为什么细胞没有能量就会死亡,它不能像电脑一样只关机吗?


为了让题主有更深刻的印象,我们不妨先来看看,人类“关机”的 24 小时中会发生什么。

关机后 1 秒。

呼吸和心跳停止,中枢神经虽然不再运转,但功能尚且正常,可以立即原地“开机”复活。

虽然关机了,但无论大脑还是身体的各个部位,依旧在发生着丰富的生物化学反应。是否可逆,与反应程度和时间高度相关。

关机后 3 分钟。

虽然机体的其它部位依旧还可逆,但大脑内部就会发生不可逆的化学变化,此时“开机”,大脑已出现不可逆的损伤。

关机后 5 分钟。

大脑出现明显损伤,此时再“开机”,会出现明显的后遗症。

关机后 30 分钟。

核心处理器已经坏掉了,抱歉,已无法“开机”,不过绝大部分的器官组织,都还能开启,可用于器官移植。

关机后 1 小时。

由于体内没有氧气生成 ATP,提供能量给肌肉,肌肉纤维内部的肌球蛋白和肌动蛋白结合在一起,形成肌动球蛋白,发生强直、僵硬,关节固定等现象。这在法医学上称为尸僵。

关机后 2 小时。

血液下沉,身体接触地面的部位形成,云雾状或条纹状的斑块,这是尸斑。

此时,如果通过电刺激肌肉,还能发生超生反应。但这个时间之后,组织器官内部,将逐渐发生不可逆的化学反应。在降低温度的季节,一些器官还能移植。

关机后 3 小时。

身体内存在 100 万亿的细菌(人体总细胞数的 10 倍),在人体免疫系统关机的情况下疯狂繁殖,并在身体内产生大量的腐臭气味,从口、鼻、肛门溢出,这便是尸臭。

关机后 6 小时。

体温彻底失去(时间和环境高度相关,雪地可快至 1 小时之内)。

关机后 12 小时。

身体内的组织、细胞纷纷失去活性,其内部释放的酶开始溶解自身,此谓自溶。

各个器官组织的自溶时间不同。

混合腐败物质的血水可能会从口鼻流出,吸引来的一些小动物,开始打上了你身体的注意。

此时,如果拿来和电脑对比的话,可能已经相当于只有优盘(精子活性还在)的一堆废铁了。

关机后 24 小时。

血液中的铁元素生成硫化亚铁,尸斑逐渐转变成绿色,被称为尸绿。

如果是站立死亡,或者俯身死亡,男性会发生生命中最后一次持久勃起,又被称为盎格鲁人欲望。

关机 24 小时之后,基本上除了精子还能用之外,其它器官组织基本都没有了利用价值。

最高纪录是澳大利亚,一名车祸去世的男子,死后 48 小时,妻子通过试管婴儿技术,成功第二年产子。

……

那么,为什么人(以及细胞)“关机”之后,就会发生这样的不可逆变化,而电脑则不会?

  • 本质上来说,如果人体所有的细胞能做到关机,实际整个人体也就能关机了。

薛定谔在《生命是什么》一书中,提出了生命以负熵为食的观点。生命体,也是热力学上的耗散结构。不清楚概念的,可以简单理解为:这是一种动态的稳定有序结构。

首先在无论生物小分子还是生物大分子,相对于无机物,它们都是足够不稳定的。虽然演化成生命后,逐渐变得稳定,甚至可以有数十年,甚至数百年的寿命。

这靠的是什么?靠的是身体内不断地新陈代谢。

就拿人体来说,无论你吃喝拉睡,处于什么样的状态,只有你活着,机体内就存在能量和物质的损耗,你就必须通过新陈代谢不停地更新补充。

你身体内的各种复杂的化学反应,远远比一台电脑内部的化学反应丰富复杂了成千上万倍。

为了维持动态平衡,哪怕在你睡觉的时候,身体内部也必须保证最基本的活动状态。才能修复损伤,清除代谢废物、消灭增殖的细菌,以及维持细胞内的代谢平衡。

例如,就细胞层面来说。

细胞内存在,专门分解蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的细胞器——溶酶体。

溶酶体大约 0.025~0.8 微米,相当于细胞层面的“消化器官”,可以分泌 60 多种水解酶。在正常的细胞内部,溶酶体具有稳定的单层膜,可选择性地分解外来有机大分子,以及局部的细胞质和细胞器。

当细胞衰老、受损,或者触发凋亡机制,溶酶体便会破解,释放出所有的水解酶(对于尸体来说,这就是一个自溶的过程)。

即便细胞中没有溶酶体,内部发生的化学反应,也比由金属、塑料、硅组成的电脑内部活跃得多。

也正是因为内部化学性质的活跃,要维持生命体,无论细胞还是整个生命体层面,都必须维持一个物质和能量的动态平衡呢?

当然,你要真的能像电脑那样关机,也并不是不可以,只要把身体内的化学反应速度降低到电脑内部的化学反应速度。

这如何做到?

当然是降温了。

当前的技术,对于细胞层面的冷冻保存,已经完全成熟。至于整个生命体,人类当前没有掌握能长久冷冻苏醒任何哺乳动物的技术(通常只能存活几天)。

相关技术的具体情况,可以看看我这个回答:

距离 1967 年第一个冰冻人解冻期限已过去 2 年,科技复活无望,将来能实现冰冻复活吗?

不过,当前所有的冷冻人,都是在临床死后冷冻的。如果是直接活体冷冻的话,未来几十年并不是没有可能突破,让我们能看到人体“关机再开机”的可能性。

第一个吃螃蟹的人(活体冷冻),根据结果不同,人生可能会走向两个不同的极端。


附录 1:

为什么常温下,生命体内部的化学反应比电脑内部更活跃呢?

这就在于构成细胞的有机物分子的性质,有机分子的性质又源于C的性质。

这是碳原子,它最外层是 4 个电子,既不容易失去电子成为阳离子,也不容易获得电子形成阴离子。

  • 这个特性,令它主要以共价化合物的形式存在。

它不仅可以与氢、氧、氮、硫、磷,等多种非金属形成共价化合物(共 4 个共价键),它自己和自己也能形成共价化合物。

自个与自个共价结合也就罢了,还能形成单键、双键,三键等不同的形式。

这些特性可以让碳为中心的有机物,形成稳定而无比丰富的碳链和碳环。

已知的有机化合物多达 3000 万种,每年新发现或合成的种类多达数百万种。

例如:

开链烃、脂肪烃、饱和烃、烷烃、不饱和烃、烯烃、二烯烃、炔烃、闭键烃、环烷烃、芳香烃、稠环芳香烃、杂环化合物、卤代烃、醇、芳香醇、酚、醚、醛、芳香醛、羧酸、羧酸衍生物、酯、油脂、硝基化合物、胺、腈、重氮化合物、偶氮化合物、磺酸、氨基酸、肽、多肽、蛋白质、糖类、单糖、低聚糖、多聚糖、高分子化合物。

有机物的种类不仅丰富多样,互相之间还有极其复杂繁多的反应。

这也注定了有机物相对于无机物的不够稳定(相对稳定),但这却是生命能够诞生的关键之一。

附录 2:

生物从有机小分子到原始生命的演化过程,以及能量和物质动态平衡的建立过程:

  • 以下内容,结合化学起源假说、生物演化,进行了合理的推演:

要知道,生命演化之初,有机小分子(例如氨基酸、蛋白质)之间,仅仅只是按照分子极性,随机结合在一起,形成有机大分子。

  • 最初的有机小分子可能是地球上自己生成,也有可能部分来自外太空。[1]

那些稳定的有机大分子(例如蛋白质和核酸),由于能存在的时间更久,自然会淘汰那些寿命更短不够稳定的有机大分子。

但有机大分子再稳定,也可能会被其它分子夺走元素,或者遭到自然不可抗力破坏分解。

  • C 的属性就决定了,它形成的分子再稳定,也仅仅只是一定温度和压强范围之内,超出相应的温度和压强,分子就会分解。
  • 绝大部分的有机分子(如蛋白质等)在超过 100℃之后就会变性。
  • 相反,一些无机物可高达数百度不变形,而且由于化学反应大多简单,一些变性也是可逆的。但对于拥有复杂变化的有机物来说,就很难再做到可逆。

总之,在生命诞生的海洋,早期分子虽然取得了优势,但终究会有解体的一天。

当随着原始海洋中的有机大分子越来越多,总有一些有机大分子会互相结合在一起。例如核苷酸和蛋白质的结合,形成更加复杂的大分子复合体。

这些复合体的内部,越是更加的有序化,寿命自然更长。

但复合体内某些小分子或大分子遭到破坏,能够替换相应分子的复合体,自然而然能“存活”更久。

但替换本身,就代表着“配对。”

当相应的匹配已经形成一定的体系,这些复合体就逐渐有了“新陈代谢”的能力。

于是团聚体便形成了。

团聚体属于有机大分子形成的“团聚小滴状”的凝胶结构。

苏联生物化学家,奥巴林将明胶水溶液和阿拉伯胶水溶液混在一起,得到了团聚体模型。

  • 明胶:蛋白大分子的亲水胶体
  • 阿拉伯胶水溶液:高分子多糖类及其钙、镁和钾盐,主要包括有树胶醛糖、半乳糖、葡萄糖醛酸等

它有如下近似生命的性质:

  • 1、具有边界膜隔离内外环境。
  • 2、可通过膜吸吸外界物质在内部合成新物质,再从边界排出废物[2]
  • 3、分解自己的合成物提供能量,维持系统的存续。
  • 4、内部合成速度更快时,生长。更慢时,凋亡。
  • 5、可通过分裂,进行“繁殖”。

但团聚体相比较最原始的生命,细菌的复杂程度依旧还相差得很远。

但可以窥得生命演化之一斑。

在团聚体或者更加复杂的复合物中,一些获得原始催化作用的多肽,催化其中的葡萄糖或者氨基酸,就可以形成原始的代谢。如果团聚体吸收外界物质,它便可以增长。[3]

富含赖氨酸残基的碱性蛋白,能有选择性地和多聚 C(胞嘧啶),以及多聚 U(尿嘧啶)结合。而富含精氨酸的类蛋白能选择性地与多聚 A(腺嘌呤),以及多聚 G(鸟嘌呤)结合……

诸如此类的联系,原始蛋白可以把信息传递给原始核酸,在一系列相互作用中,原始的遗传密码可能由此开端。

不过也有依据证明,RNA 的复制,不依靠酶也能完成。例如,1967 年,美国植物病毒学家 Diener 发现,马铃薯纺锤形块茎病的致病因子,是一种没有外壳蛋白的 RNA 裸体分子。

早期的原始生命起源,可能先有蛋白质,也而可能先有核酸。

无论怎么样,蛋白质和核酸的相互作用,诞生了最初一批能够自我复制,传递遗传信息的介于生命和非生命之间的物质。

这些原始类生命物质最开始,是不存在真正细胞膜的。当遇到环境的变动,它们极其容易分肢解体,遗传信息便无法传承下去。

但一些原始类生命物质,和一类薄层膜状,封闭流体的有机化学物质结合在了一起。这些类似脂的物质,也是自我汇聚形成。但与类生命结合之后,成为了更有优势的组合。细胞膜诞生了。[4]

细胞膜的形成,也标志着真正生命的诞生。

原始细胞膜,令原始生命在与环境的物质、能量交换,还是自我新城代谢、生长复制,都更加的具有优势。

当前所有生命理论上的共同祖先 LUCA,极有可能只是无数原始生命中的一个。

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