地球上最初的生命形式是单细胞生物:细菌和古菌。它们生活在海洋中以躲避紫外线辐射,那时大气中还没有游离氧。
这些是相当简单的实体,其遗传程序紧密地打包——基因紧挨着基因——形成短的RNA或DNA链,在细胞内自由漂浮。遗传物质必须很短,因为当时大气中没有臭氧层,较长的链更容易受到到达地表的紫外线辐射的伤害。
遗传程序包含细胞运作所必需的蛋白质的”配方”。整个细胞机器需要能量才能工作。能量通过细胞表面从外部世界以化合物的形式获取。这些食物在细胞内进行处理,过程中不涉及氧气。例如,葡萄糖被摄入细胞,在称为糖酵解的过程中发酵,产生大约两个净能量单位,储存在两个ATP中。
当时细胞的主要形状是球形的。这有几个原因。首先,细胞内部的化学成分与外部不同,在大多数环境中,细胞内部会形成渗透压。
球形细胞膜最能处理这种压力,使其保持机械稳定性。膜本身的能量成本很高。球形提供了最佳的体积与表面积比。
经过十亿年的进化,另一种能量来源被利用起来:阳光。首先,蓝藻细菌发展了基于叶绿素的光合作用,利用从环境光中收集的能量,直接将细胞内的二氧化碳和水转化为葡萄糖分子。作为光合作用的副产品,每产生一个新的葡萄糖分子,就会产生六个氧分子。
无论是化合物还是光,都必须穿过细胞表面才能被用作这种早期生命的能量来源。这给细胞大小带来了限制。由于食物或辐射需要穿过细胞膜,细胞的直径越大,可以输送进来的食物就越多。
然而,细胞的能量需求与细胞体积成比例增长,因为所有化学过程都在细胞体内均匀进行。
显然,球形形状的表面积与半径的平方成正比,而体积与半径的立方成正比。
这意味着能量需求很快会超过食物扩散进入细胞的可能通量。因此,早期生物的大小限制被设定在个位数的微米范围内。
出于这个原因,如果一个细胞遇到了新的丰富食物来源,它无法在竞争对手之前生长得很大来吞噬它。唯一可用的策略是增殖成大小相似的细胞,以促进物种的生存。因此,在其遗传软件中发展出这种策略的生物体击败了所有其他生物体。
大气中有毒氧气的积累对大多数生物来说是场灾难。24亿年前的大氧化事件是已知的第一次大规模灭绝现象。
一些细菌通过在食物处理中利用氧气,以比发酵高得多的效率生存下来。效率从每个葡萄糖分子产生2个ATP跃升到大约34个ATP。
而且,能量的增加并不需要增加细菌的外部表面积。它是通过一系列电子传递来维持的,这些传递借助了细菌内部的表面(嵴)来实现,这些表面可以在固定的微小总体积内折叠!
这些细菌以数量众多的形式被共生整合到其他单细胞生物体内,形成了早期的线粒体,这是第一个细胞器。线粒体使细胞从一个葡萄糖分子中获得的可用能量增加了十倍以上。这意味着细胞的尺寸可以急剧增加。
由大气中的氧气形成的臭氧层阻挡了大部分紫外线辐射。这反过来解除了对更靠近水面生物体的DNA大小限制,并且更多的光可用于光合作用。现在DNA可以长得多的,它所包含的程序也可以更复杂。基因不再紧密排列,一些新的调控机制可以被引入DNA。
首先,保持高食物处理效率以不浪费任何能量至关重要。这就是为什么控制机制被嵌入DNA中,以防止细胞停滞在葡萄糖发酵阶段,并将发酵产物送到线粒体进行氧气辅助处理。
较长的DNA链需要比仅仅自由漂浮的链更好的组织和保护。包裹DNA的细胞核作为一个新的细胞器出现,真核细胞诞生了。
更长DNA和更精细调控的另一个好处是,单条链不仅可以包含单个细胞的指令,还可以包含具有不同功能的多种细胞类型的指令。这就是多细胞生物得以出现的方式。
尽管如此,对于大多数细胞,尤其是在多细胞生物体中,维持能量生产效率是共同点。发酵不再被允许作为唯一的能量来源;之后必须在线粒体中进行三羧酸循环,那里产生大部分能量。保持这种能量生产流程也有利于细胞妥善管理废物。发酵产生的高能产物在线粒体中用于生产ATP,而不是干扰正常的细胞反应,包括诱导DNA突变。
在像人类这样的生物体中,存在能量效率机制被暂停的情况。
一种情况是过度训练,此时能量输送速度优先于效率。
糖酵解(葡萄糖发酵)比涉及线粒体的葡萄糖正常处理循环要快得多。这就是为什么当你过度锻炼肌肉时,它会开始主要通过葡萄糖发酵来提供能量。其产物乳酸会被释放到肌肉组织中,导致肌肉酸痛。
另一种绕开线粒体的情况是炎症和氧气可用性降低。
如果这种情况是慢性的,线粒体可能会永久受损,细胞就会恢复到其最原始的程序:发酵和不受控制的增殖。这就是癌症。
细胞中的能量产生称为代谢。线粒体失活或受损的细胞无法以适当有效的方式产生能量。这就是为什么,与当代医学教条相反,癌症主要是一种代谢性疾病,而非遗传性疾病。在癌症中发现的基因突变是糖酵解产生的高能产物与基因相互作用引起的次级效应。
当疑似癌症的患者来到医院时,当代医疗保健程序会让他接受一系列诊断测试。
其中对几乎所有类型的癌症都进行的一项最突出的测试是PET扫描。在该测试中,仪器会寻找细胞对葡萄糖的异常摄取。癌细胞需要的葡萄糖分子量是同一组织健康细胞的10倍以上,因为它依赖发酵而非涉及线粒体的过程。
值得注意的是,PET测试对于几乎所有类型的癌症都很常见。有些例外,如前列腺等组织,其新陈代谢非常缓慢,以至于即使葡萄糖摄取过量,与邻近组织相比也很小,背景信号比目标组织信号更强。
另一个奇怪的现象是,医学从业者如此执着于癌症的遗传起源,以至于疾病的代谢方面虽然被用于PET断层扫描的操作原理中(他们每天都在使用),但在实际的抗癌治疗中仍未得到充分探索。
基于本文提出的观点,一种抗癌疗法已被设计出来,并成功应用于一名乳腺癌患者。详情请见wygraczrakiem.pl网站。
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