生命的結構

世界上的生命系統繽紛萬千，每一個生命系統都有一定的邊界，即生命的形狀，而每一個生物都有其特異的結構，我們可以通過觀察生物的結構形態來識別不同的生物。 那麼為什麼不同的生物有不同的結構呢？哺乳動物有靈活的四肢，而水生魚類雖沒有四肢卻有強勁的尾巴，而像水母這樣的生物，還具有更奇特的形態結構，那麼是什麼導致了不同的生物表現出不同的結構。 我認為生物體的結構資訊是編碼在DNA中的（難道我還有其它選擇嗎？）但這個問題的關鍵不在於生物的結構資訊是否編碼在DNA中，而在於DNA是如何編碼並表達這些結構資訊的，根據我現在掌握的知識水平，我只知道DNA是通過調控蛋白質和酶的合成來表達的，但在這裡結構資訊的表達不太可能是單純地由上述機制所控制的，可能需要通過一些更為複雜的方式來表達結構資訊，對於生物體的結構資訊，我主要有兩個感興趣的問題： （1）結構資訊在DNA中的編碼方式和編碼位置 （2）結構資訊的表達機制

猜想一：結構資訊有可能編碼在“非編碼”DNA中 在人體的DNA中，編碼蛋白質和酶合成的DNA只佔DNA資訊的一小部分，而大部分DNA並不編碼具體的蛋白質，生物系統是一個非常精妙的結構，而在人類長久的進化歷程中，這些非編碼DNA卻得以儲存下來，說明這些DNA生命系統具有重要的意義，那麼我猜想生物體的結構資訊可能以一種特殊的方式被編碼在這上面（用物理的角度來看的話，沒有必要在一個完備的理論中新增一個多餘的方程，除非這個方程是保持理論的完備性所需要的）。

實驗

1)    對比具有相似結構的生物的非編碼區DNA序列的吻合程度。  
2)    對比同樣生物的非編碼區的差異
3)    通過大資料分析非編碼區序列的差異，並對這些序列進行選擇性敲除或移接，觀察生物的生長情況。

猜想二：細胞通過感知細胞環境進行DNA選擇性表達，從而分化成特定的“結構”細胞，同時通過某種機制參與環境對其它細胞的調控中。（自定位能力）

生物體結構資訊的表達可以大致分為兩個階段，胚胎階段和修飾階段。生物的總體結構的表達應該是在生物早期階段進行的，在該階段會表達出物體的總體結構和大致輪廓，比如每個人都有相似的結構：軀幹、四肢、頭部等。而修飾階段則主要表現在同種生物間的個體差異，比如面部資訊等。 我感興趣的是生物體在胚胎階段的形態表達，因為在早期胚胎階段的細胞分化程度比較低，即DNA的表達水平不是很高，形態不是很明顯，那麼細胞是怎樣表達在DNA中的編碼的結構資訊的，而且這些未分化的細胞之間表現出一種協同性，比如兩隻手的位置表現出一種對稱分佈（為什麼我的手沒有長到頭上呢？）那麼在早期階段的細胞之間一定存在一種交流方式和定位機制來進行基因表達。

細胞的定位機制（環境識別能力） 細胞的定位機制是細胞通過感知環境來識別環境中其它細胞的型別，進而對環境進行應答。 值得注意的是，這裡的 細胞定位機制中的“定位”是一種抽象的概念，對於一個細胞來說，它並不能獲知自身所在的具體位置，它並不能知道自己是在手，腳還是大腦的位置，細胞是通過感知周圍細胞的型別來感知“位置”的。

猜想三：已分化細胞會釋放出一種特異的資訊來標識自身的細胞型別，而未分化的幹細胞可通過接受這種特異的資訊素來感知外界環境，進而進行選擇性表達。

實驗：幹細胞的環境識別能力 思路：通過將幹細胞放置在不同的細胞環境中，觀察幹細胞的分化情況。 具體實驗方案

實驗變數：細胞環境
實驗組一：將幹細胞在“肌細胞環境”中培養。
實驗組二：將幹細胞在“神經細胞環境”中培養
實驗組三（反向）：將肌細胞在“幹細胞環境”中培養
實驗組四（反向）：將神經細胞在“幹細胞環境”中培養
對照組：將幹細胞在“幹細胞環境”中培養

保持其它外界環境因素不變（溫度、PH等）觀察幹細胞的分化情況， 在選擇幹細胞時，也可嘗試多種幹細胞進行實驗。

實驗：探究幹細胞感知環境的機制（是否是有資訊素傳遞環境資訊） 在液體環境中培養已分化的細胞，提取細胞分泌液，將其加入幹細胞培養素中，觀察幹細胞的分化情況。

學科交叉（自組織理論） 在研究生物結構資訊在細胞層面的表達機制時，可以通過數學建立一個“自組織理論”來幫助研究，即系統中的個體，能否通過一些簡單的“輸入輸出結構”（感知環境—定向分化），使這些個體自組織成一個有特定意義的形態，即由原先散亂的系統自發表現出“結構”的特徵，再研究當改變這些“輸入輸出結構”時，系統形態的變化。將這個“自組織理論”應用在生物研究中，以輔助生物體結構形成機制的研究。

醫學應用方向：組織再生，損傷組織重構。

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                                                                                                             2016年1月23日
                                                                                                                 細胞生物學 

PS：本文作者為“非專業”人士（高中生），因此上文中的名詞為作者自己編撰，請包涵。