2020年2月23日 星期日

能量、性、死亡 尼克.連恩Nick Lane

1.後腸是極度缺氧的地方。甲烷菌在素食者體內格外的繁盛,因為植物的硫化物含量普遍較低。肉類富含硫,因此在肉食者體內,硫酸鹽還原菌通常會取代甲烷菌。

2.無恆變形蟲的DNA含量是人類的200倍,可是他的基因數目遠少於人類。這種古怪的矛盾被稱為C值悖論。

3.大部分真核細胞的小房間,都是由最簡單的囊泡變化而來的,有些被拉長壓扁,有些被塑成管狀。最不尋常是核膜,它看起來像是兩層連續的、包住細胞核的膜,實際上是一系列大而扁的囊泡相接而成。

4.粒線體葉綠體的雙層膜特徵,連同它們自己的DNA,自己的核醣體、自己的蛋白質組裝以及半自主的分裂,一同指證了它們的細菌起源。

5.卡瓦略史密斯主張,推動真核生物演化的關鍵步驟,是細胞壁消失這件大災難。

6.普朗克:「一個科學新概念獲得勝利靠的不是說服對手,而是因為最後對手終將死絕。」

7.對細胞來說,維持充足的質子動力,要比保留ATP進行其他關鍵的工作(例如生殖)來得更重要。

8.在生長緩慢,且多功能性備受重視的時候,細菌就可以容忍比較大的基因體。即使如此,在所有全方位細菌中,天擇仍會讓基因體較小的種類脫穎而出,這似乎替細菌基因體的大小設定了一個最高限額,大約是一千萬個字母。

9.細菌可以在數小時到數天內丟掉冗餘的基因,不管長遠來看這個行為有多麼愚蠢。以這個實驗為例,如果負責抗生素耐受性的基因不被需要,他便會從族群中大部分細胞的身上消失,即使未來可能有需要的一天也是如此。

10.已知細菌的基因體尺寸上限大約是九百萬到一千萬個字母,編寫約九千個基因。任何細菌獲得的基因超過這個數目,都會傾向於再度失去它們,因為複製額外的基因會拖慢複製的速度,它們又無法提供與之相稱的好處。這一點上細菌和真核生物完全相反。

11.真核生物的細胞體積平均是細菌的一萬到十萬倍,不過它們的呼吸效率並沒有隨著體積的增加而像細菌那樣下滑。要增加能量效率,真核生物只需要增加細胞內粒線體膜的表面積;亦即只要多擁有一些粒線體就夠了。

12.大尺寸細菌的能量劣勢,往往競爭不過小型的細菌。我們在細菌身上看不到真核式的掠食行為。真核能擺脫這種困境,似乎是因為它們的產能工作在體內進行,這使它們相對不受體表面積所束縛。

13.柯普定律是演化生物學中的一個假說,認為自然界中大體型生物是源自積極的選擇,而不是隨機過程。

14.小鼠活兩到三年,而大象六十年,不過兩者一輩子的總心跳次數很接近。而且在一生當中,兩者體內的單一細胞所消耗的氧氣和食物總量大約相等。一個細胞可以燃燒的能量似乎是固定的。

15.碎形(拉丁語fractus)是在任何尺度下看起來都相似的幾何圖形。

16.克雷伯曲線(代謝率增加的指數比上體重增加的指數)通用常數0.75已證實是錯的,各物種不同,爬蟲類的斜率比較高0.88,有袋類0.6。

17.最大代謝率的修正斜率是0.88,這樣的差距比我們在靜止代謝率所看到的要小,這表示有氧範圍會隨著體型增長:動物愈大,靜止和最大代謝率的差距就愈大;換言之,大型動物普遍會有更長的續航力和更大的力量。

18.防止氧氣的毒性,因為它們會形成自由基,最好的方法就是保持組織內的氧氣濃度盡可能地低動物界各種生物,組織內的含氧量都很接近,大概是大氣中氧濃度的百分之三到四。

19.而要調節組織的需氧量,可利用微血管的密度,或是微血管的開關。

20.鳥類和哺乳類的恆溫不是來自肌肉,而是來自臟器。

21.在野外,哺乳動物生存所消耗的能量,平均而言是同樣大小爬蟲類的三十倍。20度時,爬蟲類所需要的能量只有哺乳類的百分之二到三。

22.休息中的哺乳類,它們的質子梯度約有四分之一以熱的形式散逸掉。

23.恆溫的特性很可能是在體型夠大,熱量的生成足以抵銷熱量流失的動物身上演化而來的,而它們的小體型後代,則必須靠進一步的調整才能解決保溫的問題。如老鼠身上的棕色脂肪。

24.基因似乎完全沒有編寫細胞的構造:基因能產生蛋白質,但卻沒有研究發現如何來產生這裡的膜或是膜去哪裡。意即只有細胞能產生細胞


粒線體造成Apoptosis
25.Apoptosis希臘文,最早由希波克拉底使用,意思是骨頭的衰微。第二個p不發音,讀成「ape-oh-toe-sis」

26.apoptosis。細胞先是縮小,並在表面產生泡泡。最後細胞裂開成為小小的,由膜包裹的構造,名為凋亡小體,免疫細胞會將它們吸收掉。

27.負責執行細胞死亡計畫的劊子手,是名為半胱胺蛋白酶的蛋白質,人類身上有11種。它的作用是將蛋白質切成片段,有些蛋白質會因而被活化,繼而去分解細胞內的其他成分,包含DNA


28.達謨克利斯之劍Damocles:

達摩克利斯是公元前4世紀義大利錫拉庫薩的僭主狄奧尼修斯二世的朝臣,他非常喜歡奉承狄奧尼修斯。他奉承道:狄奧尼修斯實在很幸運,能擁有這樣至高的權力和威信。狄奧尼修斯提議與他交換一天的身份,那他就可以嚐到作為首領的滋味。在晚上舉行的宴會裡,達摩克利斯非常享受成為國王的感覺。當晚餐快結束的時候,他抬頭才注意到王位上方僅用一根馬鬃懸掛著的利劍。因為狄奧尼修斯在他的統治下樹敵許多,他以此劍表示,即使擁有如此多的權勢財富,也得處處提防想幹掉他的人。達摩克利斯立即失去了對美食和美女的興趣,並請求僭主放過他,他不想再擁有如此高的權位了。

達摩克利斯之劍通常被用於象徵這則傳說,代表擁有強大的力量卻也得時常害怕被奪走。

29.啟動Apoptosis方式有兩種:外部途徑,如免疫細胞產生化學信號與初期癌細胞表面受器結合引發。第二是內部途徑,如細胞受損,像照射到紫外線引起DNA損傷活化內部途徑。

30.直接損傷細胞就可以了,毒素,污染物,化療藥,病毒和細菌都會引發。物理性的逆境也會,冷熱、發炎、氧化。

31.觸發apoptosis的主要因素,是粒線體的內膜膜電位,也就是呼吸作用產生的質子梯度消失。如果內膜經過了一段時間的去極化,那麼細胞一定會繼續走向細胞凋亡。

32.2步驟:膜的去極化跟釋放自由基

33.細胞色素c一旦從粒線體釋放出來,游離在細胞內,它們就會和其他一些分子形成凋亡小體,最終活化半胱胺酸蛋白酶。

34.過量自由基生成,會使粒線體外膜開洞稱為粒線體通透性轉換孔,使得外膜膨脹破裂,並伴隨蛋白質的釋放。

35.考古學重建,暗示在最初的真核生物上,粒線體和宿主細胞的關係是寄生的。可以推測原始粒線體會進入一隻古細菌體內,對他的健康監控一段時間,然後觸發細胞的死亡,將宿主打包好再移動到下一個宿主身上。
這段關係最後將死亡的裝置留給了真核細胞。


36.團藻,自由基生成量增為兩倍便會活化和性有關的基因,產生配子。因此布萊克史東的理論:細胞凋亡的最初幾個步驟曾經可能引發了性,而非死亡

37.性和死亡是彼此交織的。在DNA受損時,透過基因重組,或許可以靠同個基因的健全拷貝來取代他;在細胞受損時,將他從身體移除,讓同基因的健全拷貝(健全的細胞)來取代它

38.1985年西班牙帕蒂諾奧運金牌,被測出染色體XY,但她具有「雄性激素抗性」無法對睪固酮做出反應,因此便發育為預設性別女性。

39.有些男人擁有兩個X染色體但卻沒有Y染色體。這種情況下通常是其中一個X染色體併入了一段Y染色體。但這並非絕對,在完全沒有Y染色體基因下發育成男性也是有可能的,或是XXY(柯林菲特氏症候群)。
所以XX,XY並非絕對!

40.鳥類的性染色體寫成W和Z。雄性攜帶2個Z,雌性攜帶WZ。一些甲殼動物,性別並非固定,個體可能經歷性別轉換。

41.普遍的趨勢:合子(受精卵)是不能容忍雙親兩方都傳下胞器(正確說,是細胞質),只能有單親的細胞質能傳下去。問題似乎是出在細胞質基因體:如粒線體、病毒、共生菌。

42.在雌雄同體開花植物中,粒線體盡一切力量避免自己被囚禁在植物的雄性部位,因為花粉不會將它們遺傳下去。它們常使雄性器官不孕,方式是打斷花粉的發育。藉由使雄性器官不發育,粒線體將雌雄同體變成純雌性,以確保自身的傳播(族群變成雌雄同體+雌性)

43.粒線體藉由傷害雄性或殺死雄性確保自身能傳播,像Leber's hereditary optic neuropathy也是。

44.在小鼠和人類身上,雄性粒線體在卵中會被泛素(蛋白質)標記,讓它們在數天之內被摧毀。

45.例外:異質體(受精卵有雄性細胞質)。蝙蝠。可能會針對適應力最強的粒線體進行篩選。

46.至少有百分之十,或百分之二十的人是異質性的。

能量與熱
47.我們體內的熱是粒線體虛擲膜上的質子電位而產生的。我們面臨到的狀況是二選一,被浪費在產熱上的質子梯度,就不能用來製造ATP

48.非洲人:因不需產太多熱,所以會傾向產ATP,而會產生較多自由基,於是更易受到相關疾病的侵擾如糖尿病、心血管。因紐特人傾向產熱,ATP較少,果然這些疾病也較少。但其男性精子的粒線體ATP較弱,所以易有精子不孕症。

雙性別
49.為何會有雙性別,是因為雙基因體系統需要粒線體和細胞核基因的密切配合。為了確保每一代的配對盡可能完美,讓一組粒線體基因和一組細胞核基因配合測試是必要的,這說明了為什麼粒線體基因必須只能來自親代中的一方。

老化
50.長壽的哺乳類和鳥類,都會降低呼吸鏈自由基滲漏的比例。

51.蛋白質、醣類還有脂質的受傷是可以修復的,除非受傷速率壓倒性的快(如輻射中毒)。DNA則不同,雖然DNA受傷也可以修復,但是某些損傷會打亂原本的序列,因而產生突變。

52.所有的粒線體疾病都是異質性的,也就是患者同時有正常和不正常的粒線體。
有些粒線體疾病的遺傳會符合孟德爾定律,因為造成這些疾病的是表現粒線體蛋白質的細胞核基因。

53.遲早有天會有些細胞耗盡了正常的粒線體。這時如果它再次收到徵召,必須生成更多的粒線體,細胞沒有選擇,只好複製那些不健全的粒線體,最後細胞被細胞凋亡給移除-組織會逐漸地喪失功能,隨之而來的便是老化和死亡。

54.馬德里的巴爾哈研究發現,滲漏的自由基大多從呼吸鏈的複合體I漏出來的。這個位置的滲漏會直接流到粒線體的基質,也就是緊鄰粒線體DNA的位置。

55.鳥類降低自由基滲漏率的另一個可能方法,是使它們的呼吸鏈解偶聯,指的是解開電子流和ATP生成之間的連結,所以電子便會以熱的形式消耗掉(另一方法是細胞有大批粒線體且每個粒線體中有大量的呼吸鏈,使每條產線降低工作量,即比哺乳類更有生產餘力

56.卡路里限制:使還原態複合體降低,這解釋了為何運動員耗氧量大,卻不會老的比較快。但是長壽的代價通常反映在繁殖力的縮減上





讀書心得:
20200223
本書也是由尼克.連恩教授所著。因為看了他的生命的躍升後,覺得作者著作內容重要且精闢,想把他所能找到的著作都閱讀一次故借閱。但此書閱讀起來總有不順之處,有些語意奇異或斷句奇怪之處,不向之前閱讀的生命的躍升,內容那麼平順。譯者當時為博士生,或許有關。躍升則為專業譯者。
大概200頁開外開始感覺內文流暢,譯者的翻譯功力進步感受的出來

本書到目前比較多基礎生化,重點環繞在粒線體上。我們能生為智人,擁有燦爛的一生,然後無可避免的死去,都是粒線體之功。成也粒線體,死也粒線體,唉(?)
最近發生Kobe Bryant 逝世事件,他曾說一句名言:You cant have life without death.
不知道他講這句話的背景跟動機是什麼,不然只是聽起來很漂亮而已,有多少人真心想過,如果是真的,why:why? why cant I have life without death?
這句漂亮話其實並不正確

第265 266頁有提到我一直存有的疑問:對個體而言,死亡跟性到底有何意義,舉例性,似乎無意義,以致於必須靠激烈的性快感來賄賂我們。

20200227
對於天擇,看到目前,我仍是認為天擇的作用應該在個體上,而非群體上。群體是個體經過天擇後複製的結果。看來傾向複製自己的種族才能贏得最後的勝利。但是apoptosis的存在,難道多細胞後真的天擇也是作用在群體上嗎?

愈來愈認識生物學與量子力學,無法解除我深層的憂愁與煩惱,對於自己注定的命運(誕生與死亡)究竟應該感到幸運,或是無力呢?
想到塔木德裡一群拉比辯論,最後結論是還沒出生的人最幸福。

目前所有有after life學說的宗教皆無法說服我,因我認為我已知真相了。我沒有堅定的靈魂信仰,甚至說我根本就不相信。
那些學說是不堪一擊的,他們自己就定義不好什麼是靈魂了。
但是這樣的相信(我所認為的真相),究竟算不算是可悲的呢?還是像宗教人士或一般世人一樣,相信有一個根本自己也不知道在講什麼的未來(來生,或是靈魂永存)
比較好嗎?

還是說連思考這兩者的差異,根本也是無意義的呢?
儘管如此,在此之前我仍選擇繼續閱讀,瞭解更多更多。或許以後我唸到人文學了,看法能有所不同,希望更豁達

比想像更多行為、生物模式都是粒線體所控制,生、老、(某些、癌症)病、死都是,人類個體真是粒線體的囚犯,我是無法改變或對抗的了,能做的只有在有限的時間內改變我的行為。

20200304
打字打到一半有些疑問,組織內逐漸喪失功能,那總還是有健全的細胞吧,為何不能發出信號叫那些健全的細胞分裂就好?

長壽的代價通常反映在繁殖力的縮減上:和我在生命的躍升那本的看法竟不謀而合,雖然句子不太一樣。那時我想到,可能終極的個體就是不會死亡但不會生殖/或是個體自生殖,或許真的有這種存在過,但是他的身體能力可能不突出,而且族群沒有留下來

總結這本書也帶給我許多知識,與生命的躍升一樣知道現象後面的原理。擷取56條重點不知是否過多,期初階段先這樣未來知識更豐富了再逐漸精要化。在個人實作上的收穫是限制卡路里以及或許多攝取CoQ(或許再+omega3)

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