[转载]一项科学趋势通报（续）

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深构造研究：问秘生命调制机制
——转自DSS EXPRESS  http://www.brainecology.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=5&ID=1467&page=1

分子生物学、生物化学、结构生物学等学科的巨大成功，已经可以就任何一个生命物质的结构、功能或代谢途径的细节过程进行专门的分解和实验。面对着不断增加和堆积如山的实验数据信息库；当代生命科学先后在高等行为的还原研究，脑神经的信息编码研究，代谢网络的研究，基因调制的研究等多种方向上，不约而同地遭遇到一个共同的问题：依靠什么理论和方法才能有效整合这些巨量的数据和信息？

在最近出版的由脑•生态学比较研究组撰写的题为《论生命深构造：新适应主义生物学的发展及其新理论综合》第二卷中提道，生物信息的有效整合的标准是：是否能够确定各种信息在反映生命体不同生理生态差异性目标时所涉及到的相互之间的不同的组合与搭配关系。

该著作认为，当代生命科学发展中所面临的最大困难就是：怎样将其对细胞、分子水平的实验知识成功扩展运用到生命的行为、运动、生理等表型差异的过程解析上。这种问题，在当代生命科学的各个层次多种研究领域中都先后遇到了，它的本质就是所谓的“生命的调制机制”问题。

研究组通过对生物学以往的多项生命调制机制研究的经验和教训的总结，提出：任何层次上的功能研究最终在完成大量的“片断”的解析工作之后，就一定会走向对调制机制的研究上。但是，任何对调制的解析，不能单纯追踪功能的路径过程，因为调制的奥秘没有隐藏在程序中，而是蕴含在程序的“被设计性”涵义中。或者说，调制机制的研究本质不是研究功能性问题的；而是研究功能的被设计性问题的。

正如恩斯特.迈尔所指出的，任何生物学问题只有在其近期原因和终极原因都得到阐明后才能圆满解决。这里的近期原因指与有机体及其组份的功能和发育的程序性，包括从功能形态学到生物化学；这里的终极原因指适应的意义，或某一特定遗传程序进化与自然选择的原因，也就是功能的被设计性问题。

研究组依据这一基本认识，提出了生命的功能过程通过实验方法就能够被发现；但生命的调制机制的研究则不能单纯地通过功能实验方法来解决，而需要与“功能的生态进化的比较研究”相结合才能揭示之。通过这一方法来发现生命的调制机制背后的全部的适应性设计涵义体系。 研究组将这一原理和方法命名为：深构造研究。定义是，关于生命的调制机制的生态适应性涵义构造体系的解析研究。

为什么深构造研究这么重要？研究组在著作中通过典型实例的重点讨论，分析了深构造方法的理论基础。

新适应主义以种内适应的思想来看待生物的种内变异现象，其中生态对策、抗逆性和表型可塑性等研究的发展为调制机制的研究开辟了全新的认识途径。从适应的角度来理解生命的生理、生活史、行为和表型等方面的变式性。通过种内适应性差异的比较来发现和建立生命调制机制的涵义构造和实现对生命的涵义系统的还原研究。

这种方法的新适应主义理论依据是，在调制过程中的每个片段性的化学或物理过程与其它各片段过程之间的反应关系都牵扯到上一层次的整体性的生理-生态目标，自然选择赋予了某一个组份行为与其它某些组份行为的协同启动，以及这种启动对生命整体的生态解压意义上的对有机体的成本与收益的最优化。这样，当我们掌握了一类启动与另一类启动在面对某种生态压力时的利害比较结果后，自然就会明白生命会向哪种启动类型上调制。所以，目标调制问题本质就是深构造问题。

因此，某种功能性的涵义问题的辨别和确定只有通过比较研究的方法才能实现，无论什么层次的功能性的涵义问题，离开比较研究就没有出路。而“路径追踪”方法使研究者不可能分辨出所经过的不同的路径在总体的比较意义上，谁先谁后、谁重谁轻、谁缓谁急、谁异谁同。当然也不能够分辨其每一个功能细节过程与另一细节过程之间的原始生成性关系（即涵义关系）。因此，当实验者沿着路径传递的过程而追索时，就会出现各种功能在路径细节上的交叉、重复、回路、分叉、复合、循环、重叠等一系列的问题。最终则会使路径追踪因“信息爆炸”而陷入困境中。

研究组强调，从细胞的分子、基因、调控因子和生物网络的水平上来解释生命的生理、行为、发育，以及病理机制等高层次问题，实验生物学面临着理论与方法的变革。问秘生命调制机制，深构造研究的引入具有重要的方向性意义。

后基因组时代的实验生物学新路径

转自：DSS EXPRESS http://www.brainecology.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=5&ID=1467&page=1

分子生物学在人类基因组及各种模式动植物基因组的测序完成之后，它的研究正在转向以基因表达与信号调控为引导的生命微观分子活动全部过程调制机制的解读新时代。目前，后基因组时代的分子生物学在理论与实验上正在酝酿新的突破。它的核心就是脱出原有的“基因中心论”或“基因决定论”的思想框架。将后基因组学的发展立基在两个新的重要实验认识基础之上。

一是，只有生物网络才构成了以细胞为对象的一切生命活动的调制基础。生物网络的重要性被大大地提升了，生物网络的研究成为分子调制机制研究中新的理论与实验对象。

二是，基因对表型的表达过程同时受到内外环境因子的调节和影响。“DNA序列是发育的确定性蓝图”的观念已被改变，生命是怎样整合内、外部信号而调节基因表达成为新的核心问题。

目前，在后基因组学的新理论和方法研究方面，有两个酝酿中的新发展方向是最具有竞争力的选择考量。

一个是“系统生物学” 的新研究框架。它希望通过系统仿真和干涉实验实现对海量数据的整体的、合成的计算处理和模型化，使基因的注释上升到网络和系统的水平上。

另一个是“表型可塑性研究”的新理论创新。即关于“同一基因型的生物在它的一生中，能够依据环境变化而主动地在广义的生理表型方面做出多样性的对环境信号的响应”的实验发现和概念突破为后基因组学提供了新的理解角度。

这两个方向的起源、历史背景、学科性质、以及实验基础都有很大的差异。在理论与方法的探索上还存在许多问题。

最近，脑•生态学比较研究组正式发表了研究专著《论生命深构造：新适应主义生物学的发展及其新理论综合》（三卷本）；同时，[劳伦兹纪念讲座]也刊载了一篇理论报告，题目是：《新适应主义生物学的理论进展》，简明介绍了他们对表型可塑性等多个新适应主义领域的总结性研究。

报告指出，新适应主义的生理学理论正逐渐向两个方面集中，抗逆性理论与可塑性理论。特别是表型可塑性思想的产生更具有重要的理论价值。

因为在传统学说中，基因型就是生物适应的基本单位。基因型与相应的生态位之间的扩散的效率关系，就是生物的适应性解释标准。表型可塑性研究却提供了不同的实证证据，某一特定基因型在不同的环境中可以表达出不同的表型。表型通过它的可塑性来响应环境的变化。证据显示，遗传对表型的限定并不像原来所想象的那样简单和直接，生物是通过不同表型的转化以及它所针对的不同特质环境条件的响应方法来保持它的最优性的。换言之，一个基因型只能形成一套表型体系；而新的理论是，一个基因型却能形成多套表型体系。这一变化使生物学理论从原来的“基因-表型”理论脱离出来，开始走向了“基因-对策-表型”的新理论方向。

同时，表型可塑性研究对传统的关于生物发育的基因决定论也有重要的冲击。表型可塑性研究发现，基因对表型的表达过程同时受到内外环境因子的调节和影响。这一研究揭示了具体的环境变量在表型调节复杂的生理学过程中的作用。发育生物学因为可塑性研究已经超越了“DNA序列是发育的确定性蓝图”的传统观念，而将有机体理解为一个不断整合内部和外部信号来调节基因表达的发育体系。目前，对发育可塑性的研究正在引导发育生物学走向以生物网络为核心的分子传导机制与调控系统的具体过程上。

报告总结认为，表型可塑性研究等本质就是“表型最优性”研究。即以微观生理学为基础的种内的表型生理的生态最优性比较分析。目前这一新的研究方法正在努力从现代综合论的适合度分析框架中摆脱出来，生物学对适应性的研究从此就能够与生物表型和生理的研究完美地结合在一起了。在短短的近三十年的时间里，表型可塑性研究将关于生命的表型适应的生理学和生态学研究推进到了一个新的水平上。并获得了大量的实证性研究成果。

研究组进一步提出，“表型最优性”研究为适应性问题的解释提供了生理学层次上的可能。这表现在两点新的理解上：1）种内的表型生理的生态最优性可以解释为：生命以基因型的表型变式来分别地形成对于生境变化的效率优势。2）生命的功能运行的变式化运动可以解释为：生命组份的行为在不同的表型变式中的受到不同的调制约束。概括起来，生物适应的生理学解释就可以表达为是：生命通过自身整体的调制所形成对组份行为的不同的约束性，来建立起针对于不同的生境条件的不同的表型优势。

这样，研究组正式提出了一种新的、基于生理-生态的联合解释的关于适应性的新还原性理解。这种新的还原方法立基于一种新的生命结构观，一种新的生命结构性的理解：即生命中的任意一个组份，在特定的生理-生态表型变式中有特定的参与性以及对环境压力的联合抗性优势。或者说，特定的一批组份所构成的某种生理表型变式，具有特定生态效率优势。这些组份在参与变式的组成过程中的受到特定的限制与被约束性。这样，适应性问题就会还原为具体的组份之间的联合性的表型变式单位关系，进而形成不同表型变式单位之间的结构关系。至此，生物适应性经过种内的比较研究就可以转变为了一种新的构造解析问题了。这种“结构性”完全不同与传统生物学的功能“结构性”概念。研究组将它命名为：生命深构造。

研究组依据这一新的理论原则和认识，在其著作进一步将表型可塑性等理论综合后发展为深构造理论。他们提出：表型可塑性实验研究通过比较不同的表型（特别是微观生理层次）的转化以及它所针对的不同的特质的环境条件的响应，并进而发现不同对策最优性的方法，通过改进为深构造实验解析理论，完全可以转用于解决生物网络与分子调制机制的分析工具。其中，表型变化的对策比较转化为深构造分析后可以帮助为分子生物网络中的分界性找到分辨的依据；而生态与生理之间的变化对照分析转化为深构造分析后可帮助解决微观生理过程中外部因子与内部基因是怎样形成生命过程的调制机制的。深构造分析为后基因组时代的实验生物学找到了新的发展路径。在新出版的《论生命深构造》第三卷22、23、24章中，详细介绍了深构造理论和实验方法在分子生物网络研究中的应用。