奇妙的生物分子排列組合

一生物遺傳奇而有序

春天來了，春色滿園，繁花似錦，姹紫嫣紅，彩蝶飛舞，使人目不暇接;世博來了，滿園春色，摩肩接踵，環肥燕瘦，令人心花怒放。這是一個充滿生機、充滿活力的世界，充滿生機的世界必定是有著無盡奧秘的多樣化的世界。

生物學告訴我們，人們所看到的多彩多樣的大千世界，從肉眼看不到的無處不在的細菌，到憨態可掬的大象，威武兇猛的獅子;從高達3000米雪線以上的雪蓮，到深至6000米以下火山口的微生物，在地球的任何地方，無論是在優越還是艱難的條件下繁衍著的無數的生物，都不過是從星球大爆炸的那一瞬間——現代生命物質元素誕生的那一刻開始，歷經幾十億年時間的考驗，歷經滄海桑田的環境變遷，經過數不盡的自然淘汰與選擇，各自以自身獨特的遺傳方式傳宗接代，生生不息發展進化的結果而已。

據有關機構估計，地球上的生物約有300萬至1000萬種以上，人類認識的，即至今有案可查的僅有150萬種。從中我們已知，盡管各種生物都產生于天地混沌之初，它們的復雜性遠遠超出現今人們的想象，我們的認知和技術手段目前還不可能全面掌握全部的生物規律，但生物世界從來都不是雜亂無章的，而是有著自己非常嚴謹的秩序的。從已了解的部分生物的情況中，中國古人在利用和改造大自然的生產、生活過程中，早已概括出了一些生物最為基本的規律特點，如種瓜得瓜，種豆得豆;一母生九子，九子各不同等等。前者說的是物種遺傳的規定性，后者講的是生物種在遺傳過程中的變異性。到了19世紀，科學的認識導致了生物圈之進化圖的產生，有了原核生物界(細菌、藍緑藻)、原生生物界(藻類、草履蟲、黏菌)、菌物界(香菇、蕈)、植物界、動物界群等分類標準。各個分類群之下又細分為界、門、綱、目、科、屬、種7個階元系統。這種階元分類說明了各分類群之間的親緣關系，越低階的分類群之間關系越近，同一屬下的兩個種之間的關系比同一科下的兩個屬更親。

順著進化圖，我們大致知道了生命開始于大海之中，靈長類有著共同的祖先，因此人類與猩猩、山魈、獼猴有著遠親關系，相揖別于46萬年前。

二奧秘全在排列中

生命世界是和諧的，因而是美麗的。生命世界到處充滿著對稱、簡約、有序和統一的美的現象，但天地間的美又是無窮無盡的多樣化的美，這一切都源于從微觀世界到宏觀世界都普遍存在的物理量的守恒定律。從守恒定律出發，人們科學地認識到，生命世界不僅存在著嚴格的秩序，而且生命秩序是以美的形式來展開的，可以用數學以定量的方式來描述與分析。

(一)生命世界統一于一種有機物

在細胞遺傳學誕生之前，很難想象千奇百怪、千變萬化、不斷進化、永無止境發展著的各種生物竟然是由同一種有機化合物質形成的。這種神奇的物質就是核酸(nucleic acid)。核酸是由數十至數十億個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成的一種生物大分子長鏈，形式上像不斷旋轉著的化學樓梯，核苷酸堿基對好像臺階，我們平時所稱的遺傳密碼指的就是這種臺階式的化學排列組合。根據組成成分的不同又可分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)兩大類。核酸的神奇在于它是生物界最為普遍的遺傳物質，所有生物的遺傳方式可能不盡相同，但本質上都是通過核酸內部遺傳信息的復制、轉錄和轉譯等一系列復雜的化學反應過程實現的。可以這么比喻，2010年中國藝術界生命科學的新聞是:章子怡成功“造人”了，劉嘉玲的生殖細胞化學反應暫時沒實現。

(二)生命世界結構的統一性

具體組成核酸的是4種核苷酸堿基化合物，即:腺嘌呤(A)對胸腺嘧啶(T);鳥嘌呤(G)對胞嘧啶(C)。新的細胞產生時，這4種核苷酸堿基化合物發生一系列的復制、轉錄和轉譯等生化反應過程，由于堿基幾何形狀的限制，決定了A只能與T配對，G必然與C配對，好比撲克牌中的黑桃配梅花，紅桃配方塊，此天然的規則保證了“種瓜得瓜”傳宗接代的相對穩定性。

任何生命體都是按照遺傳密碼遺傳的，遺傳密碼的編制方法是，在核酸長鏈中，每3個相聯的核苷酸堿基對組成一個遺傳密碼，稱為三聯體編碼法(明碼電報中由4個英文單字組成一個漢字密碼);若干個相關聯的遺傳密碼組成一特定段落(有開頭和結尾密碼特征)，即為一個基因，基因具有了自我復制的功能，是生物最基本的遺傳單位。現有所有生物的密碼編制法都是相同的，僅僅是不同的生物含有的核苷酸堿基對的總量極其懸殊。說明三聯體編碼法這一自然法則在混沌開世之時就已產生，并在生物進化過程中被固定了下來。是何神仙制定了此法那是天之玄機，但老子解說的妙:“道生一(核酸)，一生三(三聯體編碼法)，三生萬物。”

按照上述規則排列組合，遺傳密碼應共有43=64個，確實如此。通過64個密碼，可合成18種氨基酸，兩種酰胺(見遺傳密碼表)，多種氨基酸又合成各種蛋白(蛋白分子具有了生命功能)。

各種蛋白又形成特定的動物、植物的組織和器官，進而形成完整的生物個體，整個生命世界就是這樣神奇復雜而又簡單明晰地歷經萬古滄桑存在著。令人難以置信的是，《系辭上傳》曰:“《易》有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。”由四象而最終產生出六十四卦爻來，能解天地間無盡事，《周易》的理論如何就與這自然法則天衣無縫般地吻合呢?真堪稱天下智慧之一絕!

20世紀的科學家正是掌握了上述的規則，從而真正開始了科學解讀生命世界之天書之旅。說它是天書當不為過，不僅僅是奧秘無比，而且一個小小的細胞核中就隱藏著巨量的遺傳密碼，不亞于一部《辭海》。例如人體共有30億核苷酸堿基對，相當于有10億個遺傳密碼單字，約組成了3，4~3，5萬余個基因。每個人都是用這個10億個字寫成的，有著3，4~3，5萬個段落的精彩文章。試問，10億個字可有多少種排列組合?無窮大!有多少種排列組合就表明有了多少種多樣性。所以說，要在60億人口中找出2個相同的人是不可能的。

理解這一問題并不難，一副撲克牌每次洗過后重發，你會發現每次到手的牌都不一樣，因為相同的牌元素打亂后發生了重組。人的受精卵形成時，雙親的各15億核苷酸堿基對散開后按照兩兩配對法則再行重組，新形成的這副“牌”的復雜性可想而知的了，所以“一母生九子，九子必不同”。經計算，人與人的差別是1235個核苷酸堿基對，即差異是0.00024%。生物的多樣性在生物體內部也就是這樣發生的，人與猩猩的核苷酸堿基對相差1.44%。

(三)遺傳重組中變異的必然性

我們已經知道了生物世界都是有機物，生命的過程都是蛋白質不斷吐故納新的生物化學反應過程。蛋白質的組成元素不同，生化過程及功能亦不同，更為重要的是，生化過程都是在單個組胞中進行的，所以十分的嬌嫩柔弱，對環境極為敏感，內外環境中任何微小的濕度、溫度、元素等的變化，尤其是環境中的電離子輻射等物理、化學因素及病毒侵入，都將引起核苷酸堿基對排列次序的改變，所以正常“洗牌”和受外界干擾下的“非正常洗牌”都必然產生變異，變異是多樣性產生的原動力。如核苷酸單體(STR)的多態性，一個以上核苷酸堿基對的變化就可以造成;大到一個基因，乃至基因的集合體——染色體的變異，常常是在外界重大影響下發生的。生物史上最大的事件莫過于侏羅紀生命大爆發，當時某個影響全球的特殊事件造成了生物基因和染色體突變，從而導致了生命大爆發，大批新的物種、新的亞種產生，目前已知現有物種的90%誕生于此時。

變異的結果，產生出或是有利的或是有害的新基因來。由于基因決定生物的所有表型特征，如人體的3、5萬余個基因決定了人體各種生理、心理及表型特征。所以最終適應新環境的新的基因和新的物種個體就容易生存在下來并遺傳下去，達爾文將這種現象稱之為“適者生存”。我國古人早就注意到了這種現象，《晏子春秋·雜下之十》記載:“嬰聞之:橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳，葉徒相似，其實味不同。所以然者何?水土異也。” 指出了環境對物種改變的重大影響。

無論何種原因引起的變異，如果發生在生殖細胞(精子、卵子和受精卵)內，則這種變異就會遺傳下去，優良育種法采用的就是這個原理。若發生在體細胞內，則可能導致體細胞病變。如很多腫瘤、癌癥是體細胞惡性病變的結果。

自然是公正的，基因一個不能多也不能少。天才和癡呆僅一步之遙，失聰的周舟與音樂指揮天才的周舟并不矛盾，區別往往是一兩個核酸堿基對的變化，或者是同質異構造成的。

不要小看單個堿基對的突變，往往它會釀成重大事件。1918年的大流感，在美國底特律原發，西班牙作為中立國宣布的死亡數竟達四千多萬。其原因不過是一個流感病毒的核酸堿基對的變化，變得更有感染性并使得人體對新病毒缺少相應抗體。新世紀令人膽戰心驚的非典事件之禍，也是病毒非正常變異造成的。

三 萬般珍貴多樣性

生物多樣性指的是地球上生物圈中所有的生物，即動物、植物、微生物，以及它們所擁有的基因和生存環境。它包含三個層級:遺傳多樣性，物種多樣性和生態系統多樣性。生物多樣性是地球上的生命世界經過幾十億年發展進化的結果，是人類賴以生存的物質基礎。

生物多樣性的存在首先與森林和江河湖海有關。在地球的熱帶雨林中生活著目前全世界半數以上的物種(約500萬種)，江海是原始生命的誕生地和“童年”的傳統成長地，那里至今仍然生長著大量我們已知和未知的各種生物，直接為人類提供著各類生產生活的資源。

但非常令人擔心的是，人類不可持續的生產和消費方式已嚴重地威脅到了全球生態系統。海洋資源的過度開發、土壤的退化、環境的污染、森林面積的減少，不僅造成氣候的劇烈變化，引發大面積的干旱與洪澇災害，還使地球生物種類大量的消失。據統計，地球上的原始森林已由19世紀的55億公頃減少到現在不足28億公頃，地球上的生物種類正在以相當于正常水平1000倍的速度消失，目前約有3.4萬種植物和5200多種動物瀕臨滅絕。生物多樣性保護工作刻不容緩。因此，保護森林江海就是保護人類的今天與明天。當然科學家們也在運用掌握的科學知識，通過雜交、克隆等方法，保護搶救著瀕危的物質種，培育和合成著許多新的品種。

生物多樣性還與物種的遷徙直接相關。物種的形成與發展與當地環境關系密切，于是有了原產地和外來物種之分，本無好壞之別。但當某一外來物種一旦適應了本地環境又缺少天敵，成為優勢物種而大量蔓延時，將對本地生態平衡帶來嚴重的影響，從而導致原生態系統中的生物數量減少甚至滅絕。人們把這類物種稱之為入侵性外來物種。典型的如野兔入侵澳大利亞事件。

在1859年以前，一個農民將24只野兔從英格蘭帶到澳大利亞，他完全沒有料到，他的這一舉動將要引起一場農業災難。在澳大利亞，兔子幾乎沒有什么天敵，幾十年以后繁育成災。它們吃莊稼，啃嫩樹皮和新芽;打地洞損壞田地和河堤……澳大利亞的農業遭受了慘重的損失。1950年，一種能殺死兔子的粘液瘤病被引入澳大利亞。經過蚊子傳染給兔子，在澳大利亞東南地區，終于使80%的野兔群被消滅了。

隨著全球化進程加速，長途交通、跨境旅游和國際貿易日益頻繁，物種因各種原因隨著人流物流而流動著，給生物多樣性帶來了嚴重威脅。防范入侵性外來物種災難最經濟、最有效的措施是在傳播源頭加強控制。作為個人，不應以興趣等原因隨意地將原產地的生物帶出境。

生物多樣性更與我們每個人、每個家庭息息相關。在生物鏈中，人類可以說是最大的終端消費群，大量活動使得資源不可再生，因此節約應成為人類共同的美德。保護和建設好人類共同的家園是每個人應盡的責任。

認識生物多樣性與日常生活密切相關。同樣的一滴酒一滴藥，不同的人產生的反應迥然不同，為什么?每個人的遺傳背景不同也。于是科學化的治療不僅是“對癥下藥”，更將是根據每個人的遺傳特異性給予的個性化治療。

人的智力天生有差異，而且對抽象思維與形象思維的興趣不同，左右半腦發育也有異，因此文理選科要結合個人遺傳因素來考慮，學校的因材施教更重要，人才培養不應是同一模式批量生產，而應是最大限度的個性化發展。

生物多樣性是偵探成功的法寶。從一滴唾液或血液中提取出的DNA，到聲紋、唇紋、指紋鑒定人之身份，都是核苷酸單體(STR)多態性(微小差別)的功勞，偵探才得以明察秋毫;乃至人的行為動作、書寫習慣、走路姿勢、步伐特征、高低胖瘦，則是個體全部遺傳要素的綜合反映，是人類群體形象與動作多樣性的表現形式，于是就有了能歌善舞的楊麗萍們和力可扛鼎的楚霸王。

世界上沒有兩片相同的樹葉，生物多樣性是一個永恒的話題。