SCIENCE AND PHILOSOPHY OF BIOSYSTEM

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   中篇、生命系统:结构(图式)遗传学

    太阳系的起源、地球演变、地壳的热流层的环流形成大陆飘移。在大气与陆地中间的海洋里分子进化、原始生命诞生。生命起源于地球内部与外部空间物质、能量交换形成的自然地理介面,这是一个对流层与沉积层、水体层构成的三相地理系统。流体与固体的界面可称为地理界面,一个起伏变化的界面,是漂浮于软流层的岩石层表面的无限分形。物质、能量、信息交换的地形差异是生物起源、物种进化、文明诞生的分隔、选择、交汇的自然条件。生态圈的物质周而复始地循环,能量不可逆地耗散,太阳、地球、月亮三体运动的能量是生物自组织化增长的原动力。
    生命是介于流体与固体间的液晶稳态系统,物质,能量更换而生 命系统演变,具有遗传与变异的双重性。生物是结构互补而系统分层,功能耦合而界面增长,协同演变而全息对称的自组织化系统。随机与选择构造生物进化的偶然和必然(合目的性),稳定对称守恒与分歧变易破缺构成生物体的同构变换和伸缩对称形态结构。生命自组织与环境交流而增长,更新而维护稳态。生命本质不是更换的物质、流动的能量,还是组织演变的信息系统。

    一、生物体结构、适应形态

    1.1、细胞物种的演变

    生物进化从原始细胞一极生态系统经细菌、兰藻二极生态系统而形成原核单胞的三极稳定生态系统。经介核单胞(眼虫、双鞭甲藻)到真核单胞(细胞内分化)而进化出真核多胞(苔藓、藻菌、海绵),结构层级增长而三极生态系结构稳 定。生物结构从低级到高级的发展协同进化,形态与环境适应的变异向海、陆、空辐射发展。生物与环境交换物质、能量、信息而 自组织化,接触表面增长分形而扩大交换量,植物、动物营养器官分枝,菌类扩散而 增长交换面,生物组织化生存界面,交换界面向体内、体外增长和分化形成分维形态(数学方程迭代构成)。金定鸭胚胎,雌性胚胎发育较慢、胚胎血管不对称(1985年作者)。细胞增长向内细胞器分化、细胞群增长微环境变化而细胞分化,局部积累表面扩散限制向空间、体内扩展交换界 面,即内部分隔、外部扩展的组织化。对称稳态、守恒与变异、破缺增长构造了发生、构成系统同构变异、分歧的伸缩对称。三极生态系的动物、植物、菌类互作耦合运转完成生态系的更新循环和生态量的增长称生态轮,生态系、地理面、文化圈耦合构成地球物质向太空扩散,机器、生物改造星球。

    1.2、结构全息重演

    生物进化发展构成从低级到高级结构的演变,适应辐射形成物种向不同空间扩散的演变。进化是结构层级增长,适应是形态对环境的适应变异、同层结构的分支发展。生物进化而拓广生命的发展空间、适应界面,后起的高级生物又成 为低级生物适应辐射的环境,称次生适应,高级生物又相应发展防御低级生物的构造 、机能。群体与环境耦合调适而群落结构分化,地理环境变迁,生态演替的生物群落 从低级向高级发展、适应范围扩展,构成食物链的生物数量层级系统。生物进化不同层级、生物发育不同阶 级,生物体形态、感觉和应激系统都与相应的环境相适应。比如,动物徊游、迁徙和人类的文化寻根等形为。神经-行为(恒温动物)、神经-体液(胎生动物)和意识-神经(人类)的应急调控系统对环境的适应反应。起源于温带的鱼,在春夏产卵,起源于北方的泠水鱼,在秋冬产卵,这是对祖先变迁环境的一种适应。细胞质环流、体液循环与环境的流体(大气、水流等)循环构成生物体从细胞、器官到个体与环境的物质、能量交流的背景。生态系的水流、土壤、空气、阳光和生物等因素构成物种的一定生态位。
    组成生命的元素是具原子核最佳稳态又具活性的轻原子,是地理面含量最丰的生物与环境交换基本单元。储存大气中的炭、氮构成氨基酸、单糖、硷基的刚性稳态,储存土壤中的磷、硫构成核酸、蛋白质的柔性稳态,储存水中的氢、氧构成氧化、还原反应的整体稳态。K+、N+、C++、F++、M++、C++、H+、C-离子构成生命活动的调节因素。生物高分子及其基本构件具有稳态结构框架和专一、选择、顺序性空间结构,液晶态的区域化和界面化。生物分子的结构互补、相嵌,相互识别的机能耦合和协调。膜系统、细胞器完成生命的物质、能量更新和细胞分化,分裂器、染色体形成生命的信息更新、重组和细胞分裂。在cAmp、cGmp的阴阳调控下构成生物的发育、进化。叶绿体、线粒体的物质、能量相互耦合而构成物质循环、能量流动。染色体的分离与配对完成基因重组、世代交替(孢子体、配子体)的信息稳定。能量交换的单元是视色素、叶绿素吸收峰的光量子,是可透性最强的黄绿光和红(热效益)、兰(能量最大)光。核甘酸的衍生物有能量载体、电子载体、代谢载体(ATP、GTP、NAD、NADP、FMN、FAD、UDP、CDP、COA)等。氨基酸及脂类衍生物有激素、递质进行生命功能的信息调节。
    量子、分子、声子体外信息子及受体蛋白、信号传递系统构成生物体内、外通讯网,反馈调控维持生命活动和形成生命、人类的目的性。衰老前更换组元的系统复制是保 存系统稳定的机制,生命自更新、自复制、自协调就是生存的修复机制。机器是人体 生命所创造、修复的它构系统,具有生命特征而称生命化现象。细胞(分子)、个体(器 官)、群体(种群)三层级的交互循环耦合系统是机能、发生的节律性与有序化调控的层 级系统。经络、穴位是动物的繁殖(内、中胚层)、感应(外、中胚层)、代谢(中、内胚层) 的免疫、神经、内分泌系统交互机能整合与体表信息、能量交流的三极稳态协调系统。 脑波与电离层休曼波能够空振耦合,血管是次声波导体。受精点新月区和脊索诱导三胚层形成,神经、内皮、结 缔、肌肉组织分化和器官系统动态平衡结构演变构成动物机体构造的模式 。

    1.3、生物体与基因组结构

    具独立生命活动的原始生物细胞是自我更新、自我复制和自我协调的最简单生命系统。细胞具有功能蛋白、代谢酶、复制酶,核酸、脂类和多糖等生物分子构成的膜系统、基质系统、核区系统。最基本的基因组编码所有高分子分解和合成的代谢酶、细胞内、外物质传输功能和受体蛋白、核酸复制和表达的酶及调节蛋白,然后是自养、异养、腐养生活和呼吸、光合、固氮代谢酶及感应蛋白系统。从线 状、环状操纵子病毒、质粒基因组到细胞环状、线状染色体及双倍、多倍体基因组结构构成生物体基因组的进化层次。真核多细胞生物出现细胞分化、组织形成,胚胎干细胞表达具备基本生命活动所需的管家基因,分化细胞表达特异性的奢侈基因。一系列相关基因构成基因群(genes group),控制多基因性状。细胞基本代谢到细胞分化功能、细胞间通讯和互作由一系列连琐基因(genes chain)表达过程构成模式生物发育 结构框架和维管束/循环系、三胚层和四种组织、器官系统(动物消化、泌尿、呼吸代谢 动态平衡)的发育时空格局的基因调控。原始细胞、适应细胞与组织细胞的基本生命活动和适应生命活动,分化生命活动的代谢酶系统是由多基因调控的复杂系统过程。

   二、发育的程序化表达

   2.1、基因表达调控

   细胞蛋白系统表达调控决定于基因组、基因系统的基因位点(gene site)与基 因场(gene field)的相互作用,即细胞内信息物质分泌节律稳态波诱导基因组程序化表达。基因组同层结构的相关基因系列协同表达构成某个性状的发育的基因群(genes group);基因家族(genes family),即同类基因在进化上相关或不同进化水平的基因;基因链(genes chain),即前后发育不同时期相继或程序化表达的基因。基因激活、表达调控、监控是一个多基因遗传复杂系统。生物适应变异与结构进化的异同体现在发生同时期表达的基因群、发育阶段程序化表达的基因链和进化不同层次表达的基因家族。

    2.2、细胞发生动力学

    细胞分裂、分化构成个体发育和系统进化,个体发育的体细胞分化限制分裂增长而由性细胞分裂、结合(繁殖)和分化(变异)构成种系的发生,可称细胞轮运转。胚 细胞(C。全息元)分裂为性细胞(Cj)和体细胞(Ci)经代谢调控、通讯(cGmp,cAmp)调控,体细胞分裂、分化构成个体发育(Ci+1)。细胞分化、分裂(复制)、变异(核酸增长和分化)是核酸的复制、转录、变异所决定。基因群增长和分化的自组织(重组)是生物进化的本质。基因的数量决定生物的发育结构等级,就象原子数量决定星球演变的形态一样。细胞轮运转(分裂速度、分化方向)形成胚胎发育的拓朴形变。发育中差异分歧越早,差异越大、范围越广;更新越快 ,结构越易修复;分化越强,协调越复杂。神经网络结构自稳定而失去复制、分裂能力。发育的变异是进化的分歧现象的重演。胚座连于子房的叶缘形成腹缝线,还不是叶脉演化的背缝线。动物从原脑分化出旧脑、基核,从旧脑边缘外端形成新脑,新脑皮又产生沟回,还原脑、旧脑先后退化成海马、犁状叶,构成发生变异的不可逆方向性。细胞生 长限制而细胞器分化和细胞分裂;个体生长(细胞繁殖)而发育(细胞分化,由物质分布场选择),形成结构层级化又自我限制,经繁殖个体而种群增长、分化(社会分工、心理 场选择);种群结构自我限制而迁移(种群复制)和物种协同进化;生态系层级结构化的自我限制而生态演变、生态系分化。文化的发展,生命的自组织化经人类继续向太空发展。生物个体、群体的竞争而又合作的方式,有利于生物物种的生存和发展。感觉系统发达、运动灵活、智能高级的中等个体的社会性生物是高级进化物种。个体的生存与种群的生存相依赖,性选择的美感和鉴赏能力的相互关系形成对个体生存能力的繁殖性选择。小型增长大型化(顶层是恐龙和裸厥)精细化形成中型和社会化生物。真核多胞的组织分化、维管束/循环系、器官原基形成的胚胎构成了生物结构演变的原型。
    个体生命活动由不同细胞、器官协作完成,细胞分化而协作成整体在高层结构行使生命活动,分化的细胞、器官失去了独立生活而不能离开整体生存(禁闭),单细胞功能同构于细胞群的功能是个体发育,个体功能由群体协作共同完成,相互依存而整体化是社会发育。发育层级化树状分枝(低层系统构成高层系统)的顺序决定了层级化程序高的个体发育经历低级个体发育各阶层。细胞发育蕴含个体发育、个体发育蕴含生态发育、生态发育蕴含种系发育。生态系的增长、分化即群落演替构成生态系从外缘到内部的物种从低级到高级的结构,从而重演了物种分化、种系进化过程。

    2.3、适应形态与节律 

    从细胞到器官,代谢(更新 -能量/物质)、繁殖(复制- 信息/物质)、应激(调控 -信息/能量) 三极稳态机能同构而分别原稿自内和中胚层(肾、脏壁)、中和内胚层(生殖质)、外和中胚层(体壁)的器官分化。心、脑血管(心身因素)、肿瘤(遗传因素)、精神(心理因素)、传染(细菌、病毒因素)疾病与治疗是机体与环境互作的发生过程。西医药的人体模型是实质离散层析结构,还中医药的人体模型是机能协调泛化结构模型。
    动物消化(脾、肝)、呼吸(肺)、泌尿(肾)、循环(心脏)或植物薄壁组织的代谢功能综合平衡构成稳态机能模型。中胚层血循、免疫,内胚层分泌,外胚层神经系统构成生物体的协调系统。皮肤是具备感受、分泌和防御综合功能的外被,骨骼具备运动、造血和免疫综合功能的支架。神经、血脉(血液、淋巴、分泌)将五官四肢、五脏六腑联络成整体,构成个体发育的模式。性腺(巢)与分泌、生殖,骨髓(髓)与免疫、造血,脑与神经、感应的奇恒之腑人体核心由奇经 八脉相关联,构成机体的发生协调。奇经八脉与奇恒之腑的联络为:尧脉入属脑而会于目内呲,督脉属脑络肾而与巢有关,冲脉为血海与骨髓有关,任脉主胞胎,带脉与冲脉、督脉三歧相联,维脉主心和腰痛而与髓相关。经络的12经脉通过手足阴经与五脏相联,手足阳经与五官相连,手厥阴、手少阳分别连系心包与三焦,在四肢阴阳经相贯通。经络与神经相关的有323个穴位,与血管有关的309个穴位。经络位于血管、淋巴和神经区带,感传速度介于神经与内分泌之间,而且,只存在于活的生物体。穴位针感来源于穴位深部的肌梭、游离神经末端和环层小体,以及骨膜、毛囊、血管壁上的感应器。针刺穴位内感受器可激活脑内调节痛觉的神经结构、神经递质和体液内分泌激素、体液免疫功能及组成。神经、体液与内脏、四肢、五官的联络关系与手足阴阳经的联络方式相同,而愉穴与神经感受器紧密关联。
    经络的运行气血、津液,感传信息是血脉循环运输气血、津液,神经内分泌感传信息的功能综合,经穴分布与神经支配节段、经络传感与神经传导通路有关。经络是免疫、分泌、神经系统细胞经特异受体、信息分子进行双向通讯交换作用的机能整合与体表信息、能量交流的通道系统,从而参与个体发育的调控过程。神经、免疫、分泌细胞存在特异受体进行双向信息交流,还针灸或物理刺激形成神 经激素调控和神经元蛋白质表达、神经元特异性突触形成和神经系统网络发育。藏象虚实、表里经络、方药补泻是系统间相互作用的对应关系,具同层系统、异层系统间的形似同构现象。经络流注联络局部与整体、内脏与体表,构成心理与躯体、天地与人体、经络与药物对应协调的节律(子午流注)稳态与形态发生系统。

    三、物种进化与突变

    3.1、复制与同源重组

    细胞遗传学揭示了同源染色体、姐妹染色体在细胞分裂中的形为,个体体现为物种内连锁基因及等位基因的显、隐性的组合。分子遗传学阐述了基因的信息本质和基因重组、表达及调控、染色体外基因移动因子转位、基因到蛋白的信息流过程。

    3.2、基因组结构化分层

    等位基因突变和染色体畸变导致种群基因库频率的改变和生态、地理隔离选择的新达尔文主义,不能真正揭示物种本质的结构变异和进化。物种具备完整的基因组结构,而正常个体必须具备全套基因组,只是等位基因不同。新达儿文的等位基因替换模式和自然选择导向跳不出物种框架,基因组结构远比染色体倍性、连锁群等位基因更本质。生物系统相同结构层次的不同结构形态适应于生存环境,不同结构层次才构成生物体从低层级到高层级生物的发展,体现为机体及基因组结构的分层次进化。生物个体发育从单细胞分裂、分化而构成基因组的程序化表达过程。染色体交换与同源重组、染色体外DNA(质粒重组)与基因转移(病毒转位)是基因组变异的原因,但作为物种的起源不是一个简单的突变与选择过程,还是一种新的基因组结构的形成。操纵子、同源异型盒及基因族、连锁群是基因的不同组织层次,对应于从细胞、组织到器官系统协作的自更新、复制、协调的生命活动。物种起源与进化分维树是与基因组分层结构的同构系统。

    3.3、结构(图式)遗传规律

    孟德尔经典遗传学和达尔文生物进化论奠定了生物学的理论基础。遗传突变和自然选择学说并不能揭示物种间结构的变异和进化的实质。等位基因模型、染色体交换、操纵子结构模型、移动基因转位与连锁分析、细胞杂交、分子克隆、基因转移技术阐述性状表达与遗传调控、相对性状与等位基因的对应演变。然而,物种的起源是一种基因组变异和新结构的形成。生物进化是基因组结构的分层次协同进化,适应分歧是基因组同层结构的变异,个体发育是细胞分裂、分化的基因组程序化表达过程。
    基因组的结构、功能和演变是生命分子合成、降解和细胞分裂、分化、凋亡的遗传基础。图式遗传学的“结构理论”(Structurity Theory): 1)、整合规律:相对独立性状由多基因的基因群控制;2)、调适规律: 基因链的表达决定了基因位点间信息相互作用和微环境的信息场;3)、组构规律:基因组基因转移、重组和扩增构成基因家族的演变和基因组结构演变。结构(Structural)(图式)遗传学(Pattern Genetics)探讨的是生物体及基因组结构、功能(发育调控)及发生演变,为生物系统工程改造与仿造生命提供了逻辑依据。

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