定向进化:驾驭进化的力量

<正>在生命数十亿年的发展历程中,进化起到了至关重要的作用。进化是一种伟大的自然力量,因此科学家希望在实验室里模仿生命的进化方法,实现生物大分子(主要是蛋白质)的快速进化。这种掌控生物分子进化的方法,被称为"定向进化"。美国科学家弗朗西丝·阿诺德、乔治·史     

光在植物组织培养中的调控作用

光是地球上一切生命的能量来源,它是世界上一切生物赖以生存的环境中最重要的因素之一.生命的起源和进化离不开光,生物结构和功能也受到光的强烈影响.珊已发现,植物正常的发育过程,是一个光形态建成的过程、一个需光调控的过程.从种子萌发、幼苗生长、叶片展开和叶绿体发育一直到开花、衰老和对光环境的各种适应,都离不开光参与调节.随着研究工作的深入,导致产生了“光生物学”.它是一门正在发展的生气勃勃的学科,美国等正从“光形态建成”等十四个领域展开着深入的研究.在农业生态上,不同波长的彩色光已被作为一项新的技术措施,取     

关于分子进化理论

本文阐述了现代分子生物学的成就对综合进化论的发展。生物分子顺序的分析,可以重建物种之间的亲缘关系。遗传密码的发现,证实了所有物种基本的生命机制的统一性。所有物种和个体的遗传和形态发生,都可归诸于基因组的信息。基因组的信息也是自然选择得以作用的唯一信息。核酸遗传信息向蛋白质传递的顺序的不可逆性,证明了“获得性状”是不可能的。分子生物学表明,生命体具有一种结构和机制以保证一模一样地复制自身结构以及复制在这个结构中发生的突变类型。由此可见,生命的特权是保守,进化不是生物的一个规律。有三类与选择进化论格格不入的理论:一是认为物理规律不能说明生命的存在和进化的活力论;二是认为进化不仅是生物的规律,而且是整个宇宙向上渐进的规律的泛灵论;三是以某些热力学家为代表的、主张地球上生命的出现和进化的必然性的泛灵论。如果接受选择的进化论,必须认为生命在地球上的出现,任何物种以及人类、社会的存在,都是在整个宇宙中只发生一次的事件,是完全不可预言的。     

走近诺贝尔奖(十八) 试管里的定向进化

正在生命数十亿年的漫长发展历程中,进化起到了至关重要的作用。能否在实验室里加快进化的速度?答案是肯定的。相关科学发现获得了2018年诺贝尔化学奖。进化是一种伟大的自然力量,科学家则希望在实验室里模仿生命的进化方法,实现生物大分子(主要是蛋白质)的快速进化。这种掌控生物分子进化的方法,被称为"定向进化",也有科学家戏称     

系统生物学家最终能得到完全一致的生命之树吗?

自达尔文提出生命之树的概念以来,该领域的研究不仅帮助人们了解了生物的起源和类群间的亲缘关系,还极大地推动了生命科学相关学科的发展.然而,随着生命之树重建中越来越多冲突的发现,人们对生命之树的可靠性及其在其他学科中的应用产生了质疑.本文简要介绍了生命之树的概念及其发展历史.综述了由于(ⅰ)物种的绝灭和人类认知局限性导致的取样缺乏;(ⅱ)生物进化过程中存在的杂交/渐渗、不完全谱系分选、基因重复和丢失、基因水平转移等事件;(ⅲ)建树方法不能真实地模拟生物的进化过程等原因,不可能获得完全一致的生命之树.最后,展望了生命之树广阔的发展和应用前景,指出尽管现实中很难得到唯一的生命之树,但这并不影响生命之树强劲的生命力及其与其他学科的交叉整合.     

生物进化史上的十件大事

从生命起源到人类出现,生物的漫长历史过程中曾经有过多次重大创新,表现为进化的巨大突破。最初的生命应是非细胞形态的生命,从非细胞到细胞形态,就是一次巨大突破;没有这个突破,进化便会停留在非细胞水平,徘徊不前。同样地,从原核到真核细胞,从无性到有性生殖,从单细胞到多细胞体型等等,都是生物从低级到高级发展过程中的关键性突破,是历史上的划时代大事。     

记忆塑造人生

记忆是大自然的奇迹大约5.3亿年前,地球上的生命突然地变得丰富起来,一些肉眼看得见的生物体大量地出现了,它们迅速进化,其形态也变得越来越复杂,这就是生物史学家们所称的寒武纪生命大爆炸(Cambrian explosion)。大约就是在那个时候,生命体进化出了最早的神经细胞,生命渐渐学会了用神经系统探索世界,感知环境和储存信息,大自然就这样有了记忆。接下来的几亿年,生存竞争不断地驱动大脑的发展,动物王国中的"记忆明星"层出不穷。回游鱼能记住     

探索木卫二生命之谜

未来的各种探测结果将有可能证明,地球生物毕竟不是太阳系内独一无二的生命。即使如此,木卫二上的生命也只能是海洋生物,它们无论怎样进化,都达不到地球人类这样的智慧高度。     

生命定律

<正>尽管生物具有惊人的多样性,但是生命的形式和过程受到普遍原理的限制,普遍原理在大小尺度上发挥作用。宇宙中是否存在另外一种进化实验?这样的进化实验看起来会是怎样的?在查尔斯·达尔文时代,或许这些问题都是猜测,但是达尔文从未考虑过这些问题。一旦生命出现在地球上,会在全球范围内迅速繁殖,呈现出各种引人瞩目的形式,造成了非同寻常的变化,这些形式和变化跟生物圈和岩石圈     

“螺旋式”生物地史分布表

地球上生命的起源和生物进化的整个历史,都是在地质时期进行的。我们将地球历史过程中生物发展进化的状况,概括地描绘在由老到新的地质年代表里,就是我们常说     

生物适应进化及其分子机制

本文以分子生物学成就为依据，从生命遗传的物质基础和生命存在的环境基础及其相互作用的关系进行论证，提出了生物适应进化学说以及生物适应进化的分子机制，这一理论指出生物对其环境的适应是进化的主要原因，而环境因素（负熵流）是生物进化的主要动力。自然选择和人工选择分别是对进化树的自然疏枝和人工修剪。     

关子Eigen进化方程的注记

Eigen认为在生命起源的化学进化阶段和生物学进化阶段之间有一个生物大分子的自组织阶段。他提出一组唯象方程来描述这个过程中分子的选择和进化:     

奥陶纪物种大爆发之谜

5亿年前,地球生命进化进入一个繁荣昌盛的时期,在几百万年内,曾经空荡荡的海洋突然间充满了许多新的生命形式,许多生物纷纷出现在地球海洋的舞台上。这就是化石纪录中揭示的第一次物种大爆发事件——寒武纪物种大爆发。但是,科学家如今发现,寒武纪物种大爆发虽然极为壮观,却在开始后没多久就中止了。那么,是什么力量推动地球生命继续进化的呢?     

元古代与生命进化——从生态学和进化角度探索环境与生命的关系

元古代（距今25亿年前至距今5.45亿年前）是地球和生命进化历程中一个非常重要的时期。元古代也是古生代寒武纪（距今5.45亿年前至距今5.2亿年前）的前夕。距今38亿年前地球最早生命诞生以来,至元古代早期第一个真核细胞开始出现;从无性分裂或出芽繁殖的原核生物到有性繁殖的真核单细胞生物以及从单细胞的原生动物到真核多细胞的后生动物的进化,无疑是生命进化过程中非常重要的事件。古生代寒武纪发生了震惊生物界,并且在全世界产生了意义深远的生命大爆发。因此,元古代的环境与生命进化具有承前启后的重要意义。     

最伟大的自然历程

科学家一直都在思考:这35亿年间到底经历了怎样的漫长历程,才将地球上最早出现的原始微生物与现在的能够创造出泰姬陵、撰写出《傲慢与偏见》的高智商生物——人类区别开来?实际上,这两种生物之间的进化故事是一部经历着尝试—失败—再尝试过程的进化史诗。1859年,查尔斯·达尔文的《物种起源》问世。在这一里程碑式的著作中,达尔文解释道:物种不会永远地固定在一种模式中,生命就是不断变化的产物。在漫长的进化之路上,遗传基因随机变化,并逐渐经     

现代的“蛋”、“鸡”之争——关于原基因说和原细胞说若干问题的讨论

前生物形成的大分子如何相互作用并自动组织起来?最初的生命体系或原始细胞如何借此发生并进一步进化?生物信息大分子DNA和酶是如何起源的?长期以来,围绕这些问题各种假说(主要是原基因说和原细胞说)展开了讨论,意见分歧(详见表1)。尽管如此,各假说都以自己的实验和观点促进了对这些问题的理解不断深入,并对生命起源或细胞的化学起     

评统一进化理论──与陈继明先生商榷

从生物进化的角度出发，对陈继明先生的统一进化理论进行了评述．该理论从嫡增原理出发，试图用微观粒子的运动规律将物理进化、生物进化和人类的发展统一起来．但在将微观粒子多样性理论应用于其他系统时，忽略了包括生物系统在内的各系统本身的结构与运动特性；在把生命及其支持系统抽象为微观粒子时，又忽略了系统内部各组分之间和系统与外部环境之间的相互作用．根据其理论，动力学选择将导致系统进化速率随时间推移而增加．但是，这些与自然界中存在的进化事实不相符合．生物界和人类社会是复杂多样的，其进化不能简单地等同于物理系统的进化；生物多样性不是生物进化的动力和原因，而是进化的结果．此外，阐述了现代综合进化论的基本原理，指出了其他学科的理论与方法在运用于生物和人类进化领域时应注意的问题．     

论原始生命潜在形态的辩证性

一般来讲,生命的起源经历了三个阶段:一是潜在阶段,此时,原始的物质、能量处于开放性状态;二是自组织阶段,即原始物质、能量的开放系统从无序向有序的演化阶段;三是生命本质特性显现阶段,即出现生命现象(其后便是生物的进化).此三个阶段形成了一相对完整的辩证发展过程,即从开放性到自组织性,统一于过程性之中.开放性是生命过程直接的、抽象的阶段,具有自然的外在性,体现了生命现象存在的客观性.自组织性是生命     

基因改良与基因革命

基因革命是相对于生物包括人的自然基因进化而盲的。如果说人类和动植物经过千百万年在自然进化过程中形成的各种基因是一种基因改良的结果的话,那么通过现在的基因知识对基因做去除、修补、修饰、增减等等就是一种基因的革命。因为这一过程相对于人和生物的自然进化而言,是极其迅速而强烈的,也可以说是突发的。例如,华裔科学家钱卓改变老鼠体内的一个基因而使得变革了基因的老鼠变得比正常老鼠聪明一些,这一过程经过了     

细胞核和其他细胞器遗传系统间的关系

目前在许多生物科学的领域中都涉及到遗传方面的问题,谈到了基因的作用,这是很自然的。在有机体中构成它自身组成部分的物质的分解和合成以及在这些过程中包含的能量形成和转移,还有生物信息的调节和控制,这三者是生命活动的主要内容。但生命决不限于这些,生命的特征是适应和进化,因此离开了环境条件,离开了突变和自然选择就谈不到生物。如果我们认为在生命形成的过程中,由最原始的多核甙酸含有最基本的对生命活动所必需的蛋白质