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生物学

14.STAP细胞存在吗?

2014年,一场关于某种细胞是否存在的争论爆发了,而这种细胞也许能够实现生物学家的梦想。这种细胞被命名为“刺激触发采集多功能”细胞(Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency,简称STAP细胞),与干细胞一样,它具有发展成生物体所需的任何类型细胞的潜质。根据其理论,只要给予合适的刺激,已发育的细胞就能变回某种干细胞,然后就能转化为生物体所需的任何细胞。

如果这真的能实现,STAP细胞将会为人体缺失部位的再生技术铺平道路,这也是为什么2014年1月《自然》杂志上一篇宣布日本开发STAP细胞的论文引起了如此巨大的反响。接下来的几个月里,人们将大量资源投入到STAP细胞的研究中,甚至设立了生产STAP细胞的工艺专利。

但很快事情就急转直下,首先是人们对原论文有了一些深刻的批评,而后的一些实验也未能重现这个发现,论文最终被撤回。此后,论文的一位作者引咎辞职,另一位则自杀身亡。

然而,这也只能证明这次制造STAP细胞的途径是错误的,并不能说该细胞真的不存在。

15.为什么有些人更容易酒精或药物成瘾?

人类行为中,几乎没有哪个能像成瘾一样被如此深入地研究过,却仍然对其知之甚少。起初单纯寻求愉悦的行为,后来却发展为大脑奖赏机制病态失调,其程度之严重,以至于对毒品的渴望凌驾于正常的决策功能之上。即使成瘾者知道这对他是灾难性的,却还是无法放弃这个习惯。

我们知道,药物依赖与大脑中多巴胺和其他化学物质的释放有关,而这些物质会导致积极的情绪状态。我们也知道持续使用药物会导致大脑神经元之间的突触连接增加,从而增强对药物的感知需求,尽管我们尚不清楚其机制。我们知道有些人似乎比其他人更容易成瘾,但不知道其中的原因。我们知道,有的成瘾者似乎能够完全康复,而有的即使在戒断症状完全消失很久之后还是会复发。简而言之,我们对成瘾的生物学基础,以及为什么有人会成瘾,而另一些人不会成瘾,仍缺乏了解。

16.我们的生物钟是如何计时的?

大多数人一辈子都生活在一个周期中。太阳东升西落,形成了有规律的一天24小时;我们的身体适应了这个时间表,作息时间也或多或少与它相匹配。当时差等因素严重干扰我们的作息时,身体就会做出反应。使我们与地球自转保持大体同步的便是生物钟,它是我们体内的计时装置。

生物钟(circadian clock, “circadian”一词源自拉丁文的“circa diem”,意为“大约一天”)代表的一天是一个非常精妙的近似值,因为人体生物钟每天工作24.5小时。但为什么会比真正的一天多出0.5小时,目前我们还不清楚,而老鼠的生物钟则是一天23.5小时。这大概可以解释为何人类喜欢熬夜,而老鼠更愿意早睡。

实际上,我们的生物钟在每天早上醒来时都会重置。但其运行并不依托明暗的循环,即使我们生活在完全黑暗的环境中,或者处于与普通日长明显不同的人工光照下,生物钟24.5小时的周期也不会发生改变。

虽然我们现在找到了控制生物钟的基因,但我们仍不知道生物钟本身是如何控制时间的,也不知道体内细胞是如何共同遵守该时间的。

17.构成人体的蛋白质有多少种?

如果说人类基因组是构建人体的蓝图,那么蛋白质就是其构建模块。在它们之间的桥梁是氨基酸,大约有20种。蛋白质是一串不同长度的氨基酸。由于氨基酸可以按照任意顺序串在一起,且已知最长的蛋白质包含接近27000个氨基酸,所以潜在蛋白质的数量是巨大的。

2014年,美国和德国的两个研究团队独立制作了人类蛋白质组图谱的草稿——蛋白质相当于基因组。美国研究团队在已预计编码的19629个基因中发现了17294个,除此之外还有193种新蛋白质,它们来自基因组中未被认定是蛋白质编码的区域,因此19629这个数字也并非上限。德国研究团队报告了类似的结果,他们发现了约400种未预测到的蛋白质。该研究团队表示“潜在的蛋白质编码基因可能有20000个”。

通过对大量人类基因组进行研究,现已发现了约100万种不同的蛋白质,而所有陆生生物的蛋白质种类估计超过1000万种。不过最新的研究结果表明,基因计算也可能会有误差,这些数字不过是一种推测。

18.朊病毒是如何复制的?

朊病毒于1982年被首次发现,它与别的生物结构大不相同。朊病毒主要由蛋白质构成,其表现与病毒类似,但本身没有生命,也不含DNA和RNA,因此不能独立复制更多的同类。但它独特的复制方式会导致脑组织退化和死亡。我们所知的羊瘙痒症、疯牛病和人类的克雅氏病,都是由朊病毒引起的。

朊病毒分两种:一种是正常无害的细胞朊病毒蛋白,另一种是传染性朊病毒(其英文名prion来自Proteinaceous Infection的开头和结尾字母)。普通的朊病毒蛋白能够保护细胞,尤其是神经系统中的细胞,而传染性朊病毒能重新变成传染性的形式。朊病毒致病力如此强的原因之一,就是身体无法识别它们的异常,所以无法产生免疫反应。

研究其复制能力时面临的最大难点,就是弄清楚异常的朊病毒如何聚集正常朊病毒蛋白,并使其转化为异常的形式的。

19.青春期是由什么引起的?

从某种程度上说,我们知道是什么触发了男孩和女孩的青春期。大脑的下丘脑会分泌激素GnRH(促性腺激素释放激素),刺激脑垂体释放促黄体生成素和促卵泡激素,从而促使女性生殖器官分泌雌激素,男性分泌睾酮,使身体显示出青春期迹象。

这些迹象一般最早出现在8岁至14岁的女孩和9岁至15岁的男孩身上。如果女孩小于8岁或男孩小于9岁时出现,就会被认为是“性早熟”,这也表明我们对真正触发青春期的原因还有待了解。在大约50%的男孩和10%的女孩性早熟案例中,可以找到诱发早熟的生理或遗传因素,但其余50%的男孩和90%的女孩却找不到原因。这种情况被称为“特发性性早熟”,“特发性”在这里指的就是我们完全找不到诱发原因。

20.某些铠甲动物在无氧环境下如何生存?

直到21世纪,人类所知的多细胞生命都需要氧气才能生存。即使是在太平洋几千米深处发现的被称为巨型管虫的软体动物,也是生活在深海热泉 中,并从中获取溶解氧。2000年,意大利的一个研究小组开始在地中海深处的泥土样本中寻找生命的迹象。

研究人员本以为只能找到细菌和病毒,但是意外地发现了多细胞生物的迹象,而且其中一些还活着。这些奇怪的有壳生物被命名为铠甲动物(其英文名“Loricifera”源自两个拉丁词,意为“带武装的”)。它们体长不到1毫米,生活在海洋砂砾间的缝隙里,现在已被确认为第一种生活在完全无氧环境中的多细胞生物。除了外壳,它们还有头、口和消化系统,人们认为它们是靠一种叫作“氢化酶体”的原始无氧微生物细胞生存的。

我们以后是否会在无氧的深海中发现类似铠甲动物的其他生物?它们是否会存在于其他没有氧气的星球上呢?这些都是值得探究的问题。 Hcgx1eIVjmj3e3GydS5kGLnA6o7Nhoofqf3phv/qYCpI3Fnipm+yVlPVNN908ns8

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