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生物界的螺旋之谜
文章来源: 文章作者:sj 发布时间:09-11

  2000多年前,科学家阿基米德发明了螺旋式水泵,并且写出第一部关于螺旋结构的科学著作,引起了人们的关注。但是螺旋体和生命之间的关系,却是直到本世纪50年代DNA双螺旋结构发现之后才触发起来的。随着分子生物学的发展,人们把螺旋和生命这两个原来毫不相干的概念紧紧地联系了起来。

  各种反刍动物(例如牛、羊等)的头上,往往都长着一对美丽的螺旋形弯角,由附着皮肤的骨锥状体组成,由表皮负责制造出一种化学成分和类似毛发的物质,形成为角鞘。至于其对数螺旋线形状,则是在一定规律支配下生长的结果。在正常情况下,角底狭窄区域内的组织,不断分裂生长,角就不断伸长。如果各边增长的速度一样,那么长成的角就会是笔直的;如果角的一边生长速度比另一边快,那么角就长弯了。正是由于不等速生长之故,才形成了螺旋样的弯角。

  田螺、蜗牛之类的外壳,也都呈现为美丽的对数螺旋形。可能向右旋,也可能向左旋。从遗传学试验的材料来看,向哪个方向旋转,主要取决于一对基因,右旋为显性,左旋为隐性。在生长过程中,新的部分通过衍生物的连续增长,长在旧的部分之上,始而不断,从小到大,形成了通常的螺旋美。有趣的是,新增生出来的每一部分,都严格按照原先的对数螺旋结构规律,从不改变。随着壳腔内生命体的长大,外壳也按照不变的比例长大,于是最后长起来的成体有了恒定的美丽外型。

  至于其他方面,人们还可以举出许多奇妙的例子。如蜘蛛,总是固执地纺织螺旋形的丝网;灵巧的小松鼠,很喜欢按照螺旋形路径在树杆上爬上爬下;许多种植物的叶子,都是按着螺旋形曲线缠绕支架向上生长。据说著名诗人歌德,在 1831年还专门写过一篇题为《论植物的螺旋生长倾向》的文章。

  随着分子生物学的兴起,科学家们进一步发现生命和螺旋形之间,其实有比当初的想像深刻得多的内涵。1950年,著名生化学家鲍林首先阐明,蛋白质分子的多肽长链结构是螺旋形的,当时把它定名为O-螺旋。后来发现,不但纤维状蛋白质有O-螺旋,而且球状蛋白质也有O-螺旋。此后,接二连三的发现进一步证明许多大分子都有形成螺旋形的共同倾向。如直链淀粉——多聚糖、生物膜中的磷脂,以及DNA分子。除此之外,学者还注意到,一些亚细胞器也有形成螺旋体的趋势。

  现在,科学家们还发现了分子水平和宏观水平间的密切相关性。例如,许多黑人都长着一头自然卷发,非常美丽,而我们黄色人种绝大多数都长着硬直型毛发。其根源竟在于两者分子结构上的差异。黑色人种的角朊蛋白结构呈螺旋形,而黄种人角朊蛋白的结构是直形的。于是两者在宏观上就呈现出了显著的不同。

  顺便说一句,如果有兴趣,你还可以做一个简单实验来增强印象:拿一根湿头发,抓紧两端向外拉,你会发现,这根湿头发可以拉至原来长度的两倍!它为什么有这么大的伸缩性呢?原来在拉的过程中,组成头发的O-螺旋结构,邻近两圈螺旋之间较弱环节虽已被拉裂开,但氨基之间的多肽链却没有拉断,所以整根头发仍然完好。就像把一根螺旋形铅丝拉直了那样,这时虽长了许多,却还是保持完整。你看,宏观的变化和微观的原因,不是紧密联系的吗!

  总之,上述事实都在告诉我们,不管宏观世界还是微观世界,螺旋形是生命的基本形状,是自然界最普遍的图案之一。

 
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