數論人生

數論是一門學科,也是我的人生。有人把酒論英雄,我用數字描天下。
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生命的奧秘

(2021-11-21 15:06:42) 下一個

人生的希望在哪裏?下一代。下一代的希望在哪裏?下下一代。人生的希望就是生命的延續,是永生。為此,我們先得認識生命。我一直以為,生物學除了一大堆名詞之外,還有什麽原理嗎?近來讀了無數生化學家們的研究結果,才明白了生命的奧秘,領略了數學的無處不在。

我們眼見的這個世界分為三界:礦物、植物、動物。物種的起源即是本宇宙的起源,已有大爆炸理論來解釋;這三界又各有分層,何止九重天,其間的界限並不明顯。礦物加入氨基酸,就有了生命;植物裏加入記憶,便有了知覺;動物加入靈性,就會永生。

在19世紀60年代,Darwin提出了進化論。盡管它不被信神的人們所承認,但人類幾百年來的觀察和記錄,早已明辯是非。在20世紀20年代,蘇聯生化學家Oparin, 英國生物學家Haldane,各自獨立提出,有機生命起源於簡單的無機分子,在適當的條件下。1952年,Miller和Urey做了一個實驗,把水、氨氣、氫氣、甲烷的混合物,置於不間斷的電火花之下,一周之後,有機分子就出現了!其中,2%為氨基酸,生命的組成塊。

在顯微鏡下,我們認識了細胞。原來,所有的有機體都是由細胞組成的,正如物質都是有原子組成的一樣。細胞其實是一層薄膜包裹著的分廂,充滿了濃縮的化學溶液。最簡單的生命,由單種細胞組成,通過一分為二繁殖;複雜如人類的生命,細胞分了組,各組執行特定的功能;而各組之間,又由一個複雜的通訊係統關聯著。

細胞中的可見物質,絕大部分是蛋白質(protein),其它是酶(enzyme)。蛋白質是氨基酸(共20種)的聚合體,區別在於鏈的序列和長度。蛋白質的構造,分為四個層次。首先是氨基酸的線性鏈接,再折疊,形成三維結構,最後聯成一個大的蛋白質。

1920年代,美國生化學家Christian Anfinsen實驗發現,RNA的3維結構一旦被幹擾,它會立即重新折疊,恢複原形。由此證明,這種結構是最穩定的(1972年諾貝爾獎)。

酶(enzyme)這個詞是德國生理學家Wilhelm Kuhne在1878年造出來的。酶的作用是在細胞的代謝過程中,增進化學反應,減少能量消耗;它本身並不消損或改變。1958年的年諾貝爾獎獲得者Beadle和Tatum提出,一個基因的功能,就是為了主導一種酶的製造。

一個基因是細胞核裏的DNA中的一小段染色體,呈雙螺旋體結構,由核糖酸A、T(U)和C、G配對鏈接而成;每三個一組形成Codon,共有64種可能,足以編碼20種氨基酸。基因序列含有遺傳信息,在分裂過程中傳遞。一般的細胞,可以分裂20到50次;而1951年發現的HeLa (Henritte Lacks)細胞,是一種不死的細胞,至今還在不停地分裂著。1996年,世界第一頭克隆羊Dolly 誕生,它還生了四隻小羊;這表明,成年細胞還能重新生出新的細胞。

一個人的基因序列,有30億個基對,而且除了孿生外,沒有任何兩個人的基因序列是一樣的。如此大量的信息,如何來分析、對比、預測?隻有數學方法:統計、邏輯、優化理論、計算機都得用上。基因研究的目的,就是為了發現基因、改造基因,創造新的生命。

人的大腦有多複雜?這是一個很難回答的問題。因為大腦中的神經細胞及非神經細胞的數量超過1000億,其中結構及功能之複雜令人類的任何儀器都望塵莫及。瑞士一項名為“藍腦計劃”的研究發現,大腦內存在著數千萬個客觀物體,以高達7維的網絡關係連接在一起,有些地方甚至為11維。大腦神經細胞之間存在一種名為突觸的聯係,一個神經細胞的突觸數量可達數千、上萬,結合數以億計的神經細胞,大腦中的神經細胞之間的突觸聯係方式之多是無法計算的。所以科學家使用數學方法對其進行模擬分析,結果發現其中處理信息的方式猶如多重宇宙,也許大腦的微觀結構奧秘是我們永遠無法想像的。

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