信息与生命

王谷岩

清晨，我们会准时从睡梦中醒来，这是为什么？

起床后，一类具有重要生理功能的，叫作类固醇的物质会从腺体里缓缓流出并进入血液，为我们白天的活动做好准备，这又是为什么？

接着，我们的心跳次数增加、呼吸加快……原因又是什么？

清晨的觉醒，起床后体内的一系列变化，是因为我们体内的生物钟发出了“白天到来”的信息。

一只蜜蜂找到了一处蜜源之后，先不急于采蜜，而是匆匆飞回蜂巢——它是去给蜂群送去关于蜜源的信息，以便让工蜂们来采更多的蜜。

蜜蜂具有社会性，构成各种生物体的细胞也有社会性。每个细胞都与周围的细胞及物质分子有着密切的联系，这种联系是细胞生存与繁衍不可缺少的条件。细胞群体的联系，细胞在生命活动中行为的协调，靠的也是信息。

信息的接收、传递与利用是生命活动的基础，没有信息便没有生命。

遗传信息

遗传是生命现象的重要特征，是亲代（父母）的各种性状在子代（儿女）得到表现、生物体得以世代繁衍的基础。遗传过程由遗传物质DNA中携带的遗传信息所决定，遗传信息是子代从亲代所获得的控制遗传性状的指令信号。遗传信息存储在基因里面，而基因就是细胞核的染色体中的DNA片段。

蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的形态特征和生理特性等性状主要通过蛋白质来体现。因此，基因携带的遗传信息对性状的决定作用，是通过控制蛋白质的合成中氨基酸的排列顺序来实现的，即基因的功能是编码蛋白质。“种瓜得瓜，种豆得豆”是由遗传信息决定的；眼珠、头发的颜色和身材高矮等也都由遗传信息决定。基因还决定了生物的个体发育从受精卵开始形成胚胎之后，什么部位、在什么时期长成什么器官，这种基因叫发育基因。一些疾病也由基因携带的遗传信息所决定，这类基因称为疾病基因。生物体要不断地产生新的细胞，也要不断地清除无用和有害的细胞。生物体内的细胞在特定的内源或外源信号诱导下，并在有关基因的调控下程序性死亡的过程就是细胞凋亡。控制细胞凋亡的基因称为细胞凋亡基因。

每个基因都是DNA的一个小片段，含有成千上万个脱氧核苷酸。每个DNA分子含有很多个基因，这些基因在DNA分子上以特定的顺序排列，构成一套基因组。一个人有 3 万—4 万个基因，可以编码 20 万种蛋白质。基因组的DNA顺序是一个人从单细胞发育成由 10 万亿个细胞组成的复杂整体的蓝图，含有构成个体遗传系统的整套信息。

美国科学家于 1986 年提出并于 1989 年实施了“人类基因组计划”，历时 10 年，耗资 30 亿美元，已经完成了人类基因组图谱的绘制。

分子生物学技术的发展建立，已使我们能够测定任何一个基因在染色体上的位置（称为“作图”），进而还可以测出组成这个基因的脱氧核苷酸的排列顺序（称为“测序”）。通过基因组的作图和测序，可以获得包含了全部基因在染色体上的排序和间距等信息的“基因组图谱”。确定人类的基因组图谱不仅会提供一个永恒的数据库，对整个生命科学和医学的发展也将有深远的影响。

人类基因组图谱的绘制，使寻找与特定疾病有关的疾病基因成为可能，确定疾病基因能力的提高会大大提高对各种疾病的诊断、治疗和预防的水平。此外，人的基因组中也记载了人类的进化史，确定了人类基因图谱和顺序将有助于深入了解人类是如何进化的。

细胞信息

细胞之间的联系，细胞与外环境的相互作用，以及细胞的产物与行为对其他细胞及周围环境的影响，构成了细胞的社会性。维持细胞社会性活动的是各种信息。细胞通过表面（或受体）接收来自细胞外的信息，信息的作用导致一定化学物质的生成或变化，化学物质再将信息传至细胞内部，从而引起对外界信息的反应。细胞的这种社会性对于细胞的存活、代谢、功能、形态以及增殖和分化有着十分重要的意义。细胞是生物体的基本结构与功能单位，细胞的活动是生命活动的基础。因此，细胞内及细胞间的信息传递与相互作用是生物体生命活动所不可缺少的。

相距较远的细胞之间是通过分泌激素、细胞因子和生长因子等生物活性分子而建立信息联系的。相邻的细胞之间则通过细胞识别、细胞黏附和细胞连接建立更直接的信息联系。从精卵结合、胚胎形成、器官发生乃至成体结构与功能的维持，都与细胞识别、细胞黏附和细胞连接息息相关。在胚胎发育过程中，若细胞识别和黏附过程正常，就能够形成功能完善的正常组织和器官，否则就会出现不同程度的畸形。细胞识别得以实现的基础是细胞表面某些生物分子（如糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖等）提供的识别信息。

多细胞生物体的细胞间存在着精细分工，一些细胞群体有赖于其他细胞群体对其产生应答反应从而协调工作，也就是存在着细胞之间的通信联系。细胞通信过程借助不同的载体进行信息的传递，控制着细胞的生长、分裂、分化、形成组织以及其他各种生命过程。高等动物的细胞通信，有的是通过分泌化学信号物质（激素）进行，有的是通过直接接触的细胞膜上存在的信号分子进行，有的则是通过细胞间形成缝隙连接使细胞质相互沟通而进行。总之，细胞通信是细胞的一整套信号系统的信息传递过程，用于协调细胞的工作，从而使各种组织和器官执行正常的生理功能，维持各种正常生命过程。

细胞具有一种区分自己与异己的识别能力，可以识别同种与异种、同源与异源细胞，这就是细胞识别。

细胞之间在相互识别的基础上，同种同源、具有相同特性的细胞相互黏附或建立一定形态结构的连接，构成某种组织和器官，这就是细胞黏附和细胞连接。

感觉信息

生物体的生存，生命活动的维系，保持生物个体与周围环境的协调和统一至关重要。要做到这一点，对环境信息的感觉是必不可少的。人和其他高等动物通过感觉系统接受环境信息，然后将其传递到中枢神经系统引起感觉。依靠这些感觉，生物体才能对外界环境做出适宜的反应。

感觉系统可以通过感受器，把内外环境刺激的能量与信息转换成能够沿神经纤维传导的神经电信号。视觉系统的视感受器转换的是物体影像的光能信息，听觉系统的听感受器转换的是外界物体的机械振动信息，嗅感受器和味感受器转换的则是化学能量信息，等等。我们可以把这些所感受到的信息统称为感觉信息。感觉信息为动物提供了寻找食物、逃避敌害、选择配偶、联络群体或同伴等生命活动必不可少的信息。接受到感觉信息后，动物的最终效应是产生觅食、避敌等行为反应，而人类则能产生知觉，包括对外界信息的认识和辨别，如从视觉信息中进行空间辨别、特征抽提、质地分辨和图像识别等，这是人类具备思维、推理、分析、辨识等特殊能力的基础。

动物的主要感觉器官都是成对的，有两只眼睛，两只耳朵。这样，当空间景物某一点发出的光或声的波动到达这一对感官时，由于距离不同，就在两者间出现了波程差，因而获得了景物的距离和相对位置的信息，即产生了对位置的感知；每一个感官又同时感知到了光或声的强弱（光强正比于物波振幅的平方）所携带的有关景物形状与运动状态的信息，因此就获得了全部的信息。蝙蝠和海豚等动物由口腔和耳组成的声呐系统，在向外界景物发射一定频率的超声波的同时，还输送一定的信息作为“参考波”到大脑的特定部位，而从景物返回的信息载波与参考波则在这个部位产生干涉现象，这样就同时收到了振幅和相位等全部信息。因此这些动物不仅知道了景物的距离，还了解了景物的形状与性质（是食物还是天敌）。