《现代生物学——从DNA双螺旋结构到生命周期双S曲线规律》

前  言

当我再次阅读J.沃森和F.克里克发表在Nature上的《DNA双螺旋结构模型：脱氧核糖核酸的结构》【J. D. Watson & F. H. C. Crick.Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid.Nature. volume 171, pages 737–738 (25 April 1953)】的论文时，我就打算在与《DNA双螺旋结构模型：脱氧核糖核酸的结构》堪称姊妹篇论文《论生物进化与生物发育的基本规律——对人类基因组的形成及其复制与表达过程的系统研究》【On the basic laws of biological evolution and development：a systematic study of the formation of human genome and the process of its replication and expression（沈律.2000.论生物进化与生物发育的基本规律——对人类基因组的形成及其复制与表达过程的系统研究.叶鑫生等主编.干细胞与发育生物学.北京:军事医学科学出版社.217-229）】的基础上写一部关于“DNA双螺旋结构”与“生命周期双S曲线规律”相联系方面的书籍。就此来进一步从现代生物学角度论述生物遗传本质与生物演化与生物发育的基本规律问题。现在我们写作并出版《现代生物学——从DNA双螺旋结构到生命周期双S曲线规律》【Molecular biology：From the double helix structure of DNA to the double S curve law of life cycle】，可以说终于完成了这一愿望。这部专著可以说是一方面用来纪念过去J.沃森和F.克里克发现“DNA双螺旋结构”69周年和我本人发现“生命周期双S曲线规律”19周年对现代生物学的贡献；另一方面就是用来全面阐述“DNA双螺旋结构”与“生命周期双S曲线规律”之间的密切联系。我认为，我们发现的“生命周期双S曲线规律”与他们发现的“DNA双螺旋结构”一样重要。因为他们的发现是在分子生物学水平上解决了生命遗传的本质问题，而我们的发现则是在分子生物学水平上回答了生命发育的规律问题。“DNA双螺旋结构”与“生命周期双S曲线规律”通过生物基因组“生物遗传基因矩阵分布定律”相互联系，相互统一。它们的相继发现是现代生物学从形成与走向成熟的真正标志。这两者前后呼应，相互统一，缺一不可。而且这两大重要发现共同奠定了现代生物学的基础。如果说“DNA双螺旋结构”的发现为现代生物学大厦奠定了巨大的基石，而我们的“生物遗传基因矩阵分布定律”和“生命周期双S曲线规律”就为现代生物学大厦建造提供了钢筋和混凝土。因此，我们的工作与他们的工作，两者有机结合共同构成现代生物学大厦的框架结构。我们认为，现代生物学只有在分子水平上揭示了生命的遗传本质与生命的发育规律时，现代生物学才能算上是一门真正成熟的科学。由此我们可以看出，从生命遗传物质“DNA双螺旋结构”发现到生命周期“双S曲线规律”发现是必然的，是生命科学发展的必然趋势所决定。所以说，我们的工作与沃森（J.Watson）和克里克（F.Crick）的工作在科学意义与科学价值上是同等重要。因此，在我们看来这部专著的出版不亚于沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）1953年在《自然》（Nature）上发表的划时代的生物学论文。它注定会载入生命科学发展的史册，也将会改写中国人在世界生命科学界的长期处于被动地位和跟踪式研究的历史并开拓一系列生命科学研究新天地和新领域，对现代生物学乃至整个现代生命科学发展将会产生广泛的和极其深远意义的影响。所以，我们的《现代生物学》一书的副标题就是“从DNA双螺旋结构到生命周期双S曲线规律”，用于表明我们的这一看法。

生命科学研究或正在研究着的主要课题是：“生命是什么？生物物质的化学本质是什么？生命的发展规律又什么？这些化学物质在体内是如何互转化并表现出生命特征的？生物大分子的组成和结构是怎样的？生命是怎样起源的？细胞是怎样工作的？形形色色的细胞怎样完成多种多样的功能？基因作为遗传物质是怎样起作用的？什么机制促使细胞复制？一个受精卵细胞怎样在发育成由许多极其不同类型的细胞构成的高度分化的多细胞生物的奇异过程中使用其遗传信息？多种类型细胞是怎样结合起来形成器官和组织？物种是怎样形成的？什么因素引起演化？人类仍在演化吗？在特定的生态小环境中物种之间的关系怎样？何种因素支配着此环境中每一物种的数量？动物行为的生理学基础是什么？记忆是怎样形成的？记忆存贮在什么地方？哪些因素能够影响学习和记忆？智力由何而来？除了在地球上，宇宙空间还有其它有智慧的生物吗？我们从那里来？又将走向何方？为什么从一个小小的无机分子可以合成转化为一个生物大分子？为什么生物大分子具有复制、催化等等生物活性？为什么生物大分子又可以巧妙地合成组装为一个复杂结构的细胞？为什么单细胞生物可以进化成多细胞生物？为什么多细胞生物又具有非常复杂的结构和功能？为什么多细胞生物死亡后又分解回归到小分子状态？生物是如何新陈代谢的？生物是如何进化分化的？生物是如何遗传变异的？生物是如何生殖发育的？它们之间有什么关系？它们之间关系的内在机制是什么？为什么从一个受精卵可以生长发育成胎儿，然后又从一个胎儿生长发育成一个成人，直到衰老死亡？生老病死是自然现象，其内在机制是什么？等等。”诸如此类问题一直困扰着世人，并引起世人的极大兴趣和关注。我们知道无论是化学系统，还是生物系统乃至社会系统，都是进化发展的，但在进化的同时，也包含着退化过程，甚至走向消亡。在150多年前，英国著名学者达尔文提出“自然选择演化学说”，好像很好地解决了生命物种起源与生物物种演化问题。而我们认为达尔文只是解决了生物物种起源于自然界，与上帝无关。打破了神创论，将生物物种的起源与进化问题归就于自然界，物种演化是自然界的一种自然选择现象。由于时代的局限性，他的理论没有明确提出物种演化就是生物基因组的演化，是对优秀生物基因的选择。对生命的本质的认识也比较模糊，对生命的起源的描述也就自然具有相当不确定性。我们正是在研究并总结这一学说的基础上，用现代科学技术观点和方法，特别是用现代系统科学的理论和方法，并借用经济学一般均衡理论的思想，提出“生物演化的自然均衡选择学说”。并用这个学说解释生命物种的形成及其演化本质和规律。

随着现代生命科学的发展，人们已经清楚地认识到生命是运动、变化和发展的。生命的进化与分化、遗传与变异、生殖与发育等等过程具有一定的相关统一性。现在，随着人们对人体生物基因组及其生物遗传信息的深入研究，发现人体生物基因组就是一部写了几十亿年的“生命之书”或绘了几十亿年的“生命蓝图”。而生物进化与分化、遗传与变异和生殖与发育过程就是这部“生命之书”或“生命蓝图”的不断写作、不断绘制、不断复制、不断修改过程，同时也是这个“生命之书”或“生命蓝图”的不断解读、不断实现与不断选择过程。现代生命科学发现，一个受精卵之所以能够按照严格的顺序发育成生物个体，其根据就是受精卵中有一个完整的基因组图谱即细胞核中的全部遗传基因（全部生命遗传信息），发育的程序都已编码于基因组中。发育程序可和一个建筑物的蓝图相比拟。发育的过程是通过遗传基因信息有秩序在时空秩序中表达而使蓝图逐步实现的过程。那种认为精子或卵子中有一个完整的小生物，把发育过程看成是简单的长大或展现，而否定进化发展的先成论显然是错误的。但是细胞中确实存在着一种先成的因素，即发育蓝图，这点也是确定无疑的。然而，人体系统的发育则又是严格按照这个蓝图来实现的，是一个渐成的过程，这点同样也是无可争议的。这就是现代生物学理论对传统“先成论”和“渐成论”的一种新解释，并且这种解释则将上述两种理论进行了有效的统一，当然不是传统意义上的统一。根据上述理论，我们认为，人体的生殖与发育过程可以看成是人体生物遗传基因组的复制与表达过程。在这个过程中，首先，是建立一个新的人体生物基因组图谱（受精卵），绘制好一个人一生的生命周期蓝图。然后，在此基础上进行人体生物基因组的复制和表达，最后，完成人体生长发育全过程。由于我们人类生长发育过程可以看成是整个生物系统进化的一个短暂而迅速的重演，因此我们认为揭示了人类的生长发育过程的基本规律，也就可以揭示整个生命系统的演化过程的规律。正像书名副标题所显示的那样，我们的专著就是一部“从DNA双螺旋结构到生命周期双S曲线规律”论述分子生物学的学术专著。这两方面构成分子生物学理论框架结构的基础。我们认为，从演化生物学上看，生物（人类）基因组从形成（起源）时起，就开始存储两类信息，一类是纵向遗传基因信息（种系遗传信息），一类是横向遗传基因信息（个体遗传信息），这两类信息其中一类是无特异性；另一类是有特异性。这两类信息的存储过程就相当于写作“生命之书”的过程。