整体生命科学基础理论Ⅳ 微生态变异原理 张正乾 强燕平著

整体生命科学基础理论Ⅳ

微生态变异原理

张正乾 强燕平著

谨以此书：

献给为人类医学生物学回归 自然顽强保护生态自然环境殊 死抗争新型“生物危害”永不 间断博弈的人们！

鸣谢

我们以无限的尊敬、虔诚与敬佩对 给于我们帮助的每一位科学家和并不相 识的朋友们道一声感谢：谢谢你们！谢 谢大家！ 谢谢、谢谢、谢谢！

如果没有范惠民老师和赵大庆博士 “相遇变黄金”的通力支持与合作，就 不会有“整体生命学”理论著作在清华 园的诞生；如果没有这种团队精神，《整体板块遗传律》、《种性制约机制》、《人工自然选择律》、《微生态变异原理》就很难完成。对此，我们借此书出版的机会，对抗疫顽强拼搏和献出宝贵生命的英雄们和父辈，深情地道一声诚挚感谢和永存的敬佩！

尊敬的朋友啊！让我们出自内心地表述对你们由衷地感谢吧！谢谢！  谢谢！ … …

第一部分

微生态变异原

理

第一章 变异

一  拉马克的“获得性 ”

自然规律规定了生命有机体变异现象的长期存在，这是一个事实。生物进 化只是人类对有机体变化规律的认识，这由法国科学家拉马克最先提出，拉马 克对有机体变异的认识，是从动物身上一些发育很弱或者很强的器官退化或进 化现象研究中发现的，是从器官退化联想到生物进化并提出“用进废退”律。 拉马克认为：动物由于某种特殊原因换了新的环境，为了长期生活下去，为了 适应这种新环境，必然产生某些器官经常使用，而另一些器官经常不使用，于 是那些长期不用的器官，就会逐渐退化；与退化相反，另一些器官因为经常使 用而变得非常发达，就是进化。可见，退化与进化的原因都源于环境变化。

拉马克的变异，是通过对有机体的变化，特别是通过观察器官变异和成体 变化而发现的，是对生命有机体的宏观认识，这延续了牛顿的经典世界思维观 念。自此，一直到穆勒利用 X 射线研究细菌变异之前，生物科学家始终保持着 这种宏观思路与研究方法，来认识生命的经典世界。

拉马克理论的事实根据是：拉马克在解剖食蚁兽过程中发现，它们没有牙 齿，认为是由于食蚁兽主要食物是细小的蚂蚁，这不需要用牙齿，长期下去牙 齿必然退化消失了。拉马克又从长颈鹿的前肢和脖子特别长的生命性状研究， 发现长颈鹿头一抬， 就能够到 5-6 米高处， 对脖子十分发达的性状特征， 提出： 生活在非洲半干旱草原地区，牧草稀少的环境里，长颈鹿只好以树叶充饥，为 了能吃到高处的树叶，只得用力拉长身体，长期使用前肢和脖子就变得很长。 于是拉马克提出了两条生物学法则：

一、适应环境法则。拉马克说： “在发育还没有达到极限的时候，动物中 无论哪一种器官，愈常使用，便愈有力，愈发达。它的能力的进步与使用的时 间成正比，至于长久废而不用的器官， 则于无形之间自己会使之变得萎弱、败坏， 能力也渐渐减退，结果以致消失。”

二、获得性遗传法则。拉马克说：“一切缘于悠久的环境的影响，或缘于 长久使用与长久废而不用的关系，各种生物所获得的改变，不论是属于雌雄两 性的或只属于产生的新个体者，都能因自然力而传至下代子孙。”

事实上，这是两条变异法则。法则一，是对成体性状随生活环境变化而变 化的法则。是（从观察）器官性状变化法则的表述；法则二，是这种器官性状 变化 从成体到子孙传承的表述， 获得性的本质是环境变化产生个体性状变化， 从成体到子孙传承的表述。事实上，拉马克是在世界上第一个提出变异概念的

科学家，拉马克揭示了有机界遵循自然规律变化而变化，产生个体器官变异，  并传承到子孙，其原因是适应环境变化的“需要”。拉马克认为，动物都具有 一种特征（需要）——长颈鹿的长脖子是因为它需要吃树梢上的树叶，在这种 需要过程中， 适应环境， 经世世代代的沿袭形成了长颈鹿脖子长的特征。对成体、 器官变异的原因，拉马克解释为：

一是环境变化；二是“需要”——“在动物体内，新器官的产生来自于动 物体觉得不断存在的某种新的需要。”三、获得性遗传。

事实上，拉马克发现了生物进化的精髓：生物器官性状随环境生态变化而 变化，这种变化的获得性可以遗传。也就是说，性状变异是拉马克首先发现， 并通过生物器官变化发现的。器官变化是宏观个体变异的表达，同时，拉马克 把生物演变理论建立在软遗传概念之上，认为动物为了适应生态环境变化，必 然具有一种“需要”，导致有机体随着时间的演变和需要而发生变化。也就是说， 有机体是时间与环境的产物。这已经说明了生物占据环境后， 影响着环境变化， 同时变化的生物种产生了新的生态环境，本身又将新的生态环境提供给新生的 后代，这就构成了生命自身一方面适应环境而变化，同时又创造出新的生态环 境。如果我们把拉马克的这一理论——成体器官变化深入到生物微观结构和生 理层面、层次中来，于是，就进入到生物与环境微生态层面的变异或变化。

拉马克的历史功绩就在于，创造了“生物学”——bioIogy 这个词，并在 1815年提出有机界随时间和生态环境演化的观点。对于拉马克获得性遗传理论， 始终存在众说不一，这只有引入微生态变异概念，才能有明确的认识。

二 达尔文论变异

1859 年达尔文的划时代著作《物种起源》问世，这是世界上第一个系统阐 述变异的理论学说，仔细阅读，虽然《物种起源》卷佚浩繁，但整个布局仍然 是围绕拉马克的两条线展开：一、环境改变了的条件的作用。二、（获得性） 遗传。用达尔文的话说： “即变异性和每种生物历代所处的生活条件通常必有 关系。” 达尔文强调说：

“在第一章里，我曾试图说明，改变了的条件的作用有两条途径，即是直 接加于全部有机体或部分的有机体，和间接通过生殖系统发生作用。在一切场 合都有两种因素，一种是有机体本身的性质，一种是外界条件的性质，两者之 中以有机体的本性最为重要。改变了的条件的直接作用，产生一定的或不定的 结果。在后一种情形下，有机体似乎变成可塑造的，其变异性往往动荡不定。 在前者，则在一定条件之下有机体的本性容易屈服，常使一切个体，或差不多

一切个体，都以同样的方式发生变异。”

对于环境达尔文在《物种起源》一书中用四个单独的章节， 进行了全面的， 历史性的论述。如，第十章 地质记录的不完全、第十一章  生物在地质上的 演替、第十二章  地理分布、第十一章 地理分布（续前）。这基本是赫顿和 赖尔的地质渐变原理的复述，其核心仍然是延续了拉马克的环境变化法则，达 尔文只不过把环境作用总结为两个途径：一是：直接加于全部有机体或部分的 有机体。二是：间接通过生殖系统发生作用，并把生殖系统发生作用看作是有 机体本身的性质。即有机体的本性，由于本性容易屈服，得出差不多一切个体 都以同样的方式发生变异的结论。

让文明把这一理论核心和拉马克的学说对比一下：拉马克说：“一切缘于悠久的环境的影响，或缘于长久使用与长久废而不用的关系，各种生物所获得的改变，不论是属于雌雄两性的或只属于产生的新个体者，都能因自然力而传至下代子孙。”

这就是达尔文的“直接加于全部有机体或部分的有机体。二是：间接通过 生殖系统发生作用，并把生殖系统发生作用看作是有机体本身的性质。”二者 的文字叙述几无差别！

事实上，达尔文的自然选择，完全是通过生物有机体因生活条件变化而产 生变异的推理。对此，达尔文是这样论述的。他说：

“许多例子可以说明，生活于不同的外界条件下的同一物种，能产生相似 的变种；另方面，也有处于相同的外界条件下而产生不相似的变种……这些事 实使我懂得周围条件的直接作用不甚重要，而变异倾向的发生，必有为我们所 完全不知道的其他原因。

就某种意义而言，生活条件（参看卡森微生态变异二法则-环境产生变异说），不仅能直接或间接地引起变异，同样地也可以包括自然选择，因为生活条件决定了这个或那个变种能否生存。 ……变异性 是以某种方式被激发的了， 但是这是由人类的意志使它向一定的方向累积起来， 后一作用相当于自然情况下的适者生存的作用。”

在第三章  变异的法则中， 达尔文仍然表示： “环境改变的影响”为中心， 只不过把拉马克“用进废退”法则放到自然选择的框架内，提出“受自然选择 控制的器官变异”，把拉马克的有机体因环境变化而变异的理论，放到自然选 择里面去，就完成了自然选择的核心思想。

达尔文同样运用了“用进废退”的事例，更具体地论证说：

“不用产生的器官退化是受自然选择控制的器官变异——因不用而退化。

南美洲的大鸭只能在水面上拍它的翅膀，她的翅膀和家养的爱尔斯柏利鸭 几乎一样，椐克宁汉先生说，这鸭在幼期是会飞的，到了长成以后才失去飞翔

的能力。因为在地面上觅食的大型鸟类，除了逃避危险之外，很少飞翔。所以 现今或不久前栖息于海岛上的几种鸟类，处于几乎没有翅膀的状态，可能是由 于岛上没有捕食的猛兽，因不用而退化的。

不使用变异和自然选择变种的密切关系与区别。”

达尔文在完成了从变化了的环境向自然选择的理论转换后， 同样展开了“用 进废退”向自然选择的过渡， 达尔文在论述马德拉甲虫无翅膀的形成时说：“使 我相信许多马德拉甲虫无翅膀状态的形成，主要原因是自然选择的作用，大概 还结合着不使用的效果。”在随后的论述中达尔文用南美洲穴居的齿类眼睛退 化到盲和卡尼俄拉及肯塔基深洞内生活的，有几种属于极不同纲的动物，眼都 是瞎的来说明：“自然选择就会对不使用发生作用了。”

达尔文进一步说明： “植物习性是遗传的。例如开花的时期、休眠的时间、 种子发芽所需的雨量等等……”于是，达尔文将“用进废退”律整合到自然选 择的概念里面，这样拉马克的生物学法则，环境变化和“用进废退”，获得性 遗传就成为达尔文自然选择理论的核心。事实上，自然选择理论在达尔文心中  蕴育了 40 年……然而，达尔文还需要等待，等到 1858 年 6 月华莱士的一封重 要的，决定性的“适者生存”进化理论信函……

三  孟德尔的遗传因子

不知道为什么？历史上孟德尔与达尔文两位同时代生物学巨擘，生前没有 相遇；也不知道为什么？孟德尔的遗传因子理论，并不受那个年代科学家的推 崇而沉寂了 35 年，造成了进化论的一枝独秀！更不知道为什么？他们的理论 没有得到交融和碰撞，对生命科学历史发展的含意……用现代的眼光来看，达 尔文对遗传现象的深层次规律并不知晓。然而，达尔文预见到生物变化的一个 原因在于生物的本性，即有机物的本性！达尔文解释生物本性为生殖系统发生 作用，却没有认识到有性生殖在导致性状重新分离和重新组合中的重要规律。 对此，达尔文一无所知！

那么，如何发生作用，并遵循怎样的规律发生作用呢？

在远离英国伦敦的奥地利布隆修道院的实验田里，在与达尔文著述《物种 起源》的同时代，孟德尔经过十二年豌豆杂交实验，找到了遗传因子，发现了 分子遗传学规律。

在实验园里，孟德尔种植了 34 个豌豆株系，进行了系列试验，研究了各 个简单的，可分开的单一性状因子，从花茎的高矮、花位的顶位、侧位，豆荚 形状的膨胀与收缩、豆荚颜色黄与绿、种子形状圆与皱，子叶颜色黄与绿、种

皮颜色灰与白……从这七个主要试验系列的 F2 代，观察结果，都出现了明显 的显性与隐性的不连续变异，没有中间等级，发现了在遗传中起作用的独立因 子，并符合一定数理规律（3：1）。它揭示了，在性细胞形成时，决定特有性 状的因子是相互分离的——分离定律。孟德尔的这种研究，虽然也是从植株和 器官性状（花茎、花位、豆荚、种子形状、子叶颜色） 的（经典世界） 变化入手， 与拉马克和达尔文不同的是，孟德尔进入了微观生命元的思维与理念，引入了 遗传因子概念。对此，孟德尔发现：

当把具有不同性状的植物杂交时，产生的第一代杂种的性状只与两个亲体 中的一个相同，另一个亲本的特征显示不出来（隐性性状）。但是，当把这些 杂种再进行杂交产生出第二代杂种同两个亲本的性状就会发生“分离”，在不 同的个体上都显示出来了，而且显性性状与隐性性状的个体数量的比，是一个 恒定的比值：三比一。同时，孟德尔还发现：当同时具有两对或两对以上不同 性状的植物杂交，并产生第二代杂种时，其中每个性状各自按“三比一”的比 数独立分离，而且互不干扰——这就是孟德尔的自由组合定律。这样，孟德尔 就把遗传的本质从拉马克的从器官性状变化，成体到子代的传承；达尔文的生 殖系统发生作用的有机体本性遗传，深入到微观遗传因子层面，并预言：

“遗传因子可能是染色体的一部分。”

于是，变异，就从理论上，就深入到孟德尔的遗传因子，深入到细胞的染 色体，深入到分子、原子、基因。因为细胞是组成生命状态的物质，是不可进 一步约减的单元，是能够进行自我繁殖的最小的活的微观生命元。细胞中的遗 传因子是在传播生命，并保持其可能有利于它们的特征延续、不断抵抗环境的 改变。所以，它表现出遗传基因特征的组合而不是混合或掺合。这就从分子形 态和基因特征方面，规定了生物本性遗传的独立性和种性的不可变异性。

四  摩尔根的果蝇

孟德尔于 1865 年 2 月 8 日，将自己的试验论文在“布隆自然历史学会” 上宣读，却没有得到多大反响，更没有引起科学界的重视。尽管孟德尔把论文  副本，寄给了慕尼黑植物学著名教授耐格里，但没有得到耐格里的回应；在当  时的历史条件下，孟德尔的重大科学发现，其论文的核心价值，并没有得到科  学家的认可，有机体变异理论，仍然停留在达尔文时期。值得庆幸的是，孟德  尔的论文于 1866 年发表在“布隆自然历史学会”的会议纪录上，35 年后才为  三位科学家（德弗里斯、柯灵斯、丘歇马克） 重新发现， 有机体变异的形态特征， 是与代代相传的“因子”相联系的，从此开始了孟德尔的遗传学新时代。

孟德尔遗传因子的性状分离、自由组合，是生物体性状变异和生物多样性 的原因。此外，孟德尔预言的遗传因子在染色体上，必然为后来的科学家深入 探讨， 进一步研究“因子”和染色体之间的关系。因为， 生物的性状千差万别， 十分复杂， 而与之对应的染色体， 却是有限的若干条， 这就是变异的最大难题。 然而，出乎意料的一只白眼小果蝇，改变了哥伦比亚大学生物学教授摩尔根的  人生历史——

1910 年的一天，摩尔根在实验室的奶瓶中，发现了一只白眼小果蝇，他便  用这只“变异”的白眼小果蝇，进行杂交实验。在此之前，摩尔根一直反对孟  德尔的“遗传因子是染色体的一部分”的理论观点。通过这一实验发现：用这  只特殊的白眼小果蝇，同正常的果蝇进行杂交时，生出来的第一代杂交果蝇彼  此进行交配的时候，在第二代果蝇中，又再一次出现了白眼小果蝇，这显然符  合孟德尔遗传定律。一只白眼小果蝇让摩尔根不再否认孟德尔的“遗传因子” 的科学理论了。经过反复实验 、观察，摩尔根进一步发现：遗传是由染色体  上的基因引起的。在一根染色体上，可以传递许多个遗传因子，两个性状可以  由一个染色体携带，这是连锁现象——同源染色体间的基因交换。也就是说，  一对染色体的各个部分有时似乎粘集在一起，并且伴随着交叉的形成，还可能  有片断物质交换。于是，诞生遗传学第三定律：连锁与定律交换。

1915 年，摩尔根、斯塔特文特和布里奇共同署名出版了划时代历史著作《孟 德尔遗传机理》，随后摩尔根又出版了《遗传的物质基础》和《基因论》。1928 年， 摩尔根高度概述了基因论， 他说： “个体的种种性状起源于生殖质内连在一起， 形成若干连锁群的成对的要素（基因） ”；生殖细胞成熟时，每一对的两个基 因依孟德尔第一定律而彼此分离，于是每个生殖细胞只含一组基因；不同连锁 群内的基因依孟德尔第二定律而自由组合；相应的连锁群内的成员基因之间有 时也发生有秩序的交换，交换的频率可以提供有关每个连锁群的成员间线性排 列的证据，同时也能表明成员相应之间的相对位置。

1933 年摩尔根因对基因理论的重大贡献获得诺贝尔奖，它标志着人类基因 时代的到来。

变异作为一种生命现象，科学家的认识经过了从拉马克器官因环境变化而 变化的成体变化现象，经过了达尔文的直接和间接变异、生殖系统本性发生作 用， 在于有机体本身的性质的缓慢进化观点， 开始向微观的细胞生命单元深入， 进入了孟德尔的遗传因子的自由组合、分离过程产生的性状变异。摩尔根的果 蝇实验，证明了孟德尔的预言，确定了遗传因子在染色体上，是一个具体的微 小物质单位，通过连锁、交换出现性状差异。于是成体器官的变异和生殖系统 作用的有机体本性， 都进入微观细胞生命单元的微观生命状态变化系统。然而，

人类对变异的认识，完全是在生命有机体千变万化的性状差异的观察过程中， 不断深入的，不断发展的，随着伦琴 X 射线的发现，对变异的研究就更多地染 上了人为的色彩，更多的进入到微观生命元的微小状态。

五  穆勒的变异法则

与达尔文缓慢变异相对应的理论，德弗里斯提出了“不连续变异”的突变 理论。然而，一同感实验研究突变的科学家，首先是遗传学家穆勒。穆勒通过 实验发现，自然的突变率太小！在研究中还发现：突变是孟德尔重组现象的某 些特例，有些是由于染色体的反常分布，有些是由于个别的基因或遗传单元的 变化所致。穆勒把突变定义为“基因的变更”，即某一基因以诱发突变。

穆勒提出了以杂交后代群体中重组型配子数与亲本总配子数的比值，即交 换值作为连锁基因在染色体上的距离的构想。

穆勒在果蝇实验中认识到：在自然条件下，果蝇的突变频率是很低的，在 一定范围内突变与辐射剂量成正比。在《基因的人工诱变》一书中， 穆勒说：“已 十分肯定地发现，用较高剂量的 X 射线处理精子，能诱发受处理的生殖性别发 生高比例的真正的‘基因突变’。高剂量处理的突变率要比未受处理的生殖性 别高出 15000%。”

穆勒总结说：“X 射线既可引起基因突变也可以引起染色体畸变；用 X 射 线诱发的可见突变中，绝大多数为隐性突变，但也有少量的显性突变；无论是 显性突变还是隐性突变，往往出现致死效应。”

穆勒提出“微粒基因”观点。他认为， 基因的变化可以在受粒子打击时引起， 所以完全有理由认为基因本身也是一种粒子，如果基因是真实存在的，人们就 可用像自由电子这样的“子弹”去攻击它并对基因的大小进行估算。

“微粒基因”概念，即“靶子学说”。

无论是以 X 射线引起的基因突变还是自然界的突变，其本质上是一样的， 都是进化过程中的“一砖一石”——突变为生物进化提供基本材料。

突变造成进化，进化过程又是可以进行人工干预和加快——但突变多数是 有害的，甚至是致死的，自然界的自法突变亦然。

穆勒 1918 年发现，提高温度会增加突变率的证据，1921 年出版《由单个 基因的改变而引起的变异》，1926 年发现 X 射线可以诱发突变， 1927 年出版《基 因的人工诱发》，1946 年因辐射遗传学研究的重大贡献获得诺贝尔生理学和医 学奖。

从穆勒的变异，我们可以总结出如下结论与突变法则：生殖细胞在人为干

预可发生高比例的“基因突变”，X 射线可以引发基因突变，也可以引发染色 体畸变，突变中绝大多数为隐性突变，也有少量的显性突变。突变总是有害的 存在致死性。

事实上，穆勒的变异法则完全是运用人工 X 射线照射果蝇实验得出的。虽 然在大自然中 X 射线与其他放射线普遍存在，但其强度很弱，像花岗岩等的放 射线并不构成生物自然的“基因突变”频率，它对生物的自然系统并没有普遍 的生物学意义。所以它只对优生学和人类生育有深远的意义。穆勒认为： “没 有选择……不符合需要的基因必将不可避免地积累起来，直到种质变得越来越 充满了缺陷而完全败坏——就自然选择需要的隐性性状也绝不会受到更多的影 响而得到发展。因为每个这类隐性基因在表达时都是同致死基因联系在一起 的。”

穆勒揭示了“突变发生的特征， 频率和方式，并提出‘粒子基因’”概念。 这将为量子力学的基因变异提供了分子生物学的前沿理论和实验基础。把遗传 变异的研究，引向细胞更深层的染色体大分子晶体生态结构与化学性质层面， 于是，人类对变异的认识就进入了微观生命元，进入了“粒子基因”！

六  从米切尔到查伽夫、格里菲思

穆勒的“粒子基因”已经走进了细胞核的原子界面，通过微观物理学 X 射 线诱发突变因子，本质仍然是环境变化导致有机体细胞基因变异。这时，孟德 尔的遗传因子一词，已经被“基因”取代。

1901 年，德弗里斯语出惊人。他说： “正如物理学和化学能最后归结到分 子和原子一样，生物科学也必需通过把物理学和化学结合起来的方法，并一直 深入到分子原子这样的单位上，才能解释生命世界的种种现象。”

德弗里斯的预言是正确的。从化学性质确认遗传物质粒子的化学性质，最 有建树的工作，开始于德国科学家米切尔，他从病人使用过的绷带上获得了浓 细胞，先用酒精洗去浓细胞的脂舫性物质，然后用猪胃黏膜的酸性提取液，一 种能除掉其它蛋白质的胃蛋白酶粗制品，进行处理后，米切尔发现，在存留的 核中，有一种含磷很高而含硫很低的强有机酸（14%N、2%S、3%P）——一种新 的细胞成分，米切尔就叫它核素。由于这种物质呈酸性，后来科学家就称为核 酸。当时米切尔发现：在可遗传性状的传递上，核素可能发挥作用，核素的原 子可能形成“异构体或几种不同的空间排列”，由此产生变异，这就是最早 的 DNA。由于核素是酸性物质，后来由科赛尔改称为核酸。米切尔发现了两种 类型的核素（核酸）：“胸腺核酸”和“酵母核酸”，即现在的脱氧核糖核酸

DNA 和核糖核酸 RNA。

莱文在对核酸的研究过程发现， 在各种不同来源的核酸中， 四种碱基（A、T、 C、G）的克分子数相等，提出了四核苷酸假说。四种碱基都是等量的，在更精 细一些组织的水平上，这就意味着多核苷酸是由某种确定的，排列顺序不变的  单位所组成的四核苷酸结合体。对此，查加夫在进一步研究后，有着不同的认 识——

1946 年，查加夫对核酸进行了精细研究发现并证明了四种碱基的数量不是 相等的，强调并提出了一个法则：四核苷酸中的（A 和 G）的总和与（C 和 T） 总和之比；或 A 与 T、G 与 C 之比都符合 1：1 构成数比的内在联系，这意味着 DNA 是由两种嘌呤和两种嘧啶——碱基组成的大分子。然而，核酸的遗传传递 功能还需要用实验来进一步证明。

1928 年，格里菲斯观察肺炎双球菌时，发现活的Ⅱ型 R 肺炎双球菌（无毒 性）同加热杀死了的Ⅲ型 S 细菌（已经灭毒），一起注射到老鼠体内，结果却 从这种老鼠的血液中， 分离出了活的Ⅲ型 S 细菌， 这说明活的非毒性的 R 细菌， 不知怎么的，竟从死的Ⅲ型 S 细菌中，获得了某种物质，这种物质使Ⅱ型 R 转 化成为，具有Ⅲ型 S 多糖荚膜的致命有机体。事实上，这就是微观生命元化学 性质遗传化现象。

接下来艾弗里从Ⅲ型 S 肺炎双球菌分离，得到活性的转化因子，他把其鉴 定为“一种高度聚合的黏性的脱氧核糖核酸的钠盐。”

随着 X 射线衍射成像技术对大分子结构研究的运用，富兰克林于 1951 年 获得了一张十分精美的核酸 X 射线衍射图，将核酸生物大分子结构的多股双螺 旋形象，从晶体图像上显现出来，并推测出它的双螺旋结构，奠定了 DNA 结构 双螺旋模型的实验基础， 才使沃森和克里克于 1953 年， 完成了 DNA 结构模型， 并于 1963 年获得诺贝尔奖。为 DNA 结构模型的基因研究，划上了句号。

这里，无论从物理学——穆勒的 X 射线诱发突变，还是对基因化学性质研 究的米歇尔的核素，直到艾弗里的活性转化因子的发现，这里都离不开一个普 遍的生物现象——变异！变异作为十分普遍的生物学现象，又存在着千差万别 的多样性。比如，在有机体中，通过性状差异表现与环境相关产生的变异，米 歇尔的核素，是从伤员用过的绷带上的浓液中获得的，浓液是伤员感染化脓的 分泌液，对于正常肌肉、皮肤组织来说是一种变异（病变物质） ，只有在病变 感染的化脓的肌体部位才能有浓。也就是说，变异是从血液一种特定的小环境 诱法的，这样，核素才能发挥转化因子的作用；同样，格里菲斯的Ⅲ型 S 细菌 在加热把它杀死后，只有与Ⅱ型 R 肺炎双球菌一同进入老鼠体内，才能产生活 活化，使非毒性的 R 细菌获得转化因子，带有Ⅲ型 S 细菌的毒性。也就是说，

必须有使转化因子发生变异的生存环境（环境基元），这和拉马克环境影响有 机体变化产生性状差异，在本质是完全相同的，只是拉马克研究观察的是成体 性状；米歇尔和格里菲斯观察研究的是微观细胞单元物质的分子性状，两者的 差异在于，前者是自然宏观生态环境的产物，后者是有机体微观内生态环境的 变化，这无形中就把拉马克时代对生存环境的认识尺度，深入到了生命的内环 境和外环境相互作用的微小量子尺度之中。

对内环境和外环境贝尔纳曾有过十分精辟的论述。

七 贝尔纳的内环境变异

贝尔纳在研究生理学的基本问题时，对细胞于直接跟它们相接触的周围环 境间的关系，提出了动物同时处于“两种环境中。一种是外环境，生物体置身 其间；另一为内环境，是身体组织的各个部分赖以生存之处。在外环境中并不 发生生命进程中的那些活动，生命的进程只发生在液相的内环境中，这一液相 内环境是由包围并浸溶着组织中所有解剖学成分的循环体液所构成的。”

这一学说，就本质而言，构成了生命两个世界理论的雏型。他揭示了生命 内环境的微生态量子世界的液相“态”，可惜，这一学说没有得到进一步深入 发展和广泛的认同。

贝尔纳还提出复杂生物内环境恒定法则。他说： “内环境的恒定是自由和 独立的生命赖以维持的条件。”

事实上， 动物将自己关闭在在一种“温室”里， 外环境的变化不会干扰它， 这种自由是“那些最为复杂或器官分化程度最高的生物所特有的”。

贝尔纳不仅强调内环境对动物的重要，还认为： “但这不意味着周围环境 对较高等的动物来说是无关重要的，恰恰相反，较高等的动物同它有着相当密 切和内在的联系，以致于在它们之间建立起来的平衡就像有一架极为灵敏的天 平在进行持续和精确地补偿一样。”

贝尔纳的内环境恒定定律，第一次把动物于环境变化纳入到有机体内部， 揭示了内环境与有机体之间的密切关系，探讨了液相“生命的特征”。比如， 新陈代谢中复杂的途径以及调节它们的酶，激素和神经因素等等……

1926 年，坎农延续了贝尔纳的内环境学说， 发明了“体内平衡”homeostasis 一词。用它来表示维持内环境恒定的条件。坎农的“体内平衡”并“没有某种 是稳定的，不变的和停滞不动的意思，而是指一种条件——一种可能是变化的 但又相对恒定的条件。”他赋予贝尔纳“内环境”恒定的内在动态平衡。坎农 认为： “这种内环境的动态平衡是那样的复杂，仅仅只能为生物体所具有，在

这些过程中，可能牵涉到脑和神经、心脏、肺、肾脏以及脾脏等各个部分的相 互协调活动。”

贝尔纳的内环境恒定定律是通过活体解剖实验得出的。他大量解剖了许多  活体生物，总结出了自己对生物体内在规律的认识理论，出版了《实验医学研 究导论》，从中可以看出：内环境恒定律是建立在有机体复杂的生理机制，和  控制血液和组织……在遇到外部变化时能保持稳定，身体内有足够的水、恒温、 以及氧的供应，压力、化合物……这一切，为有机体的活细胞创造了一个恒定 的内部环境。

这表明细胞是内环境的微小单元。这样去认识内环境，它都是由无限小的  分子、原子构成的复杂微小液相“态”的系统，这样细胞和细胞之间都存在一  个内环境恒定状态，任何变异都是发生在这种系统状态之中，只有这种微小的  系统状态发生了变异并扩大到器官、组织， 向有机体整体扩延， 才能产生器官、 成体的性状变异。这就是内环境变异的丰富内涵。也可以说，是“体内平衡” 状态的变异。有机体受细菌、病毒侵入和疾病的潜伏，都是这种变异的开始。  事实上，有机体的所有新陈代谢、生长、发育、死亡……都是在内环境稳定过  程变化或变异的，这从薛定谔的突变理论能得到很好的证明。

八  薛定谔的突变

把遗传变异融入量子力学的是伟大的物理学家薛定谔，他在划时代的历史 著作《生命是什么》 一书中，深刻地剖析说： “根据现在的了解遗传机制是同 量子论的基础密切有关的，不，是建立在量子论的基础之上的。量子理论是 马克斯·普朗克于 1900 年发现的，现代遗传学则可以从德弗里斯、科伦斯、 丘歇马克（1900 年）重新发现孟德尔的论文，以及德弗里斯关于突变的论文 （1901——1903 年）的发表算起。因此，两大理论几乎是同时诞生的，而且它 们两者一定要在相当成熟后才会发生联系，这也是很自然的。在量子论方面， 花了 1/4世纪以上的时间， 直到 1926 年——1927 年W·海特勒（HeitIer）和F·伦 敦（Londen）才给出化学键量子论的普遍原理。”

事实上， 《生命是什么》在基因论发展的关键时刻，起到了至关重要的决  定性作用，这从克里克受《生命是什么》 一书影响的深刻程度，可以看出 ——  克里克在读了薛定谔的《生命是什么》以后，才确信“如果使用物理学化学概  念，那么生理学的基本问题就完全可以应用精确的术语来思考。”为了回报薛  定谔《生命是什么》一书的启蒙， 克里克曾寄给薛定谔一份 1953 年刊在《自然》 杂志上的论文的复本。可见，没有薛定谔的对 DNA 开拓性理论，作为第二次世

界大战特丁顿英国海军部研究实验所和伦敦海军情报部的研究员的克里克，是 无法进入 DNA 研究领域的。他只是在读了《生命是什么》一书之后，1949 年才 有意进入卡文迪许实验室，同佩鲁茨一起开始使用 X 射线技术研究蛋白质及蛋 白质分子结构。在短短的四年时间，就取得划时代的历史性突破。这里， 《生 命是什么》一书功不可没。也就是说，文明必须认为生命现象，特别是遗传现 象和所有“有机体的活动需要精确的物理学定律”，在这一框架内，才是基因 得以突破的关键。对于突变，薛定谔在《生命是什么》的一书中，进行了精辟 的分析，并作为一个重要章节进行量子力学的经典讨论。

薛定谔的功绩在于，他赋予变异以量子力学“量子跃迁”的属性。他说： “德弗里斯称之为突变，重要的事实是不连续性，这使一个物理学家想起了量 子论——在两个相邻的能级之间没有中间能量。他愿把德弗里斯的突变论称之 为生物学的量子论。以后我们将会明白这可不简单是个比喻，突变实际上是由 于基因分子的量子跃迁引起的。1902 年，当德弗里斯第一次发表他的发现时， 量子论的问世还不过 2 年时间，因此，要由另一代学者去发现二者之间的密切 联系，也就不足为怪了！”

对这一结论薛定谔用纯种大麦的麦芒长度实验的统计事实说明了突变是  “跳跃式”的变化， 并解释说：“‘跳跃式’并白不是说这个变化是相当大的，  而是说这是一种不连续的变化，在没有改变和少许改变之间没有中间形式。” 从而得出一个结论：

“今天我们已经明确地知道，达尔文是错误地把即使在最纯的群体里也会 出现的细致的，连续的，偶然变异，当做是自然选择的原始资料。因为后来已 经证明，这些变异是不遗传的。”

薛定谔承认突变存在隐性和显性，承认近亲繁殖的有害性，认为突变是一 种罕见的事件，同意穆勒的突变致死性结论。并提出放射性突变的二个定律： 第一定律，突变是个单一性事件，事件的局限性——如果广泛地改变射线的性 质（波长），从软的 X 射线到相当硬的 X 射线，只要给予同一剂量，突变系数 保持不变。第二定律，突变频率的增加量严格地同射线的剂量成正比例，因而 人们确实可以引进突变系数来达到这种比例关系。

薛定谔认为：

“如同原始的，未改变的特征一样，突变也是完全地遗传下去的。”

从变异、突变到基因，薛定谔提出最简单的假说：

一个基因——也许是整个染色体纤丝——是一种非周期性的固体。

薛定谔借鉴莫尔斯密码，认为基因存在密码本。他说： “人们经常会问： 像受精卵细胞这样小的物质颗粒，怎么能包含涉及有机体全部未来发育的精巧

的密码本呢！一个高度有序的原子聚集体被赋予了足够的抵抗力来长久维持它 固有的序，这种聚集体看来是唯一可以想到的结构，这种物质结构提供了大量 不同的可能的（同分异构）的排列，数量之大使得在一个很小的空间范围内就 足以体现出一个复杂的‘决定性’系统的所有特征。真的，在这类结构里，不 必有太多的原子就可以成熟出几乎无穷的排列。”

这就是为什么克里克如此推崇《生命是什么》并在 1953 年能发现 DNA 双 螺旋结构的历史必然。

科学历史上有太多的巧合，当薛定谔论述 1900 年德弗里斯重新发现孟德 尔遗传学和普朗克量子力学发现的时间巧合时，1943 年与《生命是什么》问世 的同时间，在太平洋东海岸的美国冷泉港，美国女生物学家麦克林托克正悄悄 发现了“基因跳跃”，用玉米实验证明了，量子力学的“量子跃迁”在有机体 的基因层面，受外界环境变化诱发普遍性突变。

于是，20 世纪 50 年代，人类对有机体变异、突变的认识，已经进入了微 观量子世界的微生态层面。

九  麦克林托克的基因跳跃

1951 年麦克林托克向遗传学会提交了她对“基因跳跃”的研究成果。然而， 转化因子的理论像当年孟德尔在“布隆自然历史协会”上宣读的论文一样，受 到了冷落。这项研究开始于 1941 年，是在纽约科尔德斯普林港实验室进行研 究的，麦克林托克一反遗传学多年用豌豆、果蝇进行研究的作法，麦克林托克 注意到玉米植株的叶子和果实上不时出现奇怪的色斑，于是开始思考：是什么 作用决定着色彩的基因，通过实验和观察，她发现，某些基因是移动的，可以 在染色体周围跳跃，当它们跳入某个基因时，该基因的转换机制就会被破坏。

20 世纪 60 年代，法国科学家雅各布和莫诺用大肠杆菌作实验，发现了 一 种和麦克林托克 DS——AC 相似的广固模特质，提出了“乳糖操纵子模型”， 揭示了生物体内基因“量子跃迁”的调控机制， 并很快为科学界承认。为此贡献， 瑞典皇家科学院于 1965 年授于发现“雅各布——莫诺学说”的两位生物学家 诺贝尔奖。

事实上， 转座因子是一段能随机插入的一片 DNA 序列， 它们可以复制自己， 并形成一个环， 然后在基因组上流动， 随机落在一个点上， 挤进基因序列内部， 可以关闭插入点基因的表达，促进邻近基因的表达，产生一系列后果，甚至造 成突变。

跳跃基因是突变产生的另一种形式，基因能在细菌之间传播，转座因子也

能在其它物种之间传递，转座子不仅能在基因组内部和基因组之间跳跃，染色 体自己有时也完全自发地进行重排。这往往与环境压力有关，麦克林托克用 X 射线照射玉米， 诱发玉米“跳跃基因”色斑突变的实验， 就让我们又回到环境， 包含产生突变的变异的微观环境与本质上来，这和穆勒用 X 射线照射小鼠诱发 突变本质相同；不同的只是麦克林托克发现了一段基因 -DNA 序列的跳跃、插 入导致的基因排列重组，而诱发生物性状变异或突变的微生态变异规律。

从麦克林托克发现转座因子，我们可以看出，跳跃基因是在玉米粒成熟时 期才可能出现的现象，其本质与达尔文的生殖本性是一致的。-DNA 序列脱离 了 -DNA 双螺旋的线性轨迹，它的意义不仅仅在于 DS——AC 调控系统，而在于 揭示了遗传密码的另一种排列表达方法，是对双螺旋线性 DNA 排列形态突变的 突破。这从凯恩斯的定向变异，可得到进一步证明。

十   凯恩斯的“定向变异 ”

前面讨论的突变， 自孟德尔的遗传因子开始， 基本上都属于人为改变环境， 引发生物有机体突变的现象。从整体和形态来认识，仍然是没有脱离拉马克的 生物由环境变化而变化的法制，不同的只是从成体器官深入到细胞、染色体、

核酸的分子、原子……的微小尺度。1988 年，哈佛分子生物学家约翰·凯恩斯   实验报告提出的“定向突变”，它仍然没有脱离这一框架的生物学法则。凯恩   斯认为：细菌在环境的压力下， 可以选择产生变异的模式。在凯恩斯的实验中，  细菌生长的环境是氨基酸色氨酸等主要成分的培养基。细菌一直在突变，这种   突变在大多数情况下会产生有利突变。由于饥饿的压力帮助细胞合成了自己所   需要的氨基酸，实验表明细菌在饥饿状态下，能提前“知道”哪种变异对生存   有利， 就一直延着这一方向发生突变。这一实验结果显然表现出拉马克“获得性” 特征，是后天获得变异，成为软遗传的证据，对达尔文突变的随机事件进化提   出了挑战；虽然科学家目前还不能证明这种突变是一种普遍现象，但细菌存在   “定向突变”是一个事实， 特别是将这一定向突变过程， 一直进行下去的“增变” 基因更是一个实验事实。

用不含有氨基酸、色氨酸，细菌所需食物的培养基的实验本质，是改变细 菌最直接的生存环境需要，这比穆勒用 X 射线实验更直接威胁有机体的生存， 两种环境的改变产生了不同的突变后果，和不同的结论。穆勒认为突变总是有 害的，甚至是致死的。凯恩斯的“定向突变”对细菌却是有利的，突变使细菌 获得了食物而生存下来，这充分地显现出变异的多样性与复杂性。突变没有一 个固定模式，但有一点却是无法改变的，任何突变的诱因都是环境变化引发的

生物事件，是始于微观生命元和环境基元微生态变异的生物事件。

此外，我们从拉马克的获得性到凯恩斯的“定向突变”的所有变异案例与 事实中，都没有发现一个物种生命个体，由于环境变化而突变成另一个物种生 命个体的种间变异现象。也就是说，上述科学家揭示的突变规律，对物种的稳 定不构成任何威胁。至今，人们还坚持认为，生物学物种是可以彼此之间杂交 繁殖，但不能与其他物种成员杂交繁殖的一组生物体，物种是地球上生物多类 状态的标准单位，物种的稳定才构成生物的多样性，变异、突变导致生物多样 性和生物产生性状差异，环境是产生生物有机体变异的第一要素，也是生物生 存的惟一要素，任何生物都是一定环境的生命物，地球地域、环境千差万别， 才构成了地球生物种的多样性、种差异的多样性、个体的多样性……正是这 千万个甚至上亿物种的多样性，才构成了复杂的星球生态，让我们接下来讨论 生态。

第二章  生态

一 达尔文的海军、牛肉与三叶草

拉马克提出获得性法则并没有得到生物学家的认可，人们总是以体细胞获 得的经验，随着个体生命的结束，体细胞的死亡，随之消失，死亡的体细胞不 可能把这种经验传递给后代作为理由，拒绝接受。甚至，拉马克当年被认为是 “古怪的”科学家的典型，而被孤立。他一直过着贫困孤独的生活，晚年十分 凄怆而双目失明。1829 年 12 月，因贫病交加，无人理喻而悲惨离世。当时， 只有小女儿柯尼丽亚在身边，她没有钱，买不起坟地，拉马克遗骨最终被扔进 一条肮脏的阴沟里，一个对人类科学有巨大贡献的科学家晚年真得十分凄凉。  1909 年，法国在举行拉马克《动物学哲学》出版一百周年纪念大会时，科学家 竟无法向大师致敬，于是，来自各国的学者们募捐，在巴黎植物园为拉马克树 立了一尊铜像，铜像的基座铭刻了柯尼丽亚的献词： “您未完成的事业，后人 总会替您继续的，您所取得的成就，后世也会有人赞赏的！爸爸！ ”啊！读之 让人心痛、心酸……此时， 让文明联想：世界大科学家拉瓦锡会被处绞刑之后， 为什么仍然出现拉马克一生的凄楚悲哀呢？这是法国科学历史的悲哀，还是人 类科学历史的悲哀呢？

今天，我们反思拉马克的伟大，该在达尔文之上。因为“生物学”一词 （bioIogy）是拉马克创造的。他开创了一个新的领域，创造了生物学学科， 又是进化理论第一人。他成功地开创了对无脊柱动物的研究。然而，拉马克的  获得性遗传在科学历史上受到不公正的批判。凯恩斯的实验又唤起人们重新认 识软遗传现象，事实上拉马克的长颈鹿现象——在非洲半干旱的草原，牧草稀 少，长颈鹿栖息在没有牧草的环境，只有采食挂在高处的树叶充饥；干旱草稀 树高和长颈鹿的生活环境就形成了一种生态，这样去思考，生态概念应该是拉 马克的创造。虽然拉马克没有明确提出“生态”这一词， 但长颈鹿现象（无草、 树叶高、长颈鹿）本身就是一种生态现象。这从达尔文观察的海军、牛肉、三 叶草的现象完全相同，只不过达尔文的描述更复杂，涉及的物种更广泛。达尔  文描述说：英国海军的强大取决于牛肉的供给，牛的多少取决于三叶草的繁茂 和丰收，三叶草的茂盛又取决于蜜蜂的多少；蜜蜂的多少， 又取决于老鼠的多少， 老鼠少， 吃掉的蜜蜂就少；老鼠的多少又取决猫的多少；猫多， 吃掉的老鼠就多， 于是就自然形成生物与环境的系统变化状态——生态。

这里，达尔文也没有明确用“生态”一词，没有提出生态概念。达尔文是

把种与种群、个体， 众多生物个体， 自然集合到相互彼此牵制的生存环境里面， 来观察生存斗争而进行的描述， 这样的描述， 在《物种起源》一书中很多很多。 例如：“……我们看到牛能完全决取决苏格兰冷衫的生存，但在世界上有些地 方牛的生存又为昆虫所决定。关于这件事情，当以巴拉克的例子为最奇异，因  为那里从来没有牛，马或狗变成野生的。虽然南去和北往，都有这类动物在野 生状态下成群地游行。阿萨拉和伦格曾指出。这种情况是由于巴拉圭有一种蝇 类，个数极多，当此动物初生的时候，就把卵产在它们的肚脐中。但是，此蝇 的繁殖力虽大，它们的的数目增加必定经常要遭受到某种抑制，这种抑制可能 是别的寄生昆虫。因此如果巴拉圭的某种食虫鸟类减少，这些寄生的昆虫将会 增加，而这种产卵于脐部的蝇类的数目就会随之减少，于是牛和马就可成为野 生，而这又必使当地的植物大起变动（我确实曾在南美洲好多处看到），植物 的变动又会大大地影响到昆虫，从而又影响到食虫的鸟类，恰如我们在斯塔福  德郡所看到的那样，这种复杂关系的范围，便愈来愈扩大了。”

尽管达尔文用这一描述说明生存斗争的状态。但它和长颈鹿，在干旱沙漠 上，吃高处的树叶同样是一种生态。事实上，生存斗争不能离开生态环境，生 态已经涵概着变化的生存斗争状态的丰富内涵。所以，这里达尔文描述的无疑 是一种生态，遗憾的是，达尔文也没有明确提出生态概念， 更没有提出生态理论。

达尔文在《物种起源》提出了一个观点：“一切生物都有高速率增加的倾向。” 为什么会有这种倾向呢？这是达尔文仿照了马尔萨斯的理论。马尔萨斯在《人   口原理》的经济学巨著中说： “根据尤勒的计算，按照一般情况下年 1/36 的   死亡率计算，假如出生对死亡的比例是 3：1，那么，人口增长一倍所需要的时   期将会是 12.8 年。这个比例在不止一个国家里出现过。为了充分说明这个问题，  我们采用了比较保守的方法，即按照增长率中的最低数字来计算，这一数据是   通过反复验证且完全是从生育方面的实际中得出来的。

因此， 我们可以这样说， 如果人口没有受到抑制， 每 25 年就要增长一倍， 或按照几何比率在增加。”

按照这一人口理论，达尔文说：这是“依照几何率增加原理。”于是，人 口和生活资料（主要是食物）增长的矛盾，这就构成了生存斗争的上游原因。 也就是说，达尔文用生态环境 + 几何率增加原理强调了马尔萨斯生存斗争的存 在。达尔文说： “由于产生的个体超过其可能生存的数目，所以不免到处有生 存斗争，或者一个体和同种的其他个体斗争，或者和异种的个体斗争，或者和 生活的物理条件斗争。”

那么生物为什么照几何比率增加？达尔文没有回答，马尔萨斯也没有具体 回答；达尔文只说， 这是生存斗争的需要；马尔萨斯说这是自然规律规定的事实。

我们能不能说这是生态的需要和生物微生态（细胞）繁殖数理的作用呢？

生态需要和微观生物繁殖数理的内在规律是生物照几何比率增加的原因！ 微生态数理决定繁殖，决定生物增加率模式会不会有人赞同呢？让我们从魏斯 曼的种质论来理论。

二  魏斯曼的种质论

我们应该注意到魏斯曼是在细胞层面研究遗传的第一人。他认为：生殖细 胞是直接来自种质一脉相承的延续。于是就把生物的增加方式深入到微观的细 胞——生命的最小单元。现在我们已经知道细胞是一个共生生态，它的繁殖是 按几何级数分裂。

魏斯曼认为：要那些在成体生活中发生的事件来影响遗传是不可能的，每   一个有机体由两部分组成：种质和体质。前者是潜在的，后者是被表达的，种   质传给后代，而体质则如同树叶一样地凋萎。魏斯曼在《作为遗传理论基础的   种质连续性》论文中，已经超前地提出遗传物质的化学性质与物理学与数理机   制，他说： “种质连续性——是建立在这样的概念基础上：遗传是由具有一定   化学成分， 首先具有一定分子性质的物质， 从这一代到另一代的传递来实现的。”

最让后人惊奇的是， 魏斯曼天才地预见到细胞分裂过程使染色体数目减少。 他说：在卵和精子的成熟过程中，必然有一个特别的减数分裂过程使染色体数 目减少一半，而在受精时，精卵两个细胞核融合，卵恢复正常的染色体数。

可见魏斯曼是继统计遗传学与群体遗传学之后，开创了从细胞结构在微观 生态环境分裂生长行为，和用化学研究说明细胞组成部分的性质的分子遗传学 的先河。这可以从他对种质的定义得到证明：

什么是魏斯曼的种质呢？

种质是“生殖细胞的一部分，它的化学和物理特征——包括分子结构—— 使细胞在适当的环境条件下可以成长为同一物种的新个体。”

什么是在适当的环境条件下？这就是细胞得以受精有效分裂所必须的生存 状态，即细胞生态。

事实上，虽然细胞是生物最小生命单元，但是每一个细胞都是一个共生生 态，是构成一个整体生命的小小生态元，细胞也是一个小小的整体，它本是由 更小的生态元组成的微小生命生态元。

1967 年，美国生物学家林恩·马格利斯研究发现：我们的线粒体始终是从 单一的细菌细胞遗传而来，过去较大的细胞吞噬较小的细胞，目的可能是吸收 消化， 较小的细胞设法在较大的细胞中生存， 两个细胞合并后成功的组成一组，

它们可能具有互补的技能，小细胞或许能够燃烧氧中的食物燃料产生能量，而 较大的细胞或许产生了用以燃烧的燃料。马格利斯认为：人体的每个细胞都是 从发生在 20 亿年前祖先两个相对单一细胞的合并遗传而来，我们可以从我们 的细胞组织中看出这一历史事件。

这样，生物就存在两种明显区别的细胞构造，一种细胞包括线粒体和核基 因，称作“真核”细胞；一种没有明显的核与线粒体，称作“原核”细胞。这 就出现了一个问题。于是，我们就进入了微深入，然而，细胞的共生性又如何 表达呢？

细菌，是 19 世纪 60 年代，法国生物学家巴斯德用显微镜发现生病的蚕和 它们所食桑叶都被一种微生物侵扰。巴斯德称这种微生物为“病原体”，蚕发 病的因是细菌， 它们是不为肉眼所见， 通过空气、水、或直接接触扩散传播的。 从此，开始了微生物致病学理论。

细菌是单细胞组成的微生物，目前仍以其形状命名：圆的是球菌，棒状的  是杆菌，像逗号的是“弧细”，如线圈或螺旋的叫“螺旋体”。大的杆菌可达 10 微米（百万分之一米），最小的球菌直径只有 175 毫微米（千分之一微米） 。 有的单独生活，其他的成对、成链、成群地生活在一起。它们既非植物，又非 动物，与动、植物细胞的区别是无核、无一定数量的染色体，保存细菌遗传代 码的物质，仅是一个染色体，质体自由漂浮在细胞中，在细胞壁内生活繁殖； 当一对细菌碰到一起时，质体能从一个传递到另一个里面去。所以，这一条染 色体与无核细胞也构成了准共生细胞。细胞的共生更多的表现在与有机体的共 生。据说， 组成每个人的细胞中十分之九是细菌。细菌和所有细胞的繁殖一样， 是通过细胞分裂来进行繁殖，其分裂很快，有的在 20 分钟左右就分裂一次， 快的只要几秒钟。这是不是生物“依照几何率增加原理”的根源呢？

细菌无所不在。在人的皮肤、口腔、大肠……所有生物体都为细菌所包围， 甚至在原子能反应堆、万米大海沟也充斥着细菌；有的需要氧气、有的厌氧…… 大自然存在千奇百怪的细菌群落，很多都是鲜为人知的。细菌数目繁多，超过 天文数字。

事实上，质体在细菌细胞壁内生活本身就是一个整体的共生生态元系统， 构成了魏斯曼的种质，不同的只是更微观，进入了量子生态元。

于是，魏斯曼已经发现了生命的又一个世界，生命的量子世界！

三  斯坦烈的生态系统

林耐是最早把“系统”一词运用到生物学的生物学家，尽管他从分类学的

角度出发， 却把握了整体和系统的生命最重要的特征。1773 年，林耐出版了《自 然系统》，这是他“识别植物，系统地命名，包括属名和种名”表述了“在大 自然中的三个界，可以系统地分纲、目、属和种”的科学基础研究成果。

分类是以个体性状特征，种群性状特征，来进行系统化归类命名的。它不 需要深入到生命的组织、器官，更不需要深入到细胞与细胞之间的生命微小状 态。表面上看，分类与生态没有联系。然而，可贵的是，林耐的《自然系统》 已经从成体，反映了群体的微小生态特征。

1935 年，英国生物学家斯坦烈首先提出“生态系统”概念。这就把达尔文 的猫、草、牛、人（海军）个体与群体生命的兴盛与衰弱的因果关系，升华到 生命的整体生态和环境系统统一的概念上来，把生态系统看作是，在具有同样 生物群落，同样气候条件和同样土壤条件的同样土地上，有较明显界线的一个 地带内形成的，生命群体与区域环境的动态生命平衡态势，或者是整体状态。 可见，生态系统是一个动态的相对平衡式。

然而， 到此， 对生命整体性系统的认识， 仍然是宏观的， 仍然是可见， 可视， 可感知的。比如，在植被内经常存在一种较小的连续植被，尽管它十分小，它 仍然是可见，可视，可感知的。生态系统的科学性就在于，把横向与纵向的生 命现象联系成一个整体生命状态的系统，把生命与环境融会在一起，应该看作 在一个地区内，各种密切的横的关系，又将一些竖的关系基本生态系统联系在 一起，即通过各种环境基元，如水循环和生物地球化学循环，使生命的生物群 落相互联系在一起；与河流生态系统和陆地生态系统的化学平衡及水平衡密切 相关，紧密相连。因为生命依赖的系统，必需有丰富的营养物质和充足的水分 供应。

随着生态系统观念的深入，一个新的科学学科——生态学便逐渐诞生了。 然而，它仍然是宏观的，仍然是经典世界的概念！

四  林德曼的食物链

达尔文的猫、草、牛、人（海军）个体与群体生命的兴盛与衰弱的因果关系， 是最早、最朴素的食物环链关系的表述，更进一步的表述是，法布尔对“食粪 昆虫工业”的精彩描述。法布尔说： “昆虫埋藏了小粪块，日后将有一簇禾本 植物因此而长得油绿油绿。一只绵羊通过这里，将青草叼剪而去。结果，羊的 后腿长肉了，这何尝不是人所希望的呀。食粪昆虫的工业，最终转换成我们餐 叉上的一口鲜美的肉。”

按着薛定谔的观点，生命新陈代谢的本质就是能量的交换，食物链就是能

量从一个有机体向另一个有机体的传递实现的交换。生命存在的的一个重要条 件，就是能量环境 - 生态能。由于生命是一个活的，高度统一的复杂多元自动 控制系统， 动物本身又无法制造碳元素， 只有依靠植物的光合作用形成植物碳， 于是，能量的传递只能靠一种生物吃另一种生物的形式存在，这自然就产生了 食物链。

食物链并不是生物吃生物表观描述的这样简单，食物链的深层次，是在组 成一个群落的各种生物的能量交换过程中， 除了生产一些生物的初生物质以外， 它们还要加工制造极大量的多种多样的次生有机物加糖苷、生物碱、淄醇、萜  类物质等等……来维持同化异化的新陈代谢。这些物质对生物行为的辅助作用  尚无法在成体生物中得到， 特别是自体毒素、外激素、适应激素、抑制物质…… 它必需在能量平衡的过程和各种循环渠道的交换过程中获得。如：碳循环， 氧、 氮、水、磷、硫循环，这里还包括微生物循环和微生物影响循环的多种因素， 食物链是微生态系统网络状态可视的经典世界表述。生物链的概念还不能把生 命有机体更微小层次，特别是微生态的量子世界表述清楚。因为生命是两个平 行世界的现象。也许，我们从法布尔“食粪昆虫的工业”的理论能得进一步的 启发……