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龟虽寿:宏观研究v.s.微观研究(上)

已有 2256 次阅读 2016-11-17 11:57 |系统分类:科普集锦| 生物学, style, color

神龟虽寿,猷有竟时。腾蛇乘雾,终为土灰。 老骥伏枥,志在千里;烈士暮年,壮心不已。 盈缩之期,不但在天;养怡之福,可得永年。 幸甚至哉!歌以咏志。    


这首诗也是个老生常谈,说的是1800年前,伟大的政治家,军事家,文学家,魏武王曹操先生通过细致的观察,得出了如下两个结论:


(1)凡是生物都要经历 衰老最后死亡的过程;

(2)冷血动物(神龟和腾蛇)比哺乳动物(老骥和烈士)寿命要长,衰老要慢;


并为今后的研究指出了方向和憧憬:“盈缩之期,不但在 天;养怡之福,可得永年“ ---- 虽然长生不死是不可能的,但是好好保养则可以减缓衰老,延长寿命。


魏武王的观察和结论基本上没有错。大致说来,绝大多数生物都要经历衰老,虽然在某些生物体内(比如某些海洋动物)观察不到衰老过程(这些动物死亡完全出于 外界因素)。某种水母到一定年龄甚至可以返老还童,然后再老化,再还童,循环反复,似无穷尽。至于这种水母为什么还没有蔓延全球,替代人类,我也不知道原 因。


衰老学,在当今生物学界,可能是仅次于免疫学的热门学科,每年有上亿的资金投入,十几个专门期刊。在这个学科里,由进化生物学家所进行宏观研究,与Blackburn(诺奖得主)等等分子生物学家所进行的微观研究,都取得了极大的成功。更重要的是,两个学派携手共进,精诚合作,正朝着魏武王指出的方向从胜利走向胜利。


请注意,同志们,我这里说的不是“整体论 v.s. 还原论”,而是“宏 观研究 v.s. 微观研究”。盖我说了一万次了(百年之后还要刻在墓志铭上)“科学活动都是还原论的,不存在‘非还原论'的科学”。但是,同是还原论,同是实证/分析/逻 辑,还有着眼点的不同。现如今的生物学是微观研究的天下。我曾经归纳过这种研究的局限性:


1。 对很多系统来说,你不知道要往下分析到哪一层次,才能对整个系统有个清醒的认识。

2。 对很多系统来说,你知道要分析到哪一个层次,但是技术上做不到,不允许。

3。对绝大多数的复杂系统,即使你能清楚地知道每一个TNND 最细小的元素的最精确的行为, 你还是搞不定整个系统的行为。 为什么? 因为 混沌,饺子,汤圆,非线性,蝴蝶效应,“整体大于部分之和”,“涌现“。。。。。


如今N年过去了,我儿子都快和车辕一样高了,我上面的那点小见识如果没有一点点新意,没有一点点发展,也不好意思再撰文让诸位大贤来耻笑。所以今天自己反驳自己一下,再献点新鲜货色。


对于第一条,科学的精神本来就是要往下不停地探知,本来就没有个头,所以,这一条对基础科学来说不是一个问题,虽然对很多实用科学,工程学来说,探求到了 某一个层次就必须打住。所谓的“原子生物学”虽然在实用上没有什么价值,但是对于基础科学来说,对于增长人类的见识还是有用的。


对于第二条,技术的限制就是说黑箱理论。既然打不开箱子,也就只好从整体入手,而忽略箱子里的细节。 批判整体论的人们,尤其是批判中国古代思维(尤其是中医)的人们,在这个问题上已经说得很多了。仅就这一点来说,我并不反对这些人的批驳。中医中的很多理 论,确实是在技术很落后的情况下,根据直觉/猜测发展而来的。 但是,随着技术的发展,这一点也不成为问题。


第三条,其实,也还是个技术的问题。随着大型计算机的发展,随着数学本身的发展,如果知道了每一个TNND 最细小的元素的最精确的行为,是很有可能在一定精度上预测整个系统的行为的。


所以,我今天要讲的是第四条。在第四条里,我首先假设整个系统都存在混沌,非线性,蝴蝶效应,“整体大于部分之和”,“涌现“,这些东东,然后阐明,即使不存在这些东东,微观研究也不能代替宏观研究。至于这第四条的具体表述,等我在这篇博文的结尾再阐述。


OK,现在回过头来说衰老。


衰老的微观研究所取得的巨大胜利是举世瞩目的。那年的诺贝尔奖就给了TNND熊的什么端粒酶。这些人的着眼点在于,这个这个这个,比如,基因,yeah, 看看百岁人瑞的基因表达与常人有什么不同,在果蝇,线虫,酵母菌里面敲掉几个基因,看看寿命会如何变化。在这方面,我不得不服现代的技术和这些人的成 就。(其实他们所搞的,大部分都属于胡德所定义的系统生物学,而不是我心目中的系统生物学)。我当年做博士后时,隔壁实验室的一个大牛专门研究犹太百年人瑞的基因, 而他确实也发现了人瑞和凡人之不同,纽约时报,甚至连国内的中文媒体都有报道。在果 蝇,线虫这些生物里,这些人也确实制造出了一系列长寿变异。再比如什么分子通路,调节个胰岛素啊,细胞因子啊,也确实发现一些衰老的机制。蚁 后与工蚁的寿命不同,很多人不解,后来发现,这个不同很有可能是因为胰岛素和生长因子的通路不同所引起的。


这个么厮么厮端粒酶则是衰老微观研究的最高最活的顶峰。端粒酶是合成端粒的。端粒这个东东在DNA上,细胞每分裂一次,这个东东就短一点,短到一定程度,细胞就不能再分裂,也就到寿了。人们认为这 就是衰老的原因。最近,美国的科学家在老鼠的端粒上作了些手脚,结果使年老德衰的老鼠又重新焕发了第二春,不仅谈了恋爱,而且怀胎生子。文章发表在Science上。


但是,但是,但是,微观研究却不能,永远不能,绝对永远不能,无论如何绝对永远不能,解释和解决很多关于衰老的基本问题和实用问题。举几个例子:


1。生物为什么会衰老?衰老显然是不利于生物个体的,那么在漫长的进化过程中,选择机制为什么没有把“衰老的因素”给淘汰掉?


既然有些生物不衰老,就说明衰老不是不可避免的,那为什么还是有这么多动物衰老?为什么这些基因也好,细胞因子也好,要以这种方式表达,要以这种方式工作,以至于生物不得不衰老?


2。为什么有的动物衰老的快,有的动物衰老的慢?为什么老鼠只能活2-3年,而狗可以活20年左右,而大象可以活7,80年?同样的细胞,比如血红细胞, 一模一样的结构,一模一样的功能,为什么在老鼠身体里活的时间就短,而在大象身体里活的时间就长?


3。为什么在实验室里制造出来的,由于基因变异而长寿的,果蝇,线虫,这些东东总有各种各样的缺陷,比如无法生殖,无法生长。多子多福,福既然和子的数量成正比,那不能生儿子,活那么长还有什么意思?


4。同一个物种,同样的体重,同样的食物,为什么生活在某些地区的衰老的慢,而生活在某些地区的衰老的就慢?


(注意,我这里说的还不是什么饮食习惯啊,生活作息规律啊,锻炼身体啊,抽烟喝酒啊,社交活动啊,这种在人类社会活动中,个体的差别对寿命的影响。(我猜有人会往这方面想,所以先提出来)。对于这种因素,则更需要宏观的研究。这里姑且不论这些个体生活习惯上的差异所带来的衰老上的差异。我只说非人类的动物 界的事儿。)


这些问题,有些要求宏观的研究,有些要求宏观和微观相结合的研究,但是无一例外,都要求先从宏观入手。即使不存在什么混沌,涌现,非线性,单纯的微观研究也无法解释这些问题。


感谢从宏观着眼的先贤们和如小衲我这样的后辈们的努力,以及从微观着眼的科学家的竭诚合作,这些问题很多都已经有了答案,很多有了一部分答案。


正是,人生百年,白驹过隙,我还没敲几个字,媳妇儿就叫吃饭好几遍了,所以,且听下回分解吧。




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