时光不倒流,熟蛋就不能返生吗?当然可能啊!你看这个鸡蛋哈,你第一次见,“一回生”,再瞅一眼,“两回熟”。完事你把这个鸡蛋还给老母鸡,老母鸡一屁股坐在上面,和其他鸡蛋一起孵。隔天你再去找这个鸡蛋,就不好找了,生疏了,“返生”了呗。好吧,这里的“熟”是指“把食物烹煮到可口”,也就是经过了一定程度的加热。而“生”是指种鸡蛋具备孵化出小鸡的能力,也就是有生物学功能。
那么“返生”就是一个已经加热熟了的鸡蛋,最后“somehow”孵出小鸡了。这,可能吗?某同学抢答:“除非时光倒流。”时间机器的问题交给物理学家研究吧,本文就此话题的生物学实质进行一点点讨论。探讨这个问题咱们首先要熟悉一个概念:变性。这个蛋,你给它加热~~等会儿,先踩一下刹车。
这里的“变性”不是性别转换(Transsexual),也不是医学上的变性(Degeneration),即组织器官从正常功能到低功能或无功能病变,比如视网膜变性等。这里的“变性”指的是生物化学上的变性(Denaturation),是指蛋白或核酸的天然的二级、三级、四级结构的部分或全部改变,导致生物活性丧失的过程。
生命活动的主要承担者——蛋白质或核酸——发挥作用需要保持天然构象(可以通俗理解为结构),而构象改变必然影响其生物活性,剧烈的结构变化会导致功能丧失。蛋白质变性之后,最直观和常见的现象是溶解性降低:生鸡蛋清可以很轻易的溶解到水里,而加热之后,它就会变白沉淀出来,不能溶解了。而蛋白质变性后最核心、最本质的变化是构象破坏所导致的生物活性丧失。生命活动的主要承担者嗝屁了,生命自然也就终结了。
虽然说核酸,特别是DNA,在变性后可能比较容易复性,但是生物的核酸往往不是赤裸的存在,DNA上面结合的蛋白质变性了,照样使DNA难以恢复原有状态。因此,鸡蛋既然煮熟了,它就“变性”了,丧失“生物学功能”,不能孵小鸡了。“等等,你说还有‘复性’这回事?”复性(Renaturation),是指变性的蛋白质或核酸的天然构象重建,以使该分子恢复其原始功能。
举个例子,在用大肠杆菌生产胰岛素的过程中,胰岛素原在大肠杆菌内积累后形成包涵体(就是蛋白太多挤成一坨),包涵体是不溶解且不能发挥正常功能的,因此需要通过复性的过程,使其成为具有天然构象的蛋白结构。这个过程往往需要纯化包涵体后在还原条件下变性展开,然后在适宜的溶质浓度(往往用到尿素)条件下重新折叠成为天然构象。“我把鸡蛋的所有蛋白都复性了,鸡蛋不就返生了吗?
”一辆车有上万个零件,每个零件都好使的情况下,凑到一起就能开吗?并不能。需要组装成有机整体才可以(我有些可爱的学生,没有360就不知道从哪里打开U盘)。一个细胞有上千种蛋白质、上万个基因,有复杂的DNA折叠封装体系(染色质),还有胞内区室化膜结构(有膜细胞器)、细胞骨架、细胞膜、胞外基质等等等等。其中膜结构(脂质双分子层)相对来说比蛋白质更脆弱。
比如细胞冻存过程中,需要注意的一条就是避免冰晶产生所导致的膜结构破坏。“那我发明一个超级3D打印机,按照生鸡蛋的分子结构打印一个鸡蛋!”这个思路听起来很科幻,但的确是生物学发展的一个方向哦。设想一下,我们培养各种细胞,然后按照组织器官的结构来用细胞打印一个器官,完事儿就可以用于器官移植了。注意,这里的材料是细胞,而不是分子或原子。
细胞是生命活动的基本单位,如果想以分子或原子作为材料,打印一个活细胞,嗯,您还是考虑发明时光机器吧。您会修车不代表会造车不是?况且细胞的产生可远比造车复杂得多。生物学家普遍认为,生物只能源于生物,非生命物质绝对不能随时自发地产生新生命,这就是生源论“Biogenesis”,即便是合成生物学,也是在已有的生物实体上进行改造的。听说,回答“能”的那个人已经接到警方通知要求配合调查了。