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现代生命科学真知探索卷 万物皆为力场假说

    结构论:泛进化理论structurity:pan-evolutiontheoryofbiosystems-曾邦哲(benj.tseng)-

    目录绪论:生物体的实证与综合思维上编、结构论:泛进化的宇宙一、系统的结构本原1.1、物质的实在结构1.2、心灵的符号结构1.3、结构论概念、原理二、结构变易的创造2.1、互作与结构层级2.2、互作的传递、转换2.3、稳定结构形态三、全息的组织同构3.1、系统的发生3.2、结构的全息3.3、逻辑结构与结构逻辑3.4、统一与创造中编、生物系统:图式遗传学一、生物系统结构1.1、细胞物种演变1.2、结构全息重演1.3、基因组图谱二、发育的程序化表达2.1、基因表达调控2.2、细胞发生动力学2.3、适应形态与节律三、生物体遗传进化3.1、同源重组与移动基因3.2、基因结构化分层构建3.3、结构(图式)遗传规律下编、全球化文明:人类进化一、脑转换系统1.1、文明结构的调控1.2、有机体社会二、生物系统人工进化2.1、转基因有机体2.2、仿生工程三、文化进化与人类的未来3.1、文明进化、演变3.2、人工生命系统3.3、民族文化的世界化后跛:人类的知识系统主要参考文献附录:1、遗传科学与工程简史2、生物工程、信息公司名录内容简介:宇宙是分层次构建的泛进化系统,结构论探讨系统的结构本原、构造变易、同构组织以及系统显在与符号蕴含的大脑转换过程,阐述自组织系统的形态、功能、演变的内在结构统一规律。结构稳态是系统演变、系统间互作与发生调适的同构全息现象。生命系统是发育、进化的基因组动态过程,即自组织结构与程序化表达的信息控制系统。细胞遗传学揭示了同源染色体、姐妹染色体在细胞分裂中的行为,个体生物体现为物种内全套基因不同等位基因的组合。分子遗传学阐述了基因到性状的操纵子调控和核酸到蛋白质的信息流过程。然而,物种进化是基因组的信息化增长、结构化分层,分歧是同层结构的重组,而发育是细胞基因组的复制和基因程序化表达及神经、内分泌与免疫的细胞信号调控过程。结构(图式)遗传学研究基因组的结构、功能与演变,基因交换重组,特异性表达及染色体外基因转移的原理,生物分子、细胞和器官结构模式的遗传学基础,为基因、仿生工程的人工进化提供了逻辑依据。

    变化是宇宙的本原,创造是生命的本质,幻想是人类的本性;还人脑是宇宙、生命进化的缩影,是文明创造与人类解放的主体——

    曾邦哲绪论:生物体的实证与综合思维“医不可以无易,不知易不足以言太医。”——

    [明]张介宾。

    粒子、大脑、宇宙是世界的三大谜团,彼此之间由物质、能量、信息三重性的场相互对应同构地联系。从星球到元素、从生命到大脑、从氏族到国家是系统结构的演变过程。人脑是物质、生命、心灵的统一体,是实在与符号互作的转换器。二十世纪的科技革命,机械物理观转向有机自然观,生物体的实体观转向系统观。整个宇宙、生命、文化是一个构造、演变着的分层次系统。生物系统是结构互补而组织分层、功能耦合而界面增长、协同演变而全息对称的形态发生自组织系统。互作协调的破坏和重建是结构变异、演化的原因。

    从坎农、贝尔纳体液稳态机理到艾什比器官系统模型、贝塔朗菲开放系统模型,形成了实证与综合的二维科学方法。申农信息论研究动物和机器的通讯行为,符号的传播与释义过程的不确定性揭示了信息的本质是组织化的程度,即有序性或不确实性的消除,信息是与正商的相对概念。维纳控制论揭示了机器、动物的合目的性实质是反馈调节的合目的性、顺序性、选择性而趋向确定,调控是对系统结构的调整、有目的的功能作用,贝塔朗菲系统论揭示了相互关系结构整体及其开放增长的自组织化。同态、同型、同构的全息是异质系统的统一性。普利高津耗散结构是对非线性系统的能量耗散而有序结构形式的稳态间涨落热力学研究,揭示了时间不可逆性。哈肯协同学从激光有序化的过程提出群体浑乱的运动行为协同而有序的研究。艾根从生命分子的机能与信息交互作用循环耦合发展出代谢超循环进化理论。托姆突变论的实质是结构关结点变易时引起了稳态间转换的涨落及形态分析。分维的数学方程迭代全息正是中国套箱的计算机演示。结构主义揭示了结构的整体、动态、转换性,易经学说是建立组元间关联的唯象模型,太极图是元气本原、阴阳变易、卦序组织和道、器观念的综合。量子论的波粒二象性,相对论的时空、物质、能量相互关系揭示的都是实在的复杂系统。宇宙、生命、文化的统一性体现在结构、功能与演变的相互关系,从微系统到总系统的整个宇宙的结构与人类对其秩序或组织的认识对应。

    结构论探讨系统的结构本原、构造变易、组织同构,以及符号蕴含与实在显现的转换。生物系统的结构、功能与演变的发育、进化的实质是信息系统的发生、发展过程,即基因组的自组织化结构与程序化表达,是遗传、仿生工程技术改造生命与仿造生物的逻辑依据。

    上篇、结构论:泛进化的宇宙“道生一、一生二、二生三、三生万物”——

    老子《道德经》

    宇宙总星系是永恒的物质总体,星球内聚而形成流体、固体交替圈层和物态、元素、分子分化以及生命系统、文化系统的层级结构。底物a。加ai转换为aj和产物ai+1,而aj还原为a。,a。与aj循环构成媒体,称反应环。元素m经n层次到l元素构成复杂系统的函数关系为s。人体大小(原子数目)介于原子和恒星之中间,人脑处于优势时空而形成对宇宙的意识。从大原子(太阳系、心血管)到小原子(原子、细胞)的壳层结构和星球、宇宙脉动涨缩,能量守恒的发现,完善了实验科学的体系,从生物进化的创立、小系统(粒子、基因)到大系统(宇宙、大脑)的结构层级研究,系统科学体系得以创立。

    生命起源于地球内部与外部空间物质、能量交换形成的自然地理介面,这是一个对流层与沉积层、水体层构成的三相地理系统。流体与固体的界面可称为地理界面,是一个起伏变化的界面,物质、能量、信息交换的地形差异是生物起源、物种进化、文明诞生的分隔、选择、交汇的自然条件,太阳、地球、月亮三体运动的能量构成生物自组织化增长的原动力。

    一、系统的结构本原1.1、物质的实在结构公理1:存在公理,宇宙是实在总体,最高的自同一,是绝对孤立的永恒。

    公理2:存在公理,相对独立的存在就是彼此相差异,全同只能是自同一。

    公理3:演在公理,实在的自同一,相差异不是彼此绝对的孤立,还是互反对立。

    宇宙差异总和的守恒、内在差异的转化。整体相对稳定是局部绝对变化的整合,绝对变化是相对差异的转换。泛稳定原则,差异的存在是相对差异的自我同一,即存在的稳态。

    差异、同一非绝对,自同一与他相异导致系统的元素间相差异而自我演变,系统间相差而相对变化,宇宙总体是唯一绝对自我,任何存在都是相对差异的存在,宇宙是自我差异的演变。泛互作原则,差异与同一对立而同一,对立与差异同一而差异,即称为互作变化。

    系统是内在差异(组元间)的同一(组合),外在同一(整体)的差异(系统)间。系统内在差异是系统的结构,即组元间相互关系。系统是相对的稳定和相对独立。泛结构原则:不绝对相差异,又不绝对相同的存在,处于一定的相互间断和关联称为系统的结构。

    差异的存在是广义时空,时空的差异是广义变化,变化的稳定是广义对称。宇宙就是结构的永恒构造。

    1.2、心灵的符号结构心灵是实在显现的符号蕴含,感觉、知觉构成记忆、思维的符号表象;对符号的释义形成对蕴含的理解;情感、情绪是对信息的感应运动。物质与心灵是实在与符号两种系统结构,即质结构与形结构由大脑为中介而转换。

    感觉是对外界环境因素刺激的反应,只有时空差异、变化构成刺激因素。感官中水、气、固的本底分子、本底辐射、本底振动构成感觉的阀下刺激和过频刺激适应的参照系统。泛相对原则:对时空、运动、结构的知觉是信息载体(光子、声子、分子等信息子)相对感受器的本底因素时空、结构、运动的差异和变化。

    神经电磁效应的时空整合性、后效性现象和神经元网络的联合、分叉树状结构,形成知觉的完形、思维的构造、情感的协调的组合、分化活动。泛组织原则,信息的逐级分化、整合的构造过程是层级间的抽象与具体、同层次内集中与扩散。

    连续微小渐变的刺激累积时,每次变化都不引起对感受器的有效刺激,当最后达到足够大的差距仍不被感官发觉。泛惯性原则,有赖于经验的整个刺激模式的基本要素不变关系是心灵稳定性的原因。

    知觉、情绪、思维是时空关系的信息符号编码、信息互作变化、信息结构组织,心灵活动的对象不是质料,还是结构,世界是系统的结构本原。

    1.3、结构的概念、原理实体是套层结构(倒树状分枝),是从微系统到顶层系统的整体,称为构体。组元构成系统、系统层积组成构体。系统的方法就是分层研究的方法,每层次系统的结构具有相对上、下层次的独立性。自我组织化、有序化、层级化的系统,称为自构系统;外在组装、修复的秩序、组织系统称为它构系统。组元互作的协调整合构造系统的结构,系统互作的功能决定于系统的结构,互作而彼此形态调适,系统在互作中结构发生演变。

    同一系统不能同时处于不同空间,不同系统不能同时占据同一空间,系统对应时空。原理1、结构不相容原理,组元相同、结构全同的系统,时空不同;时空相同,则运动相异;运动相同,则是自我同一。

    系统组元从小到多构成最简单的稳定结构和最复杂的不稳结构,组成存在的稳定岛。系统的组元数目有上、下限,即一定区域内,定组成构体的结构层级有限,系统的结构容量有限(结构形式决定数量界限)。组元和环境共同决定构体内在结构和外表形态,任何构体都是具有上限而无下限的无限套层的整体。原理2、结构的适存性原理,系统的组元种类、数目构成一定关系的结构整体,结构具有最稳定形态,即最适应环境变化的结构。

    结构是差异的恒定、变化中的不变,组元间及与环境间互作变化形成结构的变动性,即构体的波动性。原理3、波动性原理、系统是组元互作的整体,组元间互作的变化引起系统结构、运动变化,系统的状态变化即波动性小于组元运动变化的波动性,组元运动的整合是系统整体运动而改变系统的环境。

    系统间相互作用,彼此相遇、交汇、组合,组元间重新组构形成新的同一层次系统。系统间互作而在中间渗透重组构成同类的新系统,是组元互作协同形成相对新环境独立的新整体,系统间互作协同而构成高层系统。系统间相互作用在中间进行,新系统在原系统彼此互作的中间形成,是系统的组元间互作而形成新的结构整体。系统互作在中间交汇形成同层系统是组元的重组,即结构形成的交汇原理,原理4。

    系统的组元可以与游离的组元置换,维持原有组元间关系(结联)不变,则系统结构不变。系统整体制约组元变化,组元变化引起组元间互作变化,组元协调构成和谐的系统整体。原理5、协变原理,系统间互作对组元间变化的协同作用、引起结构相应变化,系统变异结构间对应的演化、组元间结构位协调变异而系统整体稳定构成系统的发生演变。

    二、构造变易的创造2.1、互作与结构层级同一即对称、守恒的自在(差异的稳定、惯性),对立即互作、转化的它动(运动、变化的相对),差异即破缺、演变的分叉(相对、稳定的变异)。组元间互作趋进而远离,远离而趋近形成系统的波动性,系统组元多、构体层次多抗拒状态变化的稳定性大。因此构体辐射与捕获组元而与环境交换,形成由近而远系统层次递减、数量降低的圈层结构和涨缩交替的构体脉动,所有构体浸泡在粒子、量子场的宇宙海洋中。结构互补、相嵌、功能藕合、组元渗透构成系统间协调、和谐的整体。单向交换即构体捕获组元(辐射子),组成和运动(整体或组成)增加,双向交换而形成构体间聚合在时空上共同组元(交换子)而形成高层系统。系统组元数增加而系统结构分层稳定,复杂系统转换为稳定系统。构体间交换子(作用子)的层次形成互作层次的独立性和系统结构的层次独立性。大脑是质结构与形结构的转换器。

    2.2、互作的传递、转换系统与环境其它系统互作而向四周传递、向两极转换,即同层系统互作传递而向异层系统互作转换。互作传递方式有:(一)、开放型,互作无限传递下去;(二)、闭合型,具有一定独立性的系统间互作传递;(三)、循环型,系统间相互反馈而形成循环、对称的传递。

    2.3、稳定结构形态系统是组元互作的动态调节构成非加和性结构的整体,系统在中间互作而形态改变、适应(称互作调适)。最稳定的形态、结构是作用导致的极限状态,系统形态对称而互作成对抵消、组元互作牵制抗干扰、系统整体与变化因素同步是稳态的基本特征。三足鼎立彼此牵制的稳态和交汇互作的动态构成闭合(圆环、旋涡、三角)结构的基本稳定性和创造性:(一)、创造性(矢量和):an+bn=a(n+1),bn+cn=b(n+1),cn+an=c(n+1),构成组元间重组构造的旋涡运动;(二)、恒定性(标量和):an+bn+cn=a(n+1)+b(n+1)+c(n+1),构成组元总量的稳定。五行图组元间十关联的金钢石超稳态,八卦六面体十二关联的雪枝蔓协变态的拓扑结构是宇宙、生命、文化中普适性稳态模型。四色定理(共点可共色、共线必异色、相隔可同色)是彼此互邻最大多面体,即四面体,互邻面的多面体不大于或等于五的等价变换。遗传硷基a、u、g、c间关联四面体组合c1/4+2c2/4+c3/4=20,1xc1/4+6(c2/4+c3/4)=64,符合氨基酸、密码子数目。组元运动、变化,系统整体稳定,构成同层结构镜面对称,异层结构伸缩对称,对立互作吸聚构造圈层结构,对称互作增长构造枝蔓结构。

    三、全息的组织同构3.1、系统的发生系统是组元的综合,组元更换而结构不变则系统不变,组元不变、结构改变则系统变异。系统的方法就是分层独立性的方法,系统结构的发生演变是向上、下层转换或同层系统间转换的过程,是构体的组织程度或信息量的变化。

    自构系统介于稳定与变异之间的协变系统,是随机概然和专一选择的统一体,有内聚自构系统和生长自构系统,分别具有辐射对称的圈层结构和伸缩对称的分维形态(分数维的分叉形态称分形体、同形全息单元称分形子)。内聚系统和生长系统结构失稳向上层系统组合、下层系统分化,使复杂结构分层次化结构层级增长而构体稳定,形成构体层级间、不同构体间构成和演化的树状分枝模式。增长限制而分化出结构,结构稳定而制约增长,结构变异而继续增长,变化与稳定的交替形成系统的发生。晶体是过饱和的能量释放而凝结;生命是吸收能量而积累低能度物质。构体发生由相似的低层系统演变到高层系统,组元多结构分化层次高,结构恒定则组元数有限。因而粒子数多的大型星球经历小型星球的演化过程,基因数多的高等生物经历低等生物的发育过程。星球是非生长内聚自构系统,形成凝固、流动交替圈层结构。晶体、生命生长是外聚增长、内吸增长自构系统的树状分叉结构。晶体生长为周围粒子向晶核表面凝聚增长,基层结构化低而层级化有限,生物生长为周围粒子与细胞交换吸收而细胞增长、分裂异化内部伸缩增长。

    3.2、结构的全息系统结构演变具有等价变化对应的发育模式:系统前后结构间组元对应转换。演化结构与构成结构全息同构,结构是系统的组元间关系集合。部分蕴含整体的全部结构,是因整体由信息复制的单元(全息子或分形子)构成。层级间、同层间的构成和演变的结构对应是形似同构和演变的结构对应是形似同构全息的本质,从微系统到总系统的结构分化、层级化过程具有层级间与结构间树状分叉同构。结构层次蕴含系统演变历史的信息称发生信息,即时间结构与空间结构的相互转化。组元数量决定结构层级程序,树状分枝发育决定结构分化的顺序,因而构体在演变中重演其低层构体的演变过程,称重演全息。

    3.3、逻辑结构与结构逻辑人脑认识是感受器接受信息、神经网整合信息、效应器发放信息而作用于信源构成认识反馈循环,形成信息传递、转换的顺序性、选择性和合目的性。符号结构是对实在结构的替代,还符号结构又由实在结构所携带,符号结构跨越实在结构的时空自由组合是人类思维的本质。通过思维器官而赋予语言符号与客观实在的对应关系,认识是对形结构显在的实结构蕴含的破译。思维的规律是大脑生命、物质、心灵活动的规律,逻辑是宇宙、生命、文化的根本秩序。逻辑结构是相对封闭的系统整体,但体系组织化和出发概念、公理都是开放的。符号系统是非约束信息,实在系统的组织结构是约束信息。通讯者间信息交流取决于双方的质(实在)结构和形(符号)结构两方面,大脑是非约束信息和约束信息的转换器。语言符号由逻辑(义)、修辞(形)、韵律(音)及顺序(类)构成从词素(morphen)和词语到短语(idiom)和句子。语序由vi.j.,aj.v.(l.,a.,m.),nc.u.,p(c)四种词符六种关联相加展开构成。语言符号使思维(机能结构)摆脱形象限制而以无限可能为对象,比思维摆脱实物限制而以表象符号的可能组合为对象更高层次的抽象。人类认识的对象世界a。称隐宇宙(物质外宇宙、心灵内宇宙)。人类的知觉世界ai称显宇宙(介宇宙)是认识的孔界。认识的发展就是ai的拓展:ai→ai+1,liΣai(i→∞)=ao构成现象、规律、本质的认识过程。

    系统具有包含、从属关系和整体、独立属性,相对、互反和变动、发展属性以及差异、演变的结构、构造属性。结构论方法是还原、转换、整合三步曲,即分析独立要素、结构关系变换和系统整体综合。系统的结构本原、构造变易的创造、组织同构的全息阐述了结构论三规律。整合律揭示了世界的结构统一性,系统自在同一性、稳定性和系统的结构本原性;调适律揭示了世界的创造性,系统本原结构的对立、互作、分叉的变易性;组构律揭示了世界的结构层级及相互转换、等价对应的组织性,是世界的结构全息性。三定律表述为:1、整合律,组元协同整合为系统,系统的结构协同组元,系统整体是组元非加和突现完形;2、调适律,组元间,系统间互作而形态结构适应改造,趋向系统稳定形态;3、组构律,组元间组合而层级分化,分化而结合成系统整体,系统层级间转换。结构逻辑阐述了系统的闭合性、动态性、可塑性。

    3.4、统一与创造宇宙就是创造,创造就是综合——

    曾邦哲世界是物质、时空、运动的统一,也就是物质、能量、信息的统一。系统结构无限层次与转化构成世界的统一性和创造性。套层结构的同构性是伸缩对称的全息本质。世界的商(s)和信息(i)的总和恒定(s+i=常数),即宇宙总体恒在而结构层级对应同构。

    从场到总星系的整个结构层次是单子、集群、延体、单子交替的套箱。系统整体称为单子,系统组成集合即集群,还系统形体则称为延体;分别是系统的闭合性、动态性和可塑性,层次间转化而同层间互作。单子有平动、转动、波动,集群有迁移、川流、旋涡运动,延体有剪切、扭转、挤压运动方式。

    分子、人脑分别是物质界与生命界、生命界与文化界的中介环节。分子介于原子、物态两种结合态中间,是游离和结合共存而相互转化的媒介,是热力扩散与电磁结合的统一,是声波和光波转化的中介。人脑是实在与符号互作的转化器,是硬件与软件转换的中介。自然信息经人脑加工后,人类信息作用于自然物能而转变为人工自然的物能,还结构变化构造人化自然。同层系统各等价稳态,因环境扰动而使系统经涨落而落入某稳态。树层(上、下层)系统间是组构的增长稳态和分解的扩散稳态转化。物质是系统存在的同一,动力是对立互作运动的功能,信息是结构时空差异的演变。

    中篇、生命系统:结构(图式)遗传学生命是介于流体与固体间的液晶稳态系统,物质,能量更换而生命系统演变,具有遗传与变异的双重性。随机与选择构造生物进化的偶然和必然(合目的性),稳定对称守恒与分歧变易破缺构成生物体的同构变换和伸缩对称形态结构。生命自组织与环境交流而增长,更新而维护稳态。生命本质不是更换的物质、流动的能量,还是组织演变的信息系统。

    孟德尔经典遗传学和达尔文生物进化论奠定了生物学的理论基础。遗传突变和自然选择学说并不能揭示物种间结构的变异和进化的实质。等位基因模型、染色体交换、操纵子结构模型、移动基因转位与连锁分析、细胞杂交、分子克隆、基因转移技术阐述性状表达与遗传调控、相对性状与等位基因的对应演变。然而,物种的起源,是一种基因组变异和新结构的形成。生物进化是基因组结构的分层次协同进化,适应分歧是基因组同层结构的变异,个体发育是细胞分裂、分化的基因组程序化表达过程。结构(图式)遗传学(structural/patterngenetics)探讨的是生物体及基因组结构、功能(发育调控)及发生演变,为生物系统工程改造与仿造生命提供了逻辑依据。

    一、生物体结构、适应形态1.1、细胞物种的演变生物进化从原始细胞一极生态系统经细菌、兰藻二极生态系统而形成原核单胞的三极稳定生态系统。经介核单胞(眼虫、双鞭甲藻)到真核单胞(细胞内分化)而进化出真核多胞(苔藓、藻菌、海绵),结构层级增长而三极生态系结构稳定,生物与环境交换物质、能量、信息而自组织化,接触表面增长分形而扩大交换量,植物、动物营养器官分枝,菌类扩散而增长交换面,生物组织化生存界面,交换界面向体内、体外增长和分化形成分维形态(数学方程迭代构成)。细胞增长向内细胞器分化、细胞群增长微环境变化而细胞分化,局部积累表面扩散限制向空间、体内扩展交换界面,即内部分隔、外部扩展的组织化。对称稳态与变异增长构造了发生、构成的分歧伸缩对称。三极生态系的动物、植物、菌类互作耦合运转完成生态系的更新循环和生态量的增长称生态轮,生态系、地理面、文化圈耦合构成地球物质向太空扩散,机器、生物改造星球。

    1.2、结构全息重演生物进化发展构成从低级到高级结构的演变,适应辐射形成物种向不同空间扩散的演变。进化是结构层级增长,适应是形态对环境的适应变异、同层结构的分支发展。生物进化而拓广生命的发展空间、适应界面,后起的高级生物又成为低级生物适应辐射的环境,称次生适应,高级生物又相应发展防御低级生物的构造、机能。群体与环境耦合调适而群落结构分化,地理环境变迁,生态演替的生物群落从低级向高级发展、适应范围扩展。生物进化不同层级、生物发育不同阶级与相应的环境相适应。

    组成生命的元素是具原子核最佳稳态又具活性的轻原子,是地理面含量最丰的生物与环境交换单元。生物高分子及其其基本构件具有稳态结构框架和专一、选择、顺序性空间结构,液晶态的区域化和界面化。膜系统、细胞器完成生命的物质、能量更新和细胞分化,分裂器、染色体形成生命的信息更新、重组和细胞分裂。在camp、cgmp的阴阳调控下构成生物的发育、进化。叶绿体、线粒体的物质、能量相互耦合而构成物质循环、能量流动。染色体的分离与配对完成基因重组、世代交替(孢子体、配子体)的信息稳定。量子、分子、声子体外信息子及受体蛋白、信号传递系统构成生物体内、外通讯网,反馈调控维持生命活动和形成生命、人类的目的性。衰老前更换组元的系统复制是保存系统稳定的机制,生命自更新、自复制、自协调就是生存的修复机制。机器是人体生命所创造、修复的它构系统,具有生命特征而称生命化现象。细胞(分子)、个体(器官)、群体(种群)三层级的交互循环耦合系统是机能、发生的节律性与有序化调控的层级系统。经络是动物的繁殖(内、中胚层)、感应(外、中胚层)、代谢(中、内胚层)的免疫、神经、内分泌系统交互机能整合与体表信息、能量交流的三极稳态协调系统。受精点新月区和脊索诱导三胚层形成,神经、内皮、结缔、肌肉组织分化和器官系统动态平衡结构演变构成动物机体构造的模式。

    1.3、生物体与基因组结构具独立生命活动的原始生物细胞是自我更新、自我复制和自我协调的最简单生命系统。细胞具有功能蛋白、代谢酶、复制酶,核酸、脂类和多糖等生物分子构成的膜系统、基质系统、核区系统。最基本的基因组编码所有高分子分解和合成的代谢酶、细胞内、外物质传输功能和受体蛋白、核酸复制和表达的酶及调节蛋白,然后是自养、异养、腐养生活和呼吸、光合、固氮代谢酶及感应蛋白系统。从线状、环状操纵子病毒、质粒基因组到细胞环状、线状染色体及双倍、多倍体基因组结构构成生物体基因组的进化层次。真核多细胞生物出现细胞分化、组织形成,胚胎干细胞表达具备基本生命活动所需的管家基因,分化细胞表达特异性的奢侈基因。一系列相关基因构成基因群(genesgroup),控制多基因性状。细胞基本代谢到细胞分化功能、细胞间通讯和互作由一系列连琐基因(geneschain)表达过程构成模式生物发育结构框架和维管束/循环系、三胚层和四种组织、器官系统(动物消化、泌尿、呼吸代谢动态平衡)的发育时空格局的基因调控。原始细胞、适应细胞与组织细胞的基本生命活动和适应生命活动,分化生命活动的代谢酶系统是由多基因调控的复杂系统过程。

    二、生物发育的调控1.1、基因表达调控细胞蛋白系统表达调控决定于基因组、基因系统的基因位点(genesite)与基因场(genefield)的相互作用,即细胞内信息物质分泌节律稳态波诱导基因组程序化表达。基因组同层结构的相关基因系列协同表达构成某个性状的发育的基因群(genesgroup);基因家族(genesfamily),即同类基因在进化上相关或不同进化水平的基因;基因链(geneschain),即前后发育不同时期相继或程序化表达的基因。基因激活、表达调控、监控是一个多基因遗传复杂系统。生物适应变异与结构进化的异同体现在发生同时期表达的基因群、发育阶段程序化表达的基因链和进化不同层次表达的基因家族。

    1.2、细胞发生动力学细胞分裂、分化构成个体发育和系统进化,个体发育的体细胞分化限制分裂增长而由性细胞分裂、结合(繁殖)和分化(变异)构成种系的发生,可称细胞轮运转。胚细胞(c。全息元)分裂为性细胞(cj)和体细胞(ci)经代谢调控、通讯(cgmp,camp)调控,体细胞分裂、分化构成个体发育(ci+1)。细胞分化、分裂(复制)、变异(核酸增长和分化)是核酸的复制、转录、变异所决定。基因群增长和分化的自组织(重组)是生物进化的本质。细胞轮运转(分裂速度、分化方向)形成胚胎发育的拓朴形变。发育中差异分歧越早,差异越大、范围越广;更新越快,结构越易修复;分化越强,协调越复杂。神经网络结构自稳定而失去复制、分裂能力。细胞生长限制而细胞器分化和细胞分裂;个体生长(细胞繁殖)而发育(细胞分化,由物质分布场选择),形成结构层级化又自我限制,经繁殖个体而种群增长、分化(社会分工、心理场选择);种群结构自我限制而迁移(种群复制)和物种协同进化;生态系层级结构化的自我限制而生态演变、生态系分化。小型增长大型化(顶层是恐龙和裸厥)精细化形成中型和社会化生物。真核多胞的组织分化、维管束/循环系、器官原基形成的胚胎构成了生物结构演变的原型。

    个体生命活动由不同细胞、器官协作完成,细胞分化而协作成整体在高层结构行使生命活动,分化的细胞、器官失去了独立生活而不能离开整体生存(禁闭),单细胞功能同构于细胞群的功能是个体发育,个体功能由群体协作共同完成,相互依存而整体化是社会发育。发育层级化树状分枝(低层系统构成高层系统)的顺序决定了层级化程序高的个体发育经历低级个体发育各阶层。细胞发育蕴含个体发育、个体发育蕴含生态发育、生态发育蕴含种系发育。生态系的增长、分化即群落演替构成生态系从外缘到内部的物种从低级到高级的结构,从而重演了物种分化、种系进化过程。

    1.3、适应形态与节律从细胞到器官,代谢(更新)、繁殖(复制)、应激(调控)三极稳态机能同构而分别原稿自内和中胚层(肾、脏壁)、中和内胚层(生殖质)、外和中胚层(体壁)的器官分化。中胚层血循、免疫,内胚层分泌,外胚层神经系统构成生物体的协调系统。经络是免疫、分泌、神经系统细胞经特异受体、信息分子进行双向通讯交换作用的机能整合与体表信息、能量交流的通道系统从而参与个体发育的调控过程。神经、免疫、分泌细胞存在特异受体进行双向信息交流,还针灸或物理刺激形成神经激素调控和神经元蛋白质表达、神经元特异性突触形成和神经系统网络发育。神经、血脉(血液、淋巴、分泌)将五官四肢、五脏六腑联络成整体,构成个体发育的模式。动物消化(脾、肝)、呼吸(肺)、泌尿(肾)、循环(心脏)或植物薄壁组织的代谢功能综合平衡构成稳态机能模型。性腺(巢)与分泌、生殖,骨髓(髓)与免疫、造血,脑与神经、感应的奇恒之腑人体核心由奇经八脉相关联,构成机体的发生协调。藏象虚实、表里经络、方药补泻是系统间相互作用的对应关系,具同层系统、异层系统间的形似同构现象。心、脑血管(心身因素)、肿瘤(遗传因素)、精神(心理因素)、传染(细菌、病毒因素)疾病与治疗是机体与环境互作的发生过程。西医药的人体模型是实质离散层析结构,还中医药的人体模型是机能协调泛化结构模型。神经、体液与内脏、四肢、五官的联络关系与手足阴阳经的联络方式相同,而愉穴与神经感受器紧密关联。经络的运行气血、津液,感传信息是血脉循环运输气血、津液,神经内分泌感传信息的功能综合,经穴分布与神经支配节段、经络传感与神经传导通路有关。针刺穴位内感受器可激活脑内调节痛觉的神经结构、神经递质和体液内分泌激素、体液免疫功能及组成。经络流注联络局部与整体、内脏与体表,构成心理与躯体、天地与人体对应协调的节律稳态与形态发生系统。

    三、物种进化与突变3.1、复制与同源重组细胞遗传学揭示了同源染色体、姐妹染色体在细胞分裂中的形为,个体体现为物种内连锁基因及等位基因的显、隐性的组合。分子遗传学阐述了基因的信息本质和基因重组、表达及调控、染色体外基因移动因子转位、基因到蛋白的信息流过程。

    3.2、基因组结构化分层等位基因突变和染色体畸变导致种群基因库频率的改变和生态、地理隔离选择的新达尔文主义,不能真正揭示物种本质的结构变异和进化。物种具备完整的基因组结构,而正常个体必须具备全套基因组,只是等位基因不同。新达儿文的等位基因替换模式和自然选择导向跳不出物种框架,基因组结构远比染色体倍性、连锁群等位基因更本质。生物系统相同结构层次的不同结构形态适应于生存环境,不同结构层次才构成生物体从低层级到高层级生物的发展,体现为机体及基因组结构的分层次进化。生物个体发育从单细胞分裂、分化而构成基因组的程序化表达过程。染色体交换与同源重组、染色体外dna(质粒重组)与基因转移(病毒转位)是基因组变异的原因,但作为物种的起源不是一个简单的突变与选择过程,还是一种新的基因组结构的形成。操纵子、同源异型盒及基因族、连锁群是基因的不同组织层次,对应于从细胞、组织到器官系统协作的自更新、复制、协调的生命活动。物种起源与进化分维树是与基因组分层结构的同构系统。

    3.3、结构(图式)遗传规律1、整合规律:相对独立性状由多基因的基因群控制;2、调适规律:基因链的表达决定了基因位点间信息相互作用和微环境的信息场;3、组构规律:基因组基因转移、重组和扩增构成基因家族的演变和基因组结构演变。基因组的结构、功能和演变是生命分子合成、降解和细胞分裂、分化、凋亡的遗传基础。

    下篇、全球化文明:人类的进化顺应而后改造,超越而后控制——

    曾邦哲人类起源于地球北半球温和的南部。猿、猴分科,从古猿到猿人产生了人类(智人),人类迁徙而分化、交流而融合形成各区域人种和文化。人脑进化是生命进化的高级形态,人脑是物质与心灵的统一体,是实在结构与符号结构互作的转换器,人工客体是人类精神的物化,人类文化是人类精神的信息贮存,社会组织是人类精神群体,构成文明的物质、人群、文本三个子系统。

    一、脑转换系统1-1、文明结构的调控宇宙客观信息经大脑的认知选择和意向专一活动而转化为文化客体。物质、心灵、知识的耦合而将信息组织成知识客体,称信息轮。自然信息经人脑b。加工构成文化信息(文库)bi,又经人脑作用于自然的物质、能量bj而转变为人工客体bj+1的物质、能量,客体的结构(信息)发生转换。动物本能(饥饿)感、死亡感、孤独感)随着神经系统进化转换整合为本能到理性的心理层级结构。动机和目的构成心理结构的自我调节和稳定机能矢向;信息加工、贮存的(海马节律相干全息记忆)的思维进行心理结构的组织化;觉醒、知觉维持心理结构的符号编码活动(对称感官信息定位)。睡眠与清醒的转换是知觉向内封闭重组(在情绪驱动下自由组合,精神症、气功态是类梦状态)和知觉向外开放的信息增长(在理智的控制下)。从网状系统、边缘系统到皮质(大、下脑)系统的神经元集中与扩散联络的层级结构的机能是猎食、防御、繁衍、传授、结群、娱乐本能形为到意识、学习、情感的皮质机能组织的进化。理智自为与情感自在交互构成自我的演变,我思故我在、我思故我逝。细胞特异基因表达受体、信息分子构成神经元间识别、器官形态发育,还经验刺激强化神经元间联接模式构成学习过程。细胞繁殖、大脑传媒构成双向调控人类进化系统。从细胞、个体到种群的生物系统功能耦合通过代谢(物质、能量交流)、应激(能量、信息)交流而构成生物与环境互作的基因组层级结构复制、调控与变异的自组织化。

    对应心理结构的认知、情感、意志而构成人类文明组织化的逻辑、美学、伦理三个调控系统,构成信息组织、生命目的、社群协调的进化原则,以及对应于实证科学、艺术操练、宗教信仰、实践构成科学、哲学的认知系统和宗教、艺术的意向系统。

    1.2、有机体社会人机系统、人群系统、人文系统是人类与文化的同构耦联互作传递系统。人机系统经历从工具器件到组合装置而机器网络化,包括观测器、控制器、传动器、操纵器、动力器和效应器。包容性的建筑、运动性的交通、交流性的通讯构成人机系统的分隔与中介。核能、阳光,细胞、晶胞,人脑、电脑的研究产生未来的能源、材料、信息技术(地壳富含h、o、al、si、c、n资源),即生物细胞、遗传工程、固定化细胞器(核糖体)、仿生电脑等太阳生物电子技术(系统生物工程)、工业生态工程(工业生态网络)。地表流体的热力能、生物贮存(石油、煤矿)的化学能都来自太阳核聚变的辐射。未来工业社会是生物科学与工程从技术、管理、传播向社会的经济、政治、文化渗透的lsc(法律、安全、协商)和rep(研究、教育、产业)系统结构和人机耦合的文化进化系统。

    二、生物系统人工进化改造生命和仿造生命是生物工业的两个方向,也就是胚胎工程、遗传工程、蛋白质工程、生化反应器和生物传感器、人工智能、仿生工程、生物计算机将构成生物(化学)物理工业整合的时代。高科技产业化是经济腾飞的关键,产品的高技术含量和生产规模化是生物工业发展的重要指标。生物工程根本改变了现代医学、农业、工业特征,包括从分子、细胞到器官、种群的遗传、仿生、生态工程。

    2.1、转基因生物技术转基因表达系统由目的基因、转移载体、受体细胞构成。克隆与表达的基本原理是建立于染色体(或质粒重组)基因片段交换重组、基因特异性表达(操纵子模式载体)及染色体外基因转移(病毒转位)的基础上。基因重组由细胞编码的酶所催化,从原始病毒到高等动植物中都有发生,人工重组发展是对自然重组的应用。生物自然进化和人工进化都是基因组自组织扩增、重排和转位过程。转基因生物,在体外克隆、扩增或合成目的基因,将它们连接到适当的载体转化到细菌或植物、动物细胞或直接导入动物种系细胞中,可应用其1)、制造产品:器官移植、生物发应器;2)、改造生物:生物育种、基因治疗;3)、研究方法:疾病模型、基因发育调控。转基因技术包括基因克隆、表达的上游基因改造与载体构造、中游基因转移与整合、细胞筛选和下游基因表达、检测与蛋白纯化系统。

    上游实验技术:转基因dna包括以下构件,真核起动子、目的基因和转录终止信号及报道基因提供遗传标记,外源基因含顺式调控元件的旁侧序列(ene)(上游调控序列核糖体结合位点、ploya信号末端序列等)和可表达的结构基因及信号蛋白序列(水解位点、膜内外分泌)和转录终止信号,删除目的基因的天染起动子,将强起动子序列甚至增强子(enhancer)序列和目的基因拼接成融合基因。载体构建包括质粒载体、病毒载体和转移因子、同源重组载体等。2)、中游技术:对随机或定点整合外源基因的细胞株系筛选、胚胎移植和转基因建系。es细胞(胚胎干细胞)、原生殖细胞(pgc)提供转化细胞进入生殖系统的的受体细胞系。es细胞生长于无分裂能力的初级或永久建系的胚胎成纤维细胞层上而维持全能性,产生白细胞分裂抑制素(lif)的sto细胞支持es细胞,lif防止细胞分化。pgc细胞是形成胚子(gamete)的早期胚胎芽区或血液中,移行到性腺增殖分化为生殖细胞,可在体外培养和导入外源基因,注入胚盘后可参入胚体成为性腺的一部分,生殖细胞如携带外源基因则可能世代遗传。转基因的细胞导入是将已构建好的携带外源基因的基因载体系统通过物理(显微注射、电穿孔、基因枪)、化学(脂质体介导)、生物(动、植物病毒、农杆菌、精子载体等天然的转移系统)方法经细胞膜导入细胞内,受体细胞及胚胎移植决定细胞水平筛选和外源基因的传递。生殖细胞、干细胞等的自然筛选、化学诱变、转基因是获得突变细胞株系进行表型和遗传分析、克隆、表达基因的细胞基础。转基因建系是对转基因阳性个体的延续接代,一般采用转基因雄性个体进行杂交育种。3)、下游实验技术:转基因个体基因整合与表达检测包括染色体水平、基因水平、转录水平和蛋白质水平。下游技术包括表达蛋白或核酸(基因疫苗)的分离纯化过程。

    随着转基因动物表达系统的发展,转基因哺乳动物、鸟类和昆虫及鱼类生物反应器或发育遗传调控的研究迅速发展。哺乳动物乳腺表达、鸟类输卵管表达(卵清蛋白基因旁侧序列构建表达载体,细胞核移植技术,卵黄代谢酶突变)是很有经济价值前景的生物反应器,但转基因整合造成宿主染色体位置、基因突变效应或调控因素引起动物表型异常或死亡等机体代谢絮乱涉及到基因之间相互作用与调适的基因组结构、组织化问题,这是结构遗传学所要解决的。

    2.2、生物分子计算与仿生机器生物高分子蛋白、核酸分子芯片、仿生机器、人工智能是建立于生物的基因组结构、生物分子反应机理的基础上。

    三、文化的进化与人类的未来家庭是社会的细胞、氏族社会大家庭的分层级演变而社会分工,产生了从图腾到庙宇、城镇、宫廷的组织形态。从寺院发展出学校,从僧侣发展学术,从术士产生工匠。思辨的传统与实践的传统结合诞生了科技的传统。文明从尼罗河、两河流域和印度河流域起源,经历了石器、铜器、铁器文明到蒸汽、电子、核能的能源文明和电讯、电脑、基因的信息文明。

    地中海、加勒比海、东南亚沿岸的复杂地形是物质、能量、信息交汇的复杂多样性区域。中国黄河、长江流域,欧洲莱因河流域,北美洲五湖区及密苏比河流域以及河海交汇的海岸构成文化发展的城市群系统。文明模式传播、交汇创造和同构渗透而构成演变发展过程。

    3.1、文明的演变人类文明可分为几个时期:1.期,前宗教时期,艺术起源,发明了文字交通工具,细分为时代:a、原始文明时代,猿人采集、守猎进入农耕、兽牧石器时代。人类开始了农牧文明。氏族社会由母氏(古人)到父氏(新人)产生了神话、图腾、巫术构成的社会结构,发明了箭、石器、纺织,绘画、雕塑、图案先后形成。从尼罗河到黄河是共同的暗白人彩陶文明。新石器时代人种已分化。b、古代文明,金属器时代,农牧与工商分工,出现城市、国家。埃及(象形文字)、巴比伦(锲形文字)、印度(字母文字)和希腊(字母文字)、华夏(象形文字)文明。后起的有中美洲玛雅(印加)文明、中非洲(班图)文明(分别源自华北和上埃及)。从图案发展出符号、文字。发明车轮、帆船交通工具。工匠、君主、僧侣的社会结构,奴隶制。天文学、医药学起源。2.期、前科学时期,宗教起源,发明了社会组织和建筑技术。c、古典文明,理性与技艺时代。古代以色列国北方十个部落及南方的两个部落先后经波斯部份去了远东。希腊(爱琴海)自然哲学和力学、几何、音乐、工商、法制,原子论。华夏(长江、黄河)人文哲学和化学、算术、书画、农耕、武艺,周易学。印度和波斯(大流士时代犹太教)的灵魂、精神哲学、心学、三角、舞蹈、农牧,宗教。发明了建筑技术。出现了大学园、研究院、博物馆。学者(庙宇)、君主(宫廷)、工匠(庄园)社会结构。d、宗教文明,封建社会,欧洲中世纪罗马(地中海)教皇统治,中华儒-道、佛大一统(自汉朝到清朝,及犹太的汉化)社会,阿拉伯伊斯兰帝国。丝绸之路,东方、西方的文化交流是近代科技和工业的源由。3.期、科学起源,后艺术时期,发明了机器和通讯技术。e、地理探险,天体发现,矿物资源开发。工业文明兴起,新理性文艺复兴。航海、摄影技术的发明。大学、科学院、图书馆、植物园建立,科学实验在冶炼实践中创立,数学、逻辑和哲学复兴。意大利佛罗伦萨文艺复兴、德国宗教改革、法国人文主义、英国自然探险,热能、电能、核能革命。发明了电讯技术。f、星球探险、综合医学、信息文明时代,非理性抽象艺术,科学革命与科学统一化,民族文化交融时代,世界语、联合国创立,从欧共体、北美洲(大西洋)到大洋洲、东亚洲(太平洋)大区域文化经济圈。火箭、电脑技术。发展科技城、生物工业、系统管理。东方文艺、宗教、哲学复兴和文化结构稳态形成。

    3.2、人工生命系统自然进化到人类文明而发生质的变化,就是文化进化和人工进化。作为文化载体的人类大脑的信息自组织过程成为进化的主体,使客观自然不断向人化自然转化,人造物体和文本已作为一种自在的知识客体存在,人的诞生与成长由所生存的文化客体、人化自然所决定。作为生物的人类是文化的载体和工具,人类的冲突是文化的冲突。人体和生物、非生物的自然客体因文化的进化而被改造。人类自身的改造已变成了一种文化形态,文化进化逐渐取代了生物进化。遗传工程、仿生工程将在未来导致机器人和工程生物时代,构成人工进化过程。人类经由人机器化(人体器官机器相嵌)、人体基因工程改造与机器人化(智能机器)而成为人类的创造物走向新一代人类。非生物被它构(它组织)成具生物特征的物体,生物机体被它构为非自然进化的形态,人工生命的发展和改造的人体出现将使主体与客体界限模糊。生物工程的最高境界将是人机一体、装配生物机器(有机材料)的生物社会(bio-logic)时代。

    后跛:人类的知识系统畏惧错误就是毁灭进步——怀特海人类对宇宙的认识构成文化的学科体系。从学科间分异、趋同关系有分枝、平行、交叉、横断、综合学科,人脑的物(物、能、信)-心(知、情、思)对应互作构成与宇宙同构的文化。

    a、元知识系统:研究结构显现的数学(几何、代数、函数),研究结构蕴含的哲学(逻辑、伦理、美学),研究结构实在的科学(物质、生命、心灵)。系统论探讨广义系统、转化与对称,是物理、生物、社会三大体系理论的统一规律,即一般系统、控制和信息论。科学学是科学的历史、哲学与社会之元科学研究。b、科学体系(理论和实验科学):物理科学实在对象为粒子、物态、天体层次;生物科学的实在对象为菌类(及病毒)、植物、动物;社会科学的实在对象为城镇、国家、民族。c、工程、医药、人文应用:神话、诗歌、小说、戏剧、音乐、舞蹈、绘画、雕塑、武术、球类、棋牌、体操、医疗、药物、机械、化工、电脑、电讯、仿生与遗传工程以及管理技术等。

    从培根的实验方法、笛卡儿的归纳数学到h-彭加勒数学、e-胡塞尔的哲学是实证与综合思维的两个时期的开始。东方技术与西方精神的结合诞生了文艺复兴和工业文明;信息文明使西方技术交汇东方的文化精神。从充满竞争的民族国家走向和谐、协调高度组织的全球化社会新时代。生命的本质就是创造,创造就是重组、综合。生命在演化中创造了宇宙的精英-人类,人类的历史长河中构造了无数的设想,作了无数的尝试,才有现存人类灿烂的文明。

    附:1.曾邦哲,生物系统的泛进化理论,国际科学哲学与逻辑会议,武汉,10,1993;

    2.曾邦哲,发育的神经与基因调控节律,国际华人青年发育生物学家会议,北京,10,1992;

    3.曾邦哲,中西结合心身医学全息模型,首届全国中西结合医学会议,广州,4,1992;

    4.曾邦哲,结构(图式)遗传学的原理与方法,《转基因动物通讯》,no.6-8,1995;

    5.曾邦哲,鸟类输卵管生物反应器,国际药物和生物工程会议与展览,上海,7,1995;

    6.曾邦哲,转基因动物的原理与应用,《生物技术通报》,vol.3,1997。

    7.曾邦哲,科技与社会系统互动演变,第二届全国科学社会学研讨会,天津4,92。

    8.曾邦哲,科学的结构与中国的未来,《自然信息》,no.5,1991。

    主要参考文献附录:

    一、遗传科学与工程发展简史二、生物工程、信息公司名录注:《结构论:泛进化理论》初稿于1986-1990年,修订于1993年,发表于1991年至1997年。原著收藏于北京图书馆及香港大学等图书馆,本文为简编。请引用为:曾邦哲(benj.tseng)著,《结构论:泛进化理论》,biosysnet:structuritybulletin,1999。
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