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生物學(xué)復(fù)雜而龐雜，大致可分為四大類——“宏微專交”：

今天我們以中科院特聘教授吳家睿研究員的《生物學(xué)是什么》（14萬字）為藍(lán)本，系統(tǒng)而深入地理解生物學(xué)的核心思維與知識架構(gòu)，全文5800字，強(qiáng)烈建議想要了解生物學(xué)的讀者認(rèn)真閱讀。
思維方式之爭：還原論與整體論
生物學(xué)的發(fā)展史，可以說就是“還原論”與“整體論”之爭的歷史。
還原論（Reductionism），認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)可以通過拆解各部分來理解；整體論（Holism），主張一個(gè)系統(tǒng)為有機(jī)整體，不能割裂開理解。

上個(gè)世紀(jì)，還原論成為主流；而隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識到，生物體是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，它由數(shù)量巨大種類繁多的生物大分子相互作用（“互作”）而成。
因此，“還原論”與“整體論”之間的關(guān)系并不是“非此即彼”，而是對立統(tǒng)一的。
生命中最重要的元素——碳
以前人們認(rèn)為，構(gòu)成生命的物質(zhì)與構(gòu)成非生命的物質(zhì)有著本質(zhì)區(qū)別，因?yàn)榉譃槊麨椤坝袡C(jī)物”和“無機(jī)物” 。1828年，維勒首次在實(shí)驗(yàn)室中用無機(jī)物合成了有機(jī)物，從此，人們認(rèn)識到“兩者并沒有不可逾越的界限” 。
我們知道，地球上所有生物都屬于“碳基生物”；那么“碳原子”究竟有什么特殊性呢？

碳原子外層有4個(gè)電子，因此得失電子均不容易，能形成最多4個(gè)共價(jià)鍵；同時(shí)，價(jià)電子離原子核很近，因此碳骨架既不會(huì)太活潑而容易分解，也不會(huì)太穩(wěn)定而妨礙可塑性。
可以說，正是碳原子之“中庸”，帶來了千姿百態(tài)的有機(jī)世界。
手性：鏡像，卻不同
如果碳原子相連的4個(gè)部分不一樣，則結(jié)構(gòu)上，無論如何旋轉(zhuǎn)，都是不完全一樣的，就好像左手與右手，這種結(jié)構(gòu)稱為“手性結(jié)構(gòu)” 。

幾乎所有的有機(jī)化合物是手性分子，分為L型與D型。
手性會(huì)強(qiáng)烈地影響分子功能！歷史上出現(xiàn)過制藥公司弄錯(cuò)手性，而導(dǎo)致1.2萬個(gè)畸形嬰兒的驚天大案。
有趣的是，生物體中手性分子高度均一，比如：幾乎所有氨基酸都是L型，所有核糖和其它大多單糖都是D型。鏡像的分子似乎并沒有什么不同或優(yōu)勢，地球上的生命對于分子手性的偏好，完全是隨機(jī)的嗎？
非也。
2010年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)手性分子的能態(tài)與它的鏡像分子相比，是存在微小的差異的。所以，手性的偏好，其實(shí)是建立在“宇稱不守恒定律”（楊振寧、李政道1956）的基礎(chǔ)上的——

生物大分子：強(qiáng)鍵與弱鍵的協(xié)奏曲
小分子通過聚合，形成了共價(jià)鍵（強(qiáng)鍵）骨架，同時(shí)也放大了不對稱性，形成了具有特定方向的、高度有序的生物大分子。
單鍵和雙鍵，是最常見的共價(jià)鍵。單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，讓分子柔韌；雙鍵不能旋轉(zhuǎn)，讓分子剛性。
“肽鍵”（連接氨基酸的鍵）比較特殊，它是具有部分雙鍵性質(zhì)的單鍵，因此蛋白質(zhì)可以做到“剛?cè)岵?jì)” 。
弱鍵主要包括三類：氫鍵、范德華力、疏水作用力。（后兩項(xiàng)弱得都不敢在名字里帶“鍵”字了）。
不要小看弱鍵，要知道，強(qiáng)鍵只是形成骨架，而弱鍵形成“構(gòu)象”（形狀），正是特定的“形狀互補(bǔ)”實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的分子識別，避免隨機(jī)性帶來的錯(cuò)誤。