螺旋现象

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生物世界的螺旋现象有什么特点?

各种反刍动物(例如牛、羊等)的头上,往往都长着一对美丽的螺旋形弯角,那么,这副角是由什么物质构成的呢?大体说来,这是由附着于皮肤的骨锥状体组成,由表皮负责制造出一种化学成分和毛发类似的物质,形成为角鞘。至于其对数螺旋线形状,则是在一定规律支配下生长的结果。在正常情况下,角底狭窄区域内的组织,不断分裂生长,角就不断伸长,如果各边增长的速度一样,那么长成的角就会是笔直的,如果角底一边的生长速度比另一边快,那么角就长弯了。现在实际情况正是不平衡的,就是由于不等速生长之故,才终于形成为螺旋样的弯角。再来谈谈田螺、蜗牛之类的外壳,它们也都呈现为美丽的对数螺旋形。可能向右旋,也可能向左旋。从遗传学试验的材料来看,向哪个方向旋转,主要取决于一对核基因,右旋为显性,左旋为隐性。在生长过程中,新的部分通过衍生物的连续增生,长在旧的部分之上,始而不断,从小到大,就形成了我们通常看到的螺旋美。有趣的是,新增生出来的每一部分,都严格按照原先的对数螺旋结构规律,从不改变。随着壳腔内生命体的长大,外壳也按照不变的比例长大,于是最后长起来的成体,有了恒定美丽的外型。至于其他方面,人们还可以举出许多奇妙的例子。像一些蜘蛛,总是固执地编织螺旋形的丝网;灵巧的小松鼠,很喜欢按照螺旋形路径在树杆上爬上爬下;许多种植物的叶子,都是按着螺旋形曲线缠绕支架向上生长。据说著名诗人歌德,在1831年,还专门为此写过一篇叫作“论植物的螺旋生长倾向”的文章哩!随着分子生物学的兴起,学者进一步发现生命和螺旋形之间,其实有比当初的想象深刻得多的内涵。1950年,著名生化学家鲍林首先阐明,蛋白质分子的多肽长链结构是螺旋形的,当时把它定名为α—螺旋。现在知道,不但纤维状蛋白质有α—螺旋,而且球状蛋白也有α—螺旋。此后接二连三的发现进一步证明许多大分子,都有形成螺旋形的共同倾向。如:直链淀粉这一多聚糖,已被公认是螺旋状结构;生物膜中的磷脂,也能形成双股或单股螺旋;最著名、也是影响最大的,尤其要算DNA分子了,学者发现,它是由两条呈反向平行的多核苷酸链所组成,两条链相互缠绕,向右盘旋,组成了十分著名的所谓双螺旋结构。它的阐明使得螺旋形和生命之间有了特别密切的关系。除此之外,学者还注意到:一些亚细胞器也有形成螺旋体的趋势。像核小体就是由DNA分子缠绕组蛋白,形成为螺线管、超螺线管等形状的。又如细胞质中的微管也是螺旋状,并且凡是由微管构成的细胞器,像鞭毛、纤毛、中心体等,都保持着螺旋状结构。现在学者还搞清楚了分子水平和宏观水平间的密切相关性。例如,许多黑人都长着一头自然卷发、非常美丽,而我们黄色人种绝大多数却长的是硬直型毛发。这是什么缘故呢?后来知道,原来其根源竟在于两者分子结构上的差异。黑色人种的角朊蛋白结构呈螺旋形,而黄种人角朊蛋白的结构却是直形的。于是两者在宏观上就呈现出了显著的不同。顺便说一句,如果有兴趣,你还可以做一个简单实验来增强印象:拿一根湿头发,抓紧两端向外拉,你会发现,这根湿头发可以一直拉至原来长度的两倍!那么,它为什么有这么大的伸缩性呢?原来在拉的过程中,组成头发的α—螺旋结构,邻近两圈螺旋之间较弱环节虽已被拉裂开,但氨基之间的多有肽链却没有拉断,所以整根头发仍然完好。就像把一根螺旋形铅丝拉直了那样,这时虽长了许多,却还是保持完整。你看,宏观的变化和微观的原因,不是紧密联系的吗!总之,上述事实都在告诉我们,不管宏观世界还是微观世界,螺旋形是生命的基本形状,是自然界最普遍的图案之一。至于为什么会这样,其成因和内在含义,还有待于科学家们进一步的探索和研究。