生物純雜相對論原則

生物純雜相對論原則1010052一個哲學(xué)和生命科學(xué)的根本性問題我是誰？**引自古希臘哲學(xué)家蘇格拉底（Sokrates，公元前469年—前399。祖父、父親、兒子，…………子又生孫，孫又生子，一代又一代，子子孫孫無窮盡也。我們從那里來？又到那里去？生物純雜相對論原則10100531人類對地球生物多樣性的認識和分類地球上的生物經(jīng)過十多億年的演變，出現(xiàn)了生物多樣性。化石記錄表明，約在14億年前出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)類似于單細胞的最初的真核細胞。迄今為止，科學(xué)家在地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和命名的生物大約有200萬種，估計還有500萬種至3000萬種未被命名[1]。為了認識生物多樣性，1753年，瑞典植物分類學(xué)家林納（Linnaeus，1707-1778）首先提出了“雙名法”，把生物分為界、門、綱、目、科、屬、種七個大類，而把物種（species）作為這七個大類中的基本單元，使每一種生物有一個分類名稱和生物定位。這樣，使人們對生物多樣性有一個基本的認識。生物純雜相對論原則1010054生殖隔離物種是指形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)育特征和生態(tài)分布基本相同的一群生物。物種之間的區(qū)別是以“生殖隔離”（reproductiveisolation）為原則的。即物種A與物種B之間不能自然交配繁殖后代，或即使能產(chǎn)生后代也不能繁殖（如馬和驢雜交產(chǎn)生的騾）。生物純雜相對論原則10100552同一物種內(nèi)，生物個體種質(zhì)“純”與“雜”的相對性在同一個物種內(nèi)，某一個體是“純種”？還是“雜種”，人們的認識過去一直是很模糊的。達爾文認為：“物種不是被獨立創(chuàng)造出來，而是和變種一樣，是從其他物種傳下來的”[2]這里可見，當時的達爾文把“物種”看作是與“變種”不一樣的東西，物種是與變種（雜種）相對應(yīng)的“純種”。有一些遺傳學(xué)家認為，一個生物體是純合（homozygous）還是雜合（heterozygous）是以等位基因來決定的。當一個生物體帶有一對完全相同的等位基因時，則該生物體就該基因而言是純合的或可稱為純種(true-breeding),反之，如果一對等位基因不相同，則該生物體是雜合的或可稱為雜種（hybrid）[3]生物純雜相對論原則1010056兩個生物體之間，在所有等位基因與復(fù)等位基因之間完全相同，幾乎是不可能的一個群體中，一對同源染色體的同一基因座上有2個以上等位基因，稱為復(fù)等位基因（multiplegene）。復(fù)等位基因的存在，正是生物多態(tài)性（polymorphism）在遺傳上的直接原因。因為地球上同一物種內(nèi)的生物群體均有多個等位基因和多個復(fù)位基因。例如，人有23對染色體，約8萬多個基因[4]，其中位于6號染色體上的人白細胞抗原（HLA）最多可擁有6個位點，12個等位基因，而目前發(fā)現(xiàn)，在人類中該等位基因的類型至少有1800多種，因此。兩個生物體之間，在所有等位基因與復(fù)等位基因之間完全相同，幾乎是不可能的，即使是同胞胎的動物或同卵雙胎動物。多代近親繁殖可以使生物之間的相似程度增加，但幾乎不可能完全一致。過分的近親繁殖則出現(xiàn)死亡。生物純雜相對論原則1010057“核苷酸序列”上述關(guān)于純種的概念還是指“等位基因”，而不是“核苷酸序列”，（分子遺傳學(xué)家認為，基因是一種“核苷酸序列”，但在染色體上的核苷酸序列并不都是基因組），如果把這一概念擴大到“核苷酸序列”，則我們要在地球上找出兩個在“核苷酸序列”上完全相同的人或動物個體幾乎是不可能的。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料，人的基因組大約有30億對鹼基。雖然世界上不同的人的基因組至少有99.99%的鹼基對是相同的，但就是剩下的0.01%（約30萬對）決定了我們的身高、膚色等方面的差異，以及是否易得某些疾病[5]生物純雜相對論原則1010058一個生物是純種或是雜種，也需要有一個參照生物體。A.愛恩斯坦（AlbertEinstein）在談到物理現(xiàn)象時，提出一個重要概念，即，事件在空間中的位置的每一種描述，都要有一個參照物體（剛體）。這是物理學(xué)上“相對論”的最基本的概念。他舉了一個例子，當一個石塊從運動著的火車車廂窗口松手丟下時，石塊相對于車箱來說是走來一條直線，而對于地面（路基）則是走了一條拋物線[6]。生物物種內(nèi)部的“純”、“雜”關(guān)系也有類似情況。一個生物是純種或是雜種，也需要有一個參照生物體。生物個體B是否是純種，必須有一個同物種（或品種）的純種個體A作為參照生物體。當B的DNA中單核苷酸序列與A的DNA中單核苷酸序列完全相同時，我們可以說，它與A是同一物種（或品種）的純種。生物純雜相對論原則1010059地球上沒有兩個人是完全相同的根據(jù)這一現(xiàn)象，我們可以說，地球上的每個人和動物都是雜合體，或可稱為“雜種”（當然，這種“雜種”的概念和品種間的“純、雜”有所區(qū)別），我們也可以說，地球上沒有兩個人是完全相同的，沒有兩頭豬是完全相同的。生物純雜相對論原則10100510雜合體之間的雜交同一物種內(nèi)兩個生物體之間的交配可視為“雜交”，我稱之為“雜合體之間的雜交”。同一物種內(nèi)的生物體為了自己的繁衍與世代延續(xù)，總是在不斷的雜交。這種親代間的雜交會引起子代核苷酸序列的輕微變異，這種輕微的改變，多數(shù)情況下，不會改變生物的主要性狀，當這種變異積累到一定程度，又引起更多、更大的變異，特別在某些核苷酸序列的關(guān)鍵位點發(fā)生改變，有時甚至只要有一個核苷酸被置換，就有可能改變生物的某些性狀，生物純雜相對論原則10100511例子：豬的氟烷基因20世紀80年代后期，加拿大多倫多大學(xué)DavidMadennan博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，以DNA分子水平進行研究，發(fā)現(xiàn)在應(yīng)激條件下豬易發(fā)生的豬的惡性高溫綜合征（malignanthypenthemiasyndrome，MHS）與蘭尼定受體（ryrl）有關(guān)（Madennan等，1990）。MHS的發(fā)生是由于蘭尼定受體基因突變造成的。突變發(fā)生在第六條染色體上ryrl的第1843個核苷酸，由正常豬的C堿基（Cytosine，胞嘧啶）突變?yōu)門堿基（Thymine，胸腺嘧啶），即正常堿基對CG突變?yōu)楫惓５膲A基對TA，使第615個氨基酸由正常豬的精氨酸（Arginine）突變?yōu)榘腚装彼幔–ystine），從而引起了豬的惡性高溫綜合征。生物純雜相對論原則10100512配豬生豬，子豬似親豬，子豬非親豬這種現(xiàn)象已經(jīng)在生物中普遍存在，子代的表現(xiàn)型既不完全像父親，又不完全像母親，是一部分像父親，一部分像母親，一部分DNA片段來自于父親，一部分DNA片段來自母親，這就是目前應(yīng)用DNA技術(shù)進行親子鑒定的理論依據(jù)。有時，子代還會出現(xiàn)親代所沒有的一些性狀，這就是發(fā)生了變異，出現(xiàn)了新的“核苷酸序列”。配豬生豬，子豬似親豬，子豬非親豬。不論是單胎動物或多胎動物，子代同胞之間出現(xiàn)一定的表型差異和核苷酸序列差異就是一個很好的例證。生物純雜相對論原則10100513在微生物中同一種內(nèi)的病毒也有差異如SARS病毒，國際基因文庫（GeneBank數(shù)據(jù)庫）的材料表明，冠狀病毒（SARS病毒）主要有3個蛋白：S、M、N基因。其中S基因有3768個堿基，M基因有658個堿基，N基因有1068個堿基。2004年在我國廣州地區(qū)發(fā)現(xiàn)的病例，通過PCR技術(shù)撿測表明，它與GenBank公布的80多種SARS冠狀病毒基因的同源性是，S基因為～99.4%,M基因為99%，N基因為99%。其中S基因的變異較大。生物純雜相對論原則10100514流感病毒禽流感病毒是近幾年對家禽和人類威脅較大的一種病毒。流感病毒有三個血清抗原型不同的類型。所有的禽流感病毒都是A型。根據(jù)HA和NA的抗原特性，將A型流感病毒分為亞型，目前已發(fā)現(xiàn)14種特異的HA型和9種特異的NA亞型。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的流感病毒可在不同種屬的動物之間傳播。例如，禽流感病毒H1N1亞型和人流感病毒H3N2亞型毒株可以從豬體內(nèi)分離到，H1N1亞型流感病毒也可感染人。禽流感病毒還可以感染海豹、鯨魚和海貂。生物純雜相對論原則101005153地球上生物多樣性產(chǎn)生的內(nèi)部因素根據(jù)現(xiàn)階段分子生物學(xué)的研究成果，我認為，同一物種內(nèi)雜合子之間的雜交和DNA復(fù)制“錯誤”是生物發(fā)生演變的重要原因，也就是地球上生物多樣性產(chǎn)生的內(nèi)部因素。環(huán)境（物理的、化學(xué)的）引起生物體核苷酸序列的變化則是它的外部因素。生物在發(fā)生變異后，有的通過自身的繁殖，逐漸擴大群體，同時適應(yīng)了周圍的環(huán)境，生存下來了，有的雖然擴大了群體，但不適應(yīng)周圍的環(huán)境，變成生物發(fā)展中的盲枝，被淘汰了。有的通過自然選擇和人工選擇發(fā)展起來了，有的通過自然選擇和人工選擇則被淘汰了。生物純雜相對論原則101005164一個新物種的形成過程1、在生存環(huán)境適宜、缺少天敵的條件下，一個物種的種群通過自群世代繁育，其數(shù)量可以是幾何級數(shù)增加。（一條鯡魚約可產(chǎn)卵30萬粒，一株煙草約可結(jié)種子36萬粒[7]。2、種群內(nèi)繁育的過程也就是世代延續(xù)的過程，實際上是雜合子個體間的相互雜交的過程。在這一過程中，二個核苷酸串聯(lián)重復(fù)的序列很容易通過隨機的點突變發(fā)生，經(jīng)過復(fù)制滑動而使重復(fù)拷貝數(shù)由2份增加到3份、4份，以至更多份。這種變異首先發(fā)生在非編碼序列，對大多數(shù)基因而言，核苷酸序列的改變會變?yōu)槭スδ艿募倩?。生物純雜相對論原則10100517復(fù)制“錯誤”是點突變的來源之一大腸桿菌能以1/107的錯誤率合成DNA，這些錯誤并不是平均分布于兩個子代DNA分子，往往后隨鏈的錯誤率是前導(dǎo)鏈的20倍，這種不對稱可能表明，僅在后隨鏈復(fù)制中起作用的DNA聚合酶I的堿基選擇與校正活性的效率都低于主要的復(fù)制酶DNA聚合酶Ⅲ[8]?！板e誤”也出現(xiàn)在兩種互變異構(gòu)體（tantomers）中的不平衡。生物體本身有一種“錯配修復(fù)系統(tǒng)”，它可以降低復(fù)制錯誤率，由于它的作用，所以大腸桿菌中DNA合成總體錯誤率只有1/1010到1/1011，也就是說，大腸桿菌基因組每拷貝1000次才出現(xiàn)一次未校正的“復(fù)制錯誤”[9]。生物純雜相對論原則10100518新的長度不同的變異體4、重復(fù)序列可誘發(fā)復(fù)制滑移（replicationslippage）產(chǎn)生新的長度不同的變異體。即模板鏈及其拷貝發(fā)生相對移動，使部分模板被重復(fù)復(fù)制或者被遺漏，其結(jié)果是新的多聚核苷酸擁有多一些或少一些重復(fù)單位，這就是為何微衛(wèi)星序列如此多變的主要原因。復(fù)制滑動不時地在業(yè)已存在的等位基因群體中產(chǎn)生新的長度不同的變異體[11]。生物純雜相對論原則10100519并非所有的突變都會對子代的性狀發(fā)生影響，復(fù)制“錯誤”還可造成插入或缺失性突變，即移碼突變（frameshift）。移碼突變可能出現(xiàn)在任何位置，而不僅在基因中，而且并非所有的編碼區(qū)的插入和缺失都導(dǎo)致移碼，三或三的整數(shù)倍核苷酸的插入或缺失僅是添加或去除一些密碼子或間隔開原相鄰密碼子而不影響閱讀柜（ORF）[10]5、并非所有的突變都會對子代的性狀發(fā)生影響，有很多突變引起的核苷酸序列改變對基因組功能沒有影響。這些沉默突變(silentmutation)實際包括所有那些出現(xiàn)在基因之外的DNA及基因非編碼區(qū)和基因相關(guān)序列的突變，換句話說，約97%的人類基因組可以突變而無顯著影響[12]。生物純雜相對論原則10100520新基因的出現(xiàn)6、當非編碼序列突變累積到一定程度之后，就發(fā)生內(nèi)含子或外顯子的結(jié)構(gòu)倍增（domainduplication）或結(jié)構(gòu)域混排（domainshuffling），也就是外顯子混排（exonshuffling），于是出現(xiàn)了新基因。7、通過世代延續(xù)和基因轉(zhuǎn)接，使這個突變很快擴散到整個家族，甚至更大的群體（協(xié)同進化）。生物純雜相對論原則10100521基因組通過兩條途徑獲得新基因8、基因組可以通過兩條途徑獲得新的基因，一條途徑是基因組中現(xiàn)有基因的全部或一部分實現(xiàn)倍增（duplication），另一條途徑從其他差異較大的個體那里獲得（這就是雜合體之間的雜交）。9、隨著大量新基因的出現(xiàn)，使種群內(nèi)的個體間差異變大（表現(xiàn)型也隨之增大），隨著差異較大的個體間的交配，出現(xiàn)了更大的個體間差異與分離。隨著新基因的積累，于是出現(xiàn)染色體重排與混編（融合、分割、易位、倒位、片段轉(zhuǎn)座，……），差異過大的個體（群體）之間出現(xiàn)了生殖隔離，于是一個新的物種形成了。生物純雜相對論原則10100522生物多樣性10、生物在這一遺傳和變異的過程中，隨著堿基對數(shù)目的不斷增加，從無性繁殖變化到有性繁殖，從有性繁殖中的雌雄同體變化到雌雄異體，從雌雄異體變化至生殖隔離，于是出現(xiàn)了生物多樣性。從群體的角度來看，生物染色體DNA中的鹼基對數(shù)目越多，生物的門類越高級。從生物門類來分析，兩棲類內(nèi)部的差異最大。有的基因組比哺乳類還大。這可以解釋為兩棲類生物所處的環(huán)境差異較大所造成的結(jié)果。生物純雜相對論原則10100523基因組最小值隨物種不同而增加目前要具體描述這一過程，顯然還有許多困難。但從現(xiàn)在已獲得的一些分子生物學(xué)研究的零星材料來看，可以作為這一過程佐證。對大的生物門類的基因組大小的分析證明，“基因組最小值隨物種不同而增加”。生物純雜相對論原則10100524生物門類的基因組大小生物門類基因組大小支原體（肺炎支原體）1.0×106bp細菌(大腸桿菌)4.2×106bp酵母(釀酒酵母)1.3×107bp線蟲(秀麗線蟲)8.0×107bp昆蟲(黑腹果蠅)1.4×108bp鳥類1.2×109bp兩棲類(爪蟾)3.1×109bp哺乳類(人類)3.3×109bp生物純雜相對論原則10100525DNA甲基化的作用8、DNA甲基化在生物物種的形成與穩(wěn)定中具有十分重要的作用。它抑制了基因的活性，在DNA復(fù)制過程中減少發(fā)生復(fù)制“錯誤”，減少基因重組對基因組造成的損傷。使同一類的生物具有共同的基因組，從而出現(xiàn)相似的表現(xiàn)型。但DNA甲基化也會發(fā)生負面作用。某些部位的基因失活會引起生物機體產(chǎn)生某些遺傳性疾病，包括癌癥。近交引起的機體衰退，可能也與DNA甲基化有關(guān)。生物純雜相對論原則10100526染色體易位和變異9、產(chǎn)生各種變異的生物體（物種），在自然選擇和人工選擇（后者是在出現(xiàn)人類以后發(fā)生的）的作用下，有的生存下來，有的被淘汰了。10、生物的這一變異過程，其速度對地球自轉(zhuǎn)而言是很慢的，但對宇宙演變的過程而言，則又不是很慢，例如，目前認為，某一給定基因，在復(fù)制過