Формирование жизни, Процесс эмбрионального развития человека, Тканевая инженерия стволовых клеток, Научно-популярные книги по биологии и биологии, Принципы самостроения и развития человеческого тела с нуля
Цена: 818руб. (¥38.67)
Артикул: 671862983077
Вес товара: ~0.7 кг. Указан усредненный вес, который может отличаться от фактического. Не включен в цену, оплачивается при получении.
Описание товараПродавец:中信书店旗舰店
Рейтинг:
Всего отзывов:0
Положительных:0
Добавить в корзину
Другие товары этого продавца
¥38.35811руб.
¥29.25619руб.
¥119.62 528руб.
¥1392 938руб.
Название: Формирование жизни
Цена: 72
ISBN: 9787559656988
Автор: Джами·А. Вайс
Издательство: Пекинская объединенная издательская компания
Дата публикации: 2022-03
Бумага: пластическая версия бумага
Кадры: твердый переплет
Кайбен: 32
Как сложные структуры, поведение и сознание возникают из простой оплодотворенной яйцеклетки?Насколько точно структурируется человеческое тело, несмотря на его подверженные ошибкам механизмы?
l За пределами обыденных аналогий, основанных на человеческой инженерии: взгляд на динамику развития с точки зрения эмбриона.Без описания плана, без технических чертежей, без внешних инструкций, самоорганизующийся, самоподдерживающийся, самовосстанавливающийся.——Эмбрион — это место самотворения, сложности за сложностью: история определяет настоящее.
l Наука о жизни – это также наука о сложности: преодолейте редукционизм с помощью теории систем и часто эврики!вокруг основных принципов“адаптивная самоорганизация”, не коллажирует фрагменты информации, а использует сжатую логику для разъяснения тонкостей знаний, позволяя читателям по-настоящему понять принципы развития и понять происхождение жизни.
l Еще один автор, который не относится к читателям как к дилетантам: язык так же прекрасен, как и содержание.Свежо, серьезно и очень редко.
История первых девяти месяцев жизни человека может быть более интересной, чем десятилетия после его рождения.
Почему женщинам следует начинать принимать добавки фолиевой кислоты при подготовке к беременности?Многие дети сталкиваются с переломами в подростковом возрасте. Почему многие из них возникают на длинных костях рук?Почему у человеческого тела могут расти руки там, где руки должны расти? Почему руки могут вырасти в плечи, предплечья и кисти? Почему на руках пять пальцев вместо остальных?Как мы развиваемся из оплодотворенной яйцеклетки в полноценное человеческое тело?“я”Откуда оно взялось?Британский профессор анатомии Джейми·А. Дэвис объединяет важные достижения в области исследований эмбрионального развития человека за последние годы, интегрируя открытия в эволюционной биологии, эмбриологии, неонатологии, генетике, физиологии, иммунологии, тератологии и других междисциплинарных областях, включая как классическое познание, так и передовые инновации.“адаптивная самоорганизация”Как основная логика, она четко описывает процесс разработки и принципы всех аспектов, от микроскопических молекул до макроскопических форм.Мало того, автор также знакомит с абстрактным мышлением, таким как математика, физика и кибернетика, чтобы подумать об этом с точки зрения топологии: как достигается полное развитие?Почему люди развили различные физиологические механизмы и формы, которые они имеют сегодня?Восстановление после травмы, восстановление после болезни——Как мы можем переосмыслить ограничения и возможности функций человеческого тела с точки зрения развития?
вперед слова1 Знакомьтесь со странной технологией……………………………………………………………………3
первая часть Трава картина
2 От одиночных ячеек к многоклеточным……………………………………………………………… 21
3 изменить ситуацию……………………………………………………………………………35
4 сформировать план тела…………………………………………………………………… 46
5 Начало мозга……………………………………………………………………………66
6 точка Резать………………………………………………………………………………80
Вторая часть Увеличить детали
7 диалог судьбы……………………………………………………………………… 103
8 внутреннее путешествие……………………………………………………………………………114
9 Трубка дорога………………………………………………………………………………131
10 формирование органов………………………………………………………………………151
11 Растягивание рук (и ног)……………………………………………………………… 165
12 Y -хромосома………………………………………………………………………… 177
13 нейронная цепь………………………………………………………………………… 196
третья часть Резьба
14 Смерть создает человека……………………………………………………………………………215
15 повысить осведомленность……………………………………………………………………………222
16 Очарование пропорций……………………………………………………………………………235
17 Заводить друзей и врагов………………………………………………………………………251
18 Режим обслуживания……………………………………………………………………………270
Четвертая часть выставка видеть
19 Наблюдать точка………………………………………………………………………………297
Глоссарий 313
Рекомендации 322
Расширить чтение 351
Источник указан в начале главы. 354
Отложено пост 358
1Знакомьтесь со странной технологией
История первых девяти месяцев жизни человека может быть более интересной, чем последующие семьдесят лет.
——Самуил·Тейлор·Сэмюэл Тейлор Кольридж
Когда британский философ и поэт Кольридж написал приведенное выше предложение, он использовал язык взрослого, но выразил любопытство, которое когда-то было у каждого ребенка.Они спрашивают своих родителей: Откуда я?Поскольку это, вероятно, затронет вопросы обоих полов, а также то, когда и сколько следует учить своих детей, многие родители начнут нервничать.Дети, которые задают вопросы, ничего не знают о мыслях своих родителей. Для них вопрос и проще, и сложнее: они просто хотят узнать, как появляется совершенно новый человек с нуля.
Дети никогда не получают полных и правильных ответов, потому что никто никогда не знает достаточно.В то время, когда Кольридж писал, было частично понятно, что совершенно новый человек претерпел ряд анатомических изменений, пока рос в утробе матери.Но как и почему произошли эти изменения, в то время было полной загадкой.На протяжении последних двух столетий поколения ученых пытались понять, как оплодотворенная яйцеклетка становится ребенком.С бурным развитием науки в последние десять лет, по мере того, как людям открываются сложные механизмы человеческого тела, ощущение тайны немного отступает, но человеческий трепет становится сильнее.Истории, которые раскрывают исследователи, шокируют, но до сих пор они появлялись почти исключительно на сухих страницах академических журналов.Это история о каждом нашем опыте, и она должна принадлежать каждому.Написание этой книги — попытка ученого, который работает в этой области.Он объединяет значительные научные достижения последних лет, чтобы объяснить этот сложный, детский вопрос: откуда я родом?
Наше нынешнее понимание эмбрионального развития человека ни в коем случае не является результатом какого-либо конкретного исследования, а скорее синтезом информации из различных дисциплин.Непосредственно с развитием связаны эмбриология и неонатология, которые предоставляют соответствующую анатомическую и функциональную информацию.Генетика и токсикология открыли более широкую перспективу в биологии развития и имеют ценное значение для выявления причин врожденных аномалий.Это важно, поскольку понимание причин пороков развития может помочь ученым, изучающим развитие, определить молекулярные пути, необходимые для нормального развития.Биохимия и молекулярная биология помогут изучить детали того, как работают эти пути, вплоть до взаимодействий между атомами в пространственных масштабах вплоть до биомолекул.Клеточная биология посвящена объяснению того, как молекулярные пути объединяются, чтобы контролировать поведение каждой клетки.В более широком масштабе физиология, иммунология и нейробиология раскрывают детали общения и сотрудничества между многочисленными клетками.
Все упомянутые выше дисциплины относятся к биологическим или медицинским наукам, а также являются традиционными областями эмбриональных исследований.В последние годы появились и другие дисциплины, которые на первый взгляд не имеют ничего общего с эмбрионами, но также внесли просветление в изучение человеческого развития, такие как математика, физика, информатика и даже исследования в области философии.Эти исследования не дают подробностей о том, какая клетка и когда что сделала, а вместо этого касаются абстрактных вопросов с более глубоким смыслом, таких как: как что-то простое становится сложным?Как эти подверженные ошибкам механизмы обеспечивают точный процесс строительства?Является ли человеческое развитие слишком сложным, чтобы его мог полностью понять даже полностью развитый человек?Этот последний вопрос так и не был решен, а что такое развитие?“полностью”Именно яблоко раздора. Что касается первых двух вопросов, исследователи добились значительного прогресса, и ответы, которые они нашли, связаны с“Появляться”(появление) и“адаптивная самоорганизация”(Адаптивная самоорганизация) Эти два понятия связаны между собой.Эти два термина расположены на более высоком и более низком уровне соответственно и представляют собой два существенных аспекта одной и той же проблемы.Те, кого интересует продвинутое поведение, любят использовать“Появляться”: Разрабатывайте сложные структуры и модели поведения из простых компонентов и правил.“адаптивная самоорганизация”— это описание снизу вверх, основанное на отдельных компонентах: простые компоненты, следуя определенным простым правилам, могут собраться вместе, чтобы сформировать нечто масштабное, гениальное или изысканное.
По мере того, как мы узнаем больше о развитии, не остается сомнений в том, что тело строит себя совершенно иначе, чем мы привыкли в архитектуре и инженерии.Это подчеркивает тот факт, что мы понятия не имеем, как устроено наше тело.Насколько ироничен этот факт, насколько он важен сам по себе.Давайте сравним и сопоставим биологические системы и методы конструирования человека, что может оказаться очень полезным для понимания процесса развития эмбриона.
Почти все инженерные проекты, такие как сборка локомотива и постройка дома, имеют общую особенность: сначала должен быть четкий план, обычно чертеж или другие синонимы адаптивной самоорганизации. Подтипы также включают в себя“мудрость толпы”“Мышление сото”Подожди.Эти термины используются при изучении человеческих популяций и социальных насекомых, но они кажутся слишком эмоциональными, чтобы их можно было применять к молекулам или клеткам.Поэтому в этой книге и в предыдущих книгах я выбрал“адаптивная самоорганизация”Это слово чаще используется в области математики и физики.тип плана, который будет включать четкие ожидаемые цели.В плане подробно описывается, каким будет проект после его завершения, но сам план не является частью физического результата.За каждым проектом должен быть кто-то ответственный, главный инженер или архитектор, который использует иерархическую цепочку команд для передачи инструкций мастерам, ответственным за резку, укладку кирпичей, сварку и покраску.Различные детали, выполненные мастерами, не могут быть собраны самостоятельно и могут быть склеены, связаны или сварены только рабочими.Но эти рабочие также не являются частью окончательной конструкции здания.Рабочие и главный инженер представили большое количество“внешний”Информация, такая как сварка или заливка арок и т. д., но такие детали знаний непосредственно на здании не присутствуют.Большинство структур не начнут функционировать должным образом, пока не будет завершен весь проект.
Если вы посмотрите на подобные особенности в биологических структурах, вы будете поражены огромными различиями между живыми существами и обычными машинами и гражданским строительством.В отличие от инженерного проекта, процесс строительства жизни не предполагает составления плана или какой-либо разработки окончательной структуры.Оплодотворенная яйцеклетка содержит информацию (гены, молекулярную структуру, различия в концентрации конкретных химических молекул в разных местах), но эта информация не просто соответствует окончательному составу тела.Мы уже знаем, что эта информация может продолжать серию событий после ее отправки (мы знаем, потому что после того, как мы изменим информацию, например, мутировав гены или изменив расположение связанных с ней химических веществ, она изменит последующие этапы развития, что приведет к аномальному развитию).
В инженерных проектах, особенно в тех, где применяется математика, строители могут создать окончательную конструкцию на основе ряда инструкций.Сказать человеку вбить кол в центр пшеничного поля, привязать к нему веревку, схватить другой конец и уйти, выпрямить веревку, затем повернуть направо, удерживая веревку натянутой, продолжая идти, — это простая инструкция по созданию круга на полях.Для некоторых конструкций инструкции гораздо проще, чем подробные чертежи.Если у вас под рукой есть ручка и бумага, попробуйте, следуя приведенным ниже инструкциям, нарисовать геометрический узор, известный как прокладка Серпинского:
1. Нарисуйте равносторонний треугольник с горизонтальным основанием как можно большего размера.Считайте это базовым треугольником.
2. Возьмите середину каждой стороны и с помощью отрезков линий соедините середину каждой стороны и середину соседней стороны. Нарисуйте в общей сложности три отрезка линии.Эти три отрезка образуют перевернутый треугольник, занимающий четверть площади базового треугольника.
3. Раскрасьте этот перевернутый треугольник в черный цвет.
4. В это время в базовом треугольнике есть три незачерненных вертикальных треугольника.Используйте их как базовые треугольники и повторите два вышеуказанных шага.
(Остановитесь, когда вам станет скучно; если у вас достаточно карандаша, вы можете повторять этот процесс бесконечно.)
Думайте об этих почерневших частях как о полых, и узор, который вы получите, будет похож на полую подушечку. Это фрактал, о котором также можно сказать, что это самоподобие (то есть структура, имеющая аналогичную форму после произвольного увеличения).Другой пример — Cantor Dust — структура, которая легко рисуется на материалах, которые легко стирают следы. Например, нарисуйте линию на доске и сотрите среднюю треть, создав две относительно короткие линии.Затем сотрите среднюю треть короткой линии, чтобы создать еще более короткую линию.……Продолжайте повторять этот шаг.Через некоторое время у вас получится серия коротких меловых линий с особыми интервалами.Эти интервалы имеют те же статистические характеристики, что и большое количество природных явлений, таких как распределение размеров обрушений песчаных дюн, интервалы капания протекающих кранов, интервалы сильных землетрясений, инфекционных заболеваний и массовых вымираний.
Даже за пределами математики более распространенной практикой является создание конкретной конструкции с учетом набора правил, чем создание подробного рисунка, показывающего окончательный образец.То же самое касается и инструкций по приготовлению еды, и то же самое касается инструкций по текстилю: в простых есть“Один стежок вперед, один стежок назад”Такие описания узоров также могут быть сложными, как, например, сложные перфокарты на ткацком станке, изобретенные Жаккардом в 1801 году.——Можно сказать, что это самое программируемое производственное оборудование в мире.Музыка проиллюстрирована аналогичным образом: ноты на нотном стане сообщают игроку, когда начинать играть, а также высоту и продолжительность исполнения.
В течение долгого времени в нашей культуре люди часто использовали простой метод детальных инструкций, как получить определенный желаемый результат.Это позволяет легко принять идею о том, что биологическая информация структурирует нас аналогичным образом.Однако эта идея опасна.Фактически, между ними есть ключевое различие: люди всегда полагаются на серию инструкций для создания объекта, а внешний интеллектуальный посредник понимает и следует этой серии инструкций для завершения объекта.Даже если что-то на первый взгляд выглядит как продукт исключений, например, вязальная машина или самоиграющее пианино, сами машины создаются посредниками, которые понимают инструкции, поэтому на самом деле исключениями они не являются.Короче говоря, кардиганы, симфонии, автомобили и церкви не могут создать себя сами.Инструкции, эксплуатационные знания (например, вязание, приготовление пищи, сварка, кладка камня и т. д.) и физические манипуляции с материалами приходят извне, а не из самой возводимой конструкции.Напротив, информация в зародыше не требует участия или обсуждения каких-либо внешних квалифицированных работников. Только сам эмбрион получает информацию и выражает свое развитие.В отличие от большинства технических сборок, которые требуют, чтобы один человек выступал в качестве главного командира, вы быстро поймете, что сборка существа состоит из всех задействованных элементов.В построении человека управление не является прерогативой нескольких частей, а достигается системой в целом.
Чтобы понять этот процесс строительства, нам сначала нужно понять свойства строительных материалов. Моя лаборатория находится в Эдинбургском университете, возле которого есть три знаменитых моста: Томаса·В городе расположен элегантный Динский мост, построенный Томасом Телфордом. Бенджамин·Знаменитый железнодорожный мост Форт Бенджамина Бейкера пересекает залив рядом с мостом Форт-Роуд.Мост в Телфорде был сделан из камня: эти материалы были большими и тяжелыми и становились устойчивыми только тогда, когда на них оказывалось сильное давление.Исходя из этого, он принял традиционные методы строительства: сначала построил опоры, затем построил деревянный каркас для поддержки арки, а затем уложил на этот каркас камни подходящей формы до тех пор, пока вес камня не стал достаточным, чтобы прочно поддерживать арку, а затем разобрал деревянный каркас.Бейкер использовал материалы, которые были новыми для того времени.——сталь для строительства железнодорожных мостов. Материал мог выдерживать как растяжение, так и сжатие, поэтому он смог вытянуть сталь прямо из опор, чтобы создать консольную конструкцию; они использовали кран, чтобы поднять длинные, относительно легкие стальные секции, затем опустили их на место и склепали вместе.Мост Форт-Роуд был самым коротким из трех построенных мостов.Подвесной мост поддерживается натянутыми стальными тросами, которые тянутся от башен по обе стороны к башне на берегу на другой стороне залива.Поэтому при строительстве этого моста мы должны сначала построить висячую башню, затем построить прочный анкер для висячего троса за висячей башней, а затем один за другим добавлять стальные тросы и затягивать их до тех пор, пока вся дорога не будет подвешена.В каждом из приведенных выше примеров природные свойства материала диктовали общую стратегию строительства моста, и каждый мост должен был быть построен соответствующим образом.То же самое справедливо и для стратегий построения в биологическом мире, которые зависят от свойств участвующих компонентов.Итак, пришло время представить три важных строительных блока живых существ, о которых я буду упоминать снова и снова в этой книге: белки, мРНК и ДНК.
В настоящее время наиболее важными известными молекулами в биологических структурах являются белки. Они составляют важнейшую физическую структуру, придающую клеткам уникальную форму; они также состоят из каналов и ионных насосов, контролирующих вход и выход веществ в клетки; кроме того, они также состоят из ферментов, которые запускают и контролируют химические реакции в жизнедеятельности. Эти биохимические реакции включают метаболические пути, которые синтезируют ДНК и производят жиры и сахара, которые также являются строительными блоками организма. Относительная важность белков наиболее очевидна в красных кровяных тельцах. По мере созревания эритроцитов они отбрасывают свои ядра, содержащие все гены клетки. Зрелые эритроциты могут продолжать жить около 120 дней. Но если клетка потеряет свою белковую функцию и сохранит только свои гены, она не проживет более нескольких секунд.
Белки представляют собой длинные цепи аминокислот. В организме человека имеется 20 видов аминокислот, различающихся формой и химическими свойствами. Эти аминокислоты взаимодействуют друг с другом, и аминокислотные цепи имеют свойство сворачиваться в сложные формы: иногда самостоятельно, иногда с помощью временных“помощник”. Процесс сворачивания настолько сложен, что люди в настоящее время не имеют возможности точно определить окончательную структуру белка по аминокислотной последовательности. (Хотя люди разработали компьютерные программы для предсказания структур белков, вычисления и процессы вероятностного рассуждения, задействованные в процессе программирования, основаны на известных структурах белков и связях последовательностей, которые представляют собой результаты, полученные с помощью аминокислотных последовательностей и рентгеновской кристаллографии. Прогнозирование структуры белка немного похоже на предсказание погоды, только немного более точное.)
Разные белки имеют разные аминокислотные последовательности. Одна аминокислота за другой добавляется к растущей белковой цепи в порядке, заданном другой биомолекулой, информационной РНК (также называемой мРНК, см. рисунок 1). Молекула мРНК также состоит из длинных цепей, связанных множеством единиц. Их строительными блоками являются четыре основания: A (аденин), C (цитозин), G (гуанин) и U (урацил). Эти строительные блоки очень похожи и относительно просты по химической активности по сравнению с аминокислотами. У мРНК в клетках нет другой цели, кроме как определять последовательность аминокислот, которые должны быть добавлены к растущим белкам. Аминокислотная последовательность белка определяется основаниями мРНК. Три основания объединяются в группу и вместе определяют одну аминокислоту.
Последовательность оснований мРНК напрямую определяется последовательностью оснований ДНК. ДНК представляет собой молекулу с длинной цепью, состоящую из четырех оснований: A, C, G и T. Основания могут располагаться в любом порядке. Каждая молекула ДНК, составляющая ядро 46 хромосом нашего тела, имеет миллионы оснований. Он содержит отдельные фрагменты, составляющие ген. После считывания гена генетическая информация на ДНК будет скопирована на РНК: в соответствии с последовательностью оснований ДНК A, C, G, T она преобразуется в язык РНК A, C, G, U. Следовательно, РНК фактически представляет собой другой носитель, воспроизводящий генетическую информацию, или“стенограмма”(расшифровка). Формальную задачу чтения генетического кода выполняют белки. Сначала они связываются с короткими последовательностями оснований, таких как ATAAT и TCACGCTTGA, которые обычно находятся в начале генов. Различные гены имеют разные короткие последовательности поблизости, и разные последовательности связываются с разными белками.——Поэтому комбинации белков, считывающих разные гены, различаются.
Различные гены связываются и активируются соответствующими ДНК-связывающими белками, что важно, поскольку разные клетки организма должны вырабатывать необходимые им белки. Например, клетки кишечника вырабатывают белки, которые переваривают пищу, клетки яичников вырабатывают белки, вырабатывающие половые гормоны, а лейкоциты вырабатывают белки, которые борются с инфекциями. Хотя эти клетки содержат все гены генома, включая те, которые никогда не будут использоваться, считываются только те гены, которые нужны клетке, поскольку в клетках есть только ДНК-связывающие белки для этих генов.
На этом этапе мы должны принять тот факт, что в клетках или эмбрионах нет ничего“Генеральный ответственный человек”. Короче говоря: живые организмы синтезируют белки просто потому, что активные гены (через мРНК) определяют этот производственный процесс. И эти гены активны только потому, что белки, которые их включают, уже присутствуют. Это замкнутая логика: контроля нет нигде, потому что контроль есть везде (см. рисунок 2).
