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生命結構之謎(續八)

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發表  古月語 周五 3月 03, 2017 1:58 pm

生命(結構)之謎一

生命之謎包括:(編輯自網絡資料-主要參考維基百科)
一。生命起源之謎
二。生命結構之謎
三。生命分佈之謎
四。生命進化之謎

二。生命結構之謎

生命結構之謎有五:

為甚麼地球上生命是唯一具有程式結構的天然物件組態?

為甚麼地球上所有生命都是由元素碳架構起來?

為甚麼地球上所有生命都是由核苷酸和氨基酸架構起來?為甚麼活物完全由左式胺基酸,只是一百多種氨基酸中的二十種所組成?

為甚麼地球上所有生命都是由細胞架構起來?

為甚麼地球上所有生命都是由自身構成食物鏈,除了具有葉綠素的植物外?


科幻電影拍了不少,最早的有異形《ALIEN》,鐵血戰士《PREDATOR》,《PROMETHEUS》,《異空戰士》《EDGE OF TOMORROW》。





人們幻想出來的外星人。

在廣袤的宇宙裡,有二千億個星系,銀河系僅僅是其中一個普通的星系。



星系UGC 12158的照片,被認為是外觀上類似銀河系。

由於我們處於銀河系之中,我們除非飛出銀河系,但是在可預見的將來,這只是癡心夢想,我們永遠無法窺見銀河系的全貌。

銀河系是一個棒旋星系,它的直徑通常被認為是100,000至120,000 光年,但也可能是150,000至180,000光年。估計銀河系擁有1,000億至4,000億顆恆星,甚至可能高達1兆;而且銀河系可能有1,000億顆行星。靠近銀河系的是仙女座星系,它比銀河系大一倍。在2006年重新估計銀河系的質量大約是仙女座星系的50%。即使是這樣,天文學家仍然沒有在太空裡找到生命的蹤跡,這就是著名的費米悖論:在廣袤的宇宙裡,不可能孕育生命的只有地球一個。這是絕大多數人的共識。

地球上的生命是核苷酸和蛋白質架構起來的物件組態。是地球上唯一具有程式結構的天然物件組態。電腦程式碼也具有程式,但是人造的。

為甚麼生命是地球上僅僅有惟一的天然的具有程式碼的結構的物件組態,而且任何生命體都是細胞的組合。無一例外,我們可能見慣不怪。只是古月語百思不得其解。


古月語 在 周五 3月 03, 2017 2:21 pm 作了第 1 次修改
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發表  古月語 周五 3月 03, 2017 2:11 pm

生命(結構)之謎二


在地球的自然環境下,碳是大分子化合物(都是有機分子)的關鍵元素。這種現象有人稱之為「碳沙文主義」。矽跟碳一樣是四價元素,因此理論上可以將大分子中的碳以矽取代。但是在地球的環境下,可以證明它們不穩定。僅僅從這個角度看,生命體是碳元素架構起來、其實,在生命體中構成程式碼的是核苷酸和氨基酸。因為由氨基酸可以構建出非常複雜的三維大分子,這是蛋白質成為程式碼的一個最關鍵因素。在地球上沒有發現非碳元素可以構建大分子化合物,理論上,能夠構建大分子化合物必須是4價元素。即在地球上的條件,生命體只能由碳元素構建了。

碳(Carbon,拉丁文意為煤炭)是一種化學元素,符號為C,原子序數為6,位於元素週期表中的IV A族,屬於非金屬。每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子,因此其化合價通常為4。碳是所有元素中化合物種類最多的,目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物,但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角。碳的豐度在地球地殼中排列第15,並在全宇宙中排列第4,名列氫、氦和氧之下。由於碳元素極為充沛,再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多,因此碳是地球上所有生物的化學根本。

核合成是從已經存在的核子(質子和中子)創造出新原子核的過程。原始的核子來自大爆炸之後已經冷卻至一千萬度以下,由夸克膠子形成的等離子體海洋。在之後的幾分鐘內,只有質子和中子,也有少量的鋰和鈹(原子量都是7)被合成,但相對來說仍只有很少的數量。太初核合成的第一個過程可以稱為核起源(成核作用),隨後產生各種元素的核合成,包括所有的碳、氧等元素,都是發生在原始恆星內部的核聚變或核分裂。

恆星核合成發生在恆星演化過程中的恆星,經由核聚變的過程負責形成從碳到鈣的元素。恆星是將氫和氦聚變成更重元素的核子爐,在溫度比太陽低的恆星內進行質子-質子鏈反應,比太陽熱的恆星進行碳氮氧循環。

碳也是重要的元素,因為在整個的過程中,從氦形成碳是過程的瓶頸。在所有的恆星內,碳都是由3氦過程產生的。它也是在恆星內部產生自由中子的主要元素,引發的s-過程是涉及慢中子吸收製造出比鐵和鎳(57Fe和62Ni)更重的元素。在這些過程形成的碳和一些其他元素也是生命的基礎。

有一定數量的天文物理過程被相信要負責宇宙中的核合成,這些多數都發生在恆星內部炙熱的物質內。相繼發生在恆星內部的核聚變過程通常是氫燃燒(質子-質子鏈反應或碳氮氧循環)、氦燃燒、碳燃燒、氖燃燒、氧燃燒和矽燃燒。這些過程依據每個核子的最高結合能,能創造出鐵和鎳與它們的同位素。
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發表  古月語 周一 3月 06, 2017 12:07 pm

生命(結構)之謎三

程式一定是有序的交換。一個物件組態的變化一定會一起另一個相關的物件組態的變化。因此,程式的載體是物件組態。電子計算機的載體是晶體管和傳遞介質。蛋白質也是一種程式語言。一個蛋白質和另一個相關的蛋白質結合的時候,將引發相關的物件組態的變化,這個物件組態在地球上就是生命體。

為甚麼生命是地球上惟一的具有程式結構的物件組態?因為只有生命才具有宇宙間最複雜的大分子化合物——蛋白質。只有蛋白質才能成為程式語言的載體。

前帖已經回答了為甚麼生命是由碳元素架構起來。為甚麼生命體全是由L(左)型氨基酸構成?目前科學家還無法解答。為甚麼所有的生命體都是由細胞架構起來,應該有人已經解答了,只是古月語沒有見過,這裡由古月語根據自己的見解來回答這個問題。說穿了也不奧秘,因為所有生命都是由一個胚胎細胞發育出來。神奇的是這是生命繁殖的唯一可以選擇的模式。

細胞分普通細胞,幹細胞。幹細胞(英語:Stem cell)是原始且未特化的細胞,它是未充分分化、具有再生各種組織器官的潛在功能的一類細胞。幹細胞存在所有多細胞組織裏,能經由有絲分裂與分化來分裂成多種的特化細胞,而且可以利用自我更新來提供更多幹細胞。

幹細胞依功能分類有:
全能幹細胞(Totipotent),具有形成完整個體的分化潛能,如胚胎幹細胞(ES細胞),受精卵就是最高層次的胚胎幹細胞。

萬能幹細胞(Pluripotent),具有分化出多種細胞組織的潛能,如造血幹細胞、神經細胞。一種或多種組織的起源細胞,它能分化出多種類型細胞,但不可能分化出足以構成完整個體的所有細胞。

多能幹細胞(Multipotent),只能分化成特定組織或器官等特定族群的細胞(例如血細胞,包括紅血細胞、白血細胞和血小板)。

專一性幹細胞(Unipotent),只能產生一種細胞類型;但是,具有自更新屬性,將其與非幹細胞區分開。
現在我們明白為甚麼生命只能是細胞的架構。

為甚麼生命由自身構成食物鏈,而具有葉綠素的植物在食物鏈的最底層?這也是大自然裡最神奇的一個現象。應該說是一個不解之謎。不可能每一個生命都得自己去吸收太陽能然後從無機物中構造自己的能量和建材來源。這個現象可能是進化的結果,但是中間的細節仍然讓人迷惑。是不是地球上第一個生命體是具有葉綠素的藻類?藻類與細菌和原生動物不同之處,是藻類產生能量的方式為光合自營。
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發表  古月語 周二 3月 07, 2017 9:37 pm

生命(結構)之謎四

生殖隔離是指兩個不同種的生物在野生的條件下它們不會自行交配。這才是生命結構的一個啞謎。

例如馬和驢雜交是可行的,並且能夠產生後代,然而它們仍然屬於兩個種。這有兩個原因:第一,因為在野生狀態下,馬和驢通常不會雜交。第二,因為它們結合產生的後代很少具有繁殖能力。定義生物學種的關鍵在於兩個種群間沒有顯著的基因物質交流。

基因就如中華民族古代軍事行動中的「虎符」,兩半虎符必須合璧才能成為信物。在交配的時候,各個半邊的基因合在一起,形成新的完整基因,這個時候基因的整合就叫做基因物質交流。兩個不同的物種,它們的基因肯定不會匹配,例如,基因長短不一樣,就像虎符兩半大小不一樣就肯定不是同一個虎符切割成的。

兩個不同種的生物,即使是黑猩猩和大猩猩,它們之間沒有性吸引力,並不是因為它們知道交配的結果,知道基因不能匹配,那麼,為甚麼不會產生性吸引力?之間的機制是甚麼?一個物種身上散發出的性荷爾蒙分子只有同種的生物才能識別,即啟動自身的蛋白質接收器感應,而其它物種則感應不到這樣的這些度(種)身定做的荷爾蒙。

通過其它一些試驗可能會得出更多信息:例如,種群A的個體是否對種群B發出的求偶鳴叫錄音有正確的反應呢?或者,鬣狗不會對豹子尿裡的求偶荷爾蒙產生反應。有時候,試驗能夠提供確切的答案。例如,巴拿馬地峽兩邊居住着七組看上去幾乎一樣的海蝦(Altheus)種群,它們在約3百萬年前出現。直到不久前,它們還被認為是相同的7個種。但是當把來自海峽兩邊的雄性和雌性放在一起時,它們沒有交配反而大打出手。甚至如果海峽再次下沉,這些種群在基因上還會保持隔離:所以,它們現在被劃分為不同的種。

不像有些恐怖電影描述的,不同物種交配會孕育出恐怖的怪物。自然界的生殖隔離現象,已經足以保證不會發生這樣的情形。兩個不同物種生物之間的生殖隔離,似乎冥冥中保證了生物圈的恒常。這是巧合還是必然?我們應該慶幸還是迷惑?

兩個不同物種生物之間不會產生性吸引力,我們見慣不怪,沒有多少人會覺得是個問題。但確實是一個生命結構的大啞謎。

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發表  古月語 周五 3月 10, 2017 2:03 pm

生命(結構)之謎五

C值的資料表明,在不同的門中C值的變化是很大的。相對比較簡單的單細胞真核生物象啤酒酵母,其基因組就有1.75×107bp,大約是細菌(E.Coli)基因組的3-4倍。最簡單的多細胞生物秀麗隱杆線蟲其基因組有8×107bp,大約是酵母的4倍。看來生物的複雜性和其DNA含量之間有較好的相關性。但我們可看到在其它的一些門中,這種相關性有的並不存在。實際上一個門中的C值變化並沒有一定的規律。例如在哺乳類、鳥類和爬行類的C值變化範圍都很小,而在兩栖類中這種變化範圍增大,而植物的C值變化範圍更為寬廣,常成倍成倍地增加。C值和生物結構或組成的複雜性不一致的現象稱為C值悖論(C-value paradox)。

物種

基因組大小
(MB百萬對核苷酸鹼基)

基因個數

大腸桿菌

4.6

4,400

釀酒酵母

12.1

5,800

線蟲

97

19,000

果蠅

180

13,600

3,300

22,000

擬南芥

125

26,000

水稻

430

50,000

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發表  古月語 周日 3月 12, 2017 12:13 pm

生命(結構)之謎六

宇宙間最完滿的一個程式結構物件組態就是人類。而生命作為一種程式結構具有無限的可塑性,不然它就不會經過三十多億年進化出具有高度智慧的人類。

雖然說生命具有無限的可塑性,但是也要花費了三十多億年的時間進化出具有智慧的生命,相比於宇宙的一百三十七億年,這個時間並不能說是短,生命進化從與猩猩分道揚鑣,人類也要花費七百萬年才能進化出今天的樣子。

人類應該慶幸,要不是一次多巴湖火山大爆發,將曾經在地球上獨立發展的諸多人種消滅到只剩下東非的那一千人,如果還有北京猿人,爪哇猿人等等的後代,今天的世界比七國時還要亂。科學界已經證明今天的人類的DNA就是來自那一千人。證據確鑿的就是一萬年前的弗洛勒斯島(葡萄牙語:Flores,「花」的意思)上曾有已絕種人屬中存活最久的佛羅勒斯人居住,直到約12000年前滅絕。這是一個只有一公尺高的人種,據說遭海嘯滅絕。如果今天他們還生存,這個世界真的顯得怪異。世界會多一個糾紛,不是種族歧視,而是人種歧視。

曾經在人類起源的帖文裡說過,今天科學家還不能合成核苷酸,不能合成核糖核酸,也不能合成具有活性的蛋白質,在實驗室更不知蛋白質和DNA怎麼會緊密合作形成生命。

科學家能夠在實驗室通過器皿製造生命,對宗教分子來說,這些科學家就等同是上帝。如果真的能夠,將對人類造成無法解脫的困境,這不僅僅是一個道德問題。如果科學家一失手製造出來的不是人類而是怪物,又怎麼辦?大家看過不少僵尸片,說的是一次實驗室失誤製造出來的是能夠迅速繁殖的僵尸,那可是大災難。所以,科學界對這方面的研究仍然是一個禁忌。
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發表  古月語 周五 3月 17, 2017 12:36 pm

生命(結構)之謎七

我們有沒有理由相信,整個宇宙裡的物理定律都和地球上的物理定律一樣?

我們只能相信,否則我們看到的宇宙只是一幻象。或者我們無法觀測自己身處的宇宙。地球上有費米子,宇宙深處也一樣存在費米子,但卻不一定存在生命,更而況高級智慧。費米子聚合成元素,元素再合成化合物,進一步合成核苷酸和氨基酸,再由它們合成核酸和蛋白質,是因緣巧合,說不定地球在宇宙裡真的是得天獨厚,獨一無二。

這是根據物理學定律可以下的結論。因此,所謂外星人的存在,至今仍然沒有發現任何蛛絲馬跡,更不用說高級智慧了。外星人只能存在地球上人類的腦袋瓜裡。只能說是製片家和文學家的一種自愚娛人的炒作。

有的科學家認為外星人曾經在宇宙別處出現過,只不過後來消滅於自毀。地球上人類自毀的危機還沒有過去,地球上人類有沒有這樣的智慧克服自毀的危機,真的是考驗自己的智慧了。

智慧必須累積才能進化到更高一個階層,而這樣的累積,居住的星球必須有足夠長的環境穩定時間,例如太陽還有幾十億年的美好光景,人類應該有足夠的時間準備自己的後路,留下高級智慧的種子。

如果生存條件有足夠長的時間穩定,人類可以永生,個別生命是否可以永生?

人類的歷史見證了無數的生老病死,接受了生老病死是常規,個別生命是不可能永生。竟然得出有生必有死的謬論,再加上馬鬍子信徒的一百多年灌輸洗腦,竟然認為有生必有死是不可違背的自然規律。這個世界上,無數的證據顯示並不足以宣告一個規律的成立,無數的白天鵝不能證明天下的天鵝全是白的,一個黑天鵝就可以完全推翻人們形成的偏見。

但是想深一層,生命從單細胞開始進化成多細胞生物,更離奇的進化出免疫系統,古月語在想,如果給生命一個足夠長的時間,生命是否可以進化出永生不老的機制?

想想全能幹細胞,實際上就已經暗示了這個可能性。醫學家已經可以利用幹細胞在實驗室培植出活生生的體外心臟,並且成功移植到人體。古月語相信,假以時日,醫學家肯定可以找到方法更換衰竭的人體器官。只不過你我都沒有命等到這一天。

能不能更新人的腦袋?腦袋被更新,就成為了另外一個人,對個別人來說生命還是不能永生。像一部講進化的美國電影,也探討了如何把一個人的意識上載到網絡而得到永生,卻不是有實形的人。
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發表  古月語 周一 3月 20, 2017 11:08 pm

生命(結構)之謎八

生命的每一個細節都是一個謎團。也許我們可以用進化論來解釋現在所面對的形形色色性狀,但進化論的解釋完全是粗枝大葉。一深入剖析,卻並不容易理解。從綠藻的最初出現經過三十多億年後出現人類,進化論可能頭頭是道,但卻處處是謎團。生命如何從單細胞演化出多細胞生物,至今科學家仍然找不到頭緒。性的演變也是現代演化生物學的重大謎團。生命是如何從單性生殖「找到」有性生殖,是生命自己找的嗎?雖然科學家知道有性生殖比單性生殖優越,但生命是如何找到的?無法有一個令人信服的解釋,在好多情況下,其實都是科學家在自言自語。

當人們需要尋求對世界的理解時,目前有兩個辦法,一個是從世界內部去尋找原因,一個是從世界外部去尋找原因。只有從世界內部去尋找原因,才能真正切斷人們的進一步追問。如果從世界外部去尋找原因,接下去的問題就會被追問,世界的外部又是怎麼來的?我們永遠無法將問題掐斷。

最早的有性繁殖的生物的化石證據是來自狹帶紀的真核細胞,距今約12到10億年。有性生殖是絕大多數可見生命體的繁殖形式,包括幾乎所有的動物和植物。細菌接合(bacterial conjugation),也就是兩個細菌之間的DNA轉移,有時被錯誤地視為有性生殖,因為機理其實很相似。

有性生殖是生殖的一種類型,它導致了後代加強基因多樣化。它可以用兩個進程刻畫。第一個是減數分裂,涉及將染色體個數減半。第二個是受精,它使得兩個配偶子融合,並恢復原來的染色體個數。在減數分裂時,每對染色體通常交叉以達到基因重組。

當代進化論觀點提出了為何雖然單性生殖在有些方面是更強的生殖形式,但有性生殖依然持續存在的一些理由。有性生殖可能是因為在進化樹本身上的壓力而保持下來 - 因為通過有性重組比單性繁殖更能產生適應變化的環境的分支,並有效處理突變與寄生蟲而將物種散佈出去。或者,有性生殖可能像「棘輪」那樣控制了進化發展的速度,因為一個進化枝會和另一個競爭有限的資源。
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