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对生命的思索
－－蛋白質是分子開關
二○○五年一月三十日
2005-01-30 生命是大自然信手拈來的驚喜，還是刻意的笨拙做作？
在人類探索生命奧秘的漫長過程中，因爲蛋白質具有宏觀的性質，首先被發現。而去氧核糖核酸DNA的發現則只是近半個多世紀的事。最近幾年才真正將DNA在生命中扮演的角色弄清。DNA儲存了生命繁衍所必需的全部遺傳訊息。DNA不是蛋白質，而是由核甘(甘字艸首，下同)酸串起來的長鏈，蛋白質有硫沒有磷，DNA沒有硫有磷，非常容易區別。
DNA是生命的資料庫。電腦是0和1兩個碼。以位元組的方式組合0和1，現在已經是256進位，一組碼由256個0或1組成。DNA由磷酸基團串連起來的脫氧核糖，一個脫氧核糖帶著一個堿基（這樣組合起來的單元叫核甘酸），堿基是A腺嘌呤、T胸腺嘧啶、G鳥嘌呤或C胞嘧啶四種。作爲編碼的單元就是這四個堿基A、T、G、C，四位。
在堿基之間，A可以，也只可以和T(DNA)或U尿嘧啶(RNA)耦合，G也有一個唯一的配偶C。DNA是由兩條核甘酸串起來的鏈，一條鏈上的A或G堿基各自對應地和另一條鏈上的T或C銜合，這樣形成的雙螺旋結構非常穩固，可以安全的保護密碼不受篡改。這是自然界演化出來的安全儲存訊息的方法。三個堿基的某些排列決定了二十種(人體必必需的氨基酸只有二十種，而且是L型的)氨基酸中的一個，堿基的其他排列也構成了和標點符號相似的訊息。
DNA上每組三個堿基的排列次序決定了蛋白質中氨基酸的排列次序，從而決定了蛋白質的類別。DNA是宇宙的第一次編碼，即數碼化。
DNA和蛋白質哪一個是生命的主角？蛋白質啓動和執行了所有維持和繁衍生命必需的化學反應，蛋白質也是支撐生命軀體所必需的元件。DNA只是蛋白質執行生命指令時所依賴的資料庫工具。DNA以四個堿基架構了千千萬萬的蛋白質訊息，是複製蛋白質的模具。DNA儲存的生命訊息出現差異，複製出來的蛋白質就出現差異。就人而言，一個蛋白質的不同就可以構成健康問題或性格上的差異。
蛋白質和DNA都由碳原子架構，碳原子有四個化學鍵（矽元素也有四個化學鍵，但不能像碳那樣形成聚合物），可以形成立體結構，因而決定了蛋白質和DNA的立體結構。蛋白質和DNA必須有立體結構才能成爲生命的構件。各種氨基酸或核甘酸不同序的聚合結構可以使它們互相連接和銜合。不限序聚合而又可形成互相銜合的對偶，是形成生命的必要和充分條件。單元的數量少，減少編碼的複雜性和貯存的資源。對應聚合體互相之間可以銜合，就能形成簡單、唯一而又數不完的穩定的配對鎖匙和鎖（開關）。只有一系列的有序開關才能形成自動機，生命就是自動機。宇宙裏除了蛋白質和核甘酸，還能找出具有這種特質的化合物嗎？
人類總是以自己的意識去揣測物質運動的動機。人的活動是有意識或動機，但物質的活動並不需要意識和動機，物質之所以有如此活動，純粹是它的屬性。蛋白質和核甘酸之所以有這樣的結構，純粹是薛丁格量子力學方程所規範的量子化學力驅使。
液態水是生命得以存在的先決條件，因爲水是宇宙間最穩定的簡單化合物，而液態水分子之間的空隙既不像空氣那樣太大，又不似固體那樣幾乎沒有空隙，因此既容得下蛋白分子，而且可以借助水分子的布朗運動和對偶鍵的化學力來移動，達到耦合的目的，從而起到開關的作用，啟動或制止一系列的化學反應，産生生命的效應。
實際上，上萬個蛋白質、核甘酸聚在一起並不一定會架構出生命，它們之間必須有對偶關係而形成一系列有序的開關動作，這些動作的結果使它們的數量成比例的增加，也就是複製出來。被複製出來的蛋白質、核甘酸可以另外形成一個相同的集合體，重複相同的一系列有序開關動作。這時候，這些蛋白質、核甘酸才形成一個生命。就像在市場經濟中的一個企業，如果組織和經營不善，這個企業就一定沒有『生命力』，會被社會淘汰。我們看到社會上有好多著名的大企業，我們沒有看到的是，比這些成功企業多千萬倍的大小企業已經『滅亡』或被生命力強的企業吞併了。當蛋白質、核甘酸不能組織成爲生命的時候，它們就會被分解，不會留下任何痕迹。
從蛋白質和核甘酸的烏合之衆到可以完成一系列有序開關動作而成爲生命，在自然界裏是一個漫長的充滿偶然性的組合演化和篩選過程，時間必定是以億年作計算。現在科學家可以追溯的時間是四十億年，僅僅『人』就至少用了六百萬年來演化。生命，並非大自然信手拈來的東西，亦不是刻意的創作。我們可以將世界分成三部份：放射性元素，正以半衰期的速度在消失；穩定元素，不生不滅；生命，如無意外，以幾何級數增加，若有意外，它立刻被分解得幾乎不留痕迹。
分子生物學揭穿了生命只不過是蛋白質和核甘酸複雜，卻不是十全十美的組合中化學反應産生的效應而已，生命一點也不神奇。
以DNA儲存生命訊息是唯一的最佳方式，目前大自然存在的蛋白質和核甘酸組合──生命──是可行的組合，卻不是最佳或唯一的組合。大自然十分寬鬆，對生命不曾苛求。蛋白質和DNA的互動，不能保證在複製生命的過程中絕對不會出錯，偶然的差錯對進一步的複製可能更好，也可能無關緊要而成爲轉化的契機，或可能是休止符從此絕迹於世。總之，演化的過程充滿偶然性，所以雜亂無章。因爲雜亂無章，所以不完美，我們的世界才會如此多姿多彩。
蛋白質是最好的『開關』構件。千千萬萬的蛋白質中，每個蛋白質都可以爲自己找到『反構』，或者叫『配偶』。這樣的反構對，使蛋白質的功能被關閉或開啓。
當一個蛋白質進入生物體時，如果它關閉了體內有用蛋白質的功能，或開啓了體內有害的蛋白質功能，這個蛋白質就成了劇毒物質；相反，它就是良藥，是營養品。
有沒有這樣的生物，它的DNA包含了所有蛋白質的製作訊息，只不過正常的時候被封閉了？這些就是免疫系統可以隨時啟動的根本原因，可能也是『垃圾』DNA存在的原因。
DNA不但儲存了生命的遺傳訊息，也紀錄了生命的進化。今年人類才剛剛完整的錄製了自己的DNA圖譜。從人類的圖譜可以追溯人類的起源。由人類細胞的粒線體中的DNA，可以追溯人類的母親是十二萬年前（那是1994年的估計，現在追溯到六百萬年前了）的東非人，因爲粒線體只可能由卵細胞中獲得（精細胞進入卵細胞的時候丟棄了自己的粒線體），因此可以排除其他的因素。人類必須完成蛋白質的圖譜，才可以宣告自己已經完全勘破了生命的奧秘。
除了極少數例外，所有生物的遺傳密碼都是一樣的。大腸桿菌、高等植物和人類都是用相同的字典，從基因中翻譯遺傳訊息。這是所有生物都從同一祖先演化而來最強有力的證據。數十億年來，遺傳密碼都沒有改變，如果突變讓遺傳密碼稍有一點變動，蛋白質合成時會加入不正確的氨基酸，生物遲早會死亡。所以這些突變在演化的過程中被強烈地篩選掉了。』（摘自Susan Aldridge的《The Thread of Life》）
偉大的物理學家薛丁格（Erwin Schrodinger）寫了一本暢銷書《生命是甚麽？What is Life? & Mind and Matter》對生命學的發展有非常重要的影響。原來物理學家對生命都有非常濃厚的興趣。生命是另一個宇宙。物理的宇宙有一個起源問題，生命也有起源問題，而且一樣引人入勝。
問題和『先有雞還是先有雞蛋』一樣，先有DNA還是先有氨基酸？人類還不能用無機的方法製造蛋白質，現在人類所需要的蛋白質是通過生物的DNA『製造』出來的。在生命學裏，『酉每』、酵素、荷爾蒙等都是蛋白質，都是生命的基本元件。DNA和蛋白質，哪一個更基本？在地球上最先出現的是蛋白質還是DNA（RNA是DNA的前身，尿嘧啶取代胸腺嘧啶）？單單憑核甘酸串起來的堿基並不能合成蛋白質，還必須借助酵素才行。酵素的合成又必須以DNA作模。有人認爲RNA同時具有酵素和DNA的功能，如果尋根究底，RNA將是第一個出現的東西。而RNA的出現是偶然的，一旦出現，就開始了四十億年的漫長演化。
有強烈的證據證明，沒有DNA，蛋白質一樣可以複製，這種蛋白質叫蛋白病原相關蛋白PrP(prion-related protein)。所謂複製，當這種蛋白質附在另一個（相信結構要相似）蛋白質上，就可以將它變成和自己一模一樣的東西。
DNA是按照遺傳訊息製造新的蛋白質和核甘酸，病原蛋白是將已有的蛋白質改造成和自己一樣的蛋白質，病原蛋白並不真正具有遺傳訊息的特質。因此我們很容易理解爲甚麽生命的絕對主流是DNA了。達爾文可以很好的回答這個問題：有了DNA，生命才有更好的延續。PrP不能成爲生命的主流，因爲它不能更有效的延續生命。以前醫療科學還不發達，人類的自然流産淘汰了大部份的有遺傳疾病的不良胎兒。醫學發達後，有嚴重遺傳病的不良胎兒得以存活，這實在不智，違反達爾文優選生命的進化論。
地球上的第一個蛋白質是如何出現，衆說紛紜，至今仍無一說能夠被證實。有人想避開回答地球上生命的起源問題，向宇宙深處去訴求。對人類的思維，對哲學來說，宇宙深處和地球根本沒有區分的意義。就算地球的生命來自宇宙，那麽宇宙的生命又是如何起源呢？
粒線體、葉綠體和原絲基體在生命起源的早期是獨立的生物，因爲它們都有不同的DNA，後來侵入更大的單細胞裏，發展成共生體，成爲一個完整的單細胞生物，這個完整的單細胞生物就是地球上絕大部份物種的祖先。共生現象和免疫機制是相反的生命活動。多細胞生物肯定不是單細胞的共生體，因爲多細胞生物裏每個細胞的DNA都完全相同。
死亡不是繁殖的驅動力，繁殖和死亡根本對立。我們還不明白動物的DNA裏爲甚麽會有『死亡訊息』，是『惡作劇』，還是『別有用心』呢？死亡可以節省資源這不能成爲死亡的理由。死亡應該和多細胞生物的胚胎發育有關，細胞不可以無限制的分裂，否則生物將不會定型。
難道爲了限制細胞分裂，結果輸入了死亡訊息？或者『懶惰』，而以簡單的『死亡訊息』取代複雜的防止不需要細胞分裂的訊息？或者，更根本的是，『萬能的上帝』還無法設計出防止細胞不必要的分裂的嚴謹程式。現在已經知道，癌細胞是意外被刪除了死亡訊息或制約分裂訊息的細胞。人類有沒有辦法安全地將『死亡訊息』『刪除』，使多細胞生物像單細胞那樣沒有死亡訊息，在必要的時候可以再生器官構件代替受損器官。或者給癌細胞輸入死亡訊息，挽救千千萬萬的生命？
如果秦始皇可以長生不老，今天會是一個甚麽樣的世界呢？想深一層，死亡或是天理。在政制上，八年的最長任期，是對多細胞『死亡機制』的一種智慧的理解。
冷漠的無性細胞有絲分裂繁殖方式肯定不適用於多細胞生物，無性繁殖只能繁殖單個細胞，有性繁殖才能完整的繁殖多細胞生物個體。發展情不自禁的有性異體繁殖，上億年的演化是不是必然的優選過程？佛家和道家都認爲『死亡訊息』和異體有性繁殖相干，在不傷害腦細胞的情況下『關閉』思維活動就可以『刪除』死亡訊息，我們能夠反證這僅僅是一種猜測嗎？
佛家和道家各自發展出『關閉』思維的方法。我們的腦海，名副其實是一個大海，因此從來沒有風平浪靜的時候，既使在睡覺的時候也是如此。佛家和道家關閉思維後，腦海一片空白，意識仍然存在，卻是靜止的。這種境界只有苦修經年的得道高僧才得以進入。在這種狀態下，一系列的生理、心理反應會出現。這種效應不能宣之以口，否則會成爲一種心理障礙（『心魔』），使修煉的成果毀於一旦。爲甚麽佛家和道家會被篡改成爲宗教，因爲它們和精神現象有關。
我們還不知道在所有生物進化的分支中，爲甚麽只有人類可以演化出智慧？或許大猩猩也早已演化成和我們一樣的智慧生物，並且生活在我們中間成爲同類而不自知？而現存的大猩猩只不過是『進化大行軍』的最新『逃兵』而已。
爲甚麽DNA的編碼竟然可以演化成脫離物質（還是和腦細胞有關）的0和1的數碼訊息，和符號組合起來的語言訊息？大自然用四個堿基和二十個氨基酸就可以包羅所有的生命訊息，人類要用多得多的01及其進位元制或符號編碼才能滿足思維的需要。就像人類DNA中有百份之九十五是不明所以的『垃圾DNA』，人類創造出來的訊息至少有半數和存在不能對應，即，物質世界的蛋白質組合效應爲甚麽竟然可以演化成物質之外的精神世界！
生命的神奇正是在於此：這個精神世界成了『上帝』的聖殿。物理的宇宙和生命的宇宙都沒有上帝的容身之所，人類的精神世界就成了上帝的唯一和最後的藏身地。
除了人類或脊椎生物的腦細胞外，對於生物的其他單個細胞，人類已經研究得甚爲詳盡。對於脊椎生物軀體各個細胞之間，腦細胞和體細胞之間，腦細胞和腦細胞之間訊息交換的知識可以說仍然相當貧乏。器官移植還沒有把握，遑論腦細胞的移植了。普通器官移植，仍然是『我』，腦移植，根本是換了靈魂。我們還不知道成長過程中，腦細胞是如何儲存累積訊息，一句話，我們還不知道自己的靈魂來自何處。
將來，人類不再開設學校，人生的早期不需要再在學校長年累月學習基礎知識，只須像電腦那樣『碟過碟』的傳輸訊息到人腦裏即可。『洗腦』或將人腦『格式化』，人的『靈魂』變得個個都近似，令人毛骨悚然的『大同』。
即使像『DNA之父』沃森所說的，我們可以頂替『上帝』這個不稱職的設計師，像筆者的幻想小說《神境通》裏的境界那樣，締造十全十美的生命，只要還有一天，我們不知道自己的靈魂來自何方，上帝也就不會因進化論而成了地質層裏的化石。
今天，我們能夠以達爾文進化論詮釋現存的生物爲甚麽是這樣，我們也能夠以DNA證實現存的生物並非十全十美。我們可以憑DNA技術重組基因，生産特殊的蛋白質來改善生活或生命，玩弄生命於股掌，好象已經揭破了生命的最大奧秘，但是我們並不完全清楚實驗室裏重組基因的短暫時間，是否比上億年的進化具有更大的安全時效。有朝一日，當我們發現實驗室的安全時效是一場恐怖誤解的時候，人類將面臨一場類似恐龍滅絕的大災難。我們不應沾沾自喜，我們實在離完全揭破生命奧秘的目標還很遠。
生命第二個神奇是它的起源竟然可以避開了熱力學第二大定律的咀咒──不可以從無序走向有序！難道新興的『混沌理論』可以解除熱力學第二大定律的咀咒？或許世界上根本就不曾真實的存在咀咒，咀咒只不過是精神的分裂？
參考書籍：Susan Aldridge（著名的分子生物學家）的《The Thread
of Life》中譯本《雙螺旋的探索》
對生命的思索（續篇）
科學家證實瘋牛症的病原體是一種蛋白質。這種蛋白質可以將別的蛋白質『改造』成和自己一樣的蛋白質。
可以肯定，蛋白質就是一種分子開關。蛋白質和蛋白質的資料庫DNA的『有機』組合就是生命。所謂『有機』，就是形成一系列完整、有序、可以重複的開關動作的組合。因此，生命就是蛋白質分子開關的組合。病原蛋白，荷爾蒙、酵素是蛋白質，不是生命。生命是由蛋白質有機構成一個完整序列的開關，蛋白質的烏合之衆卻不是生命。
我們不知道世界上有多少種蛋白質，不知道二十種氨基酸的任意組合是不是可以構成一個蛋白質，我們並未掌握每一種蛋白質的結構，和可以組合成開關的結構原理，從而找到任何一種蛋白質的對應開關蛋白質，並未清楚哪兩種蛋白質可以構成一組分子開關，或，兩種以上蛋白質互爲開關，各組開關組合成更大開關的詳情。
從數學理論計算，由二十種氨基酸組合出來的蛋白質可以有無限多。如果將一種蛋白質中的一個氨基酸換成另一個，甚至只是將相鄰兩個氨基酸互換位置，所得出的蛋白質開關性質可能沒有明顯不同，但也可能大不相同了。這樣的調換，前者造成了生命的漸變，後者造成了生命的突變，甚至造成死亡。蛋白質的開關性質和無限多的種類，是，達爾文進化論的分子生物學原理。也是生物品種有千千萬萬的唯一原因。也同樣是人類思維的無限性的唯一原因。
爲甚麽蛋白質可以構造出生命，生命的所有構件，如眼球晶體，甲、蹄、毛髮、骨骼，都是蛋白質。蛋白質之所以有這個能耐，主要是碳的原因。
碳是有四個化學鍵的元素，這是蛋白質可以形成無限鏈接具有立體結構的根本原因，而蛋白質的立體結構正是蛋白質可以組合成不限種類開關形成自動機的根本原因。而由鏈聚合成大分子的不單單是蛋白質，但是蛋白質的構件卻是只有20種氨基酸，對應於這20個氨基酸的是4個核甘酸堿基，因此，在浩瀚的宇宙裏只有蛋白質可以數碼化，數碼化是蛋白質能夠自我複製的根本原因。
和碳在元素周期表處於同樣位置的矽，從某種理論上說，應該可以構成『矽蛋白質』，但至今，科學家在宇宙裏並沒有發現這樣的蛋白質。其中的玄機有待科學家探索。或者已獲詮釋，只是古月語已記不清了。
感知的有限性和思維的無限性是一種矛盾，這種矛盾表現於理論在終極時出現的『悖理』。例如，科學家說，宇宙在大爆炸的那一剎那，統治現在宇宙的四大力量並未出現，而我們演算宇宙大爆炸的廣義相對論卻正是基於現有引力理論。誇克理論在上世紀六十年代面世的時候，曾經被人譏爲『提起穿在腳上的鞋帶將自己升離地面』的理論。
古月語突然有異想，人類腦部的思維活動實際上是蛋白質的複雜的組合過程，或許只有弄清了蛋白質的這個複雜機制，人類的理論才可以避免悖理的出現。
古月語覺得有趣的是，馬克思主義是一種蛋白質的複雜組合，但是在小農腦裏的舊有蛋白質架構下，怎麽能組合出『無產階級專政』的理論來呢？
在浩瀚繁瑣的社會現象背後，到底隱藏了甚麽樣的原始驅動力？原因一定多如牛毛，原始驅動力則是最終的原因。
原始驅動力只有兩個：（一）生物力，這是最原始的原因；（二）互相箝制力，這是原因，也是結果，互爲因果，原因和結果的無限輪迴。
從第一個氨基酸出現到完成蛋白質的第一個具有繁殖功能載體──第一個生命，我們的宇宙就開始了漫長的變化，蛋白質正在按照自己的面目不懈的改造宇宙，盲目的將所有的物質都變成一種最強的蛋白質組合，一直到出現人類和種類不勝枚舉的生命，蛋白質成了地球的主宰。
人類經過六百萬年的進化，在幾萬年前，人類俱備了語言的能力，才開始了第一次里程碑式的飛躍，可以識別聲音的頻率和振幅，並將之組合成與客體可以對應的一組符號，與此平行，人類逐點用畫線對應了語言，産生文字（這個過程也是經過上萬年才完成）。
這次飛躍，使得生命DNA的第二程式指令完全從生命的第一程式指令中獨立分化出來，使人具有了不同於一般生物的屬性──智慧。人類正在期待第二次里程碑式的飛躍，對自己行爲衍化成的複雜社會現象取得共識。
人類解讀生命的DNA圖譜是一次震撼，最震撼人類的應該是找到了蛋白質的方程式，一種類似元素周期表那樣的圖譜。蛋白質的組合是無限的（蛋白質組合的無限性是思維無限性的物質根據），圖譜中，一組蛋白質像周期表中的一組元素，和圖譜中的另一組蛋白質形成開關，就像周期表中的兩種元素結合成具有某種穩定性的化學分子一樣。一切生命只不過是蛋白質的載體。掌握了蛋白質的方程式，人類就勘破了宇宙最深奧的秘密，也勘破了自己是個甚麽東西。
在沒有勘破自己是甚麽東西之前，人和一切生物沒有明顯的分別，只是蛋白質的載體，具有將一切客體改造成爲自己的屬性。用人類的語言說，就是瓜分社會財富，攫取最大的一份，據爲己有。五千年來，人類如何瓜分社會財富，這正是《原始經濟學》的課題。
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