Lect02(北大计算生物学-计算生物学的基础).pdf

第二章第二章第二章第二章 计算生物学的计算生物学的 生物学基础生物学基础生物学基础生物学基础 §§2.12.1 What Is LifeWhat Is Life ？？ ————从从SchrödingerSchrödinger的思考到的思考到 “双螺旋双螺旋””的发现的发现 “ 双螺旋双螺旋 的发现的发现 复杂性复杂性：： 生命最显著的特征 §§22.11.11 生命生命复杂性复杂性 生命的客观复杂性生命的客观复杂性 人类认识的有限性人类认识的有限性 生命的各种定义生命的各种定义生命的各种定义生命的各种定义 道可道，非常道。 名可名，非常名。 ——老子《道德经》 吾生也有涯吾生也有涯，，而知也无涯而知也无涯。。 ——庄子《知北游》 生命的结构层次和多样性生命的结构层次和多样性 生命的组成因素具有复杂的相互作用生命的组成因素具有复杂的相互作用，是非线性关系是非线性关系，由由 此产生一系列经典科学无法解决的问题 生物大分子、细胞、组织、器官、系统 生物大分子、细胞、组织、器官、系统…… 受精卵细胞－分裂、分化、发育、生长、衰老、死亡…… 生命最突出的特征——几乎无限的多样性 生命最突出的特征 几乎无限的多样性 《Infinite in All Directions(全方位的无限)》Freeman Dyson ，三联书店 空间：地球的生态圈 空间：地球的生态圈 时间：从35亿年前至今 大小：病毒、鲸鱼 生存环境生存环境：：空气空气、、陆地陆地、、海洋海洋 生活方式：独立生活与寄生 “世界上没有完全相同的两片树叶”——有性繁殖 基因组存储的遗传信息量 生命的非线性和有序性生命的非线性和有序性 （一）（一） 耗散结构理论（Prigogine，1970s） 孤立系统孤立系统：：热力学第二定律热力学第二定律－－－－熵增加熵增加，，系统趋向紊乱系统趋向紊乱 开放系统：系统远离平衡态，熵减少，出现有序结构 仙女座大星云 卷积云的鳞片结构 雪花晶体结构 生命的非线性和有序性（二）生命的非线性和有序性（二） 生命的各种表现形式均为开放性耗散系统生命的各种表现形式均为开放性耗散系统 生命之所以存在，在于从环境中不断吸收负熵（新陈代谢） 生命有序的原因生命有序的原因：适度非线性适度非线性、远离平衡态远离平衡态 生命复杂系统通过各种途径来克服和减少过强的非线性作用，过弱的非 线性作用也不合适线性作用也不合适。。 适度的非线性 “混沌的边缘”（生态系统、生物个体…… ） 参与光合作用的膜蛋白 蝴蝶的花纹 HIV病毒结构 晶体结构 生命的非线性和有序性生命的非线性和有序性 （（（（三三三三）））） 生命的本质与人类社会的本质相似生命的本质与人类社会的本质相似：： 生理平衡比复制重要； 复杂比简单重要； 细胞的适应力比基因