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生命 = f(环境, t)：从传统智慧到新生物学范式

许越1,2,3,4

1.     中关村旭月非损伤微测技术产业联盟，中国，北京 100080

2.     NMT国际联盟，南迪尔菲尔德 ，美国马萨诸塞州01373

3.     旭月（北京）科技有限公司，中国，北京 100080

4.     美国扬格公司，南迪尔菲尔德 ，美国马萨诸塞州01373

通讯作者：许越, jeff@xuyue.net

摘要本文提出了一个通过公式 生命 = f(环境, t) 来理解生命的综合性框架，认为生命系统的状态是其环境和时间的函数。它将这一概念的哲学起源追溯到中国古代“天人合一”的智慧，并将其系统地发展成一个现代科学范式。本文主张生命科学应从静态的“解码”生物组件，转向基于实时交互的动态“调控”。该框架的核心是 离子分子组学(imOmics)，它被提议作为量化函数关系‘f’的科学语言，其焦点在于生命与环境界面上的离子和分子流。实现离子分子组学的使能技术是 非损伤微测技术 (NMT)，它允许对这些动态交换进行活体、原位、实时的测量。宏大的 全球离子分子组计划 (GiP) 被概述为一项大规模倡议，旨在全球范围内验证和应用该框架，涵盖智慧农业、精准医学和环境监测等多个领域。最后，文章引入了 新生物学范式——DNA → RNA → 蛋白质 → 离子分子组 → 表型，作为中心法则的关键延伸，强调了实时离子和分子交换（离子分子组）在连接遗传信息与宏观表型中的作用，从而架起了内部遗传指令与外部环境交互之间的桥梁。

关键词生命 = f(环境, t)，离子分子组学 (imOmics)，非损伤微测技术 (NMT)，全球离子分子组计划 (GiP)，新生物学范式（DNA → RNA → 蛋白质 → 离子分子组 → 表型）

doi: 10.5281/zenodo.17809686

1 “生命 = f(环境, t)”——从哲学思辨到科学框架1.1 哲学起源与深刻意涵

人类对生命与环境关系的探索源远流长。中国古代哲学中的“天人合一”思想，代表了对生命与自然环境不可分割统一性的深刻理解（许越，2023）。这一哲学认为，生命并非孤立存在，而是通过与其环境的持续相互作用与交换维持其动态平衡。公式 生命 = f(环境, t) 正是这一古老智慧的现代表达（图 1）。

图 1. 中国传统文化‘天人合一’智慧与生命 = f(环境, t) 关系的阐释。该公式的核心意涵可分解如下：L (生命)： 此处的“生命”超越了其生物学定义，代表了一个生命系统在特定时刻的综合状态。这不仅包括宏观表型（如健康、生长、疾病），还涵盖了微观生理功能、代谢活动和应激响应。它是一个动态变化的因变量。E (环境)： “环境”是影响生命状态的所有外部因素的总和。它是一个多维变量集，涵盖物理环境（如温度、光照、湿度）、化学环境（如pH、离子浓度、营养物质、有毒物质）和生物环境（如微生物群落、种间相互作用）。t (时间)： “时间”是此公式中的一个关键维度，强调了生命-环境相互作用的动态性。所有生命过程都沿着时间轴展开；生命的响应、适应、衰老和进化都依赖于时间尺度。f (函数关系)： “f”代表了生命系统与其环境之间复杂的、非线性的、多层次的相互作用机制。它描述了生物体如何感知环境信号，并通过一系列生理生化反应（本质上是物质和能量交换）来调节自身状态。解读和量化这个“f”是现代生命科学的核心挑战之一。

长期以来，生命科学研究，特别是以基因组学为代表的“解码生命”范式，在很大程度上是静态和描述性的。生命 = f(环境, t) 公式的提出，标志着对范式转换的中华智慧解读：从“静态解码”转向“动态调控”，将研究焦点从生物体的内部组成（它是什么？）转向其与环境的动态相互作用过程（它如何运作？）。

1.2 科学框架的形成：从抽象到具体

将这一哲学概念转化为科学框架，需要具备在活体、原位、实时地观察和量化生物体与环境相互作用的能力。传统研究方法（如破坏性采样、体外分析）无法捕捉“f”所代表的动态过程。非损伤微测技术 (NMT) 以及其他类似技术，如MIFE (Newman, 2001; Shabala & Newman, 1997)、SRIES (McLamore et al., 2011; Reid & Zhao, 2011; Smith et al., 1999) 和SIET (Lin et al., 2013; Nawata et al., 2010) (Marenzana et al., 2005; Pierson et al., 1994) 等的出现和成熟，为这一转变提供了关键的技术突破。NMT可以直接测量活体样品表面微米尺度区域内特定离子和分子流（即交换速率），从而将抽象的“相互作用”概念转化为可量化的数据流（季丹丹 等, 2015; 贾代东等, 2017; 迟 等, 2021）。

基于NMT技术，许越提出了“生命即环境”的概念，认为生命与环境的本质边界在于信息交换和能量转换的机制，而构成两者的基本单元都是离子和分子（许越, 2023)(Sun 等, 2024; Xu, 2023)。这为生命 = f(环境, t) 提供了坚实的物理化学基础，并催生了新的学科领域——离子分子组学 (imOmics)。