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      基因修改會(huì)導(dǎo)致全部生物功能變化的原理

      2020-07-01 11:02:12王文磊
      關(guān)鍵詞:生物體實(shí)數(shù)雜交

      王文磊

      (武漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,武漢 430072)

      高等數(shù)學(xué)理論暫時(shí)還沒有對(duì)無窮小和無窮大進(jìn)行量化細(xì)分.本文用加坐標(biāo)的方法,對(duì)無窮小和無窮大進(jìn)行了量化細(xì)分,提出了可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的概念,指出只要能在坐標(biāo)系中打出坐標(biāo)點(diǎn),就一定能用連接坐標(biāo)點(diǎn)的方法,得到連續(xù)可導(dǎo)的函數(shù)圖像和函數(shù)關(guān)系式[1].

      高等物理理論暫時(shí)還沒有將物質(zhì)與空間和時(shí)間徹底聯(lián)系起來.但顯而易見的是,物質(zhì)不可能脫離空間和時(shí)間而單獨(dú)存在.愛因斯坦的狹義相對(duì)論,指出了物質(zhì)的質(zhì)量這一個(gè)物理屬性變量,與空間坐標(biāo)變量和時(shí)間變量存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系(速度增大時(shí),質(zhì)量也會(huì)隨之增大).本文用可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)這種新的數(shù)學(xué)工具,指出物質(zhì)的所有物理屬性變量,都與空間坐標(biāo)變量和時(shí)間變量存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系,將物質(zhì)與空間和時(shí)間徹底聯(lián)系了起來.

      用以上新的數(shù)學(xué)和物理學(xué)方法,可以解釋以下與時(shí)間相關(guān)的生物學(xué)現(xiàn)象:

      為什么一個(gè)微小的受精卵細(xì)胞,居然包含有生物體全部的生物遺傳信息?

      為什么說,通過物質(zhì)雜交結(jié)合的方式(如各種轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR/Cas9技術(shù)等),對(duì)生物體任何基因片段的任何修改,都會(huì)產(chǎn)生“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的效果,使該生物體全部的生物功能都產(chǎn)生變化(只是各種變化或大或小、或強(qiáng)或弱罷了)?

      為什么成年生物體干細(xì)胞分化成組織器官的潛力,會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胚胎干細(xì)胞?為什么干細(xì)胞的分化潛力會(huì)隨著時(shí)間的增長而下降?

      為什么克隆生物誕生的時(shí)刻,其染色體端粒會(huì)變長?為什么克隆生物本質(zhì)上同兩性繁殖的生物一樣,不會(huì)早衰?

      iPS細(xì)胞(誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞)的形成原理是什么?

      為什么,同一對(duì)父母可以生出一模一樣的、基因相同的同卵雙胞胎兄弟(或姐妹),但除此之外,絕對(duì)不可能生出一模一樣的、基因相同的哥哥和弟弟(或姐姐和妹妹)?

      為什么說,生物物質(zhì)雜交結(jié)合時(shí)有遺傳,就一定會(huì)有變異,遺傳和變異如影隨形,不可分離?怎樣用函數(shù)來表示遺傳和變異?

      1 可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)

      一個(gè)無窮小的絕對(duì)值比任何一個(gè)正實(shí)數(shù)都還要小,但是不同的無窮小之間,也還是存在著大小上的區(qū)別,在數(shù)學(xué)上與之對(duì)應(yīng)的,就是分層無窮小的概念.

      絕對(duì)值比任何一個(gè)正實(shí)數(shù)都還要小的非零量是一層無窮?。唤^對(duì)值比任何一個(gè)一層無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是二層無窮?。唤^對(duì)值比任何一個(gè)二層無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是三層無窮?。坏鹊?,依此無限類推.

      與分層無窮小的概念相對(duì)應(yīng),我們可以定義分層無窮大的概念,其定義也是連環(huán)相接的:

      絕對(duì)值比任何一個(gè)正實(shí)數(shù)都還要大的量是一層無窮大;絕對(duì)值比任何一個(gè)一層無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是二層無窮大;絕對(duì)值比任何一個(gè)二層無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是三層無窮大;等等,依此無限類推.

      因?yàn)橥粚拥臒o窮小之間,仍然可以比大小和分正負(fù),所以可以將同一層的無窮小像實(shí)數(shù)軸一樣進(jìn)行細(xì)分,同理,同一層的無窮大也可以像實(shí)數(shù)軸一樣進(jìn)行細(xì)分.它們其實(shí)都是不包含零的實(shí)數(shù)軸,只是層數(shù)不同罷了,它們與原不包含零的實(shí)數(shù)軸組成分層實(shí)數(shù)軸.

      圖1 分層實(shí)數(shù)軸

      如圖1所示,x軸就是不包含零的實(shí)數(shù)軸,y軸的坐標(biāo)表示層數(shù)(負(fù)坐標(biāo)表示無窮小,正坐標(biāo)表示無窮大),x軸上點(diǎn)A,也就是實(shí)數(shù)1可以表示為N(1,0),點(diǎn)B表示的無窮小量可以表示為N(1,-1),點(diǎn)C表示的無窮大量可以表示為N(1,1).實(shí)數(shù)1除以點(diǎn)B表示的無窮小量N(1,-1),等于一個(gè)無窮大量N(1,1),用除法表示就是:1÷N(1,-1)=N(1,0)÷N(1,-1)=N(1÷1,0+1)=N(1,1).任何一條實(shí)數(shù)軸上的點(diǎn)所表示的量,與無窮大N(1,1)相乘后,就“上升”為高一層實(shí)數(shù)軸上相同橫坐標(biāo)的點(diǎn)所表示的量,任何一條實(shí)數(shù)軸上的點(diǎn)所表示的量,與無窮小N(1,-1)相乘后,就“下降”為低一層實(shí)數(shù)軸上相同橫坐標(biāo)的點(diǎn)所表示的量.

      無窮小、非零實(shí)數(shù)和無窮大,其實(shí)都是相對(duì)而言的.如圖1所示,分層實(shí)數(shù)軸中任何一條實(shí)數(shù)軸上的任何一點(diǎn)所表示的量,都是比它高一層的實(shí)數(shù)軸上任何一點(diǎn)所表示的量的一層無窮小倍,而同時(shí),它又是比它低一層的實(shí)數(shù)軸上任何一點(diǎn)所表示的量的一層無窮大倍,而它自身,則是它所在的那一條實(shí)數(shù)軸上的一個(gè)實(shí)數(shù).

      在分層實(shí)數(shù)軸的基礎(chǔ)上,可以只保留x軸和y軸,這樣,無窮小和無窮大的縱坐標(biāo)就不僅僅局限于整數(shù),可以有像N(72,-0.3),N(2,9.27),…,這樣的無窮小和無窮大稱為二元無窮小、二元無窮大.分層實(shí)數(shù)軸,其實(shí)是將非零的實(shí)數(shù)加上了坐標(biāo),二元無窮小、非零實(shí)數(shù)和二元無窮大,從本質(zhì)上看,其實(shí)還是屬于廣義的實(shí)數(shù)的范疇,只是坐標(biāo)不同而已.

      分層三元無窮小的定義:

      絕對(duì)值比任何一個(gè)二元無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是一層三元無窮?。唤^對(duì)值比任何一個(gè)一層三元無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是二層三元無窮??;絕對(duì)值比任何一個(gè)二層三元無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是三層三元無窮小;等等,依此無限類推.

      分層三元無窮大的定義:

      絕對(duì)值比任何一個(gè)二元無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是一層三元無窮大;絕對(duì)值比任何一個(gè)一層三元無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是二層三元無窮大;絕對(duì)值比任何一個(gè)二層三元無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是三層三元無窮大;等等,依此無限類推.

      如上所示,如果繼續(xù)進(jìn)行連環(huán)相接的分層定義,就可以將實(shí)數(shù)的坐標(biāo)從二元擴(kuò)展至三元、四元、五元、…,乃至無窮,比如N(72,-0.3,7),N(2,0.3,7,-9),N(5,-0.7,11,-6,9),等等.

      多元坐標(biāo)實(shí)數(shù)的基本運(yùn)算規(guī)則為:(1)從左到右,除第一個(gè)坐標(biāo)外的其他坐標(biāo)都對(duì)應(yīng)相等的,才能加減;(2)坐標(biāo)個(gè)數(shù)相等的才能乘除,乘除時(shí),第一個(gè)坐標(biāo)乘除,其他坐標(biāo)加減;(3)第一個(gè)坐標(biāo)不能等于零.

      例如(X≠0,Z≠0,A≠0):

      N(X,Y,W)+N(Z,Y,W)=N(X+Z,Y,W)

      N(X,Y,W)-N(Z,Y,W)=N(X—Z,Y,W)

      N(X,Y,Z)×N(A,W,R)=N(X×A,Y+W,Z+R)

      N(X,Y,Z)÷N(A,W,R)=N(X÷A,Y—W,Z—R)

      以上述內(nèi)容為基礎(chǔ),過去我們無法判斷,是否可能存在連續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的情形,現(xiàn)在可以作出判斷了(以下為簡化起見,不考慮函數(shù)的定義域和值域).

      如圖2所示,一元函數(shù)圖像線段AO是連續(xù)可導(dǎo)的,一元函數(shù)圖像線段CD也是連續(xù)可導(dǎo)的,點(diǎn)C無限趨近于點(diǎn)O,點(diǎn)C和點(diǎn)O之間的距離為無窮小,整體的函數(shù)圖像(折線段AOCD)可不可以也是連續(xù)可導(dǎo)的呢?在沒有引入分層無窮小等概念前,無窮小的定義就是“無限趨近于零的量”,對(duì)于點(diǎn)O到點(diǎn)C的區(qū)域,沒有對(duì)它進(jìn)一步分析的數(shù)學(xué)工具,因此無法證明點(diǎn)O和點(diǎn)C之間可以存在光滑的曲線段相連接,所以該整體函數(shù)圖像在點(diǎn)O和點(diǎn)C雖然連續(xù),但不可導(dǎo).

      圖2 可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)圖像例一圖3 例一的放大圖像

      有了分層無窮小等概念后,我們可以將點(diǎn)O到點(diǎn)C的距離看成一個(gè)無窮小[比如可以假定為N(7,-1)],這兩個(gè)點(diǎn)雖然看起來像是重合的一個(gè)點(diǎn),但實(shí)際上在這兩點(diǎn)之間,是可以存在光滑曲線段連接的.如圖3所示,將圖像“放大”后[比如假定兩點(diǎn)間距離放大N(1,1)倍],可以看到,完全可以存在一條光滑的曲線段OC將兩點(diǎn)連接起來,且曲線段OC與線段AO相切,點(diǎn)O為切點(diǎn),曲線段OC與線段CD相切,點(diǎn)C為切點(diǎn).圖2的折線段AOCD,實(shí)際上可以看成是由線段AO、光滑曲線段OC和線段CD組成,該整體函數(shù)圖像在點(diǎn)O處和點(diǎn)C處都可導(dǎo),整體函數(shù)圖像既處處連續(xù),又處處可導(dǎo),它是連續(xù)可導(dǎo)函數(shù).

      圖4 可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)圖像例二圖5 例二的放大圖像

      如圖4所示,在三維空間坐標(biāo)系中,一元函數(shù)圖像(線段OA)是連續(xù)可導(dǎo)的,二元函數(shù)圖像(光滑曲面CBD)也是連續(xù)可導(dǎo)的,點(diǎn)C無限趨近于點(diǎn)A.與前面的分析一樣,將圖像“放大”后,如圖5所示,完全可以存在一個(gè)光滑曲線段AC(一元或二元函數(shù)圖像),曲線段AC與線段OA相切,點(diǎn)A為切點(diǎn),曲線段AC在點(diǎn)C的切線,在曲面CBD在點(diǎn)C的切平面上.圖4的函數(shù)圖像,實(shí)際上可以看成是由線段OA、光滑曲線段AC和光滑曲面CBD組成,該整體函數(shù)圖像在點(diǎn)A處可導(dǎo),在點(diǎn)C處可導(dǎo),整體函數(shù)圖像既處處連續(xù),又處處可導(dǎo),它是連續(xù)可導(dǎo)函數(shù).

      圖3的函數(shù)圖像,包含了一元函數(shù)圖像(線段AO)、一元函數(shù)圖像(曲線段OC)和一元函數(shù)圖像(線段CD),坐標(biāo)空間為二維.圖5的函數(shù)圖像,包含了一元函數(shù)圖像(線段OA)、一元或二元函數(shù)圖像(曲線段AC)和二元函數(shù)圖像(曲面CBD),坐標(biāo)空間從二維進(jìn)入三維.圖3表示的函數(shù),其函數(shù)變量的個(gè)數(shù)是固定的(2個(gè)),這種函數(shù)是固定元函數(shù),圖5表示的函數(shù),其函數(shù)變量的個(gè)數(shù)是變化的(2個(gè)變?yōu)?個(gè)),這種函數(shù),就是變化元函數(shù),固定元函數(shù)和變化元函數(shù)合起來統(tǒng)稱為可變?cè)瘮?shù),可變?cè)瘮?shù)就是指函數(shù)變量的個(gè)數(shù)允許變化的函數(shù).而處處連續(xù)可導(dǎo)的可變?cè)瘮?shù),就是可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù).圖3和圖5表示的函數(shù),就是兩個(gè)可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù).

      2 時(shí)間和空間函數(shù)原理

      可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)表明了:無論任意坐標(biāo)點(diǎn)是否在同一維度的空間坐標(biāo)系中,無論任意坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離有多么小(可以小到任意無窮小的級(jí)別),都可以用光滑曲線、光滑曲面乃至光滑曲空間將這些坐標(biāo)點(diǎn)的全部或任意部分連起來,組成連續(xù)可導(dǎo)的函數(shù)圖像.

      對(duì)于任何一個(gè)生物體,理論上只要我們能對(duì)該生物體進(jìn)行測量,得到有限的、不連續(xù)的若干組數(shù)據(jù)(包括時(shí)間和空間位置坐標(biāo)),將這些數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中“打點(diǎn)”,然后再用光滑曲線、光滑曲面乃至光滑曲空間將這些點(diǎn)連起來,就能得到該生物體生長過程所對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖像,進(jìn)而抽象總結(jié)出函數(shù)關(guān)系式,掌握該生物體生長的規(guī)律.

      時(shí)間和空間函數(shù)原理:

      1)任何可以測量物理量的事物,都可以通過測量任意的、包含時(shí)間變量和三維空間坐標(biāo)變量的有限的數(shù)據(jù),在包含時(shí)間軸和空間三維坐標(biāo)軸的多維空間坐標(biāo)系中打坐標(biāo)點(diǎn),用光滑曲線、光滑曲面乃至光滑曲空間將這些坐標(biāo)點(diǎn)連起來的方法,得到可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像和關(guān)系式,進(jìn)而掌握該事物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律.

      2)任何可以測量物理量的事物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律,都可以表示為可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn),n≥3且n∈Z,Z表示自然數(shù)集,t表示時(shí)間,x表示事物的各項(xiàng)物理屬性,包括但不限于空間三維坐標(biāo)(x1,x2,x3).

      3)將組成物質(zhì)體的微觀粒子自身的質(zhì)量、電量等物理屬性,引入以上可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)后可知,任何生物體的生長過程,乃至任何物質(zhì)體的運(yùn)動(dòng)變化過程,都可以表示為可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn),n≥5且n∈Z,x表示微觀粒子的各項(xiàng)物理屬性,包括但不限于空間三維坐標(biāo)、質(zhì)量和電量.

      4)因?yàn)榭臻g三維坐標(biāo)變量加上微觀粒子自身的質(zhì)量、電量等物理屬性的變量,共同確定了物質(zhì)的空間分布狀態(tài),由t=G(x1,x2,x3,…,xn)可知,時(shí)間與物質(zhì)的空間分布狀態(tài)存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系,改變物質(zhì)的空間分布狀態(tài),時(shí)間也會(huì)隨之改變;或者說,物質(zhì)不可能脫離空間和時(shí)間而單獨(dú)存在,物質(zhì)、空間和時(shí)間,三位一體緊密聯(lián)系不可分離.

      前面所舉的,測量組成生物體M的微觀粒子的空間位置坐標(biāo)(x,y,z)的例子,只是一種簡化的描述.根據(jù)量子力學(xué)理論(海森堡測不準(zhǔn)原理等),在任一時(shí)刻,電子、質(zhì)子和中子的位置坐標(biāo),只是表示,在這一時(shí)刻出現(xiàn)在這個(gè)坐標(biāo)位置的概率相對(duì)最大而已.描述生物體變化規(guī)律的可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù),準(zhǔn)確地講,實(shí)際上是概率函數(shù).

      3 生物雜交的函數(shù)表達(dá)式和實(shí)驗(yàn)方案、iPS細(xì)胞的形成原理

      任何生物體從生命誕生的時(shí)刻起,到生命結(jié)束的時(shí)刻止,都可以用一個(gè)可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù),即生物體函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn)來表示.生物體在任何時(shí)間段的任何組成部分,例如卵子、精子、受精卵細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、某段基因、成年生物體干細(xì)胞等,其實(shí)都是在“特定的時(shí)間段”和“特定的空間段”的“特定的物質(zhì)組合”.這些生物體的組成部分所對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖像,都是生物體函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn)圖像的局部圖像,只是它們的函數(shù)變量的取值范圍不同而已,它們的函數(shù)變量的取值范圍,都是該生物體函數(shù)變量取值范圍的“真子集”[2].

      任何可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像(例如函數(shù)y=x2的圖像),結(jié)合分層無窮小等概念,可以發(fā)現(xiàn),該函數(shù)圖像(光滑曲線)上任何一部分,無論截取的多么小,即使小到無窮小的級(jí)別,在這個(gè)很小的曲線段上,仍然包含了y=x2整個(gè)函數(shù)圖像的全部的斜率組合信息(計(jì)算證明過程略).可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像的任何一部分,無論多么小,都包含有整個(gè)函數(shù)圖像的全部的斜率組合信息(導(dǎo)數(shù)組合信息);或者說,任何局部圖像,都包含有整體圖像的全部的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律信息.這就是為什么一個(gè)小小的受精卵細(xì)胞,居然包含有生物體全部的生物遺傳信息的函數(shù)解釋.

      不管后來可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像如何變化,早期的坐標(biāo)點(diǎn),都是該函數(shù)圖像的一部分,坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)值,都是該函數(shù)關(guān)系式的解.也就是說,未來變化的函數(shù)圖像,既要受到未來坐標(biāo)點(diǎn)的約束,也要受到早期坐標(biāo)點(diǎn)的約束,這其實(shí)就是生物生長發(fā)育過程,會(huì)受到先天遺傳因素和后天成長環(huán)境共同制約的函數(shù)解釋.

      圖6 物質(zhì)雜交結(jié)合過程中時(shí)間的變化

      生物物質(zhì)的雜交結(jié)合,比如兩性繁殖(精子與卵子結(jié)合)、生物克隆、iPS細(xì)胞的制造、iPS細(xì)胞與四倍體胚胎結(jié)合、器官移植、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR/Cas9技術(shù)等,其過程都可以用生物體函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn)來進(jìn)行描述.

      如圖6所示,將卵子A的誕生時(shí)刻和精子D的誕生時(shí)刻,看成對(duì)應(yīng)于同一條時(shí)間軸的原點(diǎn)O,以A與D雜交結(jié)合成功時(shí)刻,距離原點(diǎn)的時(shí)間,為卵子A在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”(t=a),以D與A雜交結(jié)合成功時(shí)刻,距離原點(diǎn)的時(shí)間,為精子D在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”(t=d).以受精卵細(xì)胞R誕生的時(shí)刻距離原點(diǎn)的時(shí)間,為R的“起點(diǎn)時(shí)間”.

      并且:

      可以看出,只有t恒等于0時(shí),以上等式才能恒成立.或者說,要使6個(gè)n維空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)都是某個(gè)函數(shù)圖像上的點(diǎn),那么這個(gè)函數(shù)關(guān)系式只能為:

      0=Q(x1,x2,x3,…,xn)=[K(x1,x2,x3,…,xn)-a][J(x1,x2,x3,…,xn)-d].所以該6個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)組成的圖像在時(shí)間軸上的投影恒定為零,受精卵細(xì)胞R的“起點(diǎn)時(shí)間”恒定為零.R對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)為:

      t=[K(x1,x2,x3,…,xn)-a][J(x1,x2,x3,…,xn)-d],并且當(dāng)t=0時(shí),對(duì)應(yīng)的六個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(可以稱為受精卵細(xì)胞R的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”)為:

      “初始坐標(biāo)點(diǎn)”表明受精卵細(xì)胞的生物體函數(shù)關(guān)系式,還要受到卵子和精子在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的物質(zhì)條件的限制.

      因?yàn)樗猩矬w的生長過程,都可以用可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn)表示,該多維空間函數(shù)中除了時(shí)間軸外的剩余維度(五維、六維、…)空間的兩個(gè)函數(shù)圖像,結(jié)合成一個(gè)圖像后,從數(shù)學(xué)上可以證明,該圖像在時(shí)間軸上的投影恒定為零.也就是說,生物物質(zhì)雜交結(jié)合后產(chǎn)生的新的生物物質(zhì),其誕生時(shí)刻對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)的時(shí)間函數(shù)值恒等于零,“起點(diǎn)時(shí)間”恒等于零.

      需要說明的是,新的生物物質(zhì)的“起點(diǎn)時(shí)間”變?yōu)榱?,并不是“時(shí)光倒流”,而是表明其對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)的時(shí)間變量的取值范圍會(huì)從零開始.

      如圖6所示,卵子A對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)為K(x1,x2,x3,…,xn)=t,該函數(shù)是“母親函數(shù)”;精子D對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)為J(x1,x2,x3,…,xn)=t,該函數(shù)是“父親函數(shù)”.受精卵細(xì)胞R的生物體函數(shù)t=[K(x1,x2,x3,…,xn)-a][J(x1,x2,x3,…,xn)-d],是其“母親函數(shù)”和“父親函數(shù)”的“結(jié)合嵌套”,同時(shí)引入了“生物時(shí)間”a和d以及“初始坐標(biāo)點(diǎn)”.這就是在兩性繁殖中,“母親”和“父親”的生物遺傳信息,可以通過自己的后代,一代一代傳下去,又會(huì)有所變化的函數(shù)解釋.生物雜交時(shí)有遺傳,就一定會(huì)有變異,遺傳和變異如影隨形,不可分離;或者說,生物物質(zhì)結(jié)合時(shí),生物物質(zhì)所承載的生物遺傳信息,也會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生變化.

      舉例如下(“初始坐標(biāo)點(diǎn)”予以省略):

      (1)K(x1,x2,x3,…,xn)=t,表示“母親”

      J(x1,x2,x3,…,xn)=t,表示“父親”

      (2)[K(x1,x2,x3,…,xn-a1][J(x1,x2,x3,…,xn-d1] =t,表示第一代“女”

      [K(x1,x2,x3,…,xn-a2][J(x1,x2,x3,…,xn-d2] =t,表示第一代“男”

      (3){x1,x2,x3,…,xn-a1][J(x1,x2,x3,…,xn-d1]-a3}{[K(x1,x2,x3,…,xn-a2][J(x1,x2,x3,…,xn-d2]-d3}=t,表示第二代“女”

      {x1,x2,x3,…,xn-a1][J(x1,x2,x3,…,xn-d1]-a4}{[K(x1,x2,x3,…,xn-a2][J(x1,x2,x3,…,xn-d2]-d4}=t,表示第二代“男”

      ……

      以上的a1、a2、a3、a4、…表示每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子的“生物時(shí)間”,d1、d2、d3、d4、…表示每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻精子的“生物時(shí)間”.由此可知,后代的生物體函數(shù),都與“母親函數(shù)”和“父親函數(shù)”相關(guān),也和雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子和精子的“生物時(shí)間”以及當(dāng)時(shí)的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”相關(guān).同一對(duì)父母所生的哥哥和弟弟(或姐姐和妹妹),他們的“母親函數(shù)”和“父親函數(shù)”雖然相同,但雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子的“生物時(shí)間”、雜交結(jié)合成功時(shí)刻精子的“生物時(shí)間”肯定會(huì)不相同,“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也肯定會(huì)不相同.因此,同一對(duì)父母絕對(duì)不可能生出一模一樣的、基因相同的哥哥和弟弟(或姐姐和妹妹).而同卵雙胞胎是由同一個(gè)受精卵細(xì)胞分裂所得,實(shí)際上是同時(shí)誕生,“生物時(shí)間”相同,“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也相同,所以他們可以一模一樣、基因相同.

      兩性繁殖的個(gè)體之間的區(qū)別,用函數(shù)表示就是三點(diǎn):一、函數(shù)關(guān)系式“結(jié)合嵌套”的層數(shù)不同;二、函數(shù)引入的每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子、精子的“生物時(shí)間”可以各不相同;三、每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也可以各不相同.

      經(jīng)歷的時(shí)間越久,則繁殖的次數(shù)也越多,生物體函數(shù)“結(jié)合嵌套”的層數(shù)也越多,引入的“生物時(shí)間”的數(shù)量也越多,“生物時(shí)間”的具體數(shù)值也可以各不相同,生物的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也可以各不相同.所以總的來說,兩性繁殖生物的不同個(gè)體之間的差別,決定因素其實(shí)只有一個(gè):時(shí)間.

      生物雜交的函數(shù)表達(dá)式:

      1)假設(shè)生物物質(zhì)A由m個(gè)微觀粒子構(gòu)成,A的生物體函數(shù)為t=K(x1,x2,x3,…,xn),A在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”為a,A的生物體函數(shù)在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)為(a,x1a1,x2a1,x3a1,…,xna1)、(a,x1a2,x2a2,x3a2,…,xna2)、…、(a,x1am,x2am,x3am,…,xnam).

      2)假設(shè)生物物質(zhì)D由w個(gè)微觀粒子構(gòu)成,D的生物體函數(shù)為t=J(x1,x2,x3,…,xn),D在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”為d,D的生物體函數(shù)在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)為(d,x1d1,x2d1,x3d1,…,xnd1)、(d,x1d2,x2d2,x3d2,…,xnd2)、…、(d,x1dw,x2dw,x3dw,…,xndw).

      3)無論a和d如何取值,A和D經(jīng)物質(zhì)雜交結(jié)合方式產(chǎn)生的新的生物物質(zhì)的“起點(diǎn)時(shí)間”恒定為零,且該新的生物物質(zhì)的生物體函數(shù)為:

      t=[K(x1,x2,x3,…,xn)-a][J(x1,x2,x3,…,xn)-d]

      新的生物物質(zhì)的生物體函數(shù)的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”為:

      (0,x1a1,x2a1,x3a1,…,xna1)、(0,x1a2,x2a2,x3a2,…,xna2)、…、(0,x1am,x2am,x3am,…,xnam)和(0,x1d1,x2d1,x3d1,…,xnd1)、(0,x1d2,x2d2,x3d2,…,xnd2)、…、(0,x1dw,x2dw,x3dw,…,xndw).

      4)生物物質(zhì)和生物遺傳信息緊密聯(lián)系不可分離,引入新的生物物質(zhì)時(shí),也會(huì)同時(shí)引入新的生物遺傳信息;或者說,生物物質(zhì)結(jié)合時(shí),生物遺傳信息也會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生變化.

      圖7 細(xì)胞的分裂增殖

      如圖7所示,點(diǎn)A表示一個(gè)剛受精成功的卵細(xì)胞,對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸t軸上的點(diǎn)為原點(diǎn)O,表示生命的開始(t=0).隨著時(shí)間的推移,該受精卵細(xì)胞不斷分裂增殖(用分叉表示).分裂增殖的過程,也是第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)被不斷“稀釋”的過程,即越往后的細(xì)胞,其內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì),會(huì)越來越少.所謂胚胎干細(xì)胞,就是在離原點(diǎn)O比較近的時(shí)間點(diǎn),從分裂增殖后的受精卵細(xì)胞中取出的細(xì)胞.比如點(diǎn)B表示一個(gè)胚胎干細(xì)胞,可以很直觀地看出,因?yàn)槿〕龅臅r(shí)間離原點(diǎn)O很近,細(xì)胞的分裂增殖次數(shù)還不多,其內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)較多,所以沿著時(shí)間軸向右單向發(fā)展,它可以形成 “在它自身后面的”所有的、很多的分裂增殖(分叉).但是,對(duì)于已經(jīng)經(jīng)過了的分裂增殖(分叉),它是不可能再重復(fù)的,比如點(diǎn)B不能回到點(diǎn)A(時(shí)間不能倒流).對(duì)于在取出時(shí)與干細(xì)胞B相分離的其他部分(比如點(diǎn)C、點(diǎn)W、點(diǎn)F)的后續(xù)分裂增殖(分叉),B也是無法表現(xiàn)出來的,因?yàn)闀r(shí)間上不允許,物質(zhì)上也不允許.例如生物體M(假設(shè)由1個(gè)電子、1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子組成),如果我們把它的“干細(xì)胞”,比如1個(gè)中子取出來,那么無論怎么“誘導(dǎo)”,這個(gè)中子,也不可能把前面已完成過的“工作”通過“時(shí)光倒流”來重復(fù),在接下來的時(shí)間里,也不可能把另外1個(gè)電子和1個(gè)質(zhì)子的“工作”給代替完成.

      胚胎干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化成很多種組織器官,但不可能被誘導(dǎo)分化成全部的組織器官,不可能被誘導(dǎo)分化成完整的生物體.因?yàn)楦杉?xì)胞永遠(yuǎn)是受精卵細(xì)胞分裂增殖后的局部,其內(nèi)部不可能擁有第一個(gè)受精卵細(xì)胞的全部組成物質(zhì).雖然每個(gè)干細(xì)胞都擁有生物體全部的生物遺傳信息,但信息還是得依靠物質(zhì)才能表現(xiàn)出來.能夠分化成全部的組織器官,分化成完整的生物體的,只有受精卵細(xì)胞的整體自身,缺少了任何一部分物質(zhì)的受精卵細(xì)胞,都不可能再分化成全部的組織器官和完整的生物體.

      成年生物體干細(xì)胞(如圖7所示的點(diǎn)D),因?yàn)閺臅r(shí)間原點(diǎn)開始經(jīng)過了很長時(shí)間,細(xì)胞的分裂增殖次數(shù)已經(jīng)太多,導(dǎo)致它內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)太少,所以沿著時(shí)間軸向右單向發(fā)展,它后面可以形成的分裂增殖(分叉)的數(shù)量和種類,當(dāng)然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如胚胎干細(xì)胞.成年生物體干細(xì)胞的分化潛力,必然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胚胎干細(xì)胞.

      總之,因?yàn)殡S著時(shí)間的增長,干細(xì)胞前面的“分叉”會(huì)越來越多,導(dǎo)致其內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)會(huì)越來越少,所以干細(xì)胞的分化潛力(可以形成的分裂增殖的數(shù)量和種類),會(huì)隨著時(shí)間的增長而下降.

      從圖7可以看出,時(shí)間上越早對(duì)生物體進(jìn)行改造,對(duì)未來的影響就會(huì)越大,因?yàn)檫@時(shí)前面經(jīng)過的“分叉”較少,可以改變后面更多的“分叉”.所以對(duì)早期基因的修改,比如對(duì)受精卵細(xì)胞的基因修改,其產(chǎn)生的對(duì)生物體的影響,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)成年生物體基因修改產(chǎn)生的影響.同樣的道理,假設(shè)相同的輻射劑量,每次照射可以破壞固定數(shù)量的N個(gè)“分叉”,那么當(dāng)然,照射的時(shí)間越早,破壞率(N/總分叉數(shù)量)就越高,對(duì)未來的影響就會(huì)越大,因?yàn)闀r(shí)間越早,該生物體的總分叉數(shù)量就越少.例如,兒童的“分叉”數(shù)量少于成人,這是兒童受輻射的危害,高于同樣輻射劑量下的成人的原因之一.

      iPS細(xì)胞(誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞)是利用基因轉(zhuǎn)染技術(shù),將受精卵細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞的組成物質(zhì)(如Oct3/4、Sox2、c-Myc基因片段等),導(dǎo)入“年老”的體細(xì)胞中,并使之與體細(xì)胞中原有物質(zhì)雜交結(jié)合,成為該體細(xì)胞的有機(jī)組成部分.經(jīng)雜交結(jié)合方式后形成的新的細(xì)胞的“起點(diǎn)時(shí)間”為零,“年齡歸零”,從時(shí)間為零開始發(fā)育(如圖7所示,就是將點(diǎn)D變成點(diǎn)A,但點(diǎn)A不是完整的受精卵細(xì)胞,只是從時(shí)間為零開始發(fā)育的細(xì)胞).已知胚胎干細(xì)胞的分化多能特性,來自于它的生物體函數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間t的取值很小,它很“年輕”,以及它內(nèi)部含有較多的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”.iPS細(xì)胞也具有類似的分化多能特性,是因?yàn)閕PS細(xì)胞更“年輕”,它的“起點(diǎn)時(shí)間”為零,且它內(nèi)部也含有較多的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”(引入的基因片段等).但iPS細(xì)胞內(nèi)部所含的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”,不一定比胚胎干細(xì)胞多,所以它們之間的分化潛力對(duì)比,并無絕對(duì)的高下之分.

      上海交通大學(xué)曾一凡教授等在2009年公布了用iPS細(xì)胞成功培育出活的小老鼠的實(shí)驗(yàn),認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)證明了iPS細(xì)胞具有分化的“全能性”.該實(shí)驗(yàn)是將iPS細(xì)胞與老鼠的四倍體胚胎(四倍體胚胎不能發(fā)育成活的老鼠)雜交結(jié)合,再將其植入子宮內(nèi)發(fā)育,最終誕生出活的小老鼠.這個(gè)過程簡單地講,就是先將“年老”的體細(xì)胞(如圖7點(diǎn)D所示),通過物質(zhì)雜交結(jié)合變成“新生”的iPS細(xì)胞(如圖7點(diǎn)A所示,這是第一次“年齡歸零”),然后將與點(diǎn)C、W、F相類似的生物物質(zhì)(四倍體胚胎),再與iPS細(xì)胞雜交結(jié)合,形成類似受精卵細(xì)胞的“新生”的細(xì)胞(這是第二次“年齡歸零”),組合出完整的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”,從時(shí)間為零開始繼續(xù)后面的全部“分叉”,最終發(fā)育成完整的生物體.它證明的還是受精卵細(xì)胞(或類似受精卵細(xì)胞的細(xì)胞)分化的“全能性”,而不是iPS細(xì)胞分化的“全能性”,因?yàn)槿绻唤oiPS細(xì)胞雜交結(jié)合其他生物物質(zhì),組合成類似受精卵細(xì)胞的細(xì)胞,iPS細(xì)胞自身是不可能分化成完整生物體的.

      生物克隆,是用供體的細(xì)胞核物質(zhì),與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞物質(zhì)雜交結(jié)合,形成完整的、類似受精卵細(xì)胞的細(xì)胞孕育出的生命.所以生物克隆本質(zhì)上與兩性繁殖一樣,都屬于物質(zhì)的雜交結(jié)合,克隆生物的“起點(diǎn)時(shí)間”也恒定為零.

      相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案:

      分子生物學(xué)研究已經(jīng)證實(shí),隨著時(shí)間的流逝,細(xì)胞每分裂一次,細(xì)胞核中的染色體端粒就會(huì)縮短一些.因此有人認(rèn)為,生物克隆中,供體的細(xì)胞核中的染色體端粒,相對(duì)于供體誕生時(shí)刻已經(jīng)變短了一些,所以供體的細(xì)胞核與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞雜交結(jié)合后,誕生的克隆生物,其細(xì)胞核中的染色體端粒也是短的,因此克隆生物會(huì)早衰.但事實(shí)并非如此,在供體的細(xì)胞核與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞雜交結(jié)合時(shí),會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化,“時(shí)間歸零”,克隆生物的細(xì)胞核中的染色體端粒會(huì)變長,恢復(fù)到最初的、細(xì)胞還沒有開始分裂時(shí)的長度.也就是說,如果不考慮克隆技術(shù)操作造成的生物損傷,克隆生物根本就不會(huì)早衰.

      在供體的細(xì)胞核與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞成功雜交結(jié)合時(shí),即克隆生物誕生的時(shí)刻,通過實(shí)驗(yàn)測量克隆生物細(xì)胞核中的染色體端粒長度,看是否變長,就可以驗(yàn)證以上結(jié)論.例如,假設(shè)成功雜交結(jié)合前的時(shí)刻,成年綿羊(供體)的細(xì)胞核中的染色體端粒長度為a,克隆羊誕生時(shí)刻細(xì)胞核中的染色體端粒長度為b,則通過實(shí)驗(yàn)測量可以發(fā)現(xiàn),b>a.

      4 基因修改會(huì)導(dǎo)致全部生物功能變化的原理

      對(duì)艾滋病病毒的抵抗力、對(duì)流感病毒的抵抗力、是否容易產(chǎn)生某種癌細(xì)胞,等等,這些都是“某種生物功能”.所謂 “某種生物功能”,其實(shí)也是生物體在“特定的時(shí)間段”和“特定的空間段”的“特定的物質(zhì)組合”.用函數(shù)的觀點(diǎn)看,任何一種生物功能,也都是生物體函數(shù)t=G(x1,x2,x3,…,xn)圖像的局部圖像.即,生物體的任何一種生物功能對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式,都是生物體函數(shù)關(guān)系式本身,只是變量的取值范圍不同而已,與各生物功能對(duì)應(yīng)的各變量的取值范圍,都是該生物體函數(shù)變量取值范圍的“真子集”.

      由雜交生物的函數(shù)表達(dá)式t=Q(x1,x2,x3,…,xn)=[K(x1,x2,x3,…,xn)-a][J(x1,x2,x3,…,xn)-d]可知,只要是通過物質(zhì)雜交結(jié)合的方式(如各種轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR/Cas9技術(shù)等)修改基因,都會(huì)導(dǎo)致變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系從K(或J)變成Q,所以未來所有的坐標(biāo)點(diǎn)都會(huì)發(fā)生變化,會(huì)導(dǎo)致未來所有的局部圖像(生物功能)都發(fā)生變化.

      具體每一個(gè)局部函數(shù)圖像(生物功能)的變化情況如何,只能結(jié)合生物體函數(shù)關(guān)系式來具體分析.考慮到生物體函數(shù)關(guān)系式的極度復(fù)雜性,我們可以肯定,修改基因后各種生物功能的變化情況是多種多樣、或強(qiáng)或弱、極度復(fù)雜的.

      基因修改會(huì)導(dǎo)致全部生物功能變化的原理:

      1)生物物質(zhì)在任何時(shí)間段的任何組成部分,都包含有該生物物質(zhì)全部的生物遺傳信息(運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律信息).

      2)生物物質(zhì)通過雜交結(jié)合的方式產(chǎn)生新的生物物質(zhì),物質(zhì)結(jié)合的同時(shí),生物遺傳信息也會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生變化,所以會(huì)產(chǎn)生“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的效果,導(dǎo)致該新的生物物質(zhì)的全部的生物功能都會(huì)產(chǎn)生變化(只是各種變化或大或小、或強(qiáng)或弱罷了).

      3)所以說,通過物質(zhì)雜交結(jié)合的方式,對(duì)任何基因片段的任何修改,都會(huì)使全部的生物功能產(chǎn)生變化(只是各種變化或大或小、或強(qiáng)或弱罷了);僅僅使單一生物功能產(chǎn)生變化的基因片段修改是不存在的.

      器官移植和基因修改在本質(zhì)上一樣,其實(shí)都是對(duì)生物體函數(shù)關(guān)系式的修改.也就是說,器官移植后,生物體函數(shù)的關(guān)系式也變了(引入了新的生物遺傳信息),那么在之后的時(shí)間里,全部的生物功能也都會(huì)產(chǎn)生或大或小、或強(qiáng)或弱的變化.臨床中,有些移植了器官的人,會(huì)產(chǎn)生部分性格和生理的變化,即是與此有關(guān).

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      1.1 實(shí)數(shù)
      高等植物雜交染色體及其雜交基因表達(dá)的性狀——三論高等植物染色體雜交
      比較實(shí)數(shù)的大小
      6年生雜交桉無性系對(duì)比試驗(yàn)
      再論高等植物染色體雜交
      雜交牛
      小說月刊(2014年11期)2014-04-18 14:12:27
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