想象一个瞬间,一个人全身的 DNA 突然全部断裂……

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想象一个瞬间,一个人全身的 DNA 突然全部断裂……

图片:NeuPaddy / CC0

如果一个人全身的 DNA 全部瞬间断裂或者失活会怎么样?

菲利普医生,外科学博士研究生/爱射箭/185/尺八/笛子/铲屎官

谢邀,这是一个很好的问题,脑洞非常大。

从这个脑洞出发,跟大家聊聊

①电离辐射对 DNA 的损伤作用;

②DNA 对生物体的重要作用;

③一个人全身的 DNA 全部瞬间断裂或者失活会怎么样。


快速高效地破坏生物体 DNA,强电离辐射是一个最佳选择。

所谓电离辐射,即可以简单理解为“可以使物质发生电离作用”的辐射。电离辐射所携带的能量足以使物质原子或分子中的电子成为自由态,从而使这些原子或分子发生电离,这种现象就叫做电离作用。

* 注:辐射分为电离辐射和非电离辐射。前者因为有电离作用,所以对 DNA 有损伤作用,因而有可能导致基因突变,最终引起致癌作用,包括宇宙射线、X 射线和放射性物质发出的放射线。而非电离辐射则不具备使物质电离的能力,是相对安全的,包括紫外线,红外线,无线电和微波等。所以手机离头部太近可以引起脑瘤什么的都是无稽之谈。

首先,电离辐射是怎么破坏 DNA 的呢?

学过高中生物的都知道,DNA 是双螺旋结构的。有四种碱基——鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A),以互补配对的形式通过氢键连接使两条 DNA 单链组成双螺旋。但是每条单链上的碱基是如何连成链条的呢——答案是磷酸分子:

如果生物体暴露在电离辐射下,射线将对 DNA 造成直接损伤和间接损伤。间接损伤是通过电离 DNA 分子周围的其他分子(主要是水分子),形成大量自由基,从而对 DNA 结构造成破坏。

这些破坏可以:

①使脱氧核糖分子之间的磷酸二酯键断裂,或者导致脱氧核糖分子分解,从而引起 DNA 链条的断裂。这是最严重的破坏,没有之一。DNA 链条发生双链断裂或者单链断裂。其中双链断裂修复非常困难,甚至引起修复错误。如果遭受的放射线剂量非常大,甚至可以引起 DNA 多处断裂,彻底无法修复。

②碱基分子变性(失去其原有承载遗传学信息的功能)

③DNA- 蛋白质交联,这就会引起 DNA 的失活和染色体的畸形。

所以电离辐射如果强度足够大,就可以引起 DNA 无法修复的断裂——也就是提问中说的“全部瞬间断裂或者失活”。

如果上面三条看不懂,直接看下面动图吧:

DNA 对生物体的意义是什么呢?

首先,大家都知道,DNA 承载的是生物的遗传信息。生物体的形态和功能信息都储存在 DNA 分子那浩如烟海的碱基序列当中。人类的全部 31.6 亿个 DNA 碱基对,如果保存为.txt 格式,就足有 3 个 Gb。生物体的诞生、生长发育、生理活动等所有生命活动都是由这个 txt 文档决定的。

DNA 决定了生物体的各种生命活动:生物体长什么样子,某个细胞管什么用,某个细胞什么时候死掉......所有这些都被 DNA 控制着。

而且我们全身有 40-60 万亿个细胞,每天都有大量细胞死亡,每天也有大量细胞产生。

例如我们血液中的红细胞平均寿命 120 天

白细胞根据分型不同能活 3-12 天

血小板能活一两周

表皮细胞一般活不过 3 天,小肠上皮也至多 3-6 天,味蕾上的细胞能活 10 天。就算是相对长寿的肝细胞也只能活 5 个月......

这些填补死亡细胞空缺的新生细胞,就是靠 DNA 的引导复制产生的。

不仅仅是细胞,调节生命活动的酶类也是 DNA 引导合成的。这些与生命活动息息相关的蛋白质分子(个别酶不是),与人体的健康息息相关。事实上有些严重的疾病可能就是因为某一个酶的缺失引起,更何况全部的酶损耗后都得不到补充呢?

单一酶缺乏可以引起的疾病,轻则如乳糖不耐(没有乳糖水解酶,无法消化乳制品中的乳糖引起腹痛腹泻等症状),重则如酪氨酸羟化酶缺乏引起婴幼儿帕金森病症状。假如所有酶的合成都停止了,生命何以为继?

一个人全身的 DNA 全部瞬间断裂或者失活会怎么样

当细胞死去,没有新的细胞补充进去......人体将变成一副行走的尸体。这时你的神经系统和循环系统或许还能维持工作,让你神志还比较清醒。但血液系统、免疫系统和其他各个系统的功能都会出现衰竭,肉体开始坏死、出血无法控制。你将看到肉体的崩坏、感到撕心裂肺的疼痛,但所有的医学手段都对此无能为力。

高能预警一波

下面是个丧尸的图

受到强电离辐射的人会因为 DNA 全部破坏,造成所有细胞的复制再生完全终止,而苟活下来的细胞也会因为酶的损耗无法被及时补充,其功能逐渐衰竭。

人类文明史曾经在 1986 年走到过重大灾难的边缘。那年的 4 月 26 日凌晨,切尔诺贝利核电站的四号反应堆发生事故,堆芯从 330℃骤然升至 2000℃,引起爆炸和严重的放射性物质泄漏。放射性烟尘和放射性水蒸气将被季风吹到整个欧洲,乃至全球。一场史无前例的核危机也迫在眉睫。

事故曾一度被瞒报,直到瑞典发现大气中核放射物质骤增时,苏共当局才如梦初醒,立刻派遣苏联红军前往救灾一线,很多战士在完全知情的情况下仍然自愿进入受核污染最严重的地区进行封堵工作。

根据切尔诺贝利清理协会的报告指出,组织里大约有 600,000 名清理人,当中就有 10%清理人牺牲,165000 名残废。接触放射线最多的三人(潜水通过冷却槽)在完成任务后的几天内就去世了。接触放射线少一些的也在两个月内去世。还有很多人因为放射线造成的 DNA 损伤引发癌症......

最后,这些英雄的故事被简简单单凝聚在一个小小的勋章上面:

最后,一座巨大的混凝土石棺罩住了 4 号反应堆,放射性物质泄漏终于被封堵。人类最大规模的核灾难终于画上了句号。

这个问题的脑洞非常大,探索脑洞的过程会让人学到更多知识,但回顾这段历史,却让人心情沉重。那三位受到辐射剂量最大的英雄,我无法想象他们志愿接受自杀式任务时的心境。他们受到的核辐射,绝对足以让全身的 DNA 被破坏殆尽,在成功关闭水阀,拯救世界后的几天里相继痛苦地离世。所以他们三人也就给了这个问题最生动的答案。

但是,这个答案,也太沉重了。

向拯救世界的英雄致敬,希望大家记住他们的名字:

鲍里斯·巴拉诺夫

瓦列里·别斯帕罗夫

阿列克谢·阿纳年科

PS,记不住名字就记住事迹吧,嘿嘿。

感慨一下:

1986 年,距离苏联解体也不过还有五年而已。即使国家积弊丛生如此,当苏维埃发出号召,依旧不乏死士。有句话讲得特别有道理,曾经伟大的民族绝不会走向沉沦,它只能被消灭。

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