本文是 NMT通讯 录用的早期版本，已为促进学术交流先行在线发布，但尚未完成传统的期刊出版全流程。

如果说生命 = f(环境, t) 是生命科学研究的新框架，那么 离子分子组学 (imOmics) 就是实施这一框架的科学语言和方法论。

离子分子组学被定义为“对生命和非生命物质与外部环境之间的离子和分子交换过程进行整体研究的学科”。它是一种功能组学，其核心目标是揭示特定生理过程背后的离子和分子活动模式，从而建立从微观离子/分子动力学到宏观生命表型的联系（Sun 等, 2025）。

离子分子组学的独特性在于，它关注的不是生物体内静态的分子“库存”，而是生物体与环境界面上的动态“流”。这种“流”，即离子/分子流动速率，是函数“f”在特定时空点的具体数值表现。通过高通量、多维地测量这些“流”，离子分子组学可以绘制生物体对环境变化的动态谱图（离子分子谱），从而系统地解读“f”的内在机制。

NMT是实现离子分子组学的技术基石（季丹丹等, 2015; Han 等, 2022; Jia 等, 2017; Jing 等, 2014; J. Li 等, 2014; X. Lu 等, 2023; 许越 等, 2025a;  Sun 等, 2024; Xu, 2023b; Zhang 等, 2025）。其技术优势完美契合了生命 = f(环境, t) 公式的要求（见图2）：

图 2. NMT：非损伤微测技术连接生命与环境。活体、原位检测： NMT直接在活体样品上进行测量，避免了体外实验引起的人工假象，确保数据的生理相关性，真实反映“生命”在其自然状态下如何响应“环境”。高时空分辨率： NMT实现了秒级时间分辨率和微米级空间分辨率，使其能够捕捉快速的生理信号（如神经细胞中的钙信号）和精细的局部响应（如植物根毛对养分的吸收），这对于分析“f”随不同“t”和空间尺度的动态变化至关重要。多参数同步检测： 新一代NMT系统可以同时检测多种离子和分子（如Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、O₂、H₂O₂），并同步记录多项环境参数（如温度、光照、pH）。这使得研究人员能够在一次实验中考察多个环境变量对生命状态的影响，从而更全面地理解复杂的函数“f”。

离子分子组学技术体系是一个闭环系统，包括以高通量NMT为核心的数据采集层，以环境参数记录技术（ERP/PEP）补充的环境信息层，以及基于云数据平台（如imFluxes）的数据存储、分析和建模层。该系统为系统研究生命 = f(环境, t) 提供了完整的技术解决方案。

如果说离子分子组学提供了理论和方法，那么 全球离子分子组计划 (GiP) 就是推动生命 = f(环境, t) 科学框架走向全球化、标准化和产业化实践的宏伟蓝图（Bip, 2023; Yue Jeff Xu, 2025;许越 等; 2025b;）。

GiP旨在通过在全球部署标准化的智能监测节点，建立一个跨物种、跨尺度、跨区域的生命-环境相互作用动态数据库。其核心目标是：

1.     实现科学研究的范式转换： 推动生命科学从“描述现象”到“预测与调控”的根本性转变（Yue Jeff Xu, 2025）。

2.     重构产业生态系统： 基于对生命 = f(环境, t) 的深刻理解，在精准医疗、智慧农业、环境治理等领域培育千亿美元级的新兴产业集群。

3.     建立国际标准： 制定活体功能检测的技术标准、数据标准和算法标准，提升研究和应用效率。

GiP的价值最终体现在其解决重大科学和社会问题的能力上。以下文献中的例子说明了该公式在不同领域的具体应用与验证。

在农业中，生命 = f(环境, t) 公式直接关系到作物产量和抗逆性。

        案例：水稻耐盐机制

o       生命： 水稻的生长与存活。

o       环境： 高盐胁迫（如100mM NaCl）。

o       t： 盐胁迫处理后的不同时间点（分钟、小时、天）。

o       f (功能机制)： NMT研究表明，耐盐水稻品种的关键机制在于其根部在受到Na⁺冲击时能迅速激活SOS1等基因，主动排出有毒的Na⁺（表现为持续的Na⁺外流），同时维持K⁺的吸收（稳定的K⁺内流），从而保持细胞内离子稳态（Sugita, R.等, 2022; K. Lu 等, 2023; Shahzad 等, 2022; Yue 等, 2012; Zhu 等, 2015）。相比之下，盐敏感品种则表现出大量的Na⁺内流和K⁺外流。在此，离子流数据就是f(高盐环境，时间)的具体量化结果，直接预测了水稻的“生命”状态（耐受或死亡）。

在医学中，这一公式为早期疾病诊断、术中导航和个性化治疗提供了新思路。

        案例：术中实时肿瘤边界监测

o       生命： 正常组织 vs. 癌组织。

o       环境： 肿瘤微环境（TME），以酸性（低pH）和异常离子浓度为特征。

o       t： 手术过程中的实时。

o       f (功能机制)： 由于癌细胞存在“瓦博格效应”，它们分泌大量乳酸，酸化TME。NMT技术可以实时扫描手术切缘，检测H⁺流。H⁺流异常高的区域（强外流）表明存在残留癌细胞（Carmona-Fontaine 等, 2013; Hsu & Sabatini, 2008; Iorio 等, 2019; Liu 等, 2004; Potter 等, 2016; Shamsi 等, 2018; C. Yang & Li, 2019; Lu X 等, 2023）。外科医生可以利用这个实时反馈的“f”值来精确切除肿瘤，同时最大限度地保留健康组织。这一应用将生命 = f(环境, t) 从实验室研究推向了临床实践。

        案例：阿尔茨海默病 (AD) 早期预警

o       生命： 神经元细胞的健康和功能状态。

o       环境： 特定药物或电生理刺激。

o       t： 刺激后毫秒至分钟级的响应时间。

o       f (功能机制)： 研究发现，AD模型动物的神经元在受到刺激时，其Ca²⁺信号通路的离子流模式（如异常的Ca²⁺内流或外流）与正常神经元相比存在显著差异。这种独特的离子流“指纹”有望作为AD在临床症状出现多年前的超早期生物标志物（T. Li 等, 2020）。

此公式也适用于宏观生态系统，用于评估和预警环境变化的影响。

        案例：珊瑚礁白化早期预警

o       生命： 珊瑚-虫黄藻共生体的健康状况。

o       环境： 海水温度升高，海洋酸化（pH值下降）。

o       t： 环境压力持续时间。

o       f (功能机制)： 珊瑚对环境胁迫高度敏感。在肉眼可见的白化发生之前很久，其组织表面关键离子（如Ca²⁺和H⁺）的交换就会出现异常。利用NMT监测这些关键离子流的变化，有助于建立预警模型，在珊瑚礁生态系统崩溃前发出警报，为干预争取宝贵时间。

        案例：重金属污染修复

o       生命： 植物或微生物吸收和解毒重金属的能力。

o       环境： 土壤或水体中重金属离子（如Cd²⁺）的浓度。

o       t： 暴露于污染环境的时长。

o       f (功能机制)： NMT可以精确测量植物根部对Cd²⁺的吸收速率，并同时监测Cd²⁺胁迫如何影响植物对K⁺等必需离子的吸收（杨海等, 2019）。这些数据不仅揭示了重金属的毒理机制，也为筛选和培育具有高修复效率的植物（即具有特定“f”能力的植物）提供了快速精准的方法。