生物纯杂相对论原则

生物纯杂相对论原则1010052一个哲学和生命科学的根本性问题我是谁？**引自古希腊哲学家苏格拉底（Sokrates，公元前469年—前399。祖父、父亲、儿子，…………子又生孙，孙又生子，一代又一代，子子孙孙无穷尽也。我们从那里来？又到那里去？生物纯杂相对论原则10100531人类对地球生物多样性的认识和分类地球上的生物经过十多亿年的演变，出现了生物多样性。化石记录表明，约在14亿年前出现了结构类似于单细胞的最初的真核细胞。迄今为止，科学家在地球上已经发现和命名的生物大约有200万种，估计还有500万种至3000万种未被命名[1]。为了认识生物多样性，1753年，瑞典植物分类学家林纳（Linnaeus，1707-1778）首先提出了“双名法”，把生物分为界、门、纲、目、科、属、种七个大类，而把物种（species）作为这七个大类中的基本单元，使每一种生物有一个分类名称和生物定位。这样，使人们对生物多样性有一个基本的认识。生物纯杂相对论原则1010054生殖隔离物种是指形态、结构、功能、发育特征和生态分布基本相同的一群生物。物种之间的区别是以“生殖隔离”（reproductiveisolation）为原则的。即物种A与物种B之间不能自然交配繁殖后代，或即使能产生后代也不能繁殖（如马和驴杂交产生的骡）。生物纯杂相对论原则10100552同一物种内，生物个体种质“纯”与“杂”的相对性在同一个物种内，某一个体是“纯种”？还是“杂种”，人们的认识过去一直是很模糊的。达尔文认为：“物种不是被独立创造出来，而是和变种一样，是从其他物种传下来的”[2]这里可见，当时的达尔文把“物种”看作是与“变种”不一样的东西，物种是与变种（杂种）相对应的“纯种”。有一些遗传学家认为，一个生物体是纯合（homozygous）还是杂合（heterozygous）是以等位基因来决定的。当一个生物体带有一对完全相同的等位基因时，则该生物体就该基因而言是纯合的或可称为纯种(true-breeding),反之，如果一对等位基因不相同，则该生物体是杂合的或可称为杂种（hybrid）[3]生物纯杂相对论原则1010056两个生物体之间，在所有等位基因与复等位基因之间完全相同，几乎是不可能的一个群体中，一对同源染色体的同一基因座上有2个以上等位基因，称为复等位基因（multiplegene）。复等位基因的存在，正是生物多态性（polymorphism）在遗传上的直接原因。因为地球上同一物种内的生物群体均有多个等位基因和多个复位基因。例如，人有23对染色体，约8万多个基因[4]，其中位于6号染色体上的人白细胞抗原（HLA）最多可拥有6个位点，12个等位基因，而目前发现，在人类中该等位基因的类型至少有1800多种，因此。两个生物体之间，在所有等位基因与复等位基因之间完全相同，几乎是不可能的，即使是同胞胎的动物或同卵双胎动物。多代近亲繁殖可以使生物之间的相似程度增加，但几乎不可能完全一致。过分的近亲繁殖则出现死亡。生物纯杂相对论原则1010057“核苷酸序列”上述关于纯种的概念还是指“等位基因”，而不是“核苷酸序列”，（分子遗传学家认为，基因是一种“核苷酸序列”，但在染色体上的核苷酸序列并不都是基因组），如果把这一概念扩大到“核苷酸序列”，则我们要在地球上找出两个在“核苷酸序列”上完全相同的人或动物个体几乎是不可能的。根据现有的研究资料，人的基因组大约有30亿对硷基。虽然世界上不同的人的基因组至少有99.99%的硷基对是相同的，但就是剩下的0.01%（约30万对）决定了我们的身高、肤色等方面的差异，以及是否易得某些疾病[5]生物纯杂相对论原则1010058一个生物是纯种或是杂种，也需要有一个参照生物体。A.爱恩斯坦（AlbertEinstein）在谈到物理现象时，提出一个重要概念，即，事件在空间中的位置的每一种描述，都要有一个参照物体（刚体）。这是物理学上“相对论”的最基本的概念。他举了一个例子，当一个石块从运动着的火车车厢窗口松手丢下时，石块相对于车箱来说是走来一条直线，而对于地面（路基）则是走了一条抛物线[6]。生物物种内部的“纯”、“杂”关系也有类似情况。一个生物是纯种或是杂种，也需要有一个参照生物体。生物个体B是否是纯种，必须有一个同物种（或品种）的纯种个体A作为参照生物体。当B的DNA中单核苷酸序列与A的DNA中单核苷酸序列完全相同时，我们可以说，它与A是同一物种（或品种）的纯种。生物纯杂相对论原则1010059地球上没有两个人是完全相同的根据这一现象，我们可以说，地球上的每个人和动物都是杂合体，或可称为“杂种”（当然，这种“杂种”的概念和品种间的“纯、杂”有所区别），我们也可以说，地球上没有两个人是完全相同的，没有两头猪是完全相同的。生物纯杂相对论原则10100510杂合体之间的杂交同一物种内两个生物体之间的交配可视为“杂交”，我称之为“杂合体之间的杂交”。同一物种内的生物体为了自己的繁衍与世代延续，总是在不断的杂交。这种亲代间的杂交会引起子代核苷酸序列的轻微变异，这种轻微的改变，多数情况下，不会改变生物的主要性状，当这种变异积累到一定程度，又引起更多、更大的变异，特别在某些核苷酸序列的关键位点发生改变，有时甚至只要有一个核苷酸被置换，就有可能改变生物的某些性状，生物纯杂相对论原则10100511例子：猪的氟烷基因20世纪80年代后期，加拿大多伦多大学DavidMadennan博士领导的研究小组，以DNA分子水平进行研究，发现在应激条件下猪易发生的猪的恶性高温综合征（malignanthypenthemiasyndrome，MHS）与兰尼定受体（ryrl）有关（Madennan等，1990）。MHS的发生是由于兰尼定受体基因突变造成的。突变发生在第六条染色体上ryrl的第1843个核苷酸，由正常猪的C碱基（Cytosine，胞嘧啶）突变为T碱基（Thymine，胸腺嘧啶），即正常碱基对CG突变为异常的碱基对TA，使第615个氨基酸由正常猪的精氨酸（Arginine）突变为半胱氨酸（Cystine），从而引起了猪的恶性高温综合征。生物纯杂相对论原则10100512配猪生猪，子猪似亲猪，子猪非亲猪这种现象已经在生物中普遍存在，子代的表现型既不完全像父亲，又不完全像母亲，是一部分像父亲，一部分像母亲，一部分DNA片段来自于父亲，一部分DNA片段来自母亲，这就是目前应用DNA技术进行亲子鉴定的理论依据。有时，子代还会出现亲代所没有的一些性状，这就是发生了变异，出现了新的“核苷酸序列”。配猪生猪，子猪似亲猪，子猪非亲猪。不论是单胎动物或多胎动物，子代同胞之间出现一定的表型差异和核苷酸序列差异就是一个很好的例证。生物纯杂相对论原则10100513在微生物中同一种内的病毒也有差异如SARS病毒，国际基因文库（GeneBank数据库）的材料表明，冠状病毒（SARS病毒）主要有3个蛋白：S、M、N基因。其中S基因有3768个碱基，M基因有658个碱基，N基因有1068个碱基。2004年在我国广州地区发现的病例，通过PCR技术捡测表明，它与GenBank公布的80多种SARS冠状病毒基因的同源性是，S基因为～99.4%,M基因为99%，N基因为99%。其中S基因的变异较大。生物纯杂相对论原则10100514流感病毒禽流感病毒是近几年对家禽和人类威胁较大的一种病毒。流感病毒有三个血清抗原型不同的类型。所有的禽流感病毒都是A型。根据HA和NA的抗原特性，将A型流感病毒分为亚型，目前已发现14种特异的HA型和9种特异的NA亚型。已经发现的流感病毒可在不同种属的动物之间传播。例如，禽流感病毒H1N1亚型和人流感病毒H3N2亚型毒株可以从猪体内分离到，H1N1亚型流感病毒也可感染人。禽流感病毒还可以感染海豹、鲸鱼和海貂。生物纯杂相对论原则101005153地球上生物多样性产生的内部因素根据现阶段分子生物学的研究成果，我认为，同一物种内杂合子之间的杂交和DNA复制“错误”是生物发生演变的重要原因，也就是地球上生物多样性产生的内部因素。环境（物理的、化学的）引起生物体核苷酸序列的变化则是它的外部因素。生物在发生变异后，有的通过自身的繁殖，逐渐扩大群体，同时适应了周围的环境，生存下来了，有的虽然扩大了群体，但不适应周围的环境，变成生物发展中的盲枝，被淘汰了。有的通过自然选择和人工选择发展起来了，有的通过自然选择和人工选择则被淘汰了。生物纯杂相对论原则101005164一个新物种的形成过程1、在生存环境适宜、缺少天敌的条件下，一个物种的种群通过自群世代繁育，其数量可以是几何级数增加。（一条鲱鱼约可产卵30万粒，一株烟草约可结种子36万粒[7]。2、种群内繁育的过程也就是世代延续的过程，实际上是杂合子个体间的相互杂交的过程。在这一过程中，二个核苷酸串联重复的序列很容易通过随机的点突变发生，经过复制滑动而使重复拷贝数由2份增加到3份、4份，以至更多份。这种变异首先发生在非编码序列，对大多数基因而言，核苷酸序列的改变会变为失去功能的假基因。生物纯杂相对论原则10100517复制“错误”是点突变的来源之一大肠杆菌能以1/107的错误率合成DNA，这些错误并不是平均分布于两个子代DNA分子，往往后随链的错误率是前导链的20倍，这种不对称可能表明，仅在后随链复制中起作用的DNA聚合酶I的碱基选择与校正活性的效率都低于主要的复制酶DNA聚合酶Ⅲ[8]。“错误”也出现在两种互变异构体（tantomers）中的不平衡。生物体本身有一种“错配修复系统”，它可以降低复制错误率，由于它的作用，所以大肠杆菌中DNA合成总体错误率只有1/1010到1/1011，也就是说，大肠杆菌基因组每拷贝1000次才出现一次未校正的“复制错误”[9]。生物纯杂相对论原则10100518新的长度不同的变异体4、重复序列可诱发复制滑移（replicationslippage）产生新的长度不同的变异体。即模板链及其拷贝发生相对移动，使部分模板被重复复制或者被遗漏，其结果是新的多聚核苷酸拥有多一些或少一些重复单位，这就是为何微卫星序列如此多变的主要原因。复制滑动不时地在业已存在的等位基因群体中产生新的长度不同的变异体[11]。生物纯杂相对论原则10100519并非所有的突变都会对子代的性状发生影响，复制“错误”还可造成插入或缺失性突变，即移码突变（frameshift）。移码突变可能出现在任何位置，而不仅在基因中，而且并非所有的编码区的插入和缺失都导致移码，三或三的整数倍核苷酸的插入或缺失仅是添加或去除一些密码子或间隔开原相邻密码子而不影响阅读柜（ORF）[10]5、并非所有的突变都会对子代的性状发生影响，有很多突变引起的核苷酸序列改变对基因组功能没有影响。这些沉默突变(silentmutation)实际包括所有那些出现在基因之外的DNA及基因非编码区和基因相关序列的突变，换句话说，约97%的人类基因组可以突变而无显著影响[12]。生物纯杂相对论原则10100520新基因的出现6、当非编码序列突变累积到一定程度之后，就发生内含子或外显子的结构倍增（domainduplication）或结构域混排（domainshuffling），也就是外显子混排（exonshuffling），于是出现了新基因。7、通过世代延续和基因转接，使这个突变很快扩散到整个家族，甚至更大的群体（协同进化）。生物纯杂相对论原则10100521基因组通过两条途径获得新基因8、基因组可以通过两条途径获得新的基因，一条途径是基因组中现有基因的全部或一部分实现倍增（duplication），另一条途径从其他差异较大的个体那里获得（这就是杂合体之间的杂交）。9、随着大量新基因的出现，使种群内的个体间差异变大（表现型也随之增大），随着差异较大的个体间的交配，出现了更大的个体间差异与分离。随着新基因的积累，于是出现染色体重排与混编（融合、分割、易位、倒位、片段转座，……），差异过大的个体（群体）之间出现了生殖隔离，于是一个新的物种形成了。生物纯杂相对论原则10100522生物多样性10、生物在这一遗传和变异的过程中，随着碱基对数目的不断增加，从无性繁殖变化到有性繁殖，从有性繁殖中的雌雄同体变化到雌雄异体，从雌雄异体变化至生殖隔离，于是出现了生物多样性。从群体的角度来看，生物染色体DNA中的硷基对数目越多，生物的门类越高级。从生物门类来分析，两栖类内部的差异最大。有的基因组比哺乳类还大。这可以解释为两栖类生物所处的环境差异较大所造成的结果。生物纯杂相对论原则10100523基因组最小值随物种不同而增加目前要具体描述这一过程，显然还有许多困难。但从现在已获得的一些分子生物学研究的零星材料来看，可以作为这一过程佐证。对大的生物门类的基因组大小的分析证明，“基因组最小值随物种不同而增加”。生物纯杂相对论原则10100524生物门类的基因组大小生物门类基因组大小支原体（肺炎支原体）1.0×106bp细菌(大肠杆菌)4.2×106bp酵母(酿酒酵母)1.3×107bp线虫(秀丽线虫)8.0×107bp昆虫(黑腹果蝇)1.4×108bp鸟类1.2×109bp两栖类(爪蟾)3.1×109bp哺乳类(人类)3.3×109bp生物纯杂相对论原则10100525DNA甲基化的作用8、DNA甲基化在生物物种的形成与稳定中具有十分重要的作用。它抑制了基因的活性，在DNA复制过程中减少发生复制“错误”，减少基因重组对基因组造成的损伤。使同一类的生物具有共同的基因组，从而出现相似的表现型。但DNA甲基化也会发生负面作用。某些部位的基因失活会引起生物机体产生某些遗传性疾病，包括癌症。近交引起的机体衰退，可能也与DNA甲基化有关。生物纯杂相对论原则10100526染色体易位和变异9、产生各种变异的生物体（物种），在自然选择和人工选择（后者是在出现人类以后发生的）的作用下，有的生存下来，有的被淘汰了。10、生物的这一变异过程，其速度对地球自转而言是很慢的，但对宇宙演变的过程而言，则又不是很慢，例如，目前认为，某一给定基因，在复制过