我靠打爆学霸兑换黑科技 第915节
“你想的是什么？”宋河期待。
“酶。”虞半梦道。
“确实不对。”宋河笑了，“这么简单的问题都猜不出来吗？生命最本质的东西是什么？这个问题想不明白，你们要以什么为主线去做细胞呢？无头苍蝇一样瞎做？”
三个学生满脸沮丧，脑袋快想破了，确实想不出来。
“energy。”安东尼奥忽然在一旁开口。
“诶，你不要剧透，我引导学生们学习呢！”宋河不满。
安东尼奥嘿嘿笑。
“没错，就是能量。”宋河严肃道，“生命最关键最本质的就是能量！”
三个学生一怔，脸上浮现若有所思的神色。
“您是说……把细胞理解为一种机械，机械需要供电才能运转起来？”卢庚摸着下巴，“生命本质上就是能量带动一些零件运转，能量消失了，零件都不动了，生命随之消失！”
“就像工厂里的生产线一样。”查信然点头附和，“有些生产线通电运转起来就不能停电了，一停电机器就坏，细胞就是一座座能量工厂。”
“你们理解的都对，总之能量是生命的关键，这又牵扯到熵，生命以负熵为生，但关于熵就不展开了，只讲和实验工作有关的。”
“接下来你们的工作最好以能量为主线。”宋河顿了顿，“稍微串一下知识点吧，你们认真听，有不明白的地方回去找资料补。”
三个学生努力睁大眼睛，强忍通宵不睡的困乏，认真听讲。
“生命里最常用的能量货币，高考必考内容，三磷酸腺苷，简称atp。”
“我们把细胞里的蛋白质都看作一台台老式的投币游戏机，atp就是硬币。一枚硬币投进游戏机里，游戏机就转一下，整个细胞里满是投币游戏机，需要源源不断的硬币投进去。”
“比喻成硬币，不如比喻成电池，每个atp都是枚小电池，一枚枚小电池不断塞进蛋白质机器里供电，更形象一些。”安东尼奥插话。
“差球不多，电池硬币都行……言归正传，拿人体细胞举例，一个人体细胞平均每秒消耗多少atp，学过吗？”宋河问。
三个学生齐齐摇头。
“那你们知道其他什么细胞每秒消耗多少atp吗？”宋河又问。
“好……好像从哪看过，忘了。”卢庚挠头。
“不行啊！准备工作不充分，这么做科研项目可是不行的，开项目前要把所有知识准备充足，否则真动手做之后会走弯路。”宋河温和地批评。
三个学生微微愧疚，连连点头。
“一个细胞每秒消耗1000万个atp，人体细胞总数平均40万亿个，每天全身耗掉的atp和我们的体重差不多，相当于60到100公斤的atp。”宋河说，“但实际上，我们全身总共只有60克atp，一枚鸡蛋的重量，听到这里你们想到了什么？”
“血液。”虞半梦说，“古代欧洲有医生研究人体，认为心脏在源源不断造血，每次心脏造出血液，流到全身后就被身体吸收清空，然后心脏再重新造血，如此一来每天要造海量的血。”
“医学史学的不错，但还没说到点子上。”宋河道。
“每分钟两次。”卢庚突然说。
“对了！”宋河满意点头。
“什么意思？”虞半梦一怔，扭头看卢庚。
“就是简单的计算题啊，你要学会揣摩圣意！院长给咱们摆数据，是为了让咱们计算。”卢庚解释，“每个atp分子大概每分钟循环两次。”
“是的，现在要给你们树立关于细胞能量的印象，这种肉眼看不见的知识你们认真感受，对接下来工作有帮助。就像你开银行要对社会上的金钱流转有个清晰印象，否则你是开不好银行的。”宋河继续讲课。
“再举个例子，大肠杆菌，每20分钟分裂繁殖一次，每次繁殖消耗500亿个atp，500亿atp的总质量相当于大肠杆菌体重的50到100倍。”
“现在你们应该清晰体会到了，生命最关键的是能量，汹涌澎湃如海啸一般的能量，在所有生物体内不停运转！”宋河强调。
“像火箭发动机。”安东尼奥插话附和，“所有生命的能量运转之凶猛，都犹如喷射的火箭！”
三个学生微微呆滞，他们学过atp反反复复的运转，但不知道运转频率如此暴烈，无论显微镜里蠕动的小细胞，还是上课时有气无力的同学们，看上去都不像能量充足的样子，因此这件事相当反直觉。
“下面咱们缩小一下。”宋河道，“想象咱们每个人的身体急剧缩小，都变成一个小atp。”
第1325章 不做燃油车，做电车
“来，闭上眼睛，听我描述，想象一下场景。”宋河说。
三个学生乖乖闭眼。
“你站在线粒体边缘的蛋白质膜孔里，就像站在穿山隧道入口，走进去，进入线粒体内部。”宋河认真描述。
“满地都是蛋白质机器，无数小球从机器里射出，就像网球场的自动发球机在向外快速喷射网球，你面前密密麻麻全是发球机，空中数不清的高速网球。”
“喷出来的网球是什么？质子！带正电荷！”
“你绕过这些网球机，一直往深处走，来到线粒体基质，这里更乱！墙壁来回涌流，墙上镶嵌各种蛋白质机器，轰隆作响来回旋转，每个机器的运转方式都不一样，震动、噪音、热量，搞得你头晕脑胀！”宋河激情澎湃地描述。
“老师您别形容的这么逼真，我们刚通宵，您这么一说真有点头晕！”卢庚求饶。
“好，你现在站的这个乱哄哄的位置，线粒体呼吸作用的场所，它的运转机制是是什么？”宋河继续讲。
“你吃掉的食物被消化吸收，食物分子来到这里，被拆下电子，电子传递给呼吸蛋白，名字叫复合体1。”宋河说。
“现在睁眼！往窗外看，看到了什么？”
三个学生扭头，窗外校园辽阔，东西挺多，一时间有些不敢回答。
“楼啊！”宋河着急，“对面那么大一栋楼看不见吗？”
三个学生连连点头，“楼！”
“如果你们现在是atp大小，那么复合体1的规模就是这栋楼！”宋河讲述。
“这栋楼不是静态的，它是一台复杂精密的机器，高速运转变化，楼层像魔方一样动，不断把电子吸进来再吐出去，吐给下一个巨大的呼吸蛋白……很多栋高楼大厦般的呼吸蛋白形成呼吸链，电子就在这几栋楼里跳动！”
“具体怎么跳动？这进入量子物理领域了，某种量子隧穿效应，距离单位是埃，1埃是一个原子的尺寸，这些呼吸蛋白的间距只要在14埃以下，电子就会逐个跳过去，就像蛤蟆从一朵荷叶跳到另一朵荷叶上。”
卢庚火速从兜里掏出一个小本子，摁开圆珠笔做笔记，显然有点灵感了。
“但只要够近就可以跳吗？”卢庚问，“会不会跳错方向？”
“氧气嘛！”宋河说，“呼吸作用的氧气是干嘛用的？用氧气来吸引电子往特定方向去跳，化学性质决定了氧气的吸引力！”
三个学生恍然大悟，卢庚又快速写了两笔。
“刚刚讲的这一连串规模巨大的复杂机关，所有轰隆运转的呼吸蛋白大楼，只有一个目的！”宋河竖起一根手指，“运输质子！”
“电子流是质子运输的能量动力源，从食物分子里拆下的每对电子，会让10个质子被送到线粒体内膜对面，形成质子梯度！”
宋河再次抬手指向窗外，“楼一样高的呼吸蛋白，在每个线粒体里都有几万个，所以对咱们小atp来说，一个线粒体就相当于一座大城市！”
“每个细胞里有成百上千个线粒体，人体40万亿细胞有10的15次方个线粒体，这茫茫多的线粒体每秒运输10的21次方个质子，质子总数和宇宙中的恒星差不多。”
三个学生再度傻眼，老师试图让他们对细胞内的能量变化有个印象，但此刻描述的概念过于宏大，已经超出了想象力极限！
只能勉强想象成，每秒钟都有一场宇宙大爆炸在人体内产生，无数闪亮的恒星散布全身……但宇宙大爆炸也是无法想象的巨大概念。
“质子运送完之后，在膜两侧形成质子浓度差，而它本身又带正电荷，因此膜两侧形成了电位差。”宋河继续讲。
“电位差是多少呢？150到200毫伏。”
“听起来很小对吧？但别忘了咱们是在微观尺度，膜的厚度只有6纳米，因此形成的电场强度是每米三千万伏特，猛烈堪比闪电！”
“如此巨大的质子动力用来干什么？用处很多，细菌会用质子动力来驱动鞭毛，咱们现在聊线粒体，那么就是驱动纳米级的蛋白质机器，atp合酶！你们刷论文的时候见过atp合酶的图吗？”宋河问。
“见过，像一个旋转马达。”卢庚接话，“非常精致复杂，转速比车轮胎还快。”
“那个东西精致到不像自然进化出来的，像上帝设计的。”安东尼奥插话，“我相信是上帝做出来的。”
“我相信是自然进化出来的。”宋河说，“我见过一个数学模型，计算蠕虫身上原始的感光眼点多久能进化成眼球，假设蠕虫能活一年，每代形态的改变不超过1%，最后只需要五十万年就能进化出眼睛！生命进化了多久？五十万年不过弹指一挥间，生命是以亿年为单位进化的，出现复杂的结构毫不奇怪。”
安东尼奥耸耸肩，“你是数学家，你对概率有判断，我看不透概率，只能惊叹上帝造物的神奇。谁知道地球上的生命有没有被设计过呢？”
“言归正传。”宋河说，“刚刚你们听了atp合成的能量来源，印象最深刻的是什么？”
“楼。”卢庚说，“从宏观视角看，都是很小的东西，但我们缩到atp大小之后，那些蛋白会变得像楼一样巨大，而且结构复杂。”
“很好！”宋河点头，“刚刚你们用了工厂的比喻，其实工厂太小了，细胞内能量流动带动这些巨型蛋白机械，就像城市运转一样复杂，即便只看每一个单独的蛋白，结构也像汽车发动机一样精致。”
“下面要进入一个重要的概念了。”宋河说，“路径依赖！”
三个学生若有所思，似乎已经想到了什么。
“卢庚，你说。”宋河抬抬下巴，“你想到了什么？”
“细胞内的蛋白质机器极度复杂，这种特别复杂的机制很难修改，因为稍微改错一点，整个机器就会土崩瓦解，只能在原有基础上微调，也就是路径依赖。”卢庚说。
“没错！”宋河微笑，“继续！”
“如果我们人工设计生命，可以打破这种路径依赖，重新设计蛋白质机器？”卢庚瞪大眼睛，“院长您是想告诉我们这个吗？”
“悟性不错！”宋河欣赏夸赞，“自然界已存在的细胞，就像燃油车，经过漫长的修改，燃油发动机越来越趋近于性能上限。”
“但如果重新做车子，可以走截然不同的道路，譬如做一台电车，一台平价电车的加速破百时间，可以直追百万豪车！”
虞半梦开口，“而且电车的自动驾驶效果更好，燃油车的自动驾驶效果差，不止是性能上限突破了，功能限制也可以突破！”
“说到点子上了！”宋河赞许，“谈到功能限制，咱们要进入一个重要话题，原核生物和真核生物的基因规模！”
第1326章 高能量
宋河从兜里掏出手机，展开大屏，三两下点出一份文件。
“瞧瞧。”宋河把手机递过去，“这是100种细菌古菌和70种真核细胞的数据，观察一下，算算数字。”
三个学生凑在一起翻看文件，片刻后归还手机。
“看出来了？”宋河问。
“我粗估了一下平均值，相比而言，真核细胞的体积巨大，是细菌古菌体积的一万五千倍。”虞半梦说。
“同时真核细胞的呼吸速率低一些，大概是细菌古菌的35%。”查信然补充。
“那么每个真核细胞每秒耗氧速度是细菌古菌的……5000倍！”卢庚说，“院长您刚刚说基因规模，我又临时想到一种算法，算单个基因平均能使用的能量，结果是20万倍……细菌古菌的每个基因能用1个能量的话，真核生物里的单个基因能用20万个能量！”
“很好！”宋河微笑，“20万倍的基因能量差距，5000倍的细胞个体能量差距，这就是真核生物和原核生物的本质区别！”
“有本老书。”安东尼奥在一旁插话，“瓦茨拉夫·斯米尔写的《能量与文明》，这本书并非生物学著作，算是人类史和社会学著作。”
所有人看向安东尼奥，听他分享。