有生物在发育过程中会改变自身的拓扑结构吗？ 第1页

题目这样的表达方式一般是在谈“同胚”，即一个空间无需切开或黏合就能变形成另一个空间。生物的构造在发育过程中发生切开和黏合都是很正常的，当你从微观尺度观察的时候，所有的细胞生物在发育过程中都包含拓扑结构的变化。

这种变化可以在分子层面进行，

• 例如DNA分子可以从环状变为线状，双螺旋可以解旋、复制后再形成双螺旋，双螺旋有多种构型，双链DNA上也存在双螺旋以外的构造，环状DNA分子可以呈现各种复杂的纽结，氨基酸可以组成有孔的通道蛋白等复杂拓扑结构，这些蛋白又可以分解；

也可以在细胞、组织、器官的层面进行，

• 例如细胞膜上通道蛋白的增减，细胞分裂与细胞融合过程中大量细胞骨架和膜结构的切开与黏合（包括配子变为合子的过程），植物叶片上的气孔。
• 一些动物从合子发育为带有贯穿全身的消化道的个体，可以认为是从球状变成了甜甜圈状。
• 呼吸道有多个气门与气管系统的生物、呼吸道与消化道·鼻泪管等其它管道相连的生物可以视为更加复杂的拓扑构造。

生物体内的单链DNA可以呈现环状、复杂的非螺旋状之类，复制叉上有局部解旋的DNA，活细胞的端粒和一些启动子里存在G四联体^[1][2]和i-Motif^[3][4]。

以下三种DNA双螺旋在地球生物的细胞里都可以见到，B-DNA是活细胞内最常见的DNA双螺旋形式，A-DNA多为脱水诱发、可以在耐环境的细菌·古菌和病毒身上找到，Z-DNA偶尔可以在活细胞内出现。

生物体内的DNA和蛋白质往往不是平凡纽结。你身上的细菌们在生长发育过程中可以改变其环状DNA和蛋白质的拓扑结构。

纽结早就被应用在大分子空间结构的研究，尤其是DNA的研究。

一些学者报告称，他们观测的自然形成的单链RNA和双链RNA都是平凡纽结。这是RNA与经常打多个结的DNA与蛋白质的一项出人意料的差异。

• 这意味着，如果你将没有衣壳的RNA亚病毒因子视为生物，其拓扑构造的变动只有分子的组装、拆解和各种变异，不过反正病毒也没什么发育的概念。

参考

1. ^ 同一条DNA单链上的4个G碱基，相邻之间成氢键形成的G四合体平面（G-tetrad）。这样的四合体平面反复出现，就会形成G四联体（G-quadruplex）。在平面的中间，通常还会存在一个阳离子（多为钾离子），帮助稳定结构。
2. ^ DNA可不只有双螺旋结构 - 吴思涵的文章 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/36216255
3. ^ 同一条DNA单链中的C碱基之间，两两形成氢键而成的结构
4. ^ DNA可不只有双螺旋结构 - 吴思涵的文章 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/36216255

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