理论教育 为什么对人的生命如此致命?

为什么对人的生命如此致命?

时间:2023-12-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:1918年,西班牙流感夺走了5000万人的生命,这一数字远远多于第一次世界大战的死亡人数。要揭示这些病毒的真正本质则要等待一项新技术的出现——X光衍射。他们惊讶地发现病毒的形状都是对称的。突然间出现了以五边形排列的点阵,这样一来,科学家就能把一个更有意思的柏拉图骰子即二十面体套在上面了。生物书上的一些最致命的病毒,从流感病毒到疱疹病毒,从小儿麻痹症病毒到艾滋病毒,都是以二十面体为构造基础的。

为什么对人的生命如此致命?

1918年,西班牙流感夺走了5000万人的生命,这一数字远远多于第一次世界大战的死亡人数。这场灾祸把科学家们的注意力全部集中在弄清楚这种危险疾病的机制上,而且,他们很快意识到始作俑者并非细菌,而是一种比细菌还要小得多的东西,在当时的显微镜下还无法观测到它。于是,他们将这一新的病原体命名为“病毒”(viruses),取自拉丁文的毒药一词。

要揭示这些病毒的真正本质则要等待一项新技术的出现——X光衍射。有了这项技术,科学家们才能去刺探造成这场浩劫的那些有机体的分子结构。一颗分子可以被形象化地显示为由牙签连接而成的许多乒乓球。尽管从真实的科学角度来说,这个模型有些过于简单化了,但是,每个化学试验室中总会配备一些这样的球棍套装,以帮助学生和研究人员探索分子世界的结构。在X光衍射进程中,一束X光射线会穿过被研究的材料,而且当射线与分子相遇后,它就会向不同的方向发生折射。最终得到的图片就有点像是把一束光射向此类球棍结构后所产生的阴影。

在破译隐藏于这些阴影中的讯息时,数学是一个强大的帮手。我们的目的是要确认哪种三维形状才有可能引起这些由X光衍射所制造出的二维阴影。通常情况下,此类研究的进展总要取决于我们能否找到一个最佳角度,通过在这个角度上发出的射线,揭示出分子的真实特征。举例来说,人类头部的正面轮廓能够告诉我们的讯息很少,从中大概只能判断他的耳朵是否突出,而一幅侧面轮廓则包含更多的明确信息。对分子来说,道理也是一样的。

弗朗西斯·克里克詹姆斯·杜威·沃森在破译出DNA的结构以后,便和唐纳德·卡斯帕及亚伦·克鲁格两人共同把注意力转向研究病毒X光衍射的二维图片。他们惊讶地发现病毒的形状都是对称的。最初的图案呈现出排列成三角形的点,这就意味着,病毒的形状是三维的;在经过120度旋转后,其形状仍是相同的,这便表示其形状是对称的。当生物学家在数学家的档案库中翻寻关于病毒的形状时,发现柏拉图立体似乎最好地对应了这些病毒的形状。

想象中的形状(www.daowen.com)

想象在圣诞树上悬挂一个立方体装饰物,挂绳挂在其中一个角落或顶点上。如果在立方体的顶点和底点之间你水平地切一刀,立方体就会一分为二,而每个新立体都会有一个新的表面。问题是,这个新表面是什么形状的呢?答案将在本章末尾处揭晓。

问题是所有5种柏拉图形状中都有这么一根轴线,基于轴线,我们可以将任何一种柏拉图形状旋转120度,而且所有的表面重回之前的样貌。直到生物学家得到另外一张衍生图案后,他们才找到一个视角,进一步地明确这些病毒的形状。突然间出现了以五边形排列的点阵,这样一来,科学家就能把一个更有意思的柏拉图骰子即二十面体套在上面了。在这个由20只三角形构成的形状中,每个顶点均由5个三角形交汇而成。

病毒之所以喜欢对称形状,是因为对称为它们提供了一种十分简单的繁殖方式,这亦是病毒为何具有如此强大的传染性的原因所在——事实上,“virulent”(由病毒的英文词变形而来)一词的意思便是容易传染的和剧毒的。传统上看,对称形状在美学上是非常引人注目的,不管是钻石、花朵还是模特的脸,都是如此。但是,对称的也并非永远都是好的。生物书上的一些最致命的病毒,从流感病毒到疱疹病毒,从小儿麻痹症病毒到艾滋病毒,都是以二十面体为构造基础的。

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