发现新型生物标志物有哪些方法（把回收标志从中间对半剪开）

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把回收标志从中间对半剪开，居然发现了生物遗传物质的惊天大秘密？

嗯，今天的实验会让你打开眼界，因为在日常的回收标志中，居然隐藏着生物，尤其是细菌传宗接代的特技。

关键概念

三叶结、莫比乌斯带

材料和工具

纸

剪刀

胶带纸/胶水

笔

操作步骤

1. 先做若干条纸条。

2. 用其中的一条首尾相连，做一个圆柱形的结构。现在试一试在其中的一面上沿着边画一条线，看看这条线能不能穿到圆柱形里面的那一面去。

3. 现在把另一条纸条从中间扭一下，然后首尾相连。现在试一试在其中的一面上沿着边画一条线，看看这条线能不能画满所有的面。发现了吗？你画的线可以贯穿这个环的所有面。这意味着什么呢？

4. 现在用别的纸条做扭2次、扭3次、扭4次，然后首尾相连的环。接着在它们上面画一条线，看看这条线能不能贯穿整张纸呢？

5. 把扭了3次的那个环拿出来观察一下，它像什么，像不像回收符号♻️？

其实在回收符号最开始的设计思路中，三个扭分别代表重复使用（reuse）、减少消费（reduce）和回收利用（recylce）的意思。

6. 好了，见证奇迹的时刻到了。把回收符号沿着2条边中间的线剪开，观察一下你得到了什么形状？它像什么？不剪开的情况下，你能不能把这个纸条形成的结打开呢？

回收符号沿中线剪开

5扭的纸（上）沿中线剪开可以得到五角星⭐️（下）

实验原理

莫比乌斯带

实际上，纸条扭一次得到的结构叫做莫比乌斯带，它是一个只有一个面的结构，所以你可以用一条线贯穿它。回收符号也是这样。

你通过实验发现，扭了2次和4次的环不只一个面。

那么，回收符号从中间剪开以后，为什么出现了一个结呢？

这个结叫做三叶结（trefoi），它来自于莫比乌斯带的拓扑性质。许多文化里都用三叶结作为无始无终的永恒的标志。当然了三叶结的奥妙不仅于此。

三叶结

我们知道 DNA 是双螺旋结构，但实际上呢，有些生物的 DNA，比如细菌的质粒 DNA 还会首尾连起来，形成环状，有时它们就会连成回收符号的样子。

环状DNA

那么问题来了。回收符号状 DNA 在复制的时候，相当于从中间剪开，变成了三叶结。

DNA的复制（局部）

你可以自己试试。任凭你怎么转，不通过暴力手段的话，三叶结是解不开的。

如果 DNA 三叶结解不开，复制出来的新 DNA 还能独立出来吗？显然不能。

所以细菌怎么解决这个问题呢？

细菌也需要把三叶结剪开，不过它们用的剪刀，是一种叫做拓扑异构酶（topoisomerse）的蛋白质。

你可能会想，这 DNA 都断了还怎么用啊，那不就坏了吗？别担心，拓扑异构酶把打结的 DNA 剪开以后，还有其他的酶把破的地方重新连好，服务非常贴心到位。

当然了，不仅是扭成回收符号的 DNA 需要拓扑异构酶，许多环状 DNA 在复制后都不能把新的 DNA 自动分离出来，它们都需要拓扑异构酶帮忙。

所以为什么 DNA 要扭起来呢，不扭的话不就不需要这么麻烦了吗？

这是因为，细胞的大小有限，想要把包含几十亿字节基因信息的长长的 DNA 塞进去呢，最好的方法就是把它扭起来变成螺旋。扭成螺旋的 DNA 不但不占地方，还比较整齐不会像耳机线那样丧心病狂地打结。

另外，扭成麻花以后，DNA 的一些部位就被掩蔽起来啦，那么细胞就可以控制具体表达什么样的基因了。

螺旋和超螺旋的形成

不过，三叶结的威力不仅在 DNA 中，许多天然分子（比如一些氨基酸）也是三叶结的样子。三叶结让这些分子产生了奇特的化学性质，比如一些蛋白质的活性位点就在三叶结的那个小结结上。

环状DNA三叶结的2种形式，实际上虽然都是三叶结，但图b的墒比图a的要高，切开花费的能量更低

因此许多科学家都在专心致志地寻找和制造三叶结状的分子。

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图片及参考资料来源：wikipedia,

http://www.ch.ic.ac.uk/motm/trefoil/

Nordlund, T. M. (2011). Quantitative understanding of biosystems: an introduction to biophysics. CRC Press.

http://juang.bst.ntu.edu.tw/BCbasics/Nucleic1.htm

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