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原来，Cdc2蛋白是一种被叫作蛋白激酶的酶。这种酶会催化磷酸化反应：在其他蛋白质上增加一个带有强负电荷的磷酸小分子。Cdc2首先必须与另一种蛋白质——周期蛋白（cyclin）——结合，被激活后才能发挥蛋白激酶的作用。Cdc2和周期蛋白结合后形成的活性蛋白质复合物，则被称为周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase），简称CDK。细胞周期蛋白是由我的朋友兼同事蒂姆·亨特（Tim Hunt）[5] 发现并命名的，它会在细胞周期里按一定水平上下“循环”移动，这种调控是细胞机制中的重要环节，就像一个开关，可以确保CDK复合物在正确的时间启动或停止。顺便说一句，周期蛋白（cyclin）这个名字比cdc2 好多了！
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当活性CDK复合物使其他蛋白质磷酸化时，它添加的带负电荷的磷酸盐分子会改变这些目标蛋白质的形状和化学性质。这反过来也会改变它们的工作方式。比如，它们可以激活其他酶，就像在Cdc2蛋白中加入周期蛋白从而激活CDK那样。像CDK这样的蛋白激酶可以在同一时间内飞速地让许多不同的蛋白质磷酸化，所以，这些酶经常被用作细胞中的开关。这就是细胞周期中发生的事。细胞周期早期的S期要复制DNA，后期的有丝分裂要分离复制好的染色体，这些动作都需要许多不同的酶的协调。CDK对各种蛋白质同时进行大量的磷酸化，由此控制复杂的细胞过程。因此，理解蛋白质磷酸化就是理解细胞周期控制的关键所在。
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弄清楚这一切，真正认识到cdc2 是如何对细胞周期产生巨大影响的，这种满足感无以言表，我再怎么强调都不为过。说真的，这就像是传说中才有的灵光乍现的“尤里卡时刻”。我实验室的研究课题从确定酵母菌基因——比如cdc2 ，该基因控制细胞周期，从而控制细胞的增殖——到证明从酵母菌到包括人类在内的所有真核生物中都有这样的基因控制，再到最终找到让它发挥作用的分子机制。这番研究花了相当长的时间，总共大约15年，前后共有10位同事在我的实验室一起工作。而且，一如科学界的普遍情况，我们的研究成果也得益于世界上许多实验室的贡献，他们研究了各种生物体的细胞周期，包括海星、海胆、果蝇、青蛙、老鼠乃至人类。
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最终，生命从相对简单、广为人知的相吸相斥的化学原理中出现，从分子键的产生和断裂中出现。这些最基本的反应过程在极其微小的分子层面上共同运作，创造出了会游泳的细菌、生长在岩石上的地衣、花园里的花朵、飞舞的蝴蝶，以及能够书写和阅读这些文字的你和我。
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因而，我们现在思考生命时已能在观念上达成共识：细胞，乃至整个生物体，都是复杂得令人震惊但最终可以被理解的化学和物理机器。在这种观念的基础上，当今的生物学家正在努力地对这些复杂得惊人的生命体的所有组成部分进行定性和分类。为此，我们现在会利用强大的科技来深入研究极端复杂的活细胞。我们可以提取一个细胞或一组细胞，并对它们含有的所有DNA和RNA分子进行测序，再对其中数千种不同类型的蛋白质进行识别和统计。我们还可以详尽描述细胞中存在的所有脂肪、糖类和其他分子。这些技术极大地扩展了我们的感知领域，让我们对细胞内各种看不见的且不断变化的成分有了更全面综合的新认识。
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然而，将认知的视野拓宽到细胞层面也带来了新的挑战。正如西德尼·布伦纳所言：“我们沉溺于数据，却渴求知识。”他担心太多生物学家花了太多时间去记录和描述生物化学的细节，却并不能透彻地理解那一切究竟意味着什么。要将所有数据转化为有用的知识，其重点就在于理解生命如何处理信息。
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这就是生物学里第五个伟大的概念，也是我们接下来要细说的。
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注释：
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[1] 盖伦（129—约200），古罗马医师、自然科学家。他基本继承了从希波克拉底以来希腊医学的唯物主义传统，但对肌体内进行的各种无法解释的过程，他将其归结为非物质力量的作用，如宗教神秘论、信仰梦兆等。
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[2] 袋鼠法庭（kangaroo court）始见于19世纪50年代的美国西部，当时常规法庭的触角还没有延伸到尚未开发的西部边境地区，人们只得临时设立“袋鼠法庭”来解决一些突发或紧急的争端事件。现在我们常用该词表示“所做裁决不够公正透明的法庭”。
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[3] 路易斯·巴斯德（1822—1895），法国微生物学家、化学家，近代微生物学和免疫学的奠基人。他首次证明发酵和腐败是微生物所致，进而否定了自然发生说，并确立了加温灭菌技术。
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[4] 马塞林·贝特洛特（1827—1907），法国化学家和政治家，首创合成有机化合物，推翻了一般人认为有机物有“生命力”的论点。
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[5] 蒂姆·亨特（1943—），英国生物化学家、分子生理学家，因发现细胞周期中的关键调节因子，他和利兰·哈特韦尔、保罗·纳斯一起获得了2001年诺贝尔生理学或医学奖。
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五堂极简生物课 [:1700270915]
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五堂极简生物课 五 生命的信息Life as Information
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五堂极简生物课 [:1700270916]
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以整体来运作Working as a Whole
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是什么原因让那只黄色蝴蝶在多年前闯入我童年的花园？是它饿了，还是在寻找产卵的地方？是在被鸟儿追赶，还是只是在顺应探索世界的内在冲动？当然，我不知道那只蝴蝶为什么会飞进花园，但我可以肯定的是，它正在与其世界互动，继而行动。要做到这一点，它必须处理信息。
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信息处于蝴蝶生存的中心，实际上，也是所有生命的中心。生物体要作为一个有组织的复杂系统有效运作，就必须不断地收集、利用外部世界和内部状态的信息。当世界——无论是外部还是内部——发生变化时，生物体要有办法探测到变化，并做出反应。否则，它们的未来可能时日无多。
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就蝴蝶而言是怎样的情形呢？当蝴蝶四处飞舞时，它的感官正在勾勒我的花园，画面里充满了细节。它的眼睛在探测光线；它的触须在采集身边各种化学物质的分子；它的毛发在监测空气的振动。总而言之，我坐在花园里时，它收集了很多花园的信息。然后，它把各式各样的信息汇总在一起，其目的是把所有信息转化为有用的认知，以便它有的放矢地采取行动。这种认知可能是探测到了一只鸟的影子，或一个好奇的孩子的影子，或识别出了一朵花的花蜜味。进而催生出一种结果：蝴蝶扇动翅膀移动，以避开鸟儿或落在花上进食。蝴蝶综合了许多不同的信息来源，以便做出对其未来产生有意义的后果的决定。
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与生物体对信息的依赖密切相关的是，生物体是带着目的性去行动的。蝴蝶收集的信息都是有意义的。蝴蝶要靠这些信息帮助它决定下一步该怎么做，以便达到某种特定的目的。这就意味着它的行动是有目的的。
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作为科学的一个分支，生物学探讨目的性常常是很有意义的。相反，在物理科学中，我们不会问一条河流、一颗彗星或一个引力波的目的。但是，问酵母中的cdc2基因有何目的，或者问蝴蝶的飞行有何目的，却是有意义的。所有生物体都在维持和管理自身，它们生长并繁衍。这些都是得到进化的有目的的行为，因为它们提高了生物体实现其基本目标——使它们自己和后代得以延续——的概率。
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有目的的行为是生命的特征之一，但是，只有当生命系统作为一个整体运行时，才可能出现这种行为。最早理解生物体这一显著特征的人之一，当数19世纪初的哲学家康德。在《判断力批判》（Critique of Judgement ）一书中，康德认为生物体的各个部分是为了整个生命体而存在的，整体也是为了各个部分而存在的。他指出，生物体是有序的、有凝聚力的、能自我调节的实体，掌握着自身的命运。
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