南京师范大学遗传资源研究所

一、实验室概况 "进化论是生物学中最大的统一理论".生命科学各个层次的研究以及各分支学科体系的建立无不以生物进化的理论为其指导思想,同时又吸收与综合生物学各学科的研究成果;另一方面,现代的进化论已不仅仅是一种思想理论,对生物进化的研究已成为一个专门的学科领域,即研究生物进化的历史过程、进化的原因、进化机制、进化速率、进化趋向、物种的形成和绝灭、系统发生以及适应的起源等内容的进化生物学(evolutionary biology).分子进化是达尔文进化论思想在分子水平上的延伸.DNA、RNA、蛋白质和糖等生命大分子的突变和选择成为生物表现型性状进化的基础.现代分子生物学技术及思想的飞速发展,极大地推动了分子进化论及分子系统学的深入.     

人性的生物学限度与道德教育

对人性本质的认识是道德教育的理论前提。人性的生物学研究显示,善恶均为人性所固有、人类对同类的爱有等级差别,人类无法超越自身的生物学界限;建立在这种人性论基础上的道德教育应考虑人性的生物学限度,注重开发人性中的善、建立合理的道德教育目标、关注道德主体的利益,并在此基础上"成为自己"。     

当代西方生物学哲学:研究概况、路径及主要问题

生物学哲学作为一门学科形成于20世纪中叶以后。经过半个世纪的发展,生物学哲学不断走向成熟并在新世纪出现繁荣,主要表现在:生物学哲学的著作大量涌现,论文的数量也不断增多,越来越多专业生物学哲学家走上学术舞台,研究的问题的广度和深度也在加强。生物学哲学的研究路径有三种方式:用生物学成果解决一般哲学问题,用生物学成果解决一般科学哲学问题,以及用逻辑和哲学分析和思辨的方法解决生物学中的概念和理论难题。近年来,生物学哲学争论的主要问题包括自主论和分支论的争论、功能解释和目的论解释在生物学中的合理性、物种的本质、自然选择的单位、小进化和大进化的关系、进化发育生物学对进化论的挑战、人的心灵的主要特征是否是在石器时代形成、文化进化等等。     

为什么摩尔根没有想到?─—从基因调控到发育遗传

１９９５年，诺贝尔生理医学奖授予三位发育遗传学家，但完成这些成果的技术和理论早在３０年代就已具备，为什么一直关注发育问题的摩尔根以及后来的生物学家没有取得重大进展？本文给出的基本答案是，长期以来生物学家认为对发育的理解依赖于对基因调控的了解。由此，本文对发育遗传学技术和摩尔根发育遗传思想作了历史的考察，并比较了发育遗传和基因调控两种研究形态的异同，以期洞见生命科学发展的一般结构。     

论生物学与物理学的统一

1983年11月在石家庄举行的全国生物物理学术会议上,著名理论物理学家彭桓武教授主持了题为“有无独立于物理学规律以外的生物学规律”的讨论会。出乎意料,竟有十一类专业(理论物理、理论化学、生理、植物生理、心理、生物物理、生物化学、环保、医学、微生物和哲学)的科技工作者竞相辩论。人们追求自然科学的统一已是一种由来已久的奢望。在无机界,人们从近代自然科学的认识论和方法论追求科学的统一,特别是弱电统一理论取得巨大成功,几乎没有人怀疑物理学是电磁、弱力、强力和引力的统一。那末,生物学与物理学的统一(下面简称“统一”)又将如何呢?下面,我们将从近代自然科学的认识论和方法论对其加以考察。     

进化理论与Evo-Devo的挑战:我们需要一种新的范式吗?（英文）

进化发育生物学或"Evo-Devo"是今日的进化生物学中最有前途的研究领域之一。它的许多实践者将这个领域中的发现视为解释如下现象的关键,它们包括遗传学与形态学高度受限的特征、以往与当前的自适应有机体的那组令人困惑的复杂性,乃至主要的进化过渡。Evo-Devo的更为激进的支持者更喜欢发育进化生物学("Devo-Evo")或发育系统理论("DST"),通过论证达尔文的自然选择与孟德尔的遗传学(与现在的分子遗传学)在原则上不足以解释前面提到的那些现象,他们让诸多问题向前迈进。在这么做的过程中,他们在我们对进化问题的理解以及我们用来解决这些问题的方法中倡导了"概念的革命"或"范式的转换"。我们不同意的正是Evo-Devo的后面那些更为激进的论断。我们在此考察了那些论断的历史、经验与哲学的基础,并最终发现它们是有所欠缺的。     

抗压能力也遗传,"馈赠"仅来自妈妈

大眼睛、高鼻梁、高智力……众所周知,生物遗传会影响后代的很多特征,但生物对环境压力产生的适应性应激反应也会遗传吗?8月2日,中国科学院遗传与发育生物学研究所田烨课题组发表于《自然一细胞生物》的研究给出的答案是:会. 这次,研究人员发现了一种全新的跨代遗传现象——神经元线粒体的应激记忆可通过mtDNA水平升高来遗传.它赋予了后代更强的抗压能力以及更长的寿命.不过,这样的遗传优势也会让后代付出其他"代价".     

中国近代生物学名词的审定与统一

清朝末年主要是传教士在译介西书的时候注意到名词统一的问题,并开始有所实践。益智书会以及后来的两个名词审查会作为民间力量,在生物学名词的审定和统一方面影响深远。清学部的编订名词馆和中华民国国立编译馆作为政府部门,分别在不同时期参与或领导了科学名词的审定和统一工作。中国科学社等科学社团在生物学名词统一中发挥了重要作用。生物学的发展、官方力量的介入都是生物学名词统一的必要因素。     

植物种子发育的分子机理

种子作为高等植物有性生殖的产物,不仅是植物繁育的最主要形式,也是人类赖以生存的粮食的最主要来源。在被子植物的有性生殖过程中,来自花粉的两个精子分别与胚囊中的卵细胞和中央细胞融合形成合子和初生胚乳核。前者经过细胞分裂、分化、器官发生和休眠建立等过程形成胚胎;后者经过游离核分裂、细胞化等过程形成胚乳。一个完整的胚胎具有子叶、胚轴、茎尖和根尖分生组织等结构。在种子发育和萌发过程中,胚乳为胚胎提供营养。胚胎和胚乳均可作为植物的营养累积器官,在发育后期累积淀粉、脂肪酸或/和蛋白质等。毫无疑问,受精后的胚胎与胚乳发育不仅是高等植物生活周期的一个重要环节,也是作物产量和品质决定的最关键时期。这一过程所涉及的细胞分裂、细胞分化、器官发生和胞间通信等过程的调控机制是生命科学领域的重大科学问题,也是发育生物学研究的核心命题。相关研究不仅为揭示种子形成的调控机理提供重要线索,也将为农作物的产量和品质提高提供新的技术手段。本文将重点阐述种子研究的重要性、国内外相关研究进展和未来发展前景。     

深同源性与语言

发育制约因素下的遗传改造是"进化-发育"概念框架的中心原则。在形态改造的发育过程中,某些分子调控通路以相似的方式进行着,如与昆虫和脊椎动物眼发育密切相关的Pax6基因,对四足动物的肢体和鱼鳍发育非常重要的Hox基因,都例证了这种"深同源性"的存在。"进化-发育"理论已扩展到对行为特征进行分子生物学研究,包括语言的研究,如语言相关基因FOXP2已得到鉴定。本文综述了比较法运用于语言研究的必要性以及不同动物模型脑发育过程中FOXP2的表达研究,以期了解FOXP2是否是人类语言和动物交流系统中"深同源性"的另一案例。     

深同源性与语言

发育制约因素下的遗传改造是"进化-发育"概念框架的中心原则。在形态改造的发育过程中,某些分子调控通路以相似的方式进行着,如与昆虫和脊椎动物眼发育密切相关的Pax6基因,对四足动物的肢体和鱼鳍发育非常重要的Hox基因,都例证了这种"深同源性"的存在。"进化-发育"理论已扩展到对行为特征进行分子生物学研究,包括语言的研究,如语言相关基因FOXP2已得到鉴定。本文综述了比较法运用于语言研究的必要性以及不同动物模型脑发育过程中FOXP2的表达研究,以期了解FOXP2是否是人类语言和动物交流系统中"深同源性"的另一案例。     

航天育种喜结硕果天水8个航天蔬菜新品种通过省级鉴定

位于甘肃省天水市的中国西部航天育种基地是由天水绿鹏农业科技有限公司和中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国空间技术研究院于2001年合作建立的航天育种及试验示范基地,现有经返回式卫星、神舟飞船搭载的7大类农作物206个品系(种),有航遗1号黄瓜、航遗2号番茄、航豇系列、航辣系列共8个育成品种通过了甘肃省科技部门鉴定.     

比较生物语言学视角下的“普遍”与“变异”

尽管比较方法在语言学研究中已得到广泛运用,然而通常比较的对象(如方言、社会方言等表层的语言变异)并非真正适合阐明人类物种语言机能的生物学基础。近年来遗传学和神经生物学对语言生物基础的研究揭示了遗传水平的深层次变异,对"普遍语法"提出了质疑。以进化发育生物学为工具的比较生物语言学研究是实现"普遍语法"和深层次变异有效调和的途径。     

妊娠建立和维持的分子机制

国家重大科学研究计划项目"妊娠建立和维持的分子机制研究"实施近5年来,围绕"胚胎与母体相互作用决定妊娠结局的分子机制是什么?"这一核心科学问题,以"胚胎着床决定妊娠结局"这一全新理念为主线,在已有工作的基础上,利用多种转基因、组织特异性基因敲除小鼠模型和我国丰富的人类临床资源,集成和运用组学、遗传/表观遗传学、细胞/分子生物学等传统和新兴技术,在囊胚获得着床能力的分子基础、胚胎着床和子宫内膜—蜕膜转化的分子调节机制、胎盘发育与妊娠维持的调控、妊娠维持的免疫调节机制以及先兆子痫等妊娠疾病的发生机制等方面取得了重要进展,为我国胚胎着床和胎盘发育研究奠定了科学基础,为解决关键技术问题做出了贡献。本文对该项目的研究思路与主要研究成果做一介绍。     

从实验生物学向理论生物学迈进的重要一步

本文综述和评论了近40年来国际上众多科学家研究生物能量沿蛋白质分子传递的机理、理论及其实验验证情况。生物能量传递理论是迅速发展的非线性科学和生命科学的交叉和结晶,是生命科学中第一个从微观原子分子水平上建立起来的一个系统理论,也是分子生物学和复杂生命现象作定量描述的第一次试验,从而引起了国际科学界极大和广泛的关注。可以说,生物能量传递理论是生物学向理论生物学迈进的重要一步,它将推动生命科学从实验生物学向理论生物学发展,不但可推动包括生物学、分子生物学、生物物理学、生物信息学、生物电磁学和电磁医学等在内的生命科学的发展,而且能加快高分子物理、波谱学和现代物理仪器的发展步伐,其科学意义和应用价值很大。     

生物科学的发展趋势

现代科学发展的一个特点是相互渗透,不断在几门学科交界的边缘上生长出新的学科。回顾生物学近二、三十年的发展道路,可以看出它主要沿着三个方向发展。第一个方向,是与物理科学结合。在生命现象中,有许多看起来十分复杂甚至难以理解的事情,如果找到它的物理和化学基础,规律就较容易掌握些。遗传密码的发现,揭开了生命遗传现象的奥秘,这是物理科学向生物学渗透而建立分子生物学过程中的重大成就。这类事例是很多的。第二个方向,是与技术科学结合。首先是新技术的应用推动着生物学的发展。近年来电子显微镜、电子计算机以及光谱、波     

基因调控网络中的“信息”概念——一种基于语境论的生物学信息认识

基因调控网络中的"信息"可以通过信号框架的方式来展示。这种展示证明了在发育生物学中至少有一些"信息"是可以被谈论的。同时,这里"信息"的使用是一种意向性信息。只有在基因调控网络的语境下才能通过信号框架将遗传信息与基因在发育生物学中发挥的特定作用连接在一起。可以发现,在不同的语境下生物学信息可以被不同地使用。当然,这与它在所有语境中是否都是合理的,是一个分开的问题。对生物学信息而言,语境论的认识是一种有前途的方法。只要运用恰当,不同语境下的生物学信息使用都有可能是合法的。而这种语境论的"信息"意义的构建就实现了生物学信息的语义形成。     

系统演化本体论与信息哲学演化本体论

沃尔夫冈·霍夫基希纳提出了一套十分深远的理论。他希望建立统一的信息范式为他设想的信息大统一理论提供本体论支持,而信息大统一理论则可以成为建设全球可持续性信息社会的理论支持。遗憾的是他最终并没有统一众多信息科学学科的旧理论,无法给出一个兼容并包的信息概念。他只能做到设计出整个体系中最初的一个环节。他运用复杂性科学的研究方式尝试提出了一套复杂系统演化的本体论思想作为基础,以支撑他所提出的超学科研究计划,而他认为只有超学科研究才有望建立统一的信息范式。沃尔夫冈的复杂系统演化本体论存在很多问题,本文总结出了6点,而这些问题正是中国信息哲学演化本体论可以回答的。     

借用学科术语应慎重——从“遗传”“变异”等生物学名词被借用不当说起

一、遗传和变异是生物学领域的专用术语遗传与变异是生物界存在的普遍现象,它们之间是对立统一的关系。对人类而言,遗传保持了人类本身形态和生理特征的恒定,这样才使人类世代相继繁衍。而在一定条件下,变异使物种的特性有所改变,使之能够不断发展和进化。据《现代汉语词典》(第5版)解释：遗传指生物体的构造和生理机能等由上代传给下代。变异指同种生物世代之间或同代生物不同个体之间在形态特征、生理特征等方面表现出差异。据《辞海·生物学分册》解释：遗传指亲代的性状又在下代表现的现象。但在遗传学上,遗传指遗传物质由上代传给后代的现象。变异指同种生物世代之间或同代不同个体之间的性状差异,有遗传的变异和不遗传的变异之分。由此可见,两本经典辞书对“遗传”和“变异”两词的解释在字面上虽略有不同,但都明确将其限定于对在生物界的生物体内发生的上下代性状的继承和变化现象的表述,二者都是生物学领域的专用术语。“遗传”用于表述亲代性状通过基因传给后代的现象,并且这种性状中的“状”可以由于遗传分为显性和隐性而可以表现和不表现出来;“变异”用于概括亲代与后代之间由于基因突变和染色体畸变引起的不定变异及由环境条件直接引起的定向变异。也就是说,“遗传”和“变异”两词语都有很严格的内涵和外延,研究它们离不开“生物”“物种”、“繁殖”与“代”的概念,“遗传”并不简单指事物之间的继承性或承接性,“变异”也并不简单指事物的变化性或创新性。如果借用这两个概念表述其他事物的特征,被表述的事物的特征至少应具有与“遗传”和“变异”的本意有相同或极其相近、相似的地方。基于这样一种认识,笔者认为,不久前国内某刊刊登的《科技期刊编辑系统的遗传与变异性》一文,将期刊编辑系统中那些具有继承或承接性因素的特征概括为其具有遗传性,将那些具有变化或不断更新性因素的特征概括为其具有变异性是不妥当的。理由主要有三点。第一,不同学科的理论都有属于自己学科领域的专用术语,该学科的理论研究同样具有属于自己学科理论研究的术语。借用相关学科的某些术语有时能起到形象地表达某些思想或理论的作用,但借用的前提是借用与被借用者在本质上应该具有严格的内在的相似性。而生物学研究与编辑学研究实在是太不相关了。从各自所属学科看,一个属于自然科学,一个属于社会科学;从支配二者发展的力量看,一个受自然界优胜劣汰的进化论规律支配,其发展是完全不以人的意志为转移的,一个要受到国家制度、社会体制、占主导地位的社会意识形态、执政者意志等多重因素的影响。从各自研究对象的本质看,笔者认为二者更是没有共同的东西。如果只是因为编辑系统的诸因素具有继承性或承接性就说其具有遗传性,只是因为编辑系统的诸因素具有变化性或创新性就说其具有变异性,那么由于世界上几乎所有的事物都是发展的,并且这种发展都是在各自原有的基础上发展变化而来的,那岂不是所有事物之间都具有遗传和变异的关系吗？也就像作者所说的：“这种遗传和变异想象不仅存在于生物体中,在自然界中,在我们的工作和生活中都是普遍存在的。”按照这个逻辑,继承的同义词不仅有承接、接受,还应该有遗传;变化的同义词不仅有改变、变更、变动、变革,还应该有变异了。显然,事实不是这样的。第二,从继承与遗传二词各自内涵看,继承泛指把前人的作风、知识、文化等接受过来或把前人的事业接着做下去,继承性则是指具有继承、承接的性质。遗传特指生物界中亲代的性状又在下代表现的现象或生物体的构造和生理机能由上代传给下代这样一种事实。从继承与遗传二词各自所对应的概念的外延看,继承的外延远大于遗传,“继承”常可以代替“遗传”使用,例如：“他遗传(继承)了他父母亲外貌和性格上的全部优点。”这在英文中表现得极其明显：继承与遗传的英文单词都是inherit。但在汉语使用习惯中,很多地方“遗传”是不能代替“继承”的,例如：“这是一种遗传病”,就不能说“这是一种继承病”。这就如同可以说“苹果是水果”而不能说“水果是苹果”一样。变化与变异也是一样,能用“变化”这个词的地方不是都可以用“变异”代替的。第三,谈遗传(性)与变异(性)就要有明确的亲代与后代或说上代与下代所指。说到办刊宗旨、编辑理念、期刊风格等有遗传(性)与变异(性),若说最初创刊时制定的办刊宗旨过一段时间或一个时期要修订,最初制定的办刊宗旨与修订的办刊宗旨就该是上代与下代的关系,这两“代”还算有个界限;那么要说编辑理念、期刊风格、编辑知识结构等这些没有很具体的物理对象的事物有遗传(性)与变异(性),那么他们的“代”从哪里划分呢？一期期出版的刊物前一期都是后一期的上代吗？没有明确的上下代所指,遗传(性)与变异(性)就无从谈起。如果说一期期出版的刊物前一期就是后一期的上代,那么每期的内容也属于编辑系统诸多因素之一。既然期期内容不相同,那岂不是变异(性)大于遗传(性),物种早就改变了？所以笔者认为,借用生物界的遗传(性)与变异(性)阐述科技编辑系统中诸因素发展过程中表现出的继承性与创新性的关系是不恰当的。二、学科理论研究中应慎重借用其他学科术语借用生物界的遗传(性)与变异(性)阐述科技编辑系统中诸因素发展过程中表现出的继承性与创新性的关系不恰当,并不意味着笔者反对学科理论及其对该理论系统的研究中借用其他学科术语命名某些新概念、新理论。例如,现代有关智能计算中的一种关键技术——遗传算法(Genetic Algorithms,GAs)的命名就借用了生物界特有的现象——“遗传”这一术语。遗传算法是受生物进化学说和遗传学说启发而发展起来的基于适者生存思想的一种较通用的问题求解方法,是基于自然选择和自然遗传机制的搜索算法,是一种有效的解决最优化问题的方法。遗传算法最早是由美国Michigan大学的John Holland和他的同事及学生于1975年首先提出,由于它的核心特征类似于“适者生存”这一自然界演化的基本法则,因此被命名为“遗传算法”。作为一种随机优化技术,它在解优化难题中显示了优于传统优化算法的性能。目前,它已经成为计算研究的一个重要分支。“遗传算法”这个命名不仅很好地体现了其与传统优化算法的区别,表现了这一新算法的本质特征,而且也不会引起与生物学中的“遗传”概念发生什么混淆,不感到有任何牵强。再如,神经元网络(nerual net)指由生物体的大量神经元互连而成的网络。人脑大约有1000亿个神经元,每个神经元平均与10000个其他神经元互连,这构成了人类智慧的直接物质基础。人工神经元网络属于人工智能理论和技术的一种算法,因与生物体的大量神经元互连而成的网络有相似的地方而得名。这种形象的命名可以很好地帮助人们了解这种算法的主要特征,也不会引起人们的误解。所以,“引进”其他学科的术语充实某一学科的理论是一件好事情,但关键在于要引进得当、恰到好处。     

给消化道发育画个像

正我国科学家首次系统揭示人类消化道发育细胞图谱。我国科学家日前在学术期刊《自然—细胞生物学》在线发表论文,首次从单细胞分辨率和全转录组水平,全面、系统、深入地阐明了食道、胃、小肠和大肠这4种器官在人类胚胎发育过程中的基因表达图谱及其信号调控机制,揭示了这4种器官不同细胞类型之间的精准发育路径和基因表达特征,并详细解析了大肠从胎儿到成人的发育、成熟路径和关键生物学特征。