探索细胞“闹市”中科学的奥秘，揭秘DNA生命的“蓝图”。今天继续分享这本科学深奥又有趣的书《纷乱中的秩序：主宰生命的奥秘》。
本书是《生物学通报》科普文选系列丛书，由美国南加州大学医学院朱钦士副教授撰写的科普读物，由科学出版社出版，约23万字。旨在以严谨科学的态度、通俗生动的语言，揭开生命科学中的种种奥秘。全书涵盖了细胞生物学、分子生物学、遗传学以及人体生物学等多个方面。
部分章节内容概要
地球上生物为何使用左旋氨基酸和右旋糖分子
地球上生命形成时，左旋氨基酸可能比右旋氨基酸多。这很可能是因为左旋异构体和右旋异构体被紫外线破坏的程度不同。氨基酸在与糖分子结合时，两者的异构体必然存在某种更容易结合的匹配类型，左旋氨基酸更容易与右旋的糖类结合。
细胞中的化学反应不是单一的，而是会形成反应链，一种化学反应的产物又需要下一步的催化，这样，一种化学反应的旋光性产物就会对下一步反应的酶提出旋光性要求。由于细胞中的反应链是互相连接的，这样扩展的结果就是细胞只使用一种旋光异构体。这是一个复杂而且缓慢的过程。
DNA与个体发育调控以及其相关实例
DNA中控制基因有序表达的信息，决定何种基因在什么地方，什么时候表达及表达多少。该程序可以决定受精卵在分裂和分化的过程中如何逐步形成各种类型的细胞，这是从细胞内部调控细胞的发展方向。
在人类的2万多个基因中，还有一些是为信号蛋白编码的。在发育过程中，有些细胞就会表达这些信号蛋白，“指挥”周围细胞进一步变化，从细胞外部控制细胞的发展方向。这些基因产物的顺序表达可以让细胞之间以特定方式彼此作用，“自动”形成高度有序的特殊结构。
为什么生殖细胞能够“永生”；
人体的更新之源——干细胞
这里的“永生”不是指生殖细胞不会衰老和死亡，而是指生命是靠生殖细胞延续下来的，新的细胞只能从已有细胞分裂而来，对于许多具有无限生命的物种来说，就要求生殖细胞连续地从一代生物繁衍到下一代生物且永不间断。从这个意义上讲，生殖细胞的寿命是无限的。
微生物“永葆青春”的方法--“垃圾桶理论”。如面包酵母出芽形成的新酵母菌比“母体”小，“母体”细胞继承了原来细胞的损伤，如羰基化的蛋白质、被氧化的蛋白质和染色体外的环状DNA。母体细胞再分裂25次左右就会衰老死亡。而新生的酵母却没有受到这些不利因素的影响，能够活跃地分裂繁殖。“母体”酵母就像一个“垃极桶”，自己收集并承受细胞所受的损伤，避免把损伤传给下一代。
多细胞生物保持生殖细胞不老的机制。主要有实验结果支撑的是1987年，英国科学家Thomas Kirkwood提出的三种机制：①生殖细胞比体细胞有更强大的维持和修复机制；②生殖细胞特有使自己恢复青春的机制；③只让健康的生殖细胞存活的选择机制。
现代克隆动物实验给出的启示是生殖细胞永生的机制有可能是DNA表观遗传修饰的形式。卵细胞细胞质的作用，转录因子对体细胞的诱导，也许都是重新设定这些外遗传修饰。
也许“垃圾桶机制”和表观遗传修饰机制等多种机制都在使用，也许不同的生物使用不同的机制。问题的核心还是生殖细胞如何完全消除细胞不可避免地受到的损伤。如蛋白质的变性、脂肪酸的氧化、分子之间的交联等。
干细胞在性质上和受精卵很相似，可以看做是受精卵的延伸，但其在生物体中只能存在一代，不能被传到下一代。干细胞在人体组织修复和再生中有关键作用，在医学研究和应用中很有前景。
器官排斥和配偶选择—谈组织相容性抗原（MHC）
人体需要精密完善的“侦察系统”，发现和消灭侵入身体的微生物。MHC（主要组织相容性复合体）就是这种“侦察系统”的重要部分。它的作用就是向免疫系统“报告”身体内是否有“外敌入侵”。起这种作用的MHC有两种。第一种报告细胞内部的情况，有没有病毒入侵，叫MHCI。第二种报告细胞外面的情况，有没有细菌入侵，叫MHCⅡ。
细胞中有6个主要的MHCI基因，9个主要的MHCⅡ基因。这些基因中的每一个都有不同的变种，如MHCI的A、B、C基因，每个都有超出1000个变种。每个人得到这些基因中的某一个变种的情形又是随机的（要看父亲和母亲具有的是哪个变种)，光是MHCI的A、B、C基因的组合方式就至少有1018种组合方式！再把MHCⅡ基因考虑进去，地球上没有2个人的MHC组合情况是相同的，除非是同卵双胞胎。
有趣的是，MHC还与配偶的选择有关。器官移植要求供体和受体的MHIC尽可能地相似，而择偶时却要尽量寻找与自己的MHC类型不同的对象。近亲之间的MHC比较相似（由共同的祖先而来）。每个动物个体所能拥有的MHC基因类型有限，寻找与自己有不同MHC变种的动物个体做配偶就能提高后代MHC变种的多样性，增加探测到外来入侵者的机会，对后代的生存有利。
reflections
心 得 体 会
从生命诞生的演化角度深入理解进化与适应观
进化与适应观：从宇宙大爆炸，高温高压触发“热核反应”形成新的化学元素，小分子，大分子，再到生命的出现，整个过程都必须从进化发展适应的角度分析问题。
真核细胞在细胞结构，细胞呼吸的过程等方面应用的最基本的原理和机制和原核生物很多是一样的。生物总会在原有的分子和反应机制基础上加以整合和修改，发挥新功能，而不必什么都从头重新开始。虽然现在人体内的三羧酸循环进行方向与早期原核生物相反，但是循环的基本结构却是在几十亿年前就确定了。人类生命所依赖的，仍然是原核生物当初的创造和贡献。
点滴积累生动形象的比喻实例促进理解复杂问题
在探讨高中生物学中相对枯燥复杂的分子生物学机制和原理时，运用幽默的生物比喻和有趣的故事无疑是一种有效的教学策略，能够极大地激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解和记忆这些抽象概念。
本书中有许多生动有趣的比喻来解释复杂的机理问题。如在阐述细胞大多是微米级别时，用溶解糖做比喻。细碎的白砂糖在水里溶解得比较快，但是如果把这些白砂糖变成一块冰糖，在水中的溶解速度就慢得多，因为糖的总表面积（也就是糖与水接触的面积）变小了。细胞也一样，体积越大，单位体积拥有的表面积就越小，相对表面积越小，到了一定程度就无法再维持细胞依靠表面进行物质交换的生理需要。
还可以用以下语言来描述真核原核细胞基因序列差异的原因。真核生物的DNA中含有大量的内含子，越是高级的生物（如哺乳动物和开花植物），基因中内含子的数量越多。而许多原核生物总共也只有几个内含子。
原因可能有两个：一是真核生物有线粒体提供能量，“财大气粗”，不在乎这点“废物”的存在。真核生物是以质量取胜，即通过自身强大多样的功能取胜，而不是像原核生物那样以数量取胜，所以不必拼命繁殖。二是真核生物巧妙地利用了内含子的存在，用于合成更多的蛋白质。在原核生物中，因为编码序列是连续的，没有“花样”可玩。在真核生物中，由于编码序列是最后“拼接”起来的，若改变拼接方法，只使用其中的一些编码区段，让外显子以不同的方式结合，就可以利用同一个基因指导合成不同的蛋白质。
图灵学说是支撑扩散分子指导生物结构形成的相关理论之一。图灵学说的核心是“反应一扩散”，即两种扩散分子如果能够相互作用，它们又以不同的速度在介质中扩散，就可以自发地形成周期性的结构。一个形象的比喻就是干燥草原上的蝗虫。若干草被日光照射导致温度越来越高，达到燃烧温度，就会出现许多起火点。燃烧的火会引燃更多的干草，形成正反馈，从而使着火范围越来越大，相当于只有分子A的正反馈，如果没有一种抑制着火的机制，整个草原都会燃烧。如果在着火的地方有蝗虫，这些蝗虫就会跳开以免被火烧着，假设这些跳开的蝗虫会出汗或撒尿（当然这只是比喻）把干草弄湿，这些地方的草就不会着火，由于蝗虫跳开的速度比火蔓延的速度快，每个火点周围就会有一圈不会着火的地方，蝗虫的“汗”或“尿”就相当于抑制A分子的B分子。这样，草原上起火的地方就不是连成一片的，而是彼此分开形成点状。而这些着火的区域，就相当于豹子身上的斑点。皮肤上的毛囊，斑马体表的黑白条纹，大熊猫体表毛发黑白区域的分隔等都与此相关。
从大量的已分化细胞中识别和分离干细胞，主要是利用细胞表面的一些特殊抗原，不同的细胞有不同的细胞表面抗原，相当于衣服上佩戴的徽章，表明我们是哪个单位的人。可以通过这些“徽章”来识别不同的细胞。“微章”的名字一般都冠以“CD”这个前缀，直译为“细胞分化时的细胞表面分子簇”，一个“徽章”常常不足以鉴别一种细胞，但几种“徽章”的结合就能准确地判别一种细胞，包括干细胞。
人体内几乎所有的细胞（红细胞除外）都有MHCI。这些细胞把细胞中的各种蛋白质进行“取样”，即将它们“切”成9个氨基酸左右长度的小片段，把这些小段结合于MHCI上，再和MHCI一起被转运到细胞表面。MHCI像“举报员”，用2只“手”举着蛋白质片段，向免疫系统说，“看，这个细胞里面有这种蛋白质”。如果举报的是细胞自己的蛋白质片段，免疫系统会“置之不理”。但若细胞被病毒入侵，产生的病毒蛋白质就会被MHCI“揭发”出来，免疫系统就知道这些细胞被病毒感染了，就会把这些细胞连同里面的病毒一起消灭掉。
本书中大量的实例启发我有意识地训练自己幽默诙谐的语言，收集更多有趣的故事，提升个人课堂教学魅力。
作者简介
马攀，一级教师，西山区2020年中小学教师教坛新秀；《西山区2022年高一高二新教材课堂教学竞赛暨研讨活动》一等奖；《昆明市2023年高一高二新教材课堂教学竞赛暨研讨活动》二等奖；《神经冲动的产生和传导第二课时案例分析》获昆明市2023年优秀教学案例三等奖。
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文稿：马攀
初审：罗云鹤、王伟花
终审：文媛
