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运用生物智力学:为农作物设计食虫基因

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发表于 2015-4-20 09:59:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
运用生物智力学:为农作物设计食虫基因
王红旗(重构智库、生物智能学、人造地形气候学创建人,山海经文化产业策划人)

摘要:根据生物智力学原理,我们可以为农作物设计制造出食虫基因。这种拥有食虫基因的农作物,既可以少用甚至不用化肥,同时也可以少用甚至不用农药;因为这样的农作物拥有了食虫本领,能够把原本伤害自己的害虫变成自己可以利用的营养源。对于农业生产来说,农作物拥有食虫基因,既以大幅度减少使用化肥、农药的成本,还可以减少化肥、农药对农产品质量的影响,以及对环境的污染。
关键词:生物智力学,食虫基因,农作物,基因开关,膜因开关,虚拟蛋白
正文:
为了增加农作物产量,除了阳光、水、土壤等基础条件之外,常用的方法一是化肥、二是农药、三是基因。现在的问题是,生产化肥需要消耗大量能源,大量使用化肥会增加农业生产成本,长期使用化肥会造成土壤板结、环境污染。农药对环境的污染非常严重,残留在农产品里的农药对消费者健康造成严重的危害;而且由于害虫对农药能够产生耐药性,结果是农药用量越来越多,农药毒性越来越大,农药副作用越来越严重。绝大多数转基因农作物,被转移进来的基因,几乎都是能够编码合成有毒蛋白的基因,这些有毒蛋白既能够毒杀害虫(同样存在着害虫产生耐毒性问题,结果不得不再转移新的有毒基因或毒性更强的有毒基因),也能够毒害益虫,甚至有可能毒害吃了这些转基因农作物的动物和人类。
根据生物智力学原理,我们可以为农作物设计制造出食虫基因。这种拥有食虫基因的农作物,既可以少用甚至不用化肥,同时也可以少用甚至不用农药;因为这样的农作物拥有了食虫本领,能够把原本伤害自己的害虫变成自己可以利用的营养源。对于农业生产来说,农作物拥有食虫基因,既以大幅度减少使用化肥、农药的成本,还可以减少化肥、农药对农产品质量的影响,以及对环境的污染。
一、新基因形成的多种途径
众所周知,生物变化或进化的标志之一是新基因的出现,而新基因的出现有多种途径:
1、已有基因的变异(绝大多数的基因随机变异对生物不是有害就是无用,只有极少数随机变异的基因能够为生物增加新的生存技术或新的生存方式)。造成基因变异的因素很多,既有生命体自身的原因,也有环境刺激的原因,例如放射物的辐射对基因的改变(包括人类故意使用放射物的辐射来改变生物基因,以便从中挑选对人类有用的基因变异)。
2、随机形成的新基因(绝大多数随机变异形成的新基因对生物不是有害就是无用,只有极少数随机变异形成的新基因能够为生物增加新的生存技术或新的生存方式)。鉴于一个基因是由数千甚至上万个核苷酸分子(共分为四种碱基,每三个碱基编码一个相应的氨基酸分子)有序排列组成的(用于编码合成蛋白质),而且生物之所以能够形成新的生存技术或新的生存方式,往往需要若干个新基因相互协同配合工作;因此,在这种情况下,很难把有用的新基因或若干新基因的出现简单地归结为生物的“随机”现象。
3、外来基因的进入(例如病毒入侵、细胞融合、异花授粉等)。
4、有性繁殖对子代带来的基因重组变化。
5、生物自身拥有的生命智力系统为自己设计制造出新基因或若干相关新基因。生物智力学发现,生命与非生命的分水岭在于生命拥有生命智力,所有的生物都拥有不同形式、不同结构、不同层次的生命智力系统;生命智力是一种能够使用间接信息、间接手段达成期望效应的能力,生命活动和生物进化的主导者或积极参与者都是生命智力;生物进化的实质是生命智力设计制造出新的生存技术或新的生存方式,其表现形式即出现新基因、新蛋白质、新细胞膜及其相应的内含物、附着物、衍生物,以及新细胞、新器官、新躯体、新物种。
这里以食虫植物为例,来揭示植物也拥有生命智力的道理。猪笼草是石竹目的多年生藤本或直立草本食虫植物,拥有能够捕食昆虫(大的猪笼草甚至能够捕捉小鸟)的特殊器官“捕食器”。在中国的产地海南岛,猪笼草又被称作雷公壶,意思是它像酒壶。所谓的捕食器实际上是一种特殊结构的叶子,对比之下猪笼草的叶柄在靠近根部或茎部的地方长出的则是可以进行光合作用的正常绿叶。
猪笼草捕食器的生长过程是这样的:1、叶柄的前端继续伸长,在最前端长出一个全封闭的壶状口袋,这表明猪笼草长出捕虫器的密码就藏在叶柄的尖端里,如果叶柄尖端折断就不会再长出捕虫器了;有趣的是,这个伸长的叶柄每隔2厘米左右还会分泌出一颗小蜜珠,蚂蚁吃到这颗小蜜珠后,会继续顺着叶柄向前寻找下一颗小蜜珠,从而一步步被引到“死亡陷阱”亦即猪笼草的捕食器壶状口袋里。2、这个壶状口袋能够感知重力,并与叶柄产生180度的转折,使壶状口袋垂直向上。3、壶状口袋的袋口叶片张开口后,形成一个半开的盖子,正好可以用来阻挡异物(例如鸟粪、雨水)掉进壶状口袋里;袋口叶片的底面能够分泌蜜汁,蜜汁里含有麻醉成分,昆虫吸食后会糊里糊涂掉进猪笼草的口袋里。4、壶状口袋里还能够分泌出吸引昆虫的气味(瓶子草的袋口边缘能分泌出蜜汁)。5、壶状口袋的袋口和内壁都非常光滑,掉入口袋里的昆虫难以再爬出来。6、壶状口袋底部分泌有消化液,含有分解动物蛋白的酶,可以把昆虫杀死,并将其变成猪笼草能够吸收的营养物。也就是说,猪笼草的捕食器具有动物的嘴、食道、胃、肠的功能,那么它又是如何进化出来的呢?无庸置疑,上述6个步骤或功能乃是缺一不可的。
达尔文虽然研究过食虫植物,但是他并没有解释猪笼草的捕虫器以及捕蝇草是如何进化出来的。按照达尔文及其追随者的“随机微变+自然选择”观点,食虫植物的捕虫器是随机变化出来的,每一次次微小的有利的变化,经过“无数多的中间状态”,在自然选择的作用下得到积累,最后就形成了这种精巧的捕虫器。问题是,猪笼草在没有完成上述6个进化过程之前,那些刚刚变异出来的叶柄、刚刚变异出来的囊袋,并不能捕捉昆虫,不但对其生存没有任何好处,而且还会让猪笼草额外消耗大量的营养——在这种情况下,所谓的自然选择根本就不会发生作用,或者说只能够发挥淘汰变异的作用,也就是说按照达尔文的随机进化论,猪笼草的捕虫器是根本不可能进化成功的。
对比之下,用生命智力学暨智因进化论的“生命智力选择+自然环境淘汰”原理,则可以很好的充分地解释猪笼草、捕蝇草、茅膏菜如何进化出来捕虫器的问题:猪笼草、捕蝇草都是多细胞生物,拥有dna生命智力系统、细胞膜生命智力系统和细胞膜网络生命智力系统,正是它们的生命智力系统,知道环境中有能够提供营养的昆虫,并为此而设计制造了如此精巧的、如此复杂协同的捕虫器(其复杂性是不可降解的,即不能够化解为“无数多的中间状态”)。猪笼草的生命智力系统实施了定向性变异和设计性选择,而其期望效应就是要设计制造出一种能够捕食昆虫的捕食器——它成功了!事实上,生物界存在着大量的类似猪笼草的捕虫器这样的例子,它们都可以用生命智力学暨智因进化论予以充分地合理的解释。从这个角度来说,达尔文坚持进化论是正确的,但是他对生物进化的解释则是错误的或者至少是不全面的。我相信,如果达尔文活在今天,他一定会接受生命智力学暨智因进化论。
6、自然选择形成的基因变异或基因优势,例如特别耐寒的生物、特别耐热的生物等。这里需要指出的是,在自然选择的过程中,实际上或多或少都存在着生命智力系统对自身的选择,正是这种自身选择(自选择)推动着生物多样化进程,例如海洋生物进化成为陆地生物的过程中就存在着自选择行为。
7、人工选择形成的基因变异或基因优势,例如人类对动物的驯化、对植物的选育等。
8、高级生命智力系统为自身或其他生物移植的外来基因(例如转基因)。目前对农作物进行的转基因,绝大多数都是能够编码合成有毒蛋白的基因,目的是利用有毒蛋白来提高农作物抗病虫害的能力。问题是,转基因农作物编码合成的有毒蛋白,在抵抗害虫的同时(这种作用通常会随着害虫抗毒性的增加而减弱),也可能对转基因农作物的食用者(包括人类和家禽家畜)造成健康危害或者潜在的健康风险。
9、高级生命智力系统为自身或其他生物设计制造的新基因,例如人类为农作物设计制造出食虫基因,以及人类设计制造的新生命。
二、为农作物设计制造食虫基因的步骤
已知地球上食虫植物的种类有600多种,其中比较常见的有三类。第一类以猪笼草(包括瓶子草等)为代表,其特征是具有专门能够诱使昆虫(包括蜥蜴、蛙类、小鸟、小型哺乳动物等)进入的容器(状如猪笼或瓶子),容器内有消化液可以把动物蛋白转变成为植物能够吸收的营养。第二类以捕蝇草为代表,其特征是具有能够迅速合闭的两个叶片,当叶片的感应器被昆虫触发后即迅速合闭,从而把昆虫困住,接下来叶片分泌的消化液可以把动物蛋白转变成为植物能够吸收的营养。第三类以茅膏菜为代表,其特征是叶片上有粘液和蜜汁,一旦有昆虫触碰,叶片可迅速把昆虫卷住,然后由叶片分泌的消化液把动物蛋白转变成为植物能够吸收的营养。
本文以转移猪笼草捕虫囊基因到农作物玉米为例,描述为农作物设计制造食虫基因的具体步骤。
1、识别食虫植物的食虫基因
从进化的角度来说,猪笼草的捕虫囊是一种新器官,它兼具捕虫功能(相当于动物的嘴)、消化功能(相当于动物的肠胃)。据此可知,如果我们能够找到猪笼草的前身植物(或者最接近的同类植物),那么就可以通过比较该前身植物与猪笼草的基因差异,寻找到那些形成猪笼草捕虫囊器官结构及其功能的基因或基因组
2、提取食虫植物的食虫基因
运用基因工程技术,找到特定的基因切割酶,从猪笼草基因库(DNA)里切割出那些形成捕虫囊器官结构及其功能的基因或基因组。
3、转移食虫植物的食虫基因到农作物的DNA里
运用基因工程技术,把上述切割出来的那些形成猪笼草捕虫囊器官结构及其功能的基因或基因组,转移到玉米的DNA里,并检验其实际捕虫效果。
4、同理,采用上述步骤可以把猪笼草、捕蝇草、茅膏菜等食虫植物的食虫基因转移到玉米、小麦、水稻、大豆、土豆、棉花等农作物的DNA里。
5、根据食虫基因工作原理为农作物设计制造新的食虫基因
采用上述步骤可以把猪笼草、捕蝇草、茅膏菜等食虫植物的食虫基因转移到玉米、小麦、水稻、大豆、土豆、棉花等农作物的DNA里。但是,这些转移来的食虫基因未必就一定能够在农作物里发挥我们期待的食虫功能。在这种情况下,我们可以考虑根据食虫基因工作原理为农作物设计制造新的食虫基因。
根据生物智力进化论,生命智力系统在为自己设计制造新基因的过程中,往往需要先设计出相应的“虚拟蛋白”,然后再根据虚拟蛋白来设计制造相应的新基因。也就是说,在生命活动过程中,生命智力系统采用的是中心法则,亦即由已有基因编码合成蛋白质;而在设计制造新基因的过程中,生命智力系统采用的是逆中心法则,亦即根据虚拟蛋白设计制造新基因。所谓“先有鸡还是先有蛋”的生物进化千古难题,正确的答案是“先有虚拟蛋白后有新基因”。
所谓“虚拟蛋白”,是DNA(包括RNA)生命智力系统和细胞膜生命智力系统,对自身进化的预期方案,有一点类似大脑思维生命智力系统的构思设想或设计图纸。具体来说,虚拟蛋白乃是对“用什么样的氨基酸分子排列能够形成什么样功能蛋白质”的预设或预演,同时还涉及到对氨基酸分子从线性排列到多次立体折叠后的功能预期,以及相应的能够折叠氨基酸分子链(多肽)的辅助工具(通常是某种特定功能酶)。当这种预演达成预设期望后,DNA(包括RNA)生命智力系统和细胞膜生命智力系统,会根据虚拟蛋白的氨基酸分子排列结构,按照每一个氨基酸分子反演对应三个核苷酸分子的顺序,去设计制造相应的新基因。在上述新基因设计制造的最后阶段,再加装上起始码和终止码(两者均由三个核苷酸分子构成),这时新基因的设计制造工作才算是完成,可以投入工作,亦即用该新基因的核苷酸分子序列去编码合成相应的新蛋白质并执行相应的生命活动功能,而这个新蛋白质正是虚拟蛋白的现实版。
三、设计装配相应的基因开关和膜因开关
1、基因之外的遗传载体
那种认为遗传物质只有DNA(包括RNA)的观点是错误的,或者是不全面的。根据生物智力进化论,生物的遗传载体包括DNA(包括RNA)生命智力系统和细胞膜生命智力系统。其中,DNA(包括RNA)生命智力系统的遗传物质是核酸分子,而细胞膜生命智力系统的遗传物质(包括遗传过程辅助分子)包括细胞膜及其内含物、附着物、衍生物,诸如细胞质、生物膜、细胞器、蛋白质、多肽、糖类、脂类等等功能分子。
具体来说,对于通过自身细胞分裂繁殖的单细胞生物来说,其全身都可视为遗传物质,亦即自我复制的所有组成结构都是遗传载体。对于有性繁殖的多细胞生物来说,雄性精子和雌性卵子都是遗传物质,或者说受精卵的全部结构都承担着遗传工作;也就是说,除了卵子的DNA是遗传物质之外,卵子的细胞膜及其内含物、附着物、衍生物也都可视为遗传物质。
众所周知,基因是DNA上的功能单元,或者说是DNA生命智力系统的功能单元。在细胞膜生命智力系统里也存在着类似的现象,其功能单元可称之为膜因。在多细胞生物里,从受精卵(包括全能干细胞)分化形成各种各样专职细胞的过程中,生物智力采用的主要技术手段是设置相应的基因开关和膜因开关;这样一来,虽然所有的细胞都拥有相同的基因(组),但是不同细胞里的基因工作状态(是否表达)却是不同的,因而它们可以分别承担不同的工作任务。从这个角度来说,即使没有出现新基因,但是只要出现了新设计制造安装的基因开关和膜因开关,同样属于生物进化现象。
2、为食虫农作物设计制造装配相应的基因开关
在转移食虫植物基因到农作物的过程中,可能同时也把相应的基因开关转移过来。
在为农作物设计制造新的食虫基因时,需要同时为食虫农作物设计制造装配相应的基因开关。
3、为食虫农作物设计制造装配相应的膜因和膜因开关
目前生物学界对细胞膜生命智力系统及其膜因和膜因开关的研究还很不充分。一般来说,细胞膜生命智力系统与DNA生命智力系统是相互密切配合展开工作的。进一步说,DNA生命智力系统深藏在细胞内部,它们往往不能够直接感知到外部环境的变化。对比之下,细胞膜生命智力系统既能够感知外部环境的变化,也能够直接把外部信息(包括其他细胞信息、其他生物信息、自然环境信息)传递给DNA生命智力系统,以便促使其采取相应的行为。此外,细胞膜生命智力系统还可根据DNA生命智力系统的信息,采取相应的的行为,并把相关信息传递给其他细胞或其他生物。在上述过程中,都涉及到膜因和膜因开关的工作,以及膜因、膜因开关与基因、基因开关的连锁反应。有鉴于此,在为食虫农作物设计制造装配相应的基因开关时,也需要为食虫农作物设计制造装配相应的膜因和膜因开关。
四、研制食虫农作物的意义
1、综上所述,拥有食虫基因的农作物,既可以少用甚至不用化肥,同时也可以少用甚至不用农药;因为这样的农作物拥有了食虫本领,能够把原本伤害自己的害虫变成自己可以利用的营养源(涉及到食虫农作物的适用范围等问题)。对于农业生产来说,农作物拥有食虫基因,既以大幅度减少使用化肥、农药的成本,还可以减少化肥、农药对农产品质量的影响,以及对环境的污染。
2、研制食虫农作物的技术可以推动生物工程进入一个全新的时代。这是因为,研制食虫农作物的技术,是根据生物智力学的基本原理进行的。毋庸置疑,一旦研制食虫农作物技术取得成功,将极大地推动生物智力学更广泛、更深入的应用,并将开拓一个全新的生物工程新时代,并促成一个全新的人类社会新时代的到来!

参考文献:
[1](奥)埃尔温•薛定谔,生命是什么[M]。上海:上海人民出版社1973年。
[2](英)达尔文,物种起源[M]。北京:商务印书馆2007年。
[3](美)莉萨•杨特,现代遗传学——设计生命[M]。上海:上海科学技术文献出版社2008年。
[4]王红旗,《生命智力学:打开生命迷宫的最后一道门》电子书,收入2008年-2010年有关生命智力学暨智因进化论的论文和文章。该数字读物已于2012年4月11日在书海网(陕西出版集团)首发。
[5]王红旗,《生命智力简史:生命智力学与智因进化论》(A BRIEF HISTORY OF LIFE INTELLIGENCE)[M]。美国学术出版公司(Academic Press Corporation)2012年6月在北美地区出版发行中文版。
[6]王红旗,《生命智力简史:生命智力学暨智因进化论》繁体字版[M]。香港:光道新世界国际出版社2012年10月。
[7]蔡大伟主编,分子考古学导论[M]。北京:科学出版社2008年。
[8]

JS26-8000《运用生物智力学:为农作物设计食虫基因》150318
本文收入《重构(王红旗)文集》之《重构2015进展》。
重构智库电话010-51843850 信箱jdtdshj@163.com


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