Paul护士爵士和生命©Getty Images

保罗护士爵士和生活

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Amy Barrett: 您好,欢迎您想要了解播客从科学焦点杂志后面的团队中了解播客。 科学焦点杂志的艾米Barrett,社论助理。对于本系列,我们从谷歌,听众和科学焦点团队中获取问题,以便专家帮助您在短短30分钟的剧集中了解科学的关键思想。

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今天我加入了伦敦弗朗西斯克里克研究所主任遗传学家保罗护士,以及2001年诺贝尔生理学或医学奖的受助人之一,他与李兰哈特韦尔和蒂莫西亨特分享。保罗最近发表了一本帮助读者了解生物学的书,称为生命是什么?他将在今天与我们分享来自这本书的一些概念。

让我们在大问题上直接潜水。什么是生物学?

保罗护士爵士: 嗯,我的书,它做了解决生物学,所以它与你的问题有关,真的探索我们如何定义生活,什么是生命?真的这是生物学的中心主体。我想在这里做的是尝试识别一个人能够理解的原则,这些原则可以了解生活和生活的东西之间的不同。这可能是生物学家不思考的事情。

你知道,物理学家总是有宏伟的想法,他们有很多关于盛大想法的书籍等。我们的生物学家在某种程度上往往有点平凡。我们喜欢描述事情,你知道,比如栖息地的物种数量,或者在甲虫的腿上有多少种头发。我是一个分子生物学家,所以我序列基因。所以这是很多细节,这就是我们倾向于倾向于倾向的东西。

但实际上,生物学中有一些真正的大想法,我至少描述了一些人,他们可以导致理解生活的原则。所以这是一本相当简短的书,它的目标只是普通的读者试图处理这些主题。

AB: 所以对于长期没有遇到生物学的人来说,他们需要了解它是什么需要了解它,以便他们抓住生活是什么?

PN: 好吧,我在书中所做的是描述我所谓的生物学伟大想法的五个。它们是细胞,这是生命的基本单位。我们都是用细胞制成的。事实上,有一些只有一个细胞的生物。所以这是一个非常重要的想法。

第二个是基因,这是遗传的基础。这就是为什么当我们有不同一路时时,我们看起来有点像我们的母亲和父亲,植物看起来像是植物,聚集在一起制作那种植物,这是遗传。而这是基因。所以我谈论基因作为遗传的基础。

然后可能是生物学中最伟大的想法,这是自然选择的演变。查尔斯达尔文的伟大主意,因为这导致了有目的的生物。这是一个非常聪明的想法。他们有目的。你知道,他们成长,他们保持自己,他们重现自己。并基于,实际上,细胞,你可以通过自然选择的基因,生物体可以获得这种目的。他们如何做到?

好吧,这是两个下一个想法,他们这样做是因为它们是化学机器,奇妙的精致化学机器是他们的增长的基础以及它们如何复制自己等等。它全部连接在一起,因为它们也是信息机器。因此,化学的所有不同位与化学的其他位交谈,导致他们表现为整体。这是整个生物体。这是五个想法。然后我从中生成原则,试着说出我的思想生活。

AB: 所以似乎细胞对我们对生活的理解是非常基础的。你能告诉我什么是细胞?

PN: 嗯,细胞是在生活单位的两个含义中的基本生活单位。它们是基本的结构单元,我的意思是我们在这个星球上所知的每个生物都是由细胞构成的。我们有关于,三万亿细胞。如果我有错了,那就是你要记住的只是它是他们很多,它是一个基本的结构单元。但它也不止于此。它也是基本功能单位。

现在,我的意思是什么?我的意思是它作为生活的作用。它具有一些生命的生活属性。我是一名研究人员,我在酵母上工作,只有一个细胞。因此,在那个单个细胞中看到了所有生命的特征。例如,像我一样,就像我所说,大量的细胞一样。但是,有一件事,如果你对我所说的话对细胞不感兴趣,总是记得你曾经是一个单一的细胞,当你父亲的精子进入你母亲的精子时,你是单个细胞。

因此,您有兴趣的理由和其他人对细胞感兴趣。

AB: 细胞有多大或多大或多小?

PN: 好吧,它们可以很小。如果我们服用细菌,例如,这是最小的生命形式之一,它们只有一个或两个微量测量仪,微米是百万分之一米。所以这绝对是小小的。如果我们服用酵母,所以我学习,它是10微米。所以它仍然非常,非常小。

但有些细胞可能真的很大。如果你拍了一个鸡蛋,当你看看那里的蛋黄,那是一个单一的单元,然后将 -

AB: 真的吗?

PN: 绝对地。它将接受重复的部门,最终会制作一只小鸡。但这是一个单一的细胞,这很大。或者,如果我们服用一个可以传播的神经细胞,可以从腿部延伸到腿部,这可能是半米甚至一米长。因此细胞的大小不同于千倍或更大。所以他们非常多样化。

AB: 而且你已经提到细胞可以分裂。他们如何做到这一点?

PN: 嗯,这是关键的,因为如果你有一个细胞,它可以保持自己,它可以成长。但终身关键的是,在它已经生长了一段时间后,它可以分为两个并产生两种新细胞。这两个新的细胞表现得像原始单细胞一样。

这是因为它们含有从母细胞继承的所有基因。所以你有一个母细胞,两个女儿细胞和许多人 - 它们包含你在那里的类似基因。因此,它实际上是生命中的核心,因为如果你不能重现,你不能再现,你真的不去任何地方。

我的意思是,这是生命中绝对的核心。它是怎么发生的?嗯,它发生在实际上我研究它称为细胞周期的过程中。它是什么意思是,它是细胞再现自身的循环。对于那种批评再次回到基因是两个过程。

复制所有基因的一个过程。所以而不是有一个副本,你有两个。然后在细胞周期结束时,将这两份副本分成新分割的细胞。和每个细胞周期,每个生殖周期都必须有这两个过程工作。我几乎花了几乎我的一生都试图了解控制这些过程以及它们为什么以这种常规方式发生的原因。

AB: 那么,细胞是如何知道何时要分割的时候?

PN: 你知道,这是一个非常好的问题。 40年来,我仍然不太确定答案,是诚实的。而且我只是希望我还有几年的时间让我实际上可以破解它。我对大多数单元格很重要,它实际上你可以说出问题,而是简单地说明这个问题。

细胞生长到一定的尺寸。原来的大小经常如此,然后他们划分,所以某种方式,细胞知道它有多大。它测量它有多大。这是整体行为。我提到了一点。它是一个整体行动。它知道它有多大。

它对自己说,如果它可以说话,现在是时候分裂了。并且它经历了划分过程和已被复制的所有基因被复制的分离,分离成两个新分割的细胞。所以你要求的问题大多都减少了细胞如何知道他们有多大。这就是我真的很感兴趣的东西。

我不得不说,我不知道答案。我有一些想法。但是,当您获得该信息时,您的信息,您有多大,然后必须激活导致生殖过程的化学和通过关键分子来解决。我不会谈论分子太多,因为它变得有点复杂,但这是一个关键分子。我确实想提到这个被称为循环依赖激酶的这个。这是一种酶。

并且那种酶触发了细胞再现自我所需的所有事件。我的实验室与一个或两个其他实验室一起发现了它。所以我们在几年前发现了它。我在酵母中发现了它,然后表明,在人类和酵母和人类之间的一切中均有相同的过程和相同的酶。

所以这是我的尤里卡时刻。对此感到非常兴奋。而且我们表明这是一个相当是一个实验,每个人都认为不可能的工作。我服用了酵母细胞,其在制造该酶的基因中有缺陷。这是我们称之为CDC 2的基因,但您不必记住CDC 2。

我们所做的是我们在酵母细胞上撒上人类基因。它不太那样,但这基本上发生了什么,洒在细胞上。这个理论就是这样。如果人类具有编码相同基因或相同类型的基因的DNA,则我应该说,如果一个细胞接受,它可以拯救缺陷的酵母基因,如果你看到我的意思。

所以我使用在该基因中有缺陷的酵母菌株,并且不能在高温下分开。它在低温下分裂,但不在高温下。并且只要我们的意思是,当我的意思时,我们是Melanie Lee,他是在实验室的一个矿山的合作者,他做了大部分实验以及她所做的那样,将基因撒在这种缺陷的伤税上,这缺陷寻找一个人的基因,将成为它分裂。

我们找到了它。我的意思是,没有人认为可能是有效的,因为你想象酵母和人类在十五年前的进化条款中分歧。这是一千五亿年前。这是惊人的。

这意味着我们可以采取,尽管已经巨大的时间,但它仍然有效。它仍然有效。这就是为什么我们可以得出结论,我们所看到的一切,我们可以看到的生物,如真菌或植物和动物的目的是那个实验发现的相同的控制。

AB: 太棒了。因此,酶本身必须在地球上生命的早期阶段非常基础。

PN: 好吧,我们可以看到的大部分生活是根本的。它以非常简单的生活形式不同。例如,细菌,它们没有那种酶。所以,在某种程度上好,我会打电话,我会说发明了,它没有发明,但它在一个十五亿年前和20亿年前的一分之一到来。

但这个星球上的生活一直在大约三十亿年。因此,对于前几十亿年来,它不起作用的细菌。但一旦它发明了20亿年前的一点五,它居住了除细菌外可以说的所有生物。

AB: 这真是太棒了,你提到了这个词基因一点。你能告诉我它是什么吗?

是的,我应该这样做。这样基因就是基础。这是我在书中的第二个想法,其实。基因是遗传的基础。它们是继承的关键。所以我看不出你有什么颜色的眼睛,但它们将由基因控制。我有蓝眼睛,会有一定的基因组合,赋予蓝眼睛。

我们拥有的许多特征以及每一个生物都是由与环境相互作用的基因来确定。我的意思是,受你吃的东西以及你如何生活和所有这些东西的影响。但基因绝对至关重要。

现在,他们是由什么制成的?嗯,这是一个非常重要的发现。它们由化学制成。化学品是DNA。这是脱氧核糖核酸的首字母缩略词。但是,让我们称它为DNA,因为它更容易说。

这是在20世纪40年代发现的,1944年,45岁被发现。它被发现在我曾经工作的研究院。我曾经在纽约成为其总裁,但不是在1945年,必须说 - 稍后一定是在1945年。这是由研究人员所展示的 - 在那里的研究人员集合,DNA是基因的基础。但他们是怎么做到的?一点点。他们使用了一种类似的思考,我刚刚描述了如何找到CDC 2基因。

他们所做的是他们服用了一种无害的细菌,没有引起疾病,他们患有类似的细菌,这使得这种疾病产生了类似的细菌,它们从那个引起疾病的人中提取了不同的化学品。而且,有点像我们在50年后那样撒到细胞。

他们发现,如果它们将DNA撒到丧失的细胞并没有引起疾病,那么它们可以将它们转化为导致疾病的细胞。所以他们得出结论,DNA必须是遗传的基础,即在20世纪40年代中期。

然后是大多数人更熟悉的第二个实验,实际上是在英格兰完成的那个,这是基于DNA的结构。这是基于由Rosalind Franklin和Maurice Wilkins在伦敦做的实验的基础上,看着DNA的结构。它被吉姆沃特森和弗朗西斯克里克解释在剑桥上。

这导致了非常着名的双螺旋结构,这是DNA的基础。双螺旋结构装置是这就像是扭曲,扭曲梯子的梯子,梯子的侧面通过梯子的梯级连接,并且侧面由四个化学底座组成,并且它们具有名称。我要把信件给出,所以我们不必记住它们,AGC和T.以及这些化学品的聪明是,如果你有一个梯子的一侧,那么只能连接到一个t上梯子的另一侧通过梯级。

所以你有一个连接的t,你有一个连接到c的g.而这意味着如果你现在拉梯级来打破梯级并将那些梯子拉开,你将拥有一个,例如,一个侧面和一个将与t,等等连接。因此,您可以制作原始DNA模型的精确副本。这不是一个聪明的想法吗?

所以知道它是DNA的结合很重要,然后获得结构真的揭示了基因中遗传的基础。这就是为什么这是一个重要的想法。

AB: 所以每个生物的DNA只有那些A,G,C和T?

PN: 绝对正确。每一个生物。并且包括细菌,即使他们更原始。所以它甚至更老了。在这个星球上,它可能很快就会出现这种情况。我们正在谈论三个月十亿年前的生活。首先,它可以看出我们所说的是,我们可以看到什么样的化石,化石细菌,这是三十亿岁。

AB: 哇,含DNA?

PN: 是的,好吧,我们不知道它们是否含有DNA,所以我们确实如此。但是由于行星上的每一个生物,我们都知道包含DNA的内容,我们是假设一个人也是如此。

AB: 唔。所以我们拥有的基因,我们都有相同数量的基因吗?

PN: 我们,这就是所有人,都有非常相似的数字。我们有22,000。基因组,人类基因组接近20年前。现在,实际上,它仍然不是绝对完整的,但我们比20年前的信息更多地了解它。而且有22,000人。

现在我的实验室组织了测序 - 回到我的酵母 - 我在人类基因组测序前一点工作的酵母。所以它有点旧。酵母比人类更容易。所以我们在20年前完全完成,我们展示它只有五千个基因。所以我们有22,000人,酵母有5,000人,但有些生物有更多的基因比我们所做的更多。一些植物有50,000个基因。可能更多。

所以,有大量基因并不意味着你是聪明的。它只是意味着你有能力可能是聪明的。所以不同的生物有很多不同数量的基因。

AB: 这对我们今天来说。在下一集,保罗和我将在我们离开的地方拿起去继续说话的基因和DNA。他将揭示这些是理解地球上生命的进化的关键,甚至探索我们星球外面的一些可能性。如果您享受了这一集,将在下一个发表中,为什么不订阅它在发布时收到通知?更容易理解关键科学概念的解释,访问ScienceFocus.com,或者接受最新的科学焦点杂志。


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