生命的法则

生长需求解释了一切，地球上资源的有限性超越了其他所有的自然法则，把物种增长限制在一定范围当中。

生命的法则 作者：肖恩B卡罗尔 制作人：牛霞霞2019

• 中文版序 大象和细菌受同一自然法则制约
• 引言 正在到来的生物学第二次革命
• 第一部分 万物有法
  • 01身体的智慧
    • 内稳态
  • 02生态学
    • 生长需求解释了一切，地球上资源的有限性超越了其他所有的自然法则，把物种增长限制在一定范围当中。
    • 食物链：大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃烂泥。
    • 食物链的结构与不同层级上物种的体积大小有关。 食物的体积 老鹰不会与小鸡抢食吃。 食物的体积是决定食物链结构的重要条件。
    • 数量金字塔 一山不容二虎。顺着食物链层级往上呈现逐级递减的趋势。
    • 动物种群数量调节机制---内稳态 即某水平线上的维持依靠的是作用力与反作用力的相互角力。
    • 旅鼠年（旅鼠迁徙-自杀行为）-北极狐、鸟类数量增多---狐皮数据增大 加拿大兔---加拿大山猫-10年出现一次峰值 周期
    • 自然经济学-食物就是现金，食物链存在形成经济联系。民以食为天。
• 第二部分 生命的逻辑
  • 03调节的普适法则
    • 正向调节，A正向调节B的丰度或者活性 A的变化方向与B相同
    • 负向调节，A负向调节B的丰度或者活性 A的变化方向与B相反
    • 双重负向调节，A负向调节B,B负向调节C，A正向调节C A和C变化方向相同
    • 反馈调节，A正向调节B,B正向调节C，C负向调节A C的过量产生负向调节A及其下游的B和C的产量
    • 如果说DNA是生命的首要逻辑，那么变构效应及其在基因与蛋白质调节过程中发挥的作用就可被称为生命的第二法则。
      • 变构（变成其他物质）是细胞调节蛋白质活性的重要手段
        • 变构现象时反馈抑制和酶的诱导过程的基础。
        • 当酶和抑制剂结合，酶构象发生变化，导致底物不能和酶正常结合
        • 当阻遏物和乳糖结合后，构象发生改变，不能鱼DNA结合，从而打开酶基因表达的开关
      • 酶结合底物；酶结合抑制剂 阻遏物结合DNA；结合乳糖 酶，阻遏物都存在2个结合位点
    • 细菌 酶 阻遏物 氨基酸
      • 酶的本质是蛋白质 特定情况下，细胞是怎样决定生产特定的某种酶呢？
        • 诱导剂-乳糖→酶（β-半乳糖苷酶）
        • 双重负向调节逻辑： 没有乳糖，β-半乳糖苷酶阻遏物，β-半乳糖苷酶基因关闭 存在乳糖，β-半乳糖苷酶阻遏物被抑制，β半乳糖苷酶基因打开
        • 了解酶调节过程的重要性不在于了解细节，而在于更宏观地掌握其中的逻辑。 突破往往源于打破偏见。
      • 细菌爱吃什么？两段式生长曲线-雅克莫诺 葡萄糖和甘露糖、葡萄糖和麦芽糖 细菌对糖的选择具有倾向性，先消耗第一种糖再消耗第二种 酶的适应性
      • 病毒无活性，阻遏物，病毒基因关闭 病毒被激活（紫外线），阻遏物消失，病毒基因组开启
      • 细胞内的蛋白质分为两类：
        • 结构蛋白
          • 代表细胞内负责错动化学反应的蛋白质，以及表达病毒组成部分的蛋白质
        • 调节蛋白
          • 根据不同情况控制结构蛋白是否能够被表达
          • 受到上游调节蛋白的控制
      • 生命体内一切蛋白质是由氨基酸组成的 负反馈调节：当某条生产途径的终产物（某氨基酸）被过量表达时，细胞将不再浪费资源和能量继续生产该终产物及其中间产物（酶）；而当该终产物的表达丰度过低时，其合成过程将不再受到抑制，从而成功被合成出来。
  • 04胆固醇的故事
    • 科学家特点：一有勇气去追逐好奇心；二有从看似平常的现象中分辨重要线索的能力
    • 高脂肪成分是导致心脏病发作的元凶
    • 胆固醇：是动物细胞膜（外墙）的重要组成部分；胆固醇决定着细胞膜的韧性及其他分子穿越细胞膜的能力；固醇类分子大家族，是5种固醇类荷尔蒙分子的前体，包括皮质醇、睾丸酮、雌激素，及消化中起重要作用的胆汁组成物。
    • 胆固醇反馈调节
      • 正常对照：LDL(含胆固醇)-LDL受体-还原酶 家族性高胆固醇血症患者：LDL（含胆固醇）-无LDL受体-还原酶（上升约60倍）
    • 人体中93%的胆固醇储存在细胞内，剩下7%存在于循环系统中，2/3被LDL（坏胆固醇）包被，1/3被HDL包被。坏胆固醇是血管斑块形成与心脏病发作的罪魁祸首。 美伐他汀，控制胆固醇的良药，抗生素，毒副作用 美伐他汀-抑制还原酶的活性（胆固醇减少合成）-负反馈调节弱化-产生更多还原酶 美伐他汀不存在：LDL受体表达量低；血液中LDL包被胆固醇含量高 美伐他汀存在：LDL受体表达量提高；血液中胆固醇含量降低 洛伐他汀，提高了LDL受体的表达量，更有效地从血液中清除胆固醇；1987年8月FDA通过
    • 比起在分子水平上改变坏基因，更好的方式是运用调节手段使好基因更好的工作。---好难
  • 05癌症是什么
    • 染色体易位，特定的基因突变导致癌症发生 病毒（原癌基因）导致癌症发生，c-src 病毒癌基因v-abl,从9号染色体转移到22染色体，基因融合，转录异常bcl/abl融合蛋白质，不参与调节，极高活性。卡住的油门 掉链子的刹车系统，抑癌基因Rb基因被关闭。 多数死于并发症
    • 数据显示：一条染色体平均有1000各基因 人类2万个基因中，140个基因突变型频繁发生在癌细胞中。一半是原癌基因，剩下一般是抑癌基因。 DNA测序技术
    • 癌症是一种与调节有关的疾病
  • 在分子层面上，正向调节、负向调节、双重负向调节和反馈调节机制无处不在。胆固醇是细胞膜的重要组成部分，在生命活动中起重要作用。但过高的胆固醇含量，会引起严重的心脑血管疾病。过高的胆固醇含量是由于胆固醇调节系统出了问题。从本质上看，癌症也是一种与调节有关的疾病。
• 第三部分 塞伦盖蒂法则
  • 06有些动物比其他动物更平等
    • 塞伦盖蒂法则1：关键物种法则
      • 众生并不平等，“关键物种”的影响更大。 某些物种对其生物群落的稳定性和多样性具有重大影响，而且影响程度常常与它们的生物数量并不匹配。关键物种的重要性体现在它们的影响程度，而不是它们在食物链中所处的层级。
    • 塞伦盖蒂法则2：影响力法则
      • 关键物种通过“多米诺效应”对食物链中低营养层级的物种产生重大间接影响。食物网上的一些物种可以自上而下地产生重要影响，而且影响程度常常与它们的绝对数量不匹配，这种影响会波及整个生物群落，并间接影响低营养层级的物种。
  • 07塞伦盖蒂的逻辑
    • 塞伦盖蒂法则3：竞争法则
      • 对共同资源的竞争，导致了一些物种的种群数量减少。在对空间、食物以及栖息地等共同资源的竞争中，有优势的物种会导致其他物种的种群数量减少。
    • 塞伦盖蒂法则4：体量法则
      • 个头大小会影响调节模式。动物的个头大小，决定了它们的种群数量在食物网中被调节的机制。小型动物受捕食者调节（自上而下），而大型动物受食物供应的调节（自下而上）。
    • 塞伦盖蒂法则5：密度法则
      • 一些物种依靠它们自身的密度进行调节。一些动物种群的数量是通过密度制约因素进行调节的，这些因素有稳定种群规模的倾向。
    • 塞伦盖蒂法则6：迁徙法则
      • 迁徙导致动物数量的增加。迁徙行为通过增加食物的可获得性（减少自下而上的调节），以及减少被捕食的概率（减少自上而下的调节）等的方式，来增加物种数量。
    • 普适调节法则和塞伦盖蒂法则
      • 正向调节A→B
        • 对于较高营养级自下而上的调节
      • 负向调节A-|B
        • 捕食者自上而下的调节;竞争
      • 双重负向调节A-|B-|C
        • 营养级联：A通过调节B间接强效调节C
      • 反馈调节A→→→B---A
        • 密度制约；种群数量增加，但其增长率降低
  • 08动物世界的“癌症”
  • 09门多塔湖的玻璃梭鲈和黄石公园的灰狼
  • 10戈龙戈萨的复活
• 结语 遵从生命的法则，共建美好家园