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生命的成形 版权信息
- ISBN：9787559656988
- 条形码：9787559656988 ; 978-7-5596-5698-8
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：
生命的成形 本书特色
简单的受精卵如何涌现出复杂的结构、行为与意识？ 在容易出错的机制之下，人体如何精确地构造自身？ l 超越基于人类工程的平凡类比：从胚胎的**视角来看待发育的动态变化。没有计划说明、没有工程图纸、没有外部指令，自组织、自维持、自修复——胚胎是一片自我创造之地，在复杂之上叠加复杂：历史决定现在。 l 生命科学也是复杂性科学：以系统论超越还原论，频频尤里卡！围绕核心原则“适应性自组织”，不拼贴信息碎片，用简练的逻辑厘清知识的来龙去脉，让读者真正读懂发育的原理，理解生命的成形由来。 l 又一位不把读者当外行的作者：语言和内容一样精彩。新鲜、认真，非常难得。 一个人出生前九个月的历史，可能比出生后的几十年更有意思
生命的成形 内容简介
为什么女性备孕阶段就要开始补叶酸？青春期很多孩子经历过的骨折，为什么很多发生在手臂长骨上？人体为什么能在该长手臂的地方长手臂，手臂又为什么能长出上臂、下臂和手，手又为什么是五指而不是其他？我们如何从一颗受精卵发育成一个完整的人体，“我”到底从何而来？ 英国解剖学教授杰米·A. 戴维斯汇集了人类胚胎发育近年来的重要研究进展，综合了演化生物学、胚胎学、新生儿科学、遗传学、生理学、免疫学、畸形学等多学科领域的发现，既有经典认知也有前沿革新，以“适应性自组织”为核心逻辑，为我们清晰地描述了从微观分子到宏观形体等方方面面的发育过程与原理。不仅如此，作者还引入了数学、物理学、控制论等抽象思维，从拓扑学等角度来思考：完整的发育是如何实现的？人为什么会发育出现在的种种生理机制与形态？受到损伤之后再修复、罹患疾病之后再康复——我们又如何可以从发育的角度去重新认识人体机能的种种局限与可能？
生命的成形 目录
前??言
1??遇见奇怪的科技 ……………………………………………………………………3
**部分??草??图
2??从单细胞到多细胞 ……………………………………………………………… 21
3??造就差异……………………………………………………………………………35
4??形成身体计划 …………………………………………………………………… 46
5??大脑之初……………………………………………………………………………66
6??分??割………………………………………………………………………………80
第二部分??增加细节
7??命运的对话 ……………………………………………………………………… 103
8??内部旅程……………………………………………………………………………114
9??管??道………………………………………………………………………………131
10??器官的形成 ………………………………………………………………………151
11??伸展手臂（和腿）……………………………………………………………… 165
12??Y染色体 ………………………………………………………………………… 177
13??神经线路………………………………………………………………………… 196
第三部分??精雕细琢
14??死亡造人……………………………………………………………………………215
15??制造意识……………………………………………………………………………222
16??比例之魅……………………………………………………………………………235
17??交友与迎敌 ………………………………………………………………………251
18??维修模式……………………………………………………………………………270
第四部分??展??望
19??观??点………………………………………………………………………………297
词汇表?? ?? 313
参考文献?? ?? 322
延伸阅读?? ?? 351
章节开头的引用来源?? ?? 354
出版后记?? ?? 358
展开全部
生命的成形 节选
1 遇见奇怪的科技 一个人出生前九个月的历史，可能比之后的七十年更有趣。 ——塞缪尔·泰勒·柯尔律治（Samuel Taylor Coleridge） 英国哲学家、诗人柯尔律治写下以上这句话时，用的是成人的考究语言，表达的却是每个孩子都曾有的好奇。他们问父母：我从哪里来？由于这很可能涉及两性和应该在什么时候给孩子讲解到什么程度的问题，很多父母会变得局促不安。提问的孩子对父母的心思一无所知，对他们来说，问题更单纯，也更复杂：他们只想知道，一个全新的人，是如何从无到有出现的。 孩子从未得到全面而正确的答案，因为从来也没人知道得足够多。在柯尔律治写作的年代，人们已经部分了解到，一个全新的人在子宫内生长的过程中，会经历一系列解剖结构上的变化。但这些变化是怎样的，又为何发生，在那时还完全是一个谜。过去的两个世纪里，一代代科学家费尽心思，想要知道一个受精卵如何变成一个孩子。过去十年间的科学飞速发展，随着错综复杂的人体机制展露在人们面前，神秘感稍稍退去，人类的敬畏之心却越发强烈。研究人员正在发掘的这些故事足以震惊世人，但至今为止几乎只出现在学术期刊上干巴巴的文字中。这是关于我们每个人的经历的故事，理应属于每一个人。写作本书是一次尝试，是一个恰好在该领域工作的科学家的尝试。他汇集了近年来相关的重大研究进展，来解释这个复杂的、带着孩子气的提问：我从何而来？ 我们现在对人类胚胎发育的理解绝非来自某一特定研究，而是综合了从各个学科得到的信息。与发育直接相关的是胚胎学和新生儿科学，这些学科研究提供了与之相关的解剖和功能信息。遗传学和毒理学为发育生物学带来了更广阔的视野，对甄别造成先天异常的原因有极大的价值。这非常重要，因为了解导致畸形的原因能够帮助研究发育的科学家找到那些正常发育所必需的分子通路。生物化学和分子生物学会帮助研究这些通路的作用细节，甚至可以追溯到空间尺度上小到生物分子的原子之间的相互作用。细胞生物学致力于说明分子通路如何联合起来控制每个细胞的行为。以更大的维度来论，生理学、免疫学和神经生物学揭示了众多细胞之间交流与合作的种种细节。 以上提及的学科都从属于生物或者医药科学，也是胚胎研究的传统领域。近年来，还有一些学科初看上去和胚胎毫无关联，但也给人类发育研究带来了启迪，例如数学、物理、计算机科学，甚至还有哲学领域的研究。这些研究并不提供哪个细胞什么时候做了什么的细节，而是关心有更深远意义的抽象问题，比如：简单的东西如何变得复杂？这些很容易出错的机制是怎么完成精确的构造过程的？人类发育是否太过复杂，甚至超出了发育完全的人能够完全理解的范畴？对于*后一个问题，人们从未达成定论，而何谓发育“完全”恰恰是争论的焦点。关于前两个问题，研究人员已经取得了重大的进展，他们找到的答案都与“涌现”（emergence）和“适应性自组织”（adaptive self-organization）这两个概念有关。这两个名词分别位于更高层和更低层，是同一个问题必不可少的两方面。那些关注高级行为的人喜欢用“涌现”：由简单的组成和规则发展出复杂的结构与行为。“适应性自组织”是一种基于单个组分、由下而上的描述：简单的组分遵循某些简单的规则，就可以共同形成大规模的、巧妙或精致的东西。 我们对发育日益增进了解，其中有一点毋庸置疑：身体的自我构建与我们在建筑和工程中熟悉的构建方法截然不同。这凸显了这样一个事实，我们完全不了解自己身体的构造方法。这个事实有多讽刺，它本身就有多重要。让我们来比较和对比一下生物系统和人类的建筑技术，这可能十分有助于理解胚胎的发育过程。 几乎所有的工程项目，比如组装机车、建造房子都有一个共同特点，那就是首先会有一个明确的计划，通常是一张图纸或者其他适应性自组织的同义词，子类型还包括“群体智慧”“蜂巢思维”等。这些词汇被用于人群和社会性昆虫的研究，但用这样的词似乎太感性了，不太适合用在分子或细胞上。因此我在本书和以前写作的书中都选择了“适应性自组织”这个词，在数学和物理领域，人们更常使用这个词。类型的计划书，其中会包括明确的预期目标。计划书会详细描绘出项目完成时的构造，但计划本身并不是实体成果的一部分。每个项目都必须有人统筹全局，一个总工程师或建筑师，他利用有着一定等级结构的指挥系统，把指令传达给负责切割、砌砖、焊接和粉刷的工匠。而由工匠完成的各个部分不能自主组合，只能依赖工人胶合、拴住或焊接。不过这些工人也不是*终建筑结构的一部分。工人和总工程师引入了大量的“外在”信息，例如焊接或浇筑拱门等，但这类知识细节并不会直接呈现在建筑上。大多数结构要等整个工程全部完工以后才会开始发挥预期的功能。 如果你在生物结构中寻找这类特征，就会深深意识到生物与传统机械和土木工程之间的巨大差别。和工程项目不同，生命的构造过程并不涉及计划书，没有包含任何对*终结构的阐述。受精卵内（基因、分子结构、特定化学分子在不同位置的浓度差异）必定包含信息，但这些信息与*终的身体构成没有简单的对应关系。我们已经知道，这些信息可能续发之后的一系列事件（我们之所以知道，是因为我们改变信息之后，比如让基因突变或者改变相关化学物质的位置，就会改变后续的发育步骤，导致发育出现异常）。 在工程项目中，特别是应用到数学的，建筑施工人员可以根据一系列指令把*终结构创造出来。告诉一个人，把一根木桩打入麦田的中央，在上面系一条绳子，抓住另一头向远处走，把绳子拉直，然后向右转，保持绳子紧绷的同时继续行走，这就是一个简单的指导制作麦田圈的指令。对于有些结构，使用指示来说明，比画满细节的图纸直截了当得多。如果你碰巧手边有笔和纸张，尝试跟随下面的指令，画一个被称为谢尔宾斯基镂垫（Sierpinski Gasket）的几何图案： 1. 画一个底边水平的等边三角形，画得尽可能大。把这个作为基底三角形。 2. 取各边的中点，用线段连接每条边的中点和相邻边的中点，一共画三条线段。这三条线段会组成倒置的、占基底三角形四分之一面积的三角形。 3. 把这个倒置的三角涂黑。 4. 此时，基底三角形内有三个未涂黑的正置的三角形。把它们作为基底三角形，重复以上两步。 （觉得无聊了就停下来；如果铅笔够用，就可以无限重复这个过程。） 把那些涂黑的部分想象成镂空状态，你得到的图案就像某种镂垫，这是分形，也可以说是自相似性（即任意放大后形态相似的结构）。另一个例子是康托尔集（Cantor Dust），这是一种在容易擦除痕迹的材料上很轻松地画出来的结构。例如在黑板上画一条线，擦掉中间的三分之一，创造出两条相对较短的线。然后再擦掉短线中间的三分之一，制造出更短的线……一直重复这个步骤。不消一会儿，你就会得到带有特别间隔的一系列粉笔短线。而这些间隔与大量自然现象有着相同的统计特征，例如沙丘倾塌的大小分布、漏水的水龙头滴水的间隔，还有大地震、传染病和大灭绝的发生间隔等。 即使在数学之外，与绘制出一张展示*终样式的详细图纸相比，给出一系列规则而制造出一种特定的构造是一种更普遍的做法。美食教程如此，纺织说明也如此：简单的有“一针正针，一针反针”这样的图案说明，也有复杂如雅卡尔（Jacquard）1801年发明的织布机上复杂的打孔卡——那可以说是世界上**台可编程的制造设备。音乐也采用类似的说明方式，五线谱上的音符告诉乐手何时开始演奏，也会指示演奏的音高和时长。 长久以来，在我们的文化中，人们通常会通过一种简单的方法，即给出说明书来详述如何得到某种预期的结果。这让我们很容易就接受一种想法：生物信息也通过类似的方式构建了我们自己。然而，这种想法很危险。其实二者之间存在一个关键区别：人类构建一个对象总是依赖一系列说明，并且由一个外在的智能中间人，理解并遵循这一系列指令后组建完这个对象。即使有些东西初看上去像例外的产物，比如针织机或是能自动演奏的钢琴，但这些机器本身还是由那些中间人理解指令后完成的，所以它们并不是真正的例外。简而言之，羊毛开衫、交响乐、小汽车和教堂都不能创造它们自己。指令、操作知识（比如针织、烹饪、焊接和砌石头等）和对材料的物理操作都来自外部，而非构建中的结构本身。而胚胎中的信息与此相反，不需要任何外来的熟练工添砖加瓦或深思熟虑，只由胚胎本身接收信息与表达发育。不像大多数的技术构建需要某个人做总指挥，你很快就会明白，生物的构建由其中所有的元素共同参与。构建一个人的过程中，控制不是少数的、部分的特权，而是由系统作为一个整体来实现的。 要理解这种构建过程，我们首先要理解构建材料的特性。我的实验室在爱丁堡大学，那附近有三座著名的桥：托马斯·特尔福德（Thomas Telford）主持修建的典雅院长桥位于市内，本杰明·贝克（Benjamin Baker）标志性的福斯铁路桥横跨海湾，一旁还坐落着福斯公路桥。特尔福德的那座桥由石块砌成：这些材料又大又重，只有在受到重压后才会稳固。他据此采用了传统的建筑方法：首先建造桥墩，然后造了一个用来撑住桥拱的木制支架，接着往这个架子上堆积形状适宜的石材，直到石材的重量足以稳固支撑桥拱，再拆除木架。贝克用的是当时极其新颖的材料——钢材来建造他的铁路桥。这种材料既可以承受拉力，也经受得住压力，因此他得以从桥墩处直接向外延伸钢材，形成一种悬臂式结构；他们用起重机吊起那些长长的、相对较轻的型钢，然后放到合适的位置，再用铆钉把它们固定在一起。福斯公路桥是三座桥中建成时间*短的。这座悬索桥由紧绷的钢索支撑，这些钢索从两侧的吊塔上伸出，一直延伸到位于海湾另一侧海岸的吊塔上。因此，造这座桥时首先要造吊塔，然后在吊塔后面为吊索建造牢固的锚碇，再一根根增加钢索并拉紧，直到可以悬起整片路面。在以上各个例子中，材料的天然特性决定了建造桥梁的整体策略，每座桥梁都必须因材施工。生物界的建造策略也是如此，都取决于参与成分的特性。所以是时候介绍一下构成生物的三种重要成分了，我将在本书中一次次提到它们：蛋白质、mRNA和DNA。 目前，生物结构中已知*重要的分子是蛋白质。它们构成了*重要的物理结构，赋予细胞特有的形状；控制物质出入细胞的通道和离子泵也由它们构建；另外，驱动和控制生命活动中化学反应的酶还由它们组成。这些生化反应包括合成DNA、生成脂肪和糖类的代谢途径，这些物质也是身体的组成成分。蛋白质的相对重要性在红细胞中体现得*为淋漓尽致。红细胞在成熟过程中会丢弃细胞核，其中包含着细胞的所有基因。成熟的红细胞可以持续生活 120天左右。但如果一个细胞失去了蛋白质功能，仅仅保留基因，那它们活不过几秒钟。 蛋白质是由一个个氨基酸组成的长链。人体内有20种氨基酸，它们形状不同，化学性质各异。这些氨基酸之间能够产生相互作用，氨基酸链也因此倾向于折叠成复杂的形状：有时候是自主折叠，有时候还会借助临时的“帮手”。折叠过程极其错综复杂，以至于人们目前还没有能力在已知氨基酸序列的情况下，精确推断出蛋白质的*终结构。（虽然人们已经开发出了预测蛋白质结构的电脑程序，但编程过程中涉及的计算和概率推理过程，都以已知的蛋白质结构与序列关系为基础，这些都是通过氨基酸序列和X射线晶体学得到的结果。预测蛋白结构有点像预报天气，就是稍微准确一点。） 不同的蛋白质，其氨基酸序列不同。一个又一个的氨基酸根据另一种生物分子信使RNA（也称mRNA，请见图1）指定的顺序添加到不断增长的蛋白质链中。mRNA分子也由多个单元链接成的长链构成，它们的构成单元是四种碱基：A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）和U（尿嘧啶）。这些组成单元十分相似，相对于氨基酸来说，它们在化学活性上相对简单。细胞中的mRNA除了指导生长中的蛋白质添加氨基酸的顺序，就没什么其他用处了。蛋白质上的氨基酸序列由mRNA上的碱基决定，三个碱基排列成一组，共同决定一个氨基酸。 mRNA的碱基序列直接由DNA的碱基序列决定，DNA是由A、C、G和T四种碱基串联而成的长链分子。这些碱基可能按照任何顺序排列。参与构成我们人体46条染色体核心的每个DNA分子都有数百万个碱基。这里面就包含了组成基因的一个个片段。一个基因被读取后，DNA上的遗传信息会被复制到RNA上：根据DNA碱基Ａ、C、G、T的顺序，转化为RNA的A、C、G、U的语言。因此，RNA实际上是一种复制了遗传信息的不同媒介，或称为“转录本”（transcript）。正式读取基因编码的任务由蛋白质执行。它们首先会结合ATAAT、TCACGCTTGA这类碱基短序列，这些序列常见于基因的起始处附近。不同的基因，其附近的短序列也各不相同，而不同的序列又会结合不同的蛋白质——因此，读取不同基因的蛋白质组合各不相同。 不同的基因会由相应的DNA结合蛋白结合并启动，这点十分重要，因为身体上的不同细胞需要制造出各自所需的蛋白质。例如肠道中的细胞会制造消化食物的蛋白质，卵巢中的细胞能制造产生性激素的蛋白质，白细胞能制造对抗感染的蛋白质。尽管这些细胞都含有基因组上的所有基因，包括永远都用不到的那些，可是只有细胞需要的那些基因会被读取出来，因为细胞中只有针对那些基因的DNA结合蛋白。 写到这里，我们不得不接受这样的事实：在细胞或胚胎中，并没有什么“总负责人”。简言之：生命体合成出蛋白质，仅仅是因为活跃的基因（通过mRNA）指定了这个制造过程。而这些基因之所以活跃，只是因为已经存在启动它们的蛋白质。这是一个循环逻辑：哪里都不受控制，因为哪里都有控制（请见图2）。
生命的成形 作者简介
杰米·A.戴维斯(Jamie A.Davies)，英国爱丁堡大学实验解剖学教授。从1995年开始在爱丁堡大学运营自己的实验室，研究重点是哺乳动物器官的自我构建过程，以及如何利用这些知识为有需求的人构建新的组织或器官。他在哺乳动物发育领域已经发表了约90篇研究论文，出版过一本重要的专著《形态发生机理》(Mechanisms of Morphogenesis)，并参与编辑了三本关于发育、干细胞和组织工程领域的专著。他是英国皇家医学会研究员和高等教育学院研究员，也是《器官发生》(Organogenesis)期刊的主编。 谭坤，就职于大理大学东喜玛拉雅研究院的科研人员，想做个下得海上得山，还能享受文字的生态学家。 郭怿暄，毕业于北京大学基础医学专业，目前在美国犹他大学从事发育和表观遗传学研究。
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