒素引起神经细胞释放P物质的,Purkiss等在离体培养大鼠背根神经节细胞的实验中发现,辣椒素引起P物质释放可能通过两种机制:一种依赖于细胞外钙离子和突触体偶联蛋白25Kpa (SNAP-25); 另一种,在无细胞外钙离子的情况下,无需SNAP-25,辣椒素也能成功刺激神经节细胞释P物质。这个神秘兮兮的P物质是什么呢?原来 P物质是广泛分布于细神经纤维内的一种神经肽。当神经受刺激后,P物质可在中枢端和外周端末梢释放,与NK1受体结合发挥生理作用。在中枢端末梢释放的P物质与痛觉传递有关,其C-末端参与痛觉的传递,N-末端则有能被纳洛酮翻转的镇痛作用。 [1][2]
所以其实说白了 你能感觉到辣就是因为某种叫辣椒素的东西像针一样扎在你的味蕾上然后让你的大脑分泌出来各种化学物质让你感受到一阵阵灼烧般的痛感继而大脑指挥身体产生一系列应激性反应比如出汗脸红涕泗横流等等 。

现在那两个问题答案就明显了,辣和烫其实是不一样的,烫是实实在在的给你的身体物理加温,而辣椒素本身并不放热,更不会让你烫伤,只是通过化学反应让你产生灼热的感觉 (有没有想到柏拉图?洞穴寓言有木有有木有?) 但是,解辣的方法就没有产辣的原理那么复杂了,大脑感觉热是吧,没问题,来块冰激凌就搞定了,你要是有闲情逸致也可以伸着舌头在空调下吹,那样也能起到同样的效果~(此处不准确,见下段。)

(感谢 @Laura Tang 同学对于解除辣感方法的指正:冰块或对着风扇吹 并不能 达到解除辣感的效果,因为两者都不能使辣椒素与受体解除接触,辣椒素不溶于冷水,不但不能冲走且还会使辣椒素更广泛的扩散到受体中去,加剧灼热感。TRPV1是一种温度受体,在辣椒素的作用下的结果是尽管体温没有实际升高,但身体会以为体温正在升高,进而运作降温机制,进一步降低体温会加剧这一反应。有效的办法是喝冷牛奶,或者摄入10%的糖溶液,原因是这些物质可以解除辣椒素于受体的结合。)

另外提醒爱吃辣的童鞋们,吃辣椒久了会上瘾的哦~有一个词叫辣椒素快感 ——“辣椒素快感”是一种通过食用大量富含辣椒素的食物所造成的欣快感。其理论依据为辣椒素所带来的辛辣感使人体释放内啡肽,而足够多的内啡肽通常可使人产生一种类似于"runner's high"的感觉。同志们要注意了!”


希望有幫助

参考文献:
[1] 郭峰, 姜晓钟. 辣椒素的作用机制及其镇痛应用[J]. 第二军医大学学报, 2002, 23(1):96-98. DOI:10.3321/j.issn:0258-879X.2002.01.033.
[2] Capsaicin
[3] P物质_百度百科

说明:
1.本文写于2011年9月,当时的目的只是为新知识存档并与朋友分享,因此并未注明主要参考资料与引用文献。现已添加:文中引用框内容主要参考文献[1]以及百度百科,特此注明。
2.另一个相似问题的答案: 为什么含有薄荷的牙膏或者沐浴露使用后会带给人清凉感? - 人体 ,可参照阅读(感谢知友 @朱郭恺泽 的提醒)

为什么说辣是一种痛觉而非味觉?

如何评价世界第一位拥有三位家长基因的孩子出生?

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