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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 生物医药区 » 生物科学 » 转：一项科学趋势通报（续）
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kelly1702

新虫 (初入文坛)

[交流] 转：一项科学趋势通报（续） 已有2人参与


从表型可塑性到深构造研究
—— 后基因组时代的实验生物学新路径



转自：DSS EXPRESS：http://www.brainecology.com/bbs/ ... ;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。
转自：DSS EXPRESS www.brainecology.com

相关联系帖：深构造研究：问秘生命调制机制http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1643251&fpage=16

[ Last edited by kelly1702 on 2009-11-18 at 18:46 ]
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1楼 2009-11-14 11:10:21
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scelab

荣誉版主 (文坛精英)

小木虫之有关部门负责人
不错，值得一读
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小木虫之有关部门负责人
2楼2009-11-14 13:54:56
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yzhang1986

铁杆木虫 (文坛精英)

优秀版主
不感兴趣
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3楼2009-11-14 14:43:05
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qqsvery

木虫 (著名写手)
★ ★ ★
amisking(金币+3,VIP+0): 11-19 17:39
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。
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。
这两句诗核心！！！

“系统生物学”  “表型可塑性研究”成为将来研究热点的可能性很大！！！

不错的消息，对于生物学人来说，此贴很有参考价值！！！
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谎言和真实在河边洗澡，谎言先洗好，穿走了真实的衣服，真实却不肯穿谎言的衣服。后来人们眼里只有穿着真实衣服的谎言，却很难接受赤裸裸的真实。
4楼2009-11-14 18:24:13
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Hi小木虫

新虫 (小有名气)
★
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突变是不定向的吗，我一直怀疑
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5楼2009-11-15 22:58:56
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kelly1702

新虫 (初入文坛)
★ ★
amisking(金币+2,VIP+0): 11-19 17:39
给HI小木虫再补两篇：


从适合度到最优性：达尔文主义时钟的回摆
转自：DSS EXPRESS ： http://www.brainecology.com/bbs/ ... ;ID=1467&page=1

今年是达尔文诞辰200周年和《 物种起源 》发表150周年纪念年。
回顾《物种起源》发表一个半世纪以来的生物学思想的发展历史，人们会看到，达尔文主义的时钟有一个意味深长的历史回摆。在最近发表的由脑•生态学比较研究组撰写的题为《新适应主义生物学的发展》的前导报告中，对“达尔文主义的时钟”的回摆现象及其意义作了生物学史的背景分析。

报告中提到，达尔文在他的著作中没有定义和使用“适应”这个概念。而是在论述中多次使用了“最适者”这个比较性的词汇。这显示，在达尔文的思考中，适应更宜作为一个相对性的、或参照性的标准。这是“达尔文主义的时钟”的原点。半世纪之后，现代综合论学派在达尔文的“最适者”思想的基础上，为解决“适应”的计量分析问题，提出以“繁殖性” 替代“表型性”，用以衡量不同生物的适应的程度。由此创造出“适合度”这个计量性的新概念。这一变化标志着进化生物学的研究重心从达尔文时代的对表型的比较转向了现代的对基因型的比较上。也标志着“达尔文主义的时钟” 摆离了原点。

这一转变的实质是从表型决定论转向了基因决定论。它的历史背景是，由于进化论在生物变异的微观过程上存在实质的模糊性；现代综合论在遗传学的基础上通过引入基因变异理论，使自然选择模型对适应形成原因的解释有了微观实证支持，使一度陷入低谷的进化论重新成为具有广泛解释力的生物学基础工具。所以，作为微观生物学时代理论需要的产物，现代综合论自然代替了传统进化论的原有地位；而“适合度”概念对表型的抛弃则是基因决定论自信心的一个重要的表现。

报告特别说明了为什么现代综合论运动的兴盛最多维持了80年时间？原因是基因决定论暗含着一个隐性原理：只要基因的改变能够被后代所传继，那么后代的发育前的原始生殖细胞就能在自己的发育机器的自动引导下将这一基因的改变在表型上表达出来。但是，自然选择对种群的扩散速度的不同比例的淘汰，不是直接针对基因；而是针对基因的载体（表型）。也不是针对表型的某一性状的选择，而是针对表型载体的整体选择。

这个隐性原理是现代综合论中最致命的缺陷，深层的问题就凸现出来了，为什么只选择这一种表型，而不选择那一种表型？以及当表型在具体环境中被选择时，表型被选择的具体生理-生态过程是怎样进行的？这样，关于适应的问题就从基因又跳回到表型上了。所以，适应问题又转回到传统的课题上：到底生物的表型在该生物全部生命的整个生命过程中是怎样在不同条件的自然环境中经受选择的？现代综合论遭遇到了在理论解释上的一个不可逾越的障碍。

在报告中，研究组重点讨论了种内比较生物学的发展，提出新适应主义理论所发展出的对表型 “最优性”的分析，创造出了一种新的比较性概念：适应是指特定生物的表型性，包括形态结构和生理机能等在环境中特定的生态位条件下所呈现的利用环境资源和抵抗环境压力过程中的效率的最优性。它可以用来衡量不同生物的表型适应程度。“最优性”概念与现代综合论的“适合度”概念相比，继承了达尔文“最适者”的原始思想，是“达尔文主义的时钟”150年之后，又从容地摆回到了原点。

报告提出，关于生物适应的科学还只是一个半完成的粗化理论框架，其中，进化论只是在适应性的生态学理论层面上获得了成功，但是适应性的生理学层面的理论体系还没有形成。因此，种内适应性生物学的历史意义就显现出来了。它突出的指向了适应的生理学的层面。一方面继承了适应性比较研究的历史传统；另一方面又全面进入到生物的微观生理过程中。因此，新适应主义是在进化论、现代综合论之后的又一次新的综合。



种内适应性生物学：一种独立出来的新方向

转自：DSS EXPRESS ： http://www.brainecology.com/bbs/ ... ;ID=1467&page=1

夏眠是热带蚯蚓的生命周期的一个重要的阶段，几乎所有种类的蚯蚓都有这种对土壤湿度和温度季节性变化产生响应的机制。在夏眠期间，蚯蚓个体进入更深的土壤层，保持不吃不动的状态。比较这种动物的不同生命周期的阶段性的生理与环境的变化对照关系，研究发现，夏眠本身是一种种内适应策略，它的好处是：通过夏眠，可以使蚯蚓个体大大降低它对营养和能量的需求，使热带蚯蚓可以逃离不适合的季节条件。

自20世纪下半叶以来，一些生态学的边缘地带先后各自独立地发现了大量的生物的种内适应策略，例如，种子大小的环境性诱导调整，繁殖后代的数量的环境性诱导变化，生育时间的环境性诱导提前与滞后，个体体积大小的环境性诱导变化，个体的形态与行为的环境性诱导变化……，它们的共性都是属于种内的性状与功能受环境因子的变化而发生变异的现象。

在最近出版的由脑•生态学比较研究组撰写的题为《新适应主义生物学的发展》的前导报告中，对来自生活史进化生态学、行为生态学、逆境与胁迫生物学、表型可塑性研究、进化与病理生理学等五个领域的种内适应策略研究进行了总结。

该报告认为：长期以来，传统的进化生物学的研究都是建立在种与种之间的比较研究基础上的；而种内适应策略的比较研究则将生物的变异和适应性研究引向了种内，这个趋势已经广泛化了，只是还没有给予应有的理论总结和性质命名。

在前导报告中，研究组重点就这一新的研究方向的发展特点与现代综合论进行了对比。他们提出：这一新研究方向是在现代综合论中孕育、成型的过程中而逐渐独立和分离出来的。它由三个特点：

(1) 它的独立性首先表现在，脱离现代综合论中的基因中心观，转向对表型的重视。
(2) 先将对策思想引入到种内的表型比较研究中，之后再进入到微观生物学的水平上，将对策思想引入到微观生理生态适应性的研究中。
(3) 放弃现代综合论中的适合度分析框架，采用最优性的新分析框架。

研究组认为，基于上述三个特征，种内适应性生物学已经形成了自己的基本方法模式；这是它从现代综合论中门户独立的标志。可以定义为：以微观生理学为基础的种内表型最优性的生理-生态对策的比较研究。研究组提议将其命名为：新适应主义，以区别与现代综合达尔文主义。

该报告对新适应主义给以热情评价，认为最大的意义在于它将达尔文范式引入到了种内或生活史内表型与微观生理的短时性适应现象的研究中。生物体内所建立起来的那种针对自身生命史中所面对环境变化和压力的有效的响应机制，实质就是体内的生理水平上的适应性调制机制，都是以往进化生物学所长期忽略或回避的复杂问题。因此，种内适应性生物学的出现和进一步的深化将会对分子生物学、生理学、神经科学、发育生物学、进化生物学等领域的研究提供新的理论和实验角度。从以往的科学史经验来看，这种具有深厚实证基础的新认识模式的形成，往往能够对相关学科群产生重要的影响和推动作用。

[ Last edited by kelly1702 on 2009-11-19 at 19:55 ]
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6楼2009-11-18 18:45:33
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annwt

木虫 (正式写手)
★
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科学的进步实际是思想的进步，19世纪的生物学发展就是辨证唯物主义哲学思想的引导。如今科学飞速发展，更应该有新的哲学思想来解释和指导。
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7楼2009-11-18 21:46:53
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qqsvery

木虫 (著名写手)
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引用回帖:
Originally posted by Hi小木虫 at 2009-11-15 22:58:
突变是不定向的吗，我一直怀疑

是的，突变是随机的，只有环境才能定向的选择这些突变，举个例子吧：人类镰刀形贫血症是由于点突变造成的，而此突变在非洲的丛林中对疟疾具有抗性，所以在非洲这种突变被保留下来，其基因型特别高，这就是一个很实际的例子。

附上参考：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_4dacc82b0100bl45.html
http://wenwen.soso.com/z/q157855929.htm
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谎言和真实在河边洗澡，谎言先洗好，穿走了真实的衣服，真实却不肯穿谎言的衣服。后来人们眼里只有穿着真实衣服的谎言，却很难接受赤裸裸的真实。
8楼2009-11-19 16:10:24
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358219418

金虫 (正式写手)
★
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引用回帖:
Originally posted by qqsvery at 2009-11-19 16:10:


是的，突变是随机的，只有环境才能定向的选择这些突变，举个例子吧：人类镰刀形贫血症是由于点突变造成的，而此突变在非洲的丛林中对疟疾具有抗性，所以在非洲这种突变被保留下来，其基因型特别高，这就是一个 ...

我觉得你说的是一个方面，现在不是还有定点突变技术的嘛
呵呵
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木虫，快乐并坚强着
9楼2009-11-19 17:09:35
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qqsvery

木虫 (著名写手)
★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
引用回帖:
Originally posted by 358219418 at 2009-11-19 17:09:




我觉得你说的是一个方面，现在不是还有定点突变技术的嘛
呵呵

恩恩，这位虫友补充的很对！人类活动对金华的影响是一大部分！比如遗传育种上，以及你所谈到的定点突变，不过定点突变对于整个生物进化进程的影响应该不会太大~如果它不应用于生产~现在比较流行热门的表观遗传学，你可以看看，比如基因甲基化，染色体水平的修饰等等对于基因后期的表达也有很大的影响，这是近几年科学的新发现~！现在正进行的如火如荼！
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谎言和真实在河边洗澡，谎言先洗好，穿走了真实的衣服，真实却不肯穿谎言的衣服。后来人们眼里只有穿着真实衣服的谎言，却很难接受赤裸裸的真实。
10楼2009-11-19 20:53:54
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