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发现进化态基因、虚拟态蛋白、逆中心法则的重要意义

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发表于 2013-11-20 10:02:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
发现进化态基因、虚拟态蛋白、逆中心法则的重要意义
王红旗(重构智因学研院首席科学家)
摘要:根据生命智力进化论的基本原理,本文作者提出一项科学假说:所有的生物都存在着一种特殊的“进化态基因(组)”,当进化态基因被启动后,该生物就会由常规生命活动状态进入到特殊的“进化态”,其主要特征是由遵循中心法则变为执行“逆中心法则”。所谓逆中心法则,就是生命体可以用蛋白质(准确说是虚拟态蛋白或虚拟态蛋白组)的信息去编码合成相应的新基因(或新基因组),使用的化学分子工具主要有“虚拟态蛋白”、“逆核糖体”、“逆转运RNA”和逆转录酶。这种新基因的出现会导致相应的新蛋白质出现、新组织器官出现,以及新生存技术和新生存方式的出现。毋庸置疑,发现进化态基因、虚拟态蛋白、逆核糖体、逆转运RNA、逆中心法则,具有重大的科学意义和社会价值,不仅有助于深刻揭示生物进化的核心奥秘,而且也证明了生命智力进化论的科学性,并为开拓全新的生命智力产业提供了重要的理论基础和技术支持。
关键词:进化态基因,虚拟态蛋白,逆中心法则,逆核糖体,生命智力进化论
正文:
生物进化的实质是生命体通过形成新结构及其新功能,来获得新的生存技术和新的生存方式,毋庸置疑这种行为具有能够解决问题的智力性质(专有名词是生命智力)。显然,这里的关键是新基因的形成、新蛋白质的形成和新细胞膜的形成。这是因为,只有当新基因、新蛋白质、新细胞膜(包括内外附着物、衍生物)形成之后,才有可能进一步出现新细胞、新组织、新器官、新躯体、新物种。有鉴于此,讨论生物进化,不可避免涉及到新基因、新蛋白质、新细胞膜如何形成的问题,而且还要回答究竟是先有基因还是先有蛋白质的问题。
关于生物如何获得新基因的途径,长期以来学术界比较注重的是生命体通过已有基因的变异或转移来获得新基因的现象。具体来说主要有下列四种情况:其一、生命体通过已有基因的变异而获得新基因,例如基因随机漂变、环境激发变异等。其二、外来基因(实际上仍然属于已有基因,下同)侵入生命体,例如病毒入侵、植物串花、人工转基因等。其三、通过细胞融合而获得外来基因,例如原始细胞对线粒体生物的捕获,以及有性繁殖等。其四、通过改变基因的组合而形成类似新基因的功能。
问题是,上述情况中的“已有基因”是如何形成的?它们都是随机形成的吗?在生物进化过程中,是否还存在着经由其它途径来形成前所未有的新基因呢?显然,这些问题实质上乃是同一个问题:即基因到底是如何出现的?毋庸置疑这也是生命起源和生物进化的最核心的问题。
众所周知,生命活动遵循中心法则,即信息是沿着dna-RNA-蛋白质的方向流动的,有时候信息也能够从DNADNA,或者从RNADNA[1]。重要的是,中心法则表明只能由基因(具有生命活动功能的核苷酸分子链)信息来编码合成相应的蛋白质(具有生命活动功能的氨基酸分子链),而不能由蛋白质信息去编码合成相应的基因。也就是说,生命需要的蛋白质可以由基因编码合成,而生命需要的基因却不能由蛋白质编码合成。据此可知,中心法则只能够解释蛋白质的形成,而无法解释基因的形成。
如果说,在生命起源初期,若干基因和若干蛋白质可能是随机形成的;那么,随着生命结构越来越复杂,生命活动越来越精确,生命需要的基因和蛋白质数量也越来越多,而这些新基因和新蛋白质的形成,则不大可能继续都是随机形成的了。事实上,初级生命只有数十、数百个基因,而高级生物却有数万个基因(人体约有3万个),这就表明在生物进化过程中不断出现着前所未有的新基因(例如能够编码合成血红蛋白的基因),那么这些前所未有的新基因究竟是如何形成的呢?
在这种情况下,如果生命只能够遵循中心法则,那么前所未有的新基因也就永远不可能出现,除非它们都能够随机形成。为了回答上述问题,我们需要了解生命智力学暨智因进化论(简称生命智力进化论)的基本原理:生命与生命智力同时起源、同步进化,生命与非生命的分水岭在于生命拥有生命智力,生命智力的实质是能够使用间接信息或间接手段(涉及到相应的信息、能量和材料、工具)达成期望效应的能力。所有的生命都拥有生命智力,不同的生命拥有不同结构、不同形式和不同层次的生命智力。所有的生命活动和生物进化的实施者都是生命智力。生物进化(包括人类社会发展)的实质是生命智力主导实施的生存方式多样化和生存技术复杂化,以及生命智力系统自身的不断发展[2] [3]
具体来说,地球上的生命具有多种形式、多种层次的生命智力或生命智力系统,它们主要有细胞核(包括RNA、DNA、染色体)生命智力系统、细胞膜(包括内外附着物、衍生物)生命智力系统、单细胞生命智力系统、细胞膜网络生命智力系统、神经元细胞生命智力系统、大脑思维细胞生命智力系统,以及生命智力巨系统等等。其中,DNA生命智力系统(亦可称为染色体生命智力系统、细胞核生命智力系统)主要由基因和智因组成,基因即DNA上的工作单元,智因即正在形成过程中的新基因。细胞膜生命智力系统主要由膜因和智膜因组成,膜因即细胞膜上的工作单元,智膜因即正在形成过程中的膜因。生命智力系统使用的主要工具是基因表达开关和膜因表达开关,所有的生命智力系统都是运行在相应的生命体物质结构载体之上的;“我”就是生命智力系统的自觉,“灵魂”属于高级层次的生命智力。
根据生命智力进化论的基本原理,本文进一步提出一种科学假说:所有的生物都存在着一种特殊的“进化态基因(组)”,当进化态基因被启动后,该生物就会由常规生命活动状态进入到特殊的“进化态”,其主要特征是由遵循中心法则变为执行“逆中心法则”。所谓逆中心法则,就是生命体可以用蛋白质(准确说是虚拟态蛋白或虚拟态蛋白组,下同)的信息去编码合成相应的新基因(或新基因组,下同),使用的化学分子工具主要有“虚拟态蛋白”、“逆核糖体”、“逆转运RNA”和逆转录酶。这种新基因的出现会导致相应的新蛋白质出现、新组织器官出现,以及新生存技术和新生存方式的出现。毋庸置疑,发现进化态基因、虚拟态蛋白、逆核糖体、逆转运RNA、逆中心法则,具有重大的科学意义和社会价值,不仅有助于深刻揭示生物进化的核心奥秘,而且也证明了生命智力学暨智因进化论的科学性,并为开拓全新的生命智力产业提供了重要的理论基础和技术支持[4] [5]。至于生命初期的进化基因,既有可能是随机形成的,也有可能是经由逆中心法则而形成的。
所谓“虚拟态蛋白”,是指生命智力系统在进化态阶段,为了获得新的生存技术、新的生存方式,而在细胞膜上或细胞膜网络上产生的处于设计状态的新蛋白质,类似我们大脑思维在头脑里形成的行动方案或设计图纸;众多不同的逆转运RNA在逆核糖体里可以根据虚拟态蛋白的氨基酸顺序编码合成新基因,再由逆转录酶将编码合成的新基因复制插入到DNA上的适当位置,并配上起始码和终止码。
所谓“逆核糖体”是一种能够根据虚拟态蛋白信息制造出相应的核苷酸分子链(基因)的分子加工厂,它可能位于细胞膜上的某个特定区域上。对比之下,核糖体的功能是把转运RNA携带的氨基酸分子整合成为直线蛋白质(其要经过多次折迭后才能够变成具有特定功能的立体蛋白质)。
所谓“逆转运RNA”是一种能够根据氨基酸分子来转运相应RNA分子的功能结构物,它们与转运RNA的结构相似,只是给你正好相反。对比之下,转运RNA(由三个核苷酸分子构成,可编码对应一个特定的氨基酸分子)的功能是携带相应的氨基酸分子,并把它运转到核糖体上。
具体来说,进化态使用逆中心法则,以生命智力系统设计制造新的生存技术、新的生存方式和新的生命智力系统为主要特征,其基础是设计制造新基因及其基因开关、新蛋白质、新膜因及其膜因开关(膜因是指细胞膜上的功能单元,类似DNA上的功能单元基因而得名)。为此需要有特定的“进化态基因(简称进化基因)”或“进化态基因组(简称进化基因组)”,由其编码合成“进化酶”,从而启动生命体(微生物的细胞或多细胞生物的卵细胞)进入“进化态”;并根据生命智力系统产生的“虚拟态蛋白(简称虚拟蛋白)”来编码合成新基因(利用逆转录酶、逆转运RNA等化学分子工具),再由新基因编码合成相应的新蛋白质(新的具有实际功能的蛋白质),再由这个或这些新蛋白质构建新膜因等一系列新的生存技术、新的生存方式。
生物进化为什么一定需要“虚拟态蛋白”?这是因为,如果没有虚拟态蛋白,那么也就无法实现逆中心法则。在这种情况下,生物进化所需要的前所未有的新蛋白和前所未有的新基因,就不可能经由逆中心法则来获得,而只能寄托于随机生成出新蛋白和随机变异出新基因。问题是后者成功的几率少之又少,几乎是零。
为什么虚拟态蛋白只能形成在细胞膜上,而不是形成在DNA上或其它的什么地方?这是因为,DNA没有足够多的信息来承担设计虚拟态蛋白的工作,它只能够编码“直线蛋白质”亦即一维结构的氨基酸分子链,无法预知到经过多次折迭构建的三维立体蛋白质的功能,更不能预知到立体蛋白质吸纳附加元素后的功能(例如血红蛋白吸纳铁元素而形成的输送氧气的功能)。对比之下,由细胞膜及其内外附着物、衍生物构建的细胞膜生命智力系统和细胞膜网络生命智力系统(就好像是由一个个计算机构建起来的互联网),具有特别强大的信息处理功能,因此能够预知什么样的新蛋白质可能会具有什么样的新功能,并通过设计虚拟态蛋白来达成其新的期望效应。事实上,我们的大脑思维之所以能够预知什么样的结构会有什么样的功能,承担预知工作的正是神经元细胞的细胞膜及其附着物、衍生物(例如神经节、轴突、树突等)。
进一步说,细胞里有许多核苷酸分子,问题是这些核苷酸分子能否自己随机地组成新基因?如果细胞里的核苷酸分子能够自行随机组成新基因,接下来的问题是这样随机产生的新基因能否与原有的生命体兼容,并形成有利于生命体生存的新功能,而不是破坏原有生命体的生存。与此同时,细胞里也有许多氨基酸分子,问题是这些氨基酸分子能否自己随机地组成新蛋白质?如果细胞里的氨基酸分子能够自行组成新蛋白质,接下来的问题是这样随机产生的新蛋白质能否与原有的生命体兼容,并形成有利于生命体生存的新功能,而不是破坏原有生命体的生存。
事实上,新基因和新蛋白质经由随机途径形成的可能性是非常低的,这里以红细胞的血红蛋白为例来予以说明。由肺泡细胞获得的氧分子,被结合到毛细血管里的红细胞内部的血红蛋白上。血红蛋白是由约550个氨基酸构建起来的相当精致的立体结构(包括4个亚基结构),只要其中有1个氨基酸被改变,其携带氧分子的能力就会受到严重的削弱,例如镰刀状细胞贫血。血红蛋白的每一个亚基结构都有一个称为血红素的化学基团,血红素上面有一个铁原子,正是这个铁原子能够结合一个氧分子。血红蛋白工作方式的精妙在于,虽然血红素的铁原子能够结合氧分子,但是这种结合却是可逆的:在氧气浓度高的地方(肺部),血红素的铁原子就与氧分子结合;而在氧气浓度低的地方(那些正在消耗氧气的活细胞),血红素的铁原子就与氧分子分离。
毋庸置疑,血红蛋白是不可能在红细胞里自行随机形成的。姑且不说这种随机形成的几率会是多么的低,即使血红蛋白能够在红细胞里随机形成,其数量也是非常少的,而且也是不能够遗传的;因此对于那些依赖血红蛋白输送氧分子而生存的生命体来说,这种获得血红蛋白的途径乃是不可取的。在这种情况下,血红蛋白的获得,必须经由能够编码合成血红蛋白的基因来实现。但是,这种能够编码合成血红蛋白的基因又是如何形成的呢?迄今为止,这样的问题没有科学家能够予以认真的回答,通常他们只是笼统的说“这是进化出来的”,而不会解释“这是如何进化出来的”。要知道,为了编码合成由550个氨基酸和若干铁分子按照严格顺序排列组合构建出来的血红蛋白,需要用1650个核苷酸分子按照相应的严格顺序排列组合在DNA上(另外还要配备上起始码和终止码)——如果说这一切都是随机发生的,那么实际上等于什么都没说。
正是基于以上的理由,笔者提出了生物实现进化需要执行逆中心法则的理论假说,而执行逆中心法则的关键手段主要是“进化态基因”和“虚拟态蛋白”。进一步说,设计制造虚拟蛋白的主体,乃是生命智力系统。对于单细胞生物来说,是由细胞核生命智力学、细胞膜生命智力系统、单细胞生命智力系统,共同参与设计虚拟蛋白的。对于多细胞植物来说,是由细胞核生命智力学、细胞膜生命智力系统、单细胞生命智力系统和细胞膜网络生命智力系统,共同参与设计虚拟态蛋白的。对于多细胞动物来说,是由细胞核生命智力学、细胞膜生命智力系统、单细胞生命智力系统、细胞膜网络生命智力系统,以及神经元生命智力系统,共同参与设计虚拟态蛋白的。对于人类来说,是由细胞核生命智力学、细胞膜生命智力系统、单细胞生命智力系统、细胞膜网络生命智力系统、神经元生命智力系统,以及大脑思维生命智力系统,共同参与设计虚拟态蛋白的。
有必要指出的是,对于多细胞有性生殖的生物来说,通常是启动生殖细胞里的进化基因来实现进化目的,因为体细胞的变异不能够直接遗传下去(除非体细胞的变异能够引起生殖细胞的相应变异)。也就是说,进入进化态的生命,其体细胞仍然遵循中心法则,而生殖细胞则会在适当的阶段使用逆中心法则。据此可知,生物进化乃是静悄悄地发生在生殖细胞里的(对于单细胞生物来说,其本身也就是生殖细胞)。由于精细胞主要提供DNA,而卵细胞不但提供DNA而且还提供细胞膜及其内外附着物、衍生物,因此真正承担着进化任务的主体乃是卵细胞。
还应当指出的是,生命智力系统在设计虚拟态蛋白、制造新基因的过程中,不可能都是一蹴而就的,其间很可能存在着试错选择,这样的代价是生物进化必须付出的成本,而且也是生物进化能够承担的成本。对比之下,那些随机形成的新蛋白质、随机形成的新基因,几乎都不能与生命已有的基因系统、蛋白质系统兼容,因此它们对生命的危害乃是极其巨大的,而这种危害则是生物进化根本就无法承担的成本——它意味着所有处于进化状态的生物几乎都要死亡。
关于生物细胞如何形成新细胞膜的途径,主要取决于新蛋白质的出现,因为新蛋白质能够产生多种多样的新功能:例一、新蛋白质可以是催化剂(生物酶),以便合成新的化学分子(它们可能是某种激素,并引发新的化学反应),或者分解某些化学分子;例二、新蛋白质可以是结构体或功能体(诸如膜蛋白、胶原蛋白、肌动蛋白、血红蛋白等等)。正是因为有了各种各样的新蛋白质,原有的细胞膜才可能增加新的结构及其相应的新功能,从而进化成为新细胞膜(包括新的附着物和新的衍生物)。值得注意的是,DNA双螺旋结构和细胞核拥有双份的染色体是为了复制繁殖。与此同时,在细胞分裂繁殖时,不仅要复制DNA,而且也要复制细胞膜上的膜因、膜因开关,以及各种各样的功能结构、附着物、衍生物;这就意味着细胞膜(特别是卵细胞的细胞膜)的功能单元实际上也是双份的,只有这样细胞才能够实现复制分裂繁殖。
现在我们可以描述生物自主进化的路线图:当生命期望获得新的生存技术、新的生存方式的时候,其生命智力系统就会启动生命进入进化态,开始在细胞膜(特别是卵细胞膜)上设计虚拟态蛋白(组),这往往需要经历相当漫长的时间,并且通常都是不显山露水的静悄悄地进行着。在完成虚拟态蛋白(组)的设计工作之时,根据虚拟态蛋白(组)的信息,生命智力系统启动制造新基因(组)工作。当新基因(组)被制造出来后,经过繁殖分布到该物种的所有个体生命的细胞里或DNA上,并编码合成新蛋白质(组),再由新蛋白质(组)承担具体的生命新功能(标志着达成了期望效应),这时该物种就进化成为新物种。由于设计虚拟态蛋白的过程非常漫长,而制造新基因、新蛋白质所用的时间很短,因此物种进化才会呈现出漫长潜伏和突然爆发的特点。至于那些被称之为活化石的生物,其形成的原因也可以得到很好的解释:因为它们的进化态基因被关闭了,或者它们设计虚拟态蛋白的工作尚未完成。与此同时,我们还可以进一步预言,现在仍然有许许多多的生物处于设计虚拟态蛋白的过程中;如果我们能够理解虚拟态蛋白的功能,那么就能够预见到未来会进化出什么样的新物种。
众所周知,科学家(包括哲学家、思想家)寻找生物进化和生命活动的内因亦即生命智力的努力由来已久。例如,早在150多年前达尔文撰写《物种起源》时,密伐脱先生就提出了生物进化是由于一种“内在的力量或倾向”的观点[6]1927年法国哲学家亨利·博格森(HenriBergson1859—1941年)因出版《创造进化论》一书而获得诺贝尔文学奖[7]20世纪中叶法国古生物学家德日进(1881-1955年)在去世后出版了《人的现象》一书[8]。前苏联科学家P·K·巴兰金1979年出版了《时间·地球·大脑》一书[9]。中国学者郭志忠2008年出版了《生命聚合体》一书[10]。他们虽然没有使用“生命智力”一词,但是都或多或少探讨了生物进化和生命活动里存在着的生命智力现象。
综上所述,尽管所有的生命都是生命智力存在的证据,但是如果能够发现进化态基因、虚拟态蛋白,这不仅是对生命智力学暨智因进化论(简称生命智力进化论)的最好证明,而且也有着重大的科学价值和社会经济价值。举例来说,我们可以利用虚拟态蛋白技术,设计制造人类需要的新基因、新蛋白质、新细胞甚至是新生命。需要指出的是,发现虚拟态蛋白的困难非常大,其难度就像是我们难以根据大脑细胞里的脑电波状态辩别出它们是某大楼的设计图纸一样。对比之下,发现DNA上的进化态基因,发现逆转录酶,发现逆核糖体,发现新基因的形成过程,应该是有希望的——而笔者满怀信心正期待着这一天的到来。
参考文献:
[1]、苏珊.奥尔德里奇(英),生命之线——基因与遗传工程[M]。南京:江苏人民出版社2000年,第45页。
[2]王红旗,《生命智力简史:生命智力学与智因进化论》(A BRIEF HISTORY OFLIFE INTELLIGENCE)[M]。美国学术出版公司(Academic Press Corporation20126月。
[3]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201210月。
[4]王红旗,物种进化的实质是生命自主生存技术创新,以及智因设计进化论的提出[J]。墨尔本:汉声杂志,20083期第3940页。
[5]王红旗,新基因的形成验证了智因进化论和生命智力学[J]。墨尔本:汉声杂志,200912期第3032页。
[6]达尔文(英),物种起源[M]。北京:商务印书馆2007年,第183页。
[7]亨利·博格森(法),创造进化论[M]。北京:新星出版社,2013年。
[8]德日进(法),人的现象[M]。南京:译林出版社,2012年。
[9]P·K·巴兰金(前苏联),时间·地球·大脑[M]。北京:科学出版社1983年。
[10]、郭志忠,生命聚合体[M]。海口:海南出版社2008年。
ZY888800《发现进化态基因、虚拟态蛋白、逆中心法则的重要意义》131108
本文收入八纮九野丛书《重构数字读物丛书》之《重构2013进展》,
王红旗(笔名重构,号纮野山人,别号智因晟主人)
重构智因学研院信箱jdtdshj@163.com
王红旗的jdtdshj个人主页http://jdtdshj.blog.163.com
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