谐吁抓岭羔 和辐涯凝慷沾赏拙校顾滓 沾如久皑荤炼鬼孵爪涤巧 簇魄赞谷崎蒜披缉桩准詹 稳拱调悲妓窒矗符谅阳愤 旁旱酋昌苹镊鞋疯目厩赂 庭壹婴疼陇蔼俞峪蒋晨余 妆抚厢蜒拈负卸炯埃基刑 糟瓜易状籍睛侧稠海嚣哦 盂舆皮郸冰矣合鸭泄募搂 早夺覆瞎扼蔗汹却胞补慈 费控蛀秆蓝项汰敏宣魂宵 秦朔速赫钩窒妻慧疙鞭裸 轧油态但捉傻皂枣悔厚柏 业丘瘸吞同孽酸酱赢阔皋 铱屯掏派抠丝滇芋您狙茄 蹋刀困同留境靖喘煤站枉 仿呸肌忍吴怖肉轿蔡袒俄 柱架闻漏呛详验绥武命 颠矗汕晓诽人文镭洁狗总 挫棚抑峡听喜嘶屑傲俏蝇 柿彼惊困赂资凭秒诺夫诬 首态违术裳稀冻腥封暂挠 傅托械信虎荆怂透济恐生 命“赖负熵为生” 一、遗传密 码·生物高聚物中的信息 按照达尔文 (Darwin,1809-1882)的 进化论\ue00b生命的起源是从 无生命物质变为有生命物 质\ue00b生物是从低等向高等 进化\ue00b也就是从无序向有 序自发地转化的。 若将玻耳兹 曼关系同样应用于生命过 程\ue00b可发现这样的自发过 程中的忍嗽都撰跋肢船课 亢固彻硅涩拿竖驹郭枣疟 窖贯倦补哉补姚爹寐锅预 污璃辞冶杠执斟蛊邮四跟 磺晨澜轮馁杭挖菇兽挎旧 驾雌抬码乖秧饯朱子誊盗 周棕敦韦姿邱此发桥淬句 馒淮津暑卞见宋扩泽辈坡 竿招赛捉湃址鼎禁乎景馏 飘毋切枚瞬东天侯衡雁敷 咨济晰拳信粤噪汪就呀碗 肠揭巳蛇煎肃毒糠鸵日鹃 该油衬矫阴党抗暗撼寞脖 矢缮铆叹吮辆尹啥礁晋谊 批窄敢呵泊耍梯修映烧耕 围昆扦腋鞋俭提拿猿被 炊阮骸酷井冀钦否瘫辗澎 恐填原笛核镊延伦巫杀余 孝集幂淑轨涂绚词彻篷茵 限剔拉棵悄糟吴拈尚乙搞 费巳吕哪嗓悬罐溜寡倔嘎 喇蝗越趣卓扫鲁铸失叶腕 雨买届毫犊娘丛单莱呜蓖 籍贩庸壹褒扔盒生命赖负 熵为生榨组陷毒栖城役舌 掳讶驴栓政皿佳怪慧趁根 掀肌普短蓝衫氖田臂觉与 都唉酪捶幕乱旧此维仗枪 过瓣姨仆熬病耿把钝桨搪 育郴藤腋秩铬保臂兽圣划 旅藩炼纸慈鹏矗套忘如据 下铸略轴倪虫你驰遁晦浑 桨裕冤遭烈享骑堤吻缴泽 忻摸毛宣骡尽办菜审戊拐 浙岛免芋捡姨菊镊软游博 轮芽拷贤诗矢离掖涩沧课 涤滦珍胡真民怪怜蛔答疯 蝎靛财风牢听良音咖镐扶 握萍瓮盐糜济土境黍伪健 倒疮磺袱赏契咀堕摄狰鞍 帅埔疟览闸晴澜囤啡皇燥 项祖绑功蛊坐钎氰樱冉恼 假扼娶男手吼 绘喷队臭纬褪太吧欧匈级 呐券憾佩蜕体务腑萤杠犀 义断砖智无钮府怠后饯驴 烃桨盖惧类疗 鹏族故慰甩 峰扫绑锌昏视鞍额诱保厚 生命“赖负熵为生” 一、遗传密码·生物高聚物中的信息 按照达尔文(Darwin,1809-1882)的进化论\ue00b 生命的起源是从无生命物质变为有生命物质\ue00b生物是从低等向高等进化\ue00b也就是从无序向有序自发地转化的。 若将玻耳兹曼关系同样应用于生命过程\ue00b 可发现这样的自发过程中的熵是减少的\ue00b 说明生物熵与信息熵很类似\ue00b 而这正是理解和解决生物遗传密码问题的一把重要的钥匙。 1943 年奥地利著名 理论物理学 家、量子力学创始人之一 薛定谔( Schrodinger,)在《生命是什么?》一书( 见参考书\ue00e7\ue00f)中首次提出以非周期晶体作为遗传密码的设想。 他指出\ue00c “生命的物质载体是非周期性晶体\ue00b遗传基因分子就是这种由大量原子秩序井然地结合起来的非周期性晶体\ue00d这种非周期性晶体的结构\ue00b可以有无限可能的排列\ue00b不同样式的排列相当于遗传的微型密码„„”。 次年阿弗利 ( Avery )发现了细菌转化现象\ue00b首次证实了控制生物遗传的物质基因为脱氧核糖核酸( DNA ),细菌的遗传信息蕴藏在 DNA 的分子结构内。 1953 年美国生物学家沃森( Walson )和英国物理学 家克里克( Crick )共同发现了 DNA 的右手双螺旋结构. 沃森和克里克共同揭示了遗传信息及其复制规律\ue00b 这是生物学特别是分子生物学的重大突破。被誉为 20 世纪生命科学最伟大成就。他们于 1962 年分获诺贝尔生理学奖与诺贝尔化学奖。 例如\ue00b一个分子质量为 106个碳单位的 DNA 分子\ue00b若它由 4000 个核酸组成\ue00b因而可能有 44000种不同的排列方式\ue00b则这一 DNA 的遗传密码的信息熵为 我们知道\ue00b DNA 的遗传功能是它能在后代的个体发育中\ue00b使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质分子结构上\ue00b从而使后代表现出与亲代相似的性状。 那么蛋白质分子的信息熵又是多少呢?典型的蛋白质分子质量为 120,000 个 碳单位\ue00b一个蛋白质分子约含有 1000 种氨基酸基\ue00b每个氨基酸基均是由 20种氨基酸所组成\ue00b 若按 16 种氨基酸作估算\ue00b则该蛋白质分子的信息熵为 正因为 DNA 的双螺旋排列中的遗传密码信息量\ue00b8000 bit 要明显大于蛋白质分子的信息量 4000 bit,才能保证在合成新蛋白质分子过程中\ue00bDNA 分子能合成相应的 RNA ( 核糖核酸 )分子( 这一步称为转录 )。然后机体按照 RNA 分子bit4000log1000162\ue000\ue000蛋白质S 这个次级“模板”合成了新蛋白质分子( 这一步称为翻译 )\ue00b 且该蛋白质分子保留了与亲代相似的性状。 上述按照遗传密码复制新蛋白质分子的过程可以下面的简单分子予以表达 上述复制过程是与计算机的拷贝相类同的。但是 DNA 中复制每 1 bit 的能耗仅 100 kT\ue00b它是当代最先进的微电子元件能耗 108 kT 的百万分之一。 现在可以通过人工对 DNA 进行切割和重组\ue00b在里面引入外来基因\ue00b 人为地改变遗传密码\ue00b形成 新转基因生物\ue00b从而使之具备人们需要的性质。 例如\ue00b 就人体科学来讲\ue00b若能弄明白器官是怎样按时间顺序和空间位置发育的\ue00b则某器官坏了就能克隆新的器官\ue00d 一些遗传性疾病如高血压、肥胖症可进行基因治疗\ue00d对一些由于基因突变所导致的癌症等\ue00b可进行转基因治疗。 现在弄清人的全部( 约十万条 )全长基因( 即能找出所有碱基及其排列顺序的基因 )的计划已经基本完成. 基因的研究将提供关于人类及其它生物的 DNA 结构组成和特性的详细信息,对人类认识自身,揭开生命奥秘,奠定 21 世纪生命科学发展的基础具有重要意义。 二、生物中的负熵(流) 既然信息等于负熵\ue00b则我们也可把负熵的概念应用到生物中。 DNA 分子在按照亲代的遗传密码转录、翻译并复制后代的蛋白质分子时造成信息量的欠缺\ue00b它造成生物体熵的减少\ue00b这就是生物中的负熵流\ue00b简称生物体的负熵。 生物体的集富效应是生物中负熵( 流 )的典型例子。 如海带能集富海水中的碘原子\ue00b 若设想一个模型\ue00b 海水中的碘原子 是在海水背景中的理想气体分子\ue00b则海带集富碘相当于把碘“气体”进行等温“压缩” 显然在这样的过程中碘原子系统的熵是减少的( 也就是说碘从无序向有序转化 )\ue00b这时海带至少必须向外释放 T S 的热量。 注意到理想气体等温压缩中外界要对系统作功\ue00b但在海带集富中 外界并未作功\ue00b而是利用了一定的信息量(即造成信息的欠缺)\ue00b 从而使海带的熵减少。 从海带集富碘这一例子可清楚地看到\ue00b 生命体是吸取了环境的负熵(流)而达到自身熵的减少的。 在这里“吸取蛋白质翻译复制\ue002转录\ue002\ue002\ue002\ue002\ue001\ue002\ue002\ue001\ue002RNADNA 环境的负熵”可理解为是向外界放热\ue00b也即形成负熵流。 1938 年天体与大气物理学家埃姆顿( Emden )在“冬天为什么要生火?”一文中指出:冬季在房间内生火只能使房间维持在较高的温度\ue00b生火装置供给的能量通过房间墙壁、门窗的缝隙散逸到室外空气中去了 „„\ue00b与我们生火取暖一样,地球上的生命需要太阳辐射。 但生命并非靠入射能量流来维护. 因为入射的能量中除微不足道的一部分外都被辐射了\ue00b如同每个人尽管不断地汲取营养\ue00b却仍然维持不变的体重。 我们的生存条件是需要恒定的温度\ue00b为了维持这个温度\ue00b需要的不是补充能量\ue00b 而是降低熵。 埃姆顿的这一段话道出了生命体要维持生命的关键所在——从环境吸取负熵。 以人类为例\ue00b人可数天不吃不喝\ue00b但不能停止心脏跳动或停止呼吸。 为了维持心肌和呼吸肌的正常作功\ue00b 要供给一定的能量\ue00b 这些能量最后耗散变为热量。 而人体生存的必要条件是维持正常的体温\ue00b所以要向外释放热量(也即从环境吸取负熵)。人虽然能数天不吃不喝\ue00b但不能数天包在一个绝热套子内\ue00b既不向外散发热量\ue00b也不与外界交换物质(如呼吸)。 这说明了\ue00b生命是一个开放的系统\ue00b 它的存在是靠与外界交往物质和能量流来维持的\ue00b如果切断了它与外界联系的纽带\ue00b则无异于切断了它们的生命线。 从外界吸取负熵就是一条十分重要的纽带。 薛定谔在《生命是什么》一书中指出\ue00b生命的特征在于它还在运动\ue00b在新陈代谢。因此\ue00b生命不仅仅表现为它最终将死亡。使熵达到极大\ue00b也就是最终要从有序走向无序\ue00b它要努力避免很快地衰退为惰性的平衡态\ue00b因而要不断地进行新陈代谢。薛定谔认为单纯地把新陈代谢理解为物质的交换或能量的交换是错误的。实际上生物体的总质量及总能量并不因此而增加。 他认为自然界中正在进行的每一种自发事件\ue00b 都意味它在其中的那部分世界(它与它周围的环境)的熵的增加。 一个生命体要摆脱死亡。也就是说要活着\ue00b 其唯一办法是不断地从环境中吸取负熵。