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计算机网络与多细胞生物的信息传递对比

【摘要】:此外,与计算机网络相比,生命有机体中的信息传递与互联方式更加丰富多彩,涉及核酸与蛋白质的信息转换和生物化学反应、细胞膜的特殊构造和功能、无机离子跨细胞膜流动、生物电现象等,其中每一个环节都是生物医学的研究课题。

人类发明了计算机之后,在最初阶段都是每台计算机单独应用,执行单一的任务,没有互相连接。这就像地球早期生物都是单细胞生物一样。

随着信息技术的进步和人类对信息需求的扩展,逐步把计算机与通信结合起来,产生了计算机网络。一个计算机网络包含许多台计算机,它们分布在不同地理位置、各自具有独立功能,以通信设备和通信线路互相连接起来,实现数据传输和资源共享。

多细胞生物的产生与计算机网络何其相似!远古时期的单细胞生物在其生活的环境中(最大的可能是在海水中),出于生命活动的共同需要,相互联系起来形成细胞群落,实现信息传输和资源共享,产生了最初的多细胞生物。多细胞生物逐渐演变,其拥有的核酸物质和信息量越来越大,细胞之间出现功能上和形态上的分化,产生了更为复杂的多细胞生物。正如计算机网络的规模和功能越来越强大,由局域网、广域网发展到因特网(全球网络互联)那样,多细胞生物的进化也是由小到大,由简单到复杂,一直发展到现代地球上精彩纷呈的高等生物,包括人类。

计算机网络传输只限于信息,并不能传输物体,于是,人类建立了物联网,把物流系统与计算机网络结合起来,形成了日益活跃的电子商务,使资源共享从信息扩展到物体。让我们来想象一下,一个庞大的社会(国家或区域),拥有密集的信息互联网络和与之相连的物流网络,其中每一个人、每一个地方既是独立的主体,又与全社会共享信息和资源,这是不是像一个多细胞生物体?

多台计算机构建成网络,有赖于可靠的、高效率的信息传递与互联;由无数细胞构建的多细胞生物,其细胞之间、器官系统之间的信息传递与互联则更为复杂。计算机网络的信息传递与互联借助电子、电磁波、光子,也许将来会借助量子。因此,网络传输主要涉及物理现象,可以用数学公式表达,我们能对其进行精确测量、精确计算和掌控。而多细胞生物的信息传递与互联不仅涉及物理现象,还更多地涉及生物化学反应、生物电、物质交换、物质运输等。生物体的信息传递和互联方式比计算机网络要复杂得多,大多数难以用数学公式表达,人类凭借现有的科学技术,还不能对其实现精确测量、精确计算、精确掌控。(www.chuimin.cn)

对于计算机网络,一切信息都可以简化为数字信号,通过电子、电磁波或光波进行传输;而对于生物体,信息的传递与转换则有赖于核酸和蛋白质这两类生物大分子的特殊运动形式,构成精密的“信号转导通路”和信号网络。生物信号的“转导”涉及一系列生物化学反应,不像数字信号那样单纯。通常,一个细胞要向身体其他部位的细胞发送信息,首先要通过基因表达制作特定的“信使”。信使的种类非常多,生物医学上常常用“某某素”“某某因子”对其命名。这些信使多半是由氨基酸构成的多肽或小分子蛋白质。信使制作出来以后,通过血液循环、神经纤维、局部弥散等方式投送到效应细胞。效应细胞拥有特定的“受体”,这也是具有特定结构和功能的蛋白质,有高度的“特异性”,即一种受体只接见一种信使,对其他信使一概拒之门外。受体与信使结合之后,把特定的信号传达到细胞内,触发相应的基因表达,制作出特定的多肽或蛋白质,去执行特定的任务。

由此可见,在生命有机体中,信息的传递过程涉及一系列基因表达、一系列物质转换,包括信号物质的产生和投送、信号物质与受体的相互作用、信号的转换与放大、效应细胞的反应等。因此,我们用“转导”而不用“传导”来描述生命有机体的信息传递。

读者可能会提出疑问,这样的信息传递是不是太慢了!与计算机网络信号传递速度接近光速相比,生物体中的信息传递速度确实很慢。但是,生命有机体的信息传递方式是在长期进化过程中形成的,是生命活动的基本形式,它的工作效率、精密度、可靠性和稳定性完全能满足整体生命活动的需要。此外,与计算机网络相比,生命有机体中的信息传递与互联方式更加丰富多彩,涉及核酸与蛋白质的信息转换和生物化学反应、细胞膜的特殊构造和功能、无机离子跨细胞膜流动、生物电现象等,其中每一个环节都是生物医学的研究课题。

花这么多笔墨讲基因,讲生命密码,讲信息传递与互联,这与医学有关系吗?我们说,关系非常密切。首先,几乎所有疾病都直接或间接与基因有关;其次,疾病的病理生理过程、疾病的治疗靶点、药物的作用机理等,无不涉及基因表达和信号转导通路。因此,要想了解医学基本原理和常识,这些都是不可回避的问题。