這一期的文章本應該是從(cong) 一隻吃了漿果以後翩翩起舞的山羊開始的，但是這個(ge) 例子要用幾個(ge) 段落來說明，這裏我就不再描述了，今天換一個(ge) 例子來簡單作為(wei) 文章的開端——六邊形和五邊形：

六邊形·「嘧啶」

一種六邊形的結構它隻和香味有關(guan) ，這種六邊形的結構被稱為(wei) 「嘧啶」，「嘧啶」本來就是屬於(yu) 氮雜笨，也就是6個(ge) 碳原子構建在一起形成一個(ge) 正六邊形的苯環，如下圖的圖中說明，分別把每一個(ge) 環上的碳原子按照序列號1、2、3、4、5、6依次編排，假如裏麵的1和3號的碳原子分別被兩(liang) 個(ge) 氮原子取代掉，形成的結構叫做「嘧啶」。碳原子可以很輕易地組合成各種各樣的結構，假如一個(ge) 環形的六邊形全部都是由6個(ge) 碳原子組合而成那麽(me) 就特別容易產(chan) 生香氣，即便六邊形上麵的6個(ge) 碳原子其中的2個(ge) 被別的元素原子取代了，這種結構也往往會(hui) 保留著容易產(chan) 生香氣這種特性，但值得注意的是——並不是這種 六邊形的結構天生就容易產(chan) 生香氣，而是這種六邊形的單元在生命世界當中無處不在，所以動物的感官才能夠進化出把香氣這種化學信號識別出來的感官係統。

圖解：六邊形結構「嘧啶」

五邊形·「咪唑」

碳原子也可以是由五邊形組成的，和上麵的一樣，分別把每一個(ge) 環上的碳原子按照序列號1、2、3、4、5依次編排，假如把原本5個(ge) 碳原子的1號和3號兩(liang) 個(ge) 點位被氮元素雜換取代，形成的結構叫做「咪唑」，在生活中我們(men) 經常會(hui) 接觸到各種各樣的咪唑，比如抗菌時用的「硝基咪唑」、驅腸蟲時用的「左旋咪唑」等等，從(cong) 這兩(liang) 種常用的「咪唑」就能夠知道這個(ge) 小小的五邊形環在各種各樣的分子結構裏麵是多麽(me) 的常見。

圖解：五邊形結構「咪唑」

假如六邊形「嘧啶」與(yu) 五邊形「咪唑」這兩(liang) 者的分子結構通過共享一邊條的方法結合在一起形成的分子結構叫做「嘌呤」。

命中注定和閨蜜：「嘌呤」與「嘧啶」

我國唐代的著名詩人杜甫在他的著作《不見》中就已經引用“飄零酒一杯”這句話來描述了「嘌呤」，對「嘌呤」這種分子結構有所了解了。在這首詩中就很容易就會(hui) 讓人猜測到杜甫非常有可能是得過痛風的，然而「嘌呤」也正是誘發痛風的直接原因，杜甫知道一杯酒裏麵「嘌呤」的含量是非常多的，因此杜甫就把「嘌呤」的諧音以“飄零”的方式表達出來了，假如用現代的語言來表達的話我想這句話必定是：“都是酒惹的禍！”

「嘌呤」與(yu) 「嘧啶」就好比一對命中早已注定的好閨蜜

「嘌呤分子」和「嘧啶分子」一起組合成 DNA雙螺旋台階，這兩(liang) 個(ge) 分子通過氫鍵緊密地連接在一起，二者的比例在人的體(ti) 內(nei) 幾乎是一樣多的，值得注意的是它們(men) 都具有自發抑製性的體(ti) 係。當嘌呤的含量有所上升的時候會(hui) 自我抑製嘌呤的含量作進一步提升，同時也會(hui) 激發嘧啶的上升。反過來當嘧啶的含量有所上升的時候，嘧啶也會(hui) 自我抑製不再讓含量上升，同時也會(hui) 激發嘌呤的上升，因此「嘌呤分子」和「嘧啶分子」的數量一直是處於(yu) 一種近似平衡的狀態。

• DNA裏麵的嘌呤一共有兩種類型：腺嘌呤·A和鳥嘌呤·G、
• DNA裏麵的嘧啶一共有兩種類型：胸腺嘧啶·T和胞嘧啶·C、

腺嘌呤一定是和胸腺嘧啶配對的「A↔T」，鳥嘌呤也一定是和胞嘧啶配對的「G↔C」。簡單點來說DNA螺旋線形結構裏麵隻有的兩(liang) 個(ge) 組合：「A↔T」與(yu) 「G↔C」。俗話說10隻手指有長短，嘌呤與(yu) 嘧啶在配對的時候也難免會(hui) 出錯，錯配成「A↔C」、「G↔T」但是出現的機率是十分渺茫的。

圖解：分子化學式

DNA為(wei) 什麽(me) 一定要「A↔T」與(yu) 「G↔C」這樣配對呢？

DNA的磷酸骨架也就是樓梯的寬度隻可以同時容納3個(ge) 苯環，上述已經為(wei) 大家講述了「嘌呤分子」是一個(ge) 五邊形和一個(ge) 六邊形的雙環，而「嘧啶分子」是一個(ge) 單獨的六邊形環，因此3個(ge) 苯環的寬度剛剛好隻可以容納1個(ge) 「嘌呤分子」、1個(ge) 「嘧啶分子」。作為(wei) 連接節點氫鍵數量的搭配是不一樣的，A與(yu) T組合氫鍵的數量是3條，G與(yu) C組合氫鍵的數量隻有2條，因此就不容易發生錯配的情況。

圖解：腺嘌呤和胸腺嘧啶配對「A↔T」，鳥嘌呤和胞嘧啶配對「G↔C」

分子的世界是變化多端的

分子結構上的每一個(ge) 點位隨時都有可能會(hui) 被其他的原子或原子團取締，從(cong) 而發生改變或附著成新的原子，因此衍生出來的生物是多種多樣的，生命正是在這種多樣化的組合配對下不斷開辟出新的道路進行複雜的功能，在進化的道路上一些善於(yu) 輔助的小零件分子特別受歡迎，比如所有的植物都含有一種學名叫做「a-甲基化轉移酶」的蛋白質。

「a-甲基化轉移酶」其實就是一個(ge) 體(ti) 積非常小的原子團也就是一個(ge) 小零件，但是這個(ge) 小零件遍布了整個(ge) DNA鏈條，到處都可以看到，簡單來說「a-甲基化轉移酶」就是DNA鏈條上的“甲基化修飾”，這些被修飾過的DNA鏈條就如同一個(ge) 開關(guan) 器，DNA鏈條代碼功能的生效與(yu) 否是受這個(ge) 開關(guan) 器控製的，是組成進化機製最重要的環節，這種現象簡稱「DNA表觀」。

生命能夠透漏的信息不僅(jin) 要考慮DNA的代碼，而且還要考慮控製這些代碼表達與(yu) 否的表觀，「DNA表觀」提供了生命世界為(wei) 何會(hui) 是豐(feng) 富多彩重要的進化方式，如果想要對某個(ge) 結構進行甲基化或者“修飾”就必須要有對配合的零件，「a-甲基化轉移酶」就是這個(ge) 符合要求的零件。

所有的植物都含有「a-甲基化轉移酶」，作為(wei) DNA雙螺旋的必要零件「嘌呤」類分子必定是在很古老的時期就已經在植物體(ti) 內(nei) 演化出來了，在漫長的演化過程中不斷被「a-甲基化轉移酶」改造，最終一種叫做「黃嘌呤」的分子演化出了一種變形的機製，轉移酶把「黃嘌呤」分子切開一條小縫隙，然後伸出一條被一類酶安裝了一個(ge) 零件的旋臂之後又有另外兩(liang) 類酶分別對「黃嘌呤」分子進行各自的改造。

當這3種酶按部就班對「黃嘌呤」分子進行改造之後，作為(wei) 前體(ti) 的「黃嘌呤」雖然是改變了原本的模樣，但是它仍然是保持著最初的五邊形搭配六邊形的雙環外形，也延續了起初嘌呤結構裏雜化氮元素的存在，與(yu) 原本的「黃嘌呤」分子不同的是位點上被鑲嵌進了氧原子，於(yu) 是受到改造後的「黃嘌呤」分子就有了一個(ge) 全新名字——「咖啡因」。

圖解：「咖啡因」分子化學結構示意圖

結語·自然界與「咖啡因」

「咖啡因」分子在自然界是普遍存在的，同時也是生命演化環節重要的一部分，經過了漫長演化的「咖啡因」分子漸漸在生命世界裏突顯了自己獨有的一些特性：

餘(yu) 生結語——“當一顆含有「咖啡因」的樹生長在我旁邊的時候，它的葉子或者果實掉落在地上的時候，「咖啡因」會(hui) 滲透到四周圍的土壤裏，使得一定範圍內(nei) 的植物的生長會(hui) 被抑製，這無疑是一種競爭(zheng) 優(you) 勢。”

黃媂結語——“對於(yu) 覓食類的昆蟲來說，假如不小心吃了含有「咖啡因」的植物，輕則昏迷、重則死亡，這無疑是植物自我提升免遭蟲害的一種手段。”

植物說——“假如我在果實中摻入劑量少一點的「咖啡因」是不會(hui) 對昆蟲有負麵影響的，反而還會(hui) 吸引它們(men) 過來為(wei) 植物與(yu) 植物間進行播種，這有助於(yu) 植物和動物之間建立一種特別的合作關(guan) 係。”

動物說——“我是一隻生長在埃塞俄比亞(ya) 的山羊，當我吃了那些含有「咖啡因」的漿果以後就開始翩翩起舞了，正困為(wei) 這一點我這隻山羊與(yu) 「咖啡因」的編年史就被世人了解了。”

「咖啡因」是自然界偶然創造的嗎？

當然不是！

原因在於(yu) 我們(men) 日常生活的一些飲料，比如茶葉、可可或者柑橘植物裏都擁有「咖啡因」，值得說明的是——雖然這些物品裏麵所含有的「咖啡因」和咖啡含有的「咖啡因」完全是同一種的分子，但是二者改造的順序、修飾零件以及作為(wei) 原始共鍵的前體(ti) 分子完全是不相同的。二者都是各自在不同的時間、不同的地點、用不同的方法獨立進化出來的，科學上把這種現象稱為(wei) 「趨同進化」。

舉(ju) 例說明：

鳥類和蝙蝠都擁有翅膀，但是它們(men) 的區別在於(yu) 鳥類的翅膀純屬是一對帶有羽毛且隻能用於(yu) 飛行的翅膀，然而蝙蝠的翅膀卻多了一雙帶有利爪的鉤。鳥類和蝙蝠翅膀的功能大致相同，演化卻是各異的。

圖解：鳥類和蝙蝠翅膀對比圖


關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情