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1、生物复杂性之迷高亮刘志强殷鸣苏士钊北京大学化学与分子工程学院关键词：复杂性物种个体差异细胞器演化中性理论摘要：本文通过讨论生物宏观到微观的四个不同部分：群体、个体、细胞、分子的演化过程，从四个不同层面解释生命为什么趋于复杂多样。本文以生物进化理论来解释生物复杂性的现象，并由此引出分子进化的中性理论来阐述生物复杂性的本质原因。引言：生物复杂性，即生物多样性，对于这一点我们并不陌生，大到物种之间，小到个体之间，我们用肉眼就可以发现它们的不同。但为什么生物会有如此的复杂性？我们将分物种，个体，细胞，分子四方面由浅入深来逐步探索这个问题。1.
2、物种多样——复杂性的宏观表现物种是形态上类似的,彼此能够交配的,要求类似环境的生物个体的总和.物种内的个体之间可进行有性生殖,而不同物种之间存在着生殖隔离.直观上,整个生物界是既连续的又不连续的.从最简单的单细胞生命到复杂的高等动植物,不同物种之间都或多或少相似.例如绝大多数生物有大体相似的细胞结构,相同的遗传密码,相似的代谢途径,这证明它们之间存在着或近或远的亲缘关系.但另一方面,绝大多数物种在直观上是可以识别区分的.即使是儿童,也不会混淆人与猿,马与驴,狐与狼,稻与麦.这说明大多数物种之间有明显的形态上的不连续性.种间存在着不同形
3、式的生殖隔离,这说明在自然界中物种是真实的存在,生物界表现出某种不连续性和多样性.隔离在物种形成中起着重要作用.隔离主要是指地理上的隔离,但是地理上的隔离可以逐渐演变成更重要的生殖隔离.地理隔离是十分普遍的,因此在进化上起着重要的作用.地理隔离影响选择,选择使地理隔离所造成的各种群增多差异,而差异逐渐积累就出现了生殖隔离,而一旦出现了生殖隔离,种群之间就没有基因交流,新的物种也就随之产生了.先有地理隔离，再有生殖隔离，这种形成新种的方式称为异地物种。这可能是生物进化中最重要的一种形成新种的方式。但有时没有地理隔离也能产生新物种，此种方
4、式称为同地物种形成，这是比较罕见的方式。一个种群在同一环境中生活，如果这个种群发生了突变，而突变个体又能适应原来野生种不能适应或不甚适应的条件。最初它们是可以和原物种杂交的，但是不杂交对两者的生存更有利，因而自然选择的结果是保留了互不杂交的个体，而淘汰了能杂交的个体，这样二个物种就生成了。物种的多样性是生物对环境异质性的应答，所谓异质性是指生物生存的环境在空间上是不连续，不均一的。环境随时间的变化导致生物的适应进化，环境在空间上的异质性导致生物的性状差异，差异的结果是不同物种的形成。不同的物种适应不同的局部环境。万能适应的生物是不存在
5、的。物种的多样性是生物对环境的异质性的适应对策。物种的多样性抵消了有性生殖带来的遗传不稳定性。真核生物的有性生殖带来的巨大利益是增大了变异量，有利于进化，同时也带来不利的影响，即个体基因型在有性生殖情况下不能稳定地传递给后代。物种和种间的生殖隔离的存在能保持种群相对稳定的基因库。拥有种间的生殖隔离就能通过进化获得新的适应，拥有种间的生殖隔离就能使已获得的适应杂交得以保存。物种的多样性使生物既保持遗传的相对稳定，又使进化不断进行。物种成为进化的基础。以上两点都说明生物的多样性有利于生物的进化。2.个体差异性：生物复杂性的一个重要方面。何
6、为生物的个体差异性？即同一物种甚至同一种群的不同个体之间的差异。打一个十分简单的比方，人有高低胖瘦之分，面部特征也不尽相同，就算是双生子，也会有微小的差异。用一个哲学上的命题来说就是：世界上没有两片相同的树叶。那么。生物的个体差异性又是如何产生的呢？遗传与变异是解释生物个体差异性的有力武器，遗传是其中最重要的因素。就拿有性生殖的物种来说（因为生物的个体差异性在它们身上体现得更明显），人们不禁会问：为何亲代与子代会有差异？为何子代之间也会有差异？这是由于在有性生殖产生生殖细胞的减数分裂过程中，基因发生了重组，即非同源染色体之间的自由组合
7、。如父本的基因型为AaBbCcDd,则产生的生殖细胞的基因型有2^4=16种。若同时母本的基因型为aaBbccDD，那么在默认每一个基因只有一个等位基因且不同基因位于不同染色体上的条件下，子代与父1本的基因型相同的概率为。这看起来很大，但事实上基因个数远比此例中的4个要多得多，8AB等位基因也常常不止一个（如人的血型基因就有I、I、i三种），在基因重组时还可能发生染色体部分交换，加之父母本的基因型相差较多（避免近亲结合的原则），所以实际上算得的概率值比1/8要小的多得多。再加上环境因素的影响，使得基因型完全相同的两生物体在表现型上也可
8、能会有较大差距。以上这些就可以很好的解释子代与亲代之间的差异。对于子代间的差异也完全可以用相同的方法解释。另外一个很重要的因素就是变异。变异不像前面所讲的遗传只能在有性生殖时发生，它可能在任何时刻，任何阶段发生。变异的方
