群体遗传学基础范文
时间：2023-11-14 17:36:38
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篇1
【关键词】： 植物分子；群体；遗传学；研究
中图分类号：Q37 文献标识码：E文章编号：1006-0510(2008)09091-04
分子群体遗传学是在经典群体遗传的基础上发展起来的，它利用大分子主要是DNA序列的变异式样来研究群体的遗传结构及引起群体遗传变化的因素与群体遗传结构的关系，从而使得遗传学家能够从数量上精确地推知群体的进化演变，不仅克服了经典的群体遗传学通常只能研究群体遗传结构短期变化的局限性，而且可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时，对群体中分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以"自然选择"为核心的进化学说。到目前为止，分子群体遗传学已经取得长足的发展，阐明了许多重要的科学问题，如一些重要农作物的DNA多态性式样、连锁不平衡水平及其影响因素、种群的变迁历史、基因进化的遗传学动力等，更为重要的是，在分子群体遗传学基础上建立起来的新兴的学科如分子系统地理学等也得到了迅速的发展。文中综述了植物分子群体遗传研究的内容及最新成果。
1. 理论分子群体遗传学的发展简史
经典群体遗传学最早起源于英国数学家哈迪和德国医学家温伯格于1908年提出的遗传平衡定律。以后，英国数学家费希尔、遗传学家霍尔丹(Haldane JBS)和美国遗传学家赖特(Wright S)等建立了群体遗传学的数学基础及相关计算方法，从而初步形成了群体遗传学理论体系，群体遗传学也逐步发展成为一门独立的学科。群体遗传学是研究生物群体的遗传结构和遗传结构变化规律的科学，它应用数学和统计学的原理和方法研究生物群体中基因频率和基因型频率的变化，以及影响这些变化的环境选择效应、遗传突变作用、迁移及遗传漂变等因素与遗传结构的关系，由此来探讨生物进化的机制并为育种工作提供理论基础。从某种意义上来说， 生物进化就是群体遗传结构持续变化和演变的过程， 因此群体遗传学理论在生物进化机制特别是种内进化机制的研究中有着重要作用。
在20世纪60年代以前， 群体遗传学主要还只涉及到群体遗传结构短期的变化，这是由于人们的寿命与进化时间相比极为短暂，以至于没有办法探测经过长期进化后群体遗传的遗传变化或者基因的进化变异，只好简单地用短期变化的延续来推测长期进化的过程。而利用大分子序列特别是DNA序列变异来进行群体遗传学研究后，人们可以从数量上精确地推知群体的进化演变， 并可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时， 对生物群体中同源大分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以"自然选择"为核心的生物进化学说。20世纪60年代末、70年代初，Kimura、King和Jukes相继提出了中性突变的随机漂变学说: 认为多数大分子的进化变异是选择性中性突变随机固定的结果。此后，分子进化的中性学说得到进一步完善，如Ohno关于复制在进化中的作用假说: 认为进化的发生主要是重复基因获得了新的功能，自然选择只不过是保持基因原有功能的机制；最近Britten甚至推断几乎所有的人类基因都来自于古老的复制事件。尽管中性学说也存在理论和实验方法的缺陷， 但是它为分子进化的非中性检测提供了必要的理论基础。目前， "选择学说"和"中性进化学说"仍然是分子群体遗传学界讨论的焦点。
1971年，Kimura最先明确地提出了分子群体遗传学这一新的学说。其后， Nei从理论上对分子群体遗传学进行了比较系统的阐述。1975年， Watterson估算了基于替代模型下的DNA多态性的参数Theta(θ)值和期望方差。1982年， 英国数学家Kingman构建了"溯祖"原理的基本框架， 从而使得以少量的样本来代表整个群体进行群体遗传结构的研究成为可能， 并可以进一步推断影响遗传结构形成的各种演化因素。溯祖原理的"回溯"分析使得对群体进化历史的推测更加合理和可信。1983年， Tajima推导了核甘酸多样度参数Pi(π)的数学期望值和方差值。此后， 随着中性平衡的相关测验方法等的相继提出， 分子群体遗传学的理论及分析方法日趋完善。
近20年来， 在分子群体遗传学的基础上， 又衍生出一些新兴学科分支， 如分子系统地理学(molecular phylogeography)等。系统地理学的概念于1987年由Avise提出， 其强调的是一个物种的基因系谱当前地理分布方式的历史成因， 同时对物种扩散、迁移等微进化历史等进行有效的推测。
2. 实验植物分子群体遗传研究内容及进展
基于DNA序列变异检测手段的实验分子群体遗传学研究始于1983年， 以Kreitman发表的"黑腹果蝇的乙醇脱氢酶基因位点的核苷酸多态性"一文为标志。以植物为研究对象的实验分子群体遗传学论文最早发表于20世纪90年代初期， 但是由于当时DNA测序费用昂贵等原因， 植物分子群体遗传学最初发展比较缓慢， 随着DNA测序逐渐成为实验室常规的实验技术之一以及基于溯祖理论的各种计算机软件分析程序的开发和应用， 实验分子群体遗传学近10年来得到了迅速的发展， 相关研究论文逐年增多， 研究的植物对象主要集中在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)及重要的农作物如玉米(Zea mays L.)、大麦(Hordeum vulgare L.)， 水稻(Orazy sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor L.)、向日葵(Helianthus annuus L.)等上。其研究内容涵盖了群体遗传结构(同源DNA分化式样)、各种进化力量如突变， 重组， 连锁不平衡、选择等对遗传结构的影响、群体内基因进化方式(中性或者适应性进化)、群体间的遗传分化及基因流等。同时， 通过对栽培物种与野生祖先种或野生近缘种的DNA多态性比较研究， 分子群体遗传学在研究作物驯化的遗传学原因及结果等也取得了重要的进展， 如作物驯化的遗传瓶颈， 人工选择对"驯化基因"核苷酸多态性的选择性清除(selective sweep)作用等等。
2.1 植物基因或基因组DNA多态性
分子群体遗传学的研究基础是DNA序列变异。同源DNA序列的遗传分化程度是衡量群体遗传结构的主要指标， 其分化式样则是理解群体遗传结构产生和维持的进化内在驱动力诸如遗传突变、重组、基因转换的前提。随着DNA测序越来越快捷便利及分子生物学技术的飞速发展， 越来越多的全基因组序列或者基因序列的测序结果被发表， 基因在物种或群体中的DNA多态性式样也越来越多地被阐明。
植物中， 对拟南芥和玉米基因组的DNA多态性的调查最为系统， 研究报道也较多。例如， Nordborg等对96个样本组成的拟南芥群体中的876个同源基因片段(0.48 Mbp)的序列单核苷酸多态性进行了调查， 共检测到17 000多个SNP， 大约平均每30 bp就存在1个SNP位点。而Schmid等的研究结果显示: 拟南芥基因组核甘酸多态性平均为0.007( W)。Tenaillon等对22个玉米植株的1号染色体上21个基因共14 420 bp序列的分析结果显示玉米具有较高的DNA多态性(1SNP/27.6 bp、 =0.0096)。Ching等研究显示: 36份玉米优系的18个基因位点的非编码区平均核苷酸多态性为1SNP/31 bp， 编码区平均为1SNP/124 bp， 位点缺矢和插入则主要出现在非编码区。此外， 其他物种如向日葵、马铃薯(Solanum tuberosum)、高粱、火矩松(Pinus taeda L.)、花旗松(Douglas fir)等中部分基因位点的DNA多态性也得到调查， 结果表明不同的物种的DNA多态性存在较大的差异。
繁育方式是显著影响植物基因组的DNA多态性重要因素之一。通常来说， 自交物种往往比异交物种的遗传多态性低， 这已经被一些亲缘关系相近但繁育方式不同的物种如Lycopersicon属植物和Leavenworthia属植物的种间比较研究所证实。但是在拟南芥属中则不然， Savolainen等比较了不同繁育方式的两个近缘种Arabidopsis thaliana(自交种)和Arabidopsis lyrata(异交种)的乙醇脱氢酶基因(Alcohol Dehydrogenase)的核苷酸多态性， 结果发现A. thaliana的核苷酸多态性参数Pi值为0.0069， 远高于A. lyrata的核苷酸多态性(Pi=0.0038)。
2.2 连锁不平衡
不同位点的等位基因在遗传上不总是独立的， 其连锁不平衡程度在构建遗传图谱进行分子育种及图位克隆等方面具有重要的参考价值。Rafalski和Morgante等在比较玉米和人类群体的连锁不平衡和重组的异同时对连锁不平衡的影响因素做了全面的阐述， 这些因素包括繁育系统、重组率、群体遗传隔离、居群亚结构、选择作用、群体大小、遗传突变率、基因组重排以及其他随机因素等。物种的繁育系统对连锁不平衡程度具有决定性的影响， 通常来说， 自交物种的连锁不平衡水平较高， 而异交物种的连锁不平衡水平相对较低。但是也有例外， 如野生大麦属于自交物种， 然而它的连锁不平衡水平极低。
拟南芥是典型的自交植物， 研究表明: 拟南芥组基因大多数位点的连锁不平衡存在于15～25 kb左右的基因组距离内， 但是在特定位点如控制开花时间的基因及邻接区域， 连锁不平衡达到250 kb的距离。拟南芥基因组高度变异区段同样具有较强的连锁不平衡。这些研究结果说明拟南芥非常适合构建连锁图谱， 因为用少量的样本就可以组成一个有效的作图群体。除拟南芥外， 其它自交物种大多表现出较高的连锁不平衡水平， 如大豆的连锁不平衡大于50 kb； 栽培高粱的连锁不平衡大于15 kb； 水稻的Xa位点连锁不平衡可以达到100 kb以上。
与大多数自交物种相比， 异交物种的连锁不平衡程度则要低得多。例如， 玉米的1号染色体的体连锁不平衡衰退十分迅速，大约200 bp距离就变得十分微弱， 但是在特定的玉米群体如遗传狭窄的群体或者特定基因位点如受到人工选择的位点， 连锁不平衡水平会有所增强。野生向日葵中， 连锁不平衡超过200 bp的距离就很难检测到(r=0.10)， 而栽培向日葵群体连锁不平衡程度则可能够达到约1 100 bp的距离(r=0.10)。马铃薯的连锁不平衡在短距离内下降迅速(1 kb降到r2=0.2左右)， 但在1Kb以外下降却十分缓慢(10 cM降到r2=0.1)。此外， 异交繁育类型的森林树种如火矩松、花旗松等同样显示出低水平的连锁不平衡。
2.3 基因组重组对DNA多态性的影响
基因组的遗传重组是指二倍体或者多倍体植物或者动物减数分裂时发生的同源染色体之间的交换或者转换。它通过打破遗传连锁而影响群体的DNA多态性式样， 其在基因组具点发生的概率与该位点的结构有很大的关系， 基因组上往往存在重组热点区域， 如玉米的bronze(bz)位点， 其重组率高于基因组平均水平100倍以上； 并且重组主要发生在染色体上的基因区域， 而不是基因间隔区。同时， 在基因密度高的染色体区段比基因密度低的染色体区段发生重组的频率也要高得多； 在不同的物种中， 基因组重组率平均水平也有很大的差异。如大麦群体基因组的重组率为 =7～8×10-3，高于拟南芥( =2×10-4)40倍， 但只有玉米( =12～14×10-3)的一半左右。
目前有很多关于重组和DNA多态性之间的相关关系的研究， 但是没有得到一致的结论。部分研究显示重组对DNA多态性具有较强的影响。如Tenaillon等研究显示玉米1号染色体的DNA多态性高低与重组率具有较高的相关性(r=0.65， P=0.007)， 野生玉米群体、大麦及野生番茄也都存在同样的现象。而在拟南芥中， 重组对DNA多态性的贡献率就非常低。Schmid等用大量的基因位点对拟南芥群体的核苷酸多态性进行调查后发现: 重组率与核苷酸多态性相关关系不显著； Wright等调查了拟南芥1号和2号染色体的6个自然群体序列变异式样， 结果显示， 在着丝粒附近重组被抑制的染色体区域， 核苷酸多态性并没有随之降低。说明了拟南芥基因组的重组率与DNA多态性并没有必然的相关关系。Baudry等对番茄属内5个种进行了比较研究， 结果也显示重组对种群间的DNA多态性的影响也不明显。
2.4 基因进化方式(中性进化或适应性进化)
分子群体遗传学有两种关于分子进化的观点: 一种是新达尔文主义的自然选择学说， 认为在适应性进化过程中， 自然选择在分子进化起重要作用， 突变起着次要的作用。新达尔文主义的主要观点包括: 任何自然群体中经常均存在足够的遗传变异， 以对付任何选择压力； 就功能来说， 突变是随机的； 进化几乎完全取决于环境变化和自然选择； 一个自然群体的遗传结构往往对它生存的环境处于或者接近于最适合状态； 在环境没有发生改变的情况下， 新突变均是有害的。另一种是日本学者Kimura为代表的中性学说， 认为在分子水平上， 种内的遗传变异(蛋白质或者DNA序列多态性)为选择中性或者近中性， 种内的遗传结构通过注入突变和随机漂变之间的平衡来维持， 生物的进化则是通过选择性突变的随机固定(有限群体的随机样本漂移)来实现， 即认为遗传漂变是进化的主要原因， 选择不占主导地位。这两种学说， 在实验植物分子群体遗传学的研究中都能得到一定的支持。
对植物基因在种内进化方式的研究主要集中在拟南芥菜、玉米、大麦等农作物及少数森林树种。Wright和Gaut对2005以前发表的相关文章进行详细的统计， 结果显示: 拟南芥中大约有30%的基因表现为适应性进化； 玉米中大约有24%的基因表现为非中性进化； 大麦的9个基因中， 有4个受到了选择作用的影响。
选择作用主要包括正向选择、平衡选择、背景选择及稳定选择， 它们单独或者联合对特定基因的进化方式产生影响。如花旗松中的控制木材质量和冷硬性状的基因、火炬松的耐旱基因、欧洲山杨(European aspen)的食草动物诱导的蛋白酶抑制基因(Herbivore-induced Protease Inhibitor)等， 经检测在各自的群体受到了正向选择、平衡选择、背景选择单独或者多重影响。植物抗性基因(R基因)是研究得比较深入的一类基因， 大部分研究结果显示抗性基因具有高度的多态性， 并经受了复杂的选择作用。Liu和Burke对栽培大麦和野生大麦群体中9个基因在调查显示其中的8个基因受到稳定选择。Simko等对47份马铃薯66个基因位点调查表明， 大部分基因位点在马铃薯群体进化过程中受到了直接选择或者分化选择作用。以上对不同物种的不同基因位点的研究都强调了分子进化的非中性的结果， 这说明选择在基因的进化过程中具有非常重要的作用； 另一方面， 中性进化的结果报道较少， 或被有意或者无意地忽略， 事实上即使在强调选择作用的研究文献中， 仍然有相当一部分基因表现为中性进化， 说明在种内微观进化的过程中， 选择作用和中性漂变作用可能单独或者联合影响了物种内不同的基因位点， 共同促进了物种的进化。
2.5 群体遗传分化
分子群体遗传学一个重要的研究内容是阐明物种不同群体之间甚至不同物种群体之间(通常近缘种， 如栽培种及其近缘种或祖先野生种)遗传结构的差异即遗传分化， 并推测形成这种差异的原因， 从而使人能够更好地理解种群动态。
篇2
进入21世纪后，遗传学知识得到了一定程度的普及。如果父母均为健康人，而（外）祖父母与孙辈有同样的疾病，人们也认为这是一种“遗传”。实际上，一个家族中，两系(指父系、母系)三代内只要有两位成员患同一种病，人们都能联想到“遗传”。可见，人们心中“遗传”的概念已在不断扩展。
许多传统的遗传病可以遗传，这已勿庸置疑，比如先天性智能发育不全、家族性偏头痛等。但是，随着医学的发展，人们概念中的“非遗传病”也加入了遗传的行列。医学家在很多“非遗传病”中发现了致病基因，如糖尿病基因、白血病基因、精神分裂症基因、肥胖基因等，大大突破了人们的传统观念。再发展下去，会不会发现长寿基因、智能基因、幸福基因、感冒基因、成瘾基因呢？甚至最终发现所有疾病均与基因，也就是遗传有关？
其实，当代遗传学中许多超乎常人想象的突破性发现，正是源于遗传学家持有“所有疾病都可能与遗传有关”的观念！比如，在鸦片滥用、酒精依赖、海洛因成瘾、老年性痴呆、神经性厌食、失眠症和人格障碍等中都找到了相应的致病基因。人们不禁要问:这种观念会不会太极端、太离谱呢？对此，医学家们肯定地说:这是科学的！
实际上，所有的疾病都是由内部的遗传因素和外部的环境因素结合所致，只是两种因素在不同疾病中所占的分量各不相同。如果遗传因素占主导地位（遗传相关性大于60%），这种疾病就是人们常见的遗传病;如果遗传因素不占主导地位，人们很难联想到遗传，但在遗传学家的眼中，它们还是与“遗传”有关，即使其遗传相关性不到1%，这种认识上的差异是遗传学的发展所致。
遗传学一般可分为传统的群体遗传学和现代的分子遗传学，前者以病症为研究对象，其“遗传”概念通常指病症遗传。如果某种症状具有以下三个特点，就可认为有遗传倾向:①该症状具有家族聚集现象，即在同一家族成员中发生率比普通人群发生率高;②该症状发生率在单卵双生子中比双卵双生子中高;③高发家系中的子女，即使从小寄养在正常家庭中，该症状的发生率仍比普通人群高。分子遗传学则以基因为研究对象，其“遗传”概念是指基因遗传，认为所有的遗传是通过基因传递来进行的。分子生物学的研究目的主要是寻找与疾病相关的致病基因，而研究的前提假设就是“所有疾病都可能与遗传有关”。由于许多疾病的症状并非与生俱来，但其致病基因则在出生时就已携带，所以，分子遗传学的观点比传统的群体遗传学更精确、客观和科学。比如，现代医学已经发现了老年性痴呆的致病基因，但病人的症状直到老年才出现，有的人甚至在症状还未出现时就过世了，可见依症状判断疾病是否有遗传倾向，总体上就会缩小发现疾病遗传性的可能性。许多人身上携带致病基因，但不一定出现病症，因为这还受到环境因素的影响。有些在祖辈中从未出现过的病症，在子孙中出现，也被称为遗传病，因为其致病基因是遗传的。
篇3
遗传病以及和遗传有密切关系的常见病、多发病，如高血压、糖尿病、精神发育不全、癌症等已成为人类健康和生命的主要威胁。这些疾病也会发生流行，但它们的流行方式，流行因素和传染病等的流行有很大不同。对这些新问题的探索就是遗传病流行病学的探究内容。
遗传病流行病学是人类群体遗传学的一个新分支，它是在人类群体遗传学和流行病学的基础上产生的。它探索的是和遗传有关的疾病的流行规律。它已经而且还将进一步阐明单基因遗传病和染色体病的传递规律和发病原因，这是优生学的重要依据之一。它目前的主要任务在于探索复杂性遗传疾病（包括高血压、糖尿病、精神失常和肿瘤）的遗传原因和环境因子，还可寻找其在中老年发病的复杂疾病的时态特征。
1遗传病的流行方式
遗传病分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体遗传病3大类。不同类型的遗传病在家系或由家系组成的群体中表现出各自不同的传递方式，此外某些遗传病的发生，还需环境定因子的诱发。遗传病是遵循一定的规律或条件而发生流行的。
1.1单基因病的流行方式
1.1.1常染色体显性遗传病（AD）其流行特征是摘要:（1）患者的双亲中，往往只有1个患病，且大多数是杂合子;（2）患者的同胞中，发病患者的数量约占1/2，且男女发病机会均等;（3）系谱中，连续几代都可看到发病的患者，但是，有时由于内、外环境的改变，致病基因的功能不一定表现（外显不全）。
1.1.2常染色体隐性遗传病（AR）其流行特征是摘要:（1）患者的双亲往往都是无病的，但他们都是携带者;（2）患者的同胞中，发病患者的数量约占1/4，且男女发病的机会均等;（3）系谱中看不到连续几代的常染色体隐性遗传病，往往表现为散发;（4）隐性基因的频率很低，为0.01～0.001。因此一个携带者或患者随机地和群体中一个成员结婚时，生出患儿的机会很小;但是若实行近亲结婚，则比例就会大大提高。
1.1.3X连锁隐性遗传病其流行特征是摘要:（1）人群中男性患者远多于女性患者，家系中往往只有男性患者;（2）双亲都无病时，儿子可能发病，女儿则不会发病，儿子假如发病，其致病基因是从携带者的母亲传来;（3）由于交叉遗传，男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、外甥、外孙等可能是发病的患者，其他的亲属不可能是患者。
1.1.4X连锁显性遗传病其特征是摘要:（1）此病代代相传，故患者的双亲一般有1人是本病患者;（2）致病的显性基因位于X染色体上，所以，女性患者和正常男性婚配所生子女中，女儿和儿子发病的机会都为1/2，男性患者和正常女性婚配，女儿全部发病，儿子都正常;（3）女性患者多于男性患者，但症状上男重于女;（4）连续几代相传。
1.1.5Y连锁遗传病其特征是摘要:父子、兄弟、祖孙、远祖远孙、叔侄、堂兄弟、远房叔侄或兄弟的相关都是1，而祖母孙、母子、外祖外孙、舅甥和兄妹的相关都是零。当在Y染色体上存在致病基因时，从优生角度考虑，此类家系应只生女孩，这样就杜绝了该有害基因在家系中的蔓延。
1.2染色体病的流行方式
1.2.1染色体数目异常导致的遗传病（1）性染色体数异常摘要:如45，X;47，XXX;47，XXY;47，XYY等。对于45，X的由来尚未弄清，也就是XO核型的遗传病流行学有待探索。47，XXY即为小症，其母亲生育年龄过大或许是一个因素，是该病流行的一个原因。（2）常染色体数目异常摘要:包括十几种综合征，在此仅举几例，从中我们可以窥见它们在遗传病流行学上的意义。①先天愚型摘要:患儿的核型有以下几型摘要:21-三体型摘要:母亲年龄过大是本病一个重要的流行因素，21-三体型先天愚型偶有能生育的，后代中约有1/2将发育成先天愚型儿，这是21-三体型先天愚型遗传流行的一个特征。嵌合型摘要:有的细胞核型正常，有的细胞核型为21-3体型。易位型摘要:其中较常见的有D/G易位，也就是14/21易位，患儿母亲核型常为D/G的平衡易位携带者，经常有自然流产史，所生小儿中约有1/3为先天愚型患儿，1/3为平衡易位携带者。G/G型易位，即21/22易位，频率比D/G易位低，这种易位型核型的产生，基本上也可经突变或遗传而来，和D/G易位型者基本相同。②18-三体综合征摘要:这种病也较为常见，新生儿中发病率为1/4500，即0.02%。③13-三体综合征摘要:这种病少见，新生儿中发病率为1/25000，即0.004%。
此外，尚发现过22-三体综合征等。常染色体三体综合征除21-三体征外，对其遗传病流行病学特征还很少探究，原因是病例罕见，患儿受到严重影响，经常过早夭折，因此难以进一步观察。
1.2.2染色体结构异常导致的遗传病染色体结构异常分为缺失、重复、倒位、易位、环形染色体和等臂染色体等。平衡易位除了能从祖代往下代传递外，可能还是造成重复和缺失的原因之一。除平衡易位外，其他类型染色体结构变异对个体的影响则较大，经常引起流产等现象。据报道，有自然流产史、死产史或有畸形生产史的夫妇（一般仅其中之一有畸变），染色单体畸变（包括断裂、碎片）和染色体畸变（包括断片、双着丝粒染色体、微小体等）数均较对照显著为高，可见有染色体结构畸变的双亲在遗传病流行中有着相当重要的意义。
1.3多基因病的流行方式在多基因遗传病中，当一对夫妇生出了第2个该病患儿，表明他们带有更多的和易患性有关的基因，其一级亲属患该病的风险将会增加。病情严重的患者，其一级亲属的患病风险性比病情轻的要高。当一种多基因遗传病的一般群体发病率有性别差异时，发病率低的某一性别患者的一级亲属发病率高。假如已发病，其一级亲属的发病率将比发病率高的另一性别患者的一级亲属为高。
2影响遗传病流行的几个因素
2.1突变突变造成的最大危害性是使群体的遗传负荷增加。除少数突变外，对生物自身来说，大多数突变都是有害的。由于突变造成某些性状使个体在成熟前过早夭折，某些性状降低了结婚的机会，以及另一些性状使个体的平均产子数较群体为低。由此，突变产生的不正常基因比正常个体传给后代的机会要小，致使代代相传时突变基因的频率降低。突变新问题使人类处于非常危险的境地，之所以如此，还有一个原因，就是环境的污染、生态平衡的破坏，致使人类基因突变率有增无减。
2.2隔离隔离的后果使遗传病的发病率显著提高，原因是隔离有类似于近亲婚配的效应。由于隔离，使纯合子的比例增加，而使杂合子的比例下降。假如在隔离人群内不实行随机婚配而实行近亲婚配，则遗传后果更为严重，实行近亲婚配隔离人群内的多种遗传病尤其是智力低下极为普遍。
2.3迁移迁移带来种群的混杂，迁移使大群体中的基因流向隔离群，从而打破了隔离的屏障，对抗隔离的有害影响。因此，迁移和混杂具有优生的功能。
篇4
关键词： 遗传与优生学基础 综合素质 培养方法
遗传与优生学基础是中等卫生职业学校助产专业学生必修的一门专业基础课程。助产专业学生的培养目标是培养具有综合职业能力，从事临床助产及母婴保健工作的中等医学技术应用型人才。毕业后主要面向城镇社区医疗机构、农村各级医疗机构、妇幼保健机构、计生站、城乡社区卫生服务中心，从事临床助产、妇产科护理或妇幼保健工作。这就要求我们培养的学生不仅要掌握助产工作所必需的遗传学和优生学的知识与技能，更要具备较强的继续学习能力、良好的人际沟通与合作能力，以及良好的医德医风等，并对相应的法律法规有一定的了解。笔者在遗传与优生学基础的教学实践中，对学生综合素质的培养进行了一些尝试和探索。
1.渗透爱国主义教育，引导学生形成科学的世界观。
爱国主义教育是提高全民族整体素质的基础性工程，是引导人们特别是广大青少年树立正确理想、信念、人生观、价值观，促进中华民族振兴的一项重要工作。在教学过程中，结合教学内容，挖掘教材中的爱国主义素材，使学生了解我国科学家在医学遗传学研究中作出的重大贡献，对学生进行爱国主义教育。例如在讲到医学遗传学的发展史时，向学生介绍我国医学遗传学的实验研究工作开始于20世纪60年代。1962年项维、吴旻等首先报告了中国人的染色体组型，标志着我国人类细胞遗传学的开始。杜传书（1963）发表对葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺陷的研究，标志着我国生化遗传学的开始。哈尔滨医科大学有关PTC尝味能力的调查标志着我国群体遗传学的萌芽。80年代后期，我国处于前沿的细胞遗传学，引进了先进的高分辨显带技术、显微切割及微克隆技术，大步地跨入了分子遗传学行列。在分子代谢病的突变性质、产前基因诊断、癌基因和肿瘤抑制基因的研究、分子生物学技术的广泛应用，以至基因治疗等方面都取得可喜的成果。1999年9月中国作为唯一的发展中国家加入人类基因组计划并承担了1％的测序任务。2003年4月15日美、英、日、法、德、中联合发表声明，人类基因组全序列图已绘制成功。通过这些事例，增强了学生的民族自豪感，激发了学生的爱国主义热情，从而引导他们树立正确的人生观和价值观。
2.培养学生自主学习能力，为终身学习奠定基础。
自主学习能力是学生综合素质的一部分。教育家托夫勒说过：“未来的文盲不是那些目不识丁的人，而是那些没有学会学习的人。”我国著名的教育家叶圣陶先生也说过：“一个人有了自学能力，不管知识更新周期如何缩短，社会发展的速度如何迅速，他都会通过自学赶上时代的步伐。”因此，在课堂上，我们不仅仅是教给学生书本的知识，更重要的是要教会学生怎样学习。在教学实践中，笔者主要从以下几方面入手，对学生进行自主学习能力的培养。
2.1转变观念，培养学生自主学习的意识。
传统的教学方法使学生养成了很强的依赖性，遇到问题，总要等着别人来解决，学习上缺乏主动性。因此，在教学过程中，教师和学生首先都要转变传统的“以教师为中心”的教学观念，树立“以学生为主体”的教学观念，教师不再是知识的灌输者，而是学生自主学习的引导者、促进者、组织者和协助者。学生也不再是被动地接受知识，而是变“要我学”为“我要学”，主动地参与学习。
2.2指导学生确定学习目标，制订学习计划。
中职卫校的大部分学生，他们的文化基础都比较差，在初中阶段基本上都属于后进生，受到的批评比较多，自信心不足，对前途感到迷茫。因此，我们要帮助学生正确分析当前助产专业的就业前景，使他们对前途充满信心，从而树立起自己的人生目标，进而指导学生确定学习目标，自觉地制订学习计划。
2.3培养学生良好的学习习惯。
良好的学习习惯，有利于调动学生学习的积极性和主动性；有利于形成学习策略，提高学习效率；有利于培养学生的自主学习能力和创新精神。在教学过程中，注重培养学生以下习惯：①课前预习、利用图书馆及网络查找资料的习惯；②上课认真听课、记笔记、主动回答问题的习惯；③多思、善问、大胆质疑的习惯；④课后复习、及时完成学习任务的习惯。
2.4提高学生学习的自我监控能力。
提高学生学习的自我监控能力，是实现培养学生自主学习的重要环节，对于教学起着至关重要的作用。［1］针对中职卫校学生的特点，刚开始时我们给学生设计了一些“提问单”，指导学生对自己的学习活动进行自我监控，“提问单”主要包括学习活动前的计划、对自己实际学习活动的监察、评价、反馈，以及对自己学习活动进行修正和调控等方面。通过一段时间训练后，由学生“自我提问”，不断提高学生学习的自我监控能力。
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[关键词] 医学遗传学；优化整合；教学方法；成绩评价；实践
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2016） 07-0089-02 医学遗传学是遗传学与临床医学相互渗透形成的一门边缘学科，是现代医学的一个新领域，是临床医学专业基础课。医学遗传学研究人类疾病和遗传的关系，即研究遗传病的形成机理、传递方式、诊断、治疗、愈后、复发风险及预防措施。它是一门发展十分迅速的新兴学科，在现代医学中，处于日益重要的地位。
该课程的教学内容包括绪论、基因、染色体、单基因病、线粒体遗传病、多基因病、染色体病、群体遗传学、生化遗传学、人类基因组、药物遗传学、肿瘤遗传学、遗传病诊断与遗传病治疗、遗传病预防等。在以往的教学中由于时间紧、内容多，往往形成了满堂灌式的教学方法，在有限的时间内，交给了学生大量的内容和知识点，学生不能有效“吸收、消化”，形成了学生“囫囵吞枣”的现象。通过改革，我们在绪论一章中布置作业，让学生自查相关资料，开展自主学习。整合教学内容“基因、染色体”等 。在“单基因遗传病”中开展PBL、CBL、启发式和讨论式教学。在“肿瘤遗传学”等章节中结合科研开展教学改革。教学和考试时，充分利用网络等现代化手段。
医学遗传学作为遗传与临床疾病之间的衔接，作为生命科学这个科学体系的一个方面统一把握，做到结构合理、减少重复。真正体现“以学生为中心，提高学生自主学习能力、实践能力和创新精神，提高学生素质”的目标。
一 教学内容改革
优化整合课程内容，减少授课学时。因为医学遗传学既是一门重要的医学专业基础课程，也是基础医学与临床医学之间的桥梁课程。医学遗传学是培养高级医学专业人才的知识结构和能力的重要组成成分，其任务是通过教学使学生掌握分析和解决未来在基础和临床实践工作中所面临问题的知识和能力。医学遗传学的教学内容与其他课程有些是重叠的，在教学学时减少的情况下，将医学遗传学的有关内容整合到相关课程完成。如：“基因的表达”在细胞生物学的“细胞核的功能”中完成，或者在分子生物学的“中心法则”中完成。“减数分裂”在实验课上完成等。
二 教学方法改革
第一，理论课教学采用讲授式、启发式、归纳式、讨论式等教学方法。例如在理论课上，以提问方式引导学生联想思考，一方面开拓学生视野，了解本学科发展的新趋势、新成就，另一方面也帮助同学加深对一些重要内容的理解和记忆。这样能充分调动学生的学习主动性和积极性。
第二，实验课以学生为中心，以动手操作、动眼观察为主，辅以示教。在实验过程中，老师高度重视培养学生正确的思维能力和分析、解决问题的能力，让学生在“动手做”“眼睛看”和“脑子想”三者结合中，加深对生命科学实验研究的认识，使学生在有限时间内掌握医学遗传学的实验技能，熟悉本学科的实验方法和手段。实验教学改革：本门课程属于专业基础课，通过本课程的实验教学，使学生加深对遗传基本规律的理解，掌握遗传学研究的基本方法和基本实验技能，不但培养学生观察事物、发现问题并着手分析问题和解决问题的能力，而且培养学生的动手能力和实验操作技能。更重要的是通过完整的实验过程，培养学生的科学精神和责任心及团队协作精神。
在实验课教学中，要使用“人类外周血细胞的培养及染色体的制备”“遗传病”等录像、光盘，在教学过程中进行相关内容的演示，使课程内容的展示更为直观、具体，提高教学质量。此外，还应采用显微电视系统，将教师的某些示教内容呈现在荧光屏上，大大方便了学生观看和教师的讲解。这样，激发了学生的兴趣，丰富了实验内容，提高了实验课整个过程的质量。在实验课教学中使用多媒体授课方式，以提高教与学互动的机会。
第三，使用案例式教学。医学遗传学教学过程中，坚持以遗传为基础、疾病为中心，有助于深刻理解遗传与疾病的内在联系。在讲授各类遗传病时，引入临床病例，使学生在分析讨论过程中理解和巩固基本概念、基础理论，激发学生学习兴趣，这有助于加深学生对疾病本质的认识。通过具体遗传病家系的分析，使学生加深理解和掌握了延迟显性、遗传印记、遗传早现、动态突变等重点和难点内容。同传统的直接给出基本概念相比，这种方法学生更容易接受、理解。
第四，理论与实验一体化教学。在实验课上把相关的理论内容先进行讲解，然后接上相应的实验内容。使得理论知识得以及时检验和巩固，学生印象深刻。如：性染色质的内容，先对假说进行讲解，接着进行“X染色质的制备和观察”实验，使学生更加易于理解相关内容。
第五，改革教学手段。应用多媒体教学使抽象的知识直观化、具体化、形象化，突出了形象化教学，使学生们在生动、充满乐趣的过程中获得感性知识。例如，减数分裂的教学，传统的教学方法采用口述结合挂图或幻灯的方式讲解，学生对减数分裂过程中重要的遗传事件难以全面、准确地理解。采用多媒体教学方法后，掺入了形象生动的Flas，增加学生的感性认识，有利于学生从整体上把握知识的系统性和完整性，并从感性认识上升为理性认识。近年来，随着各种现代化手段的应用，通过网上下载相关内容、在已有工作基础上，制作针对新版教材的“医学遗传学”多媒体课件，100%多媒体授课 。教学结束后，针对教学中出现的新情况及学生对教学的反馈意见，及时修改课件内容。优化网络教学的措施：医学遗传学网络课程上要及时更新教学日历、多媒体课件等内容，结合医学遗传学课堂教学开展“课程教学互动”“课程教学辅助”“网上考试”等。
三 成绩评价
遵循科学性原则、导向性原则、激励性原则、多元化原则、可行性原则，采用形成性评价和终结性评价相结合的评价方式。形成性评价侧重于学生学习过程的评价，终结性评价则侧重于学生学习效果的评价，两者互相补充、相辅相成。形成性评价分为教师评价、学生自我评价和学生相互评价等，包括以下内容。
第一，教师通过批改学生作业、阶段测评、实验操作、实验报告等方式对学生进行有效评价，给出具有针对性和指导性的意见，使学生及时获取诊断性信息和相应的指导。
第二，学生在教师的指导下反思在课堂内外的表现，弥补不足，积极地设定学习目标和成长方向，不断调整自己的学习策略和方法，成为一个自主学习者。学生通过有效的自我评价，培养自己对学习负责的态度，激发自尊心、自信心。
第三，同学间对彼此的到课率、课堂表现、作业完成情况、学习态度、学习时间投入等方面进行评价，促进学生相互督促、相互鼓励、共同进步，帮助学生培养客观、公正地评价他人的能力，并学会听取他人的意见，提高自己的沟通协调能力。
期末考试形式为闭卷。课程总成绩由3部分组成：平时成绩、实验成绩和期末成绩。平时成绩由4阶段性成绩组成：自我评价占10%，小组讨论与课堂讨论学习占10%，课外作业占40%，课堂小测验占40%。
四 结果及分析
2012级临床医学教改班对以上内容和环节进行了改革，随机抽取一个教改班和一个普通班的医学遗传学成绩进行了统计分析，教改班的期末成绩、实验成绩、总评成绩与普通班的比较，通过office EXSELL T检验，P
效果分析，通过对形成性评价和终结性评价（及格率、优秀率、平均分及标准差、各题型的平均难度和区分度等）反映出来的信息进行综合分析，建立综合评价指标体系。
五 讨论
经过改革，在医学遗传学教学中贯彻了“以学生为中心”的教育理念，提高学生自主学习能力，培养医学生的综合思维能力、实践创新能力、批判性思维和人文素养，全面提高学生综合素质。达到了建立全面“以学生为中心”的医学遗传学课程教学，使学生自主学习能力、综合思维能力、实践创新能力等得到全方面锻炼，学生综合素质得到全方位提高。根据以上结果，还应该采用以下措施进行整改：一是抓住课堂教学核心，加强遗传学基本原理、实验研究方法的教学。二是利用案例式等教学方法，培养学生为主、主动学习、终身学习的理念。三是转变教育观念，努力实施“启发式”现代教育理念。四是不断改进教学方法，提高教学的现代科技含量，利用多媒体等现代化教学手段开展教学，增强教学的直观性和生动性。通过教研室教学讨论会、集体备课等途径，实施在教改班实际授课过程积累的宝贵教改经验，以便得到及时的交流和推广。同时，鼓励教师在其它平行授课班中，积极推广和实行教改班的最新教改成果，对其中一些创新型较强的理论成果及时整理并以论文形式发表。或参加各级各类教学研讨会，及时推广成果，扩大影响。
参考文献
[1]赵俊云，杨向竹，胡秀华，郭 健.PBL教学法在医学遗传学教学中的实践与优化[J].西北医学教育，2014，22（4）.
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关键词：规律 生物学 历史性 特异性
一、引言
规律或定律（law）观念是传统科学和哲学的基本信念。 这种观念的本质就是亨普尔概括的“演绎—规律论”解释模型。根据这一模型，科学的本质就是发现现象背后不变的联系，并把它们建立成规律体系。对单个事件的解释就是要把这个事件从这些规律和初始条件中演绎出来。这就是说，如果要对一个事件的发生做出科学的解释，就必须把这一事件归并到已经发现的一条或几条定律之下。否则，这一事件就是不可理解的。
“演绎—规律论”解释模型把规律看作是科学最本质的东西。那么什么是规律呢？一般人们认为一个陈述如果满足如下条件就是一个规律或定律：（1）普遍性标准，即该陈述必须包含普遍限定词， 不涉及任何具体的个体、时间和空间地点；（2）可检验性标准， 即该陈述必须具有经验内容，并已得到确证；然而满足这两个条件还不能说是一条定律，它还必须满足第三个往往被大多数人忽略的标准，即（3 ）连贯性标准，就是说这个陈述必须能够整合到一个更大的理论体系之内，或者说它必须从属于一个更大的理论，因而有理论上的根据和保证。
“演绎—规律论”解释模型既说明了科学的本质，又指出了科学结构及其运作过程。这种解释模型，其主要依据是物理科学，不论是经典物理、经典化学还是现代物理和现代化学，都采取的是这种演绎规律论的方法或覆盖定律的方法进行运作的。这种解释模型适合与物理科学之外的其他学科吗？或者说其他学科是否也要把它们的理论建立成规律性的理论体系？是否也要把它们要解释的事件归并到规律之下？
本世纪中期，生物学日益成为可以与物理科学相抗衡的新学科，生物科学因此成为检验传统科学哲学普适性的一个新标本。所以从六十年代开始，大量的思想家开始从生物科学出发研究哲学，他们或者用生物科学检验已有的哲学理论，或者从生物科学中概括出新的哲学思想。这里，规律问题自然成为新的科学哲学家们重新思考的一个重要问题。
1963年，著名的科学哲学家斯玛特（J.J.C.Smart ）通过对生物科学的考察认为，严格意义上讲，只有物理学和化学才具有规律，生物学中并不存在规律。因为物理学和化学中概括具有普遍性，“它们可以适合于时空中的任何地方，”“并且可以用非常完美的普遍概念来表达而不使用专有名词或暗中提到专有名词。”（〔1〕，p.53 ）然而生物学就不同，生物学中的陈述，比如“所有的天鹅都是白的”，在斯玛特看来就不是规律性的陈述。因为天鹅是根据它们在进化树中的位置定义的。这样的定义隐含着一个特殊的指称——我们的地球。这个特殊的指称使该命题不符合前述的标准（1）。当然， 人们可以用不同的方式来定义天鹅，比如通过提到天鹅所拥有的特性来定义，但是，这样做的话，我们就没有理由认定那种陈述在整个宇宙中都是成立的，因为其他星球可能有不是白的天鹅，尽管它们有我们所定义的特性（即与标准（2 ）不符）。另外，它也不符合标准（3）。 因为这样的陈述并不能整合到更广的生物学理论中去，也不能从其它生物学理论中推导出来。
为什么物理学和化学与生物学相比在规律上有较优越的地位呢？斯玛特认为这与它们研究的客体的性质有关。物理学和化学研究的客体是相对简单和均一的系统，其组成成分比如基本粒子被认为在宇宙中是无所不在的。而生物客体则不同，它们相对来说是复杂的，并且具有特异性，它们是自然史中一定阶段的产物或客体，所以在宇宙中是受时空限制的。贝尔纳也曾这样说过：“我认为生物学和所谓精确的或无机的科学、特别是物理学之间有一个根本的不同。在无机科学里，我们假定宇宙结构所必须的基本粒子以及支配它们运动和转化的定律都是必不可少的，并且一般都适合于整个宇宙。另一方面，生物学则涉及对宇宙中那些极其特殊的部分，即对我们所谓生命的描述和有序化。当前，说得更具体些，就是地球上的生命。它象地理学一样，主要是一门描述性的科学，它所涉及的是在特定的时间内、特定行星上一批特别有组织的实物的结构和作用。”所以，贝尔纳说，目前的生物学不具有普遍性，但贝尔纳认为应当有一门真正普遍的生物学。
著名的生物进化论专家恩斯特·迈尔进一步论证并发挥了斯玛特等人的观点，认为规律的观念是物理主义、本质主义观念的必然结果，在生物学中必须摈弃。（[2]，p.41）迈尔认为，生物学是19 世纪的产物。在19世纪以前，作为独立的生物学并不存在，存在的只是一些零散的与生物学有关的研究传统。但那时物理科学已经比较发达，所以当17世纪和18世纪科学哲学家们发展他们哲学思想时，完全是以物理科学为基础的。物理科学的规律，特别是牛顿力学规律的解释和预言作用给哲学家们以深刻的影响，以致于这个时代的哲学家都把建立规律作为科学的决定性标准。当时的生物学家也不例外。早期的生物学家象拉马克、达尔文等就都以揭示生物界的规律为己任。然而100多年过去了， 生物科学获得了长足的进展，在涉及生命现象的各个领域都建立起了生物学分支。然而，奇怪的是；各生物学分支中都很少提到“规律”二字。迈尔认为，这不是偶然的，因为生物学中并不存在普遍定律，生物学中的概括一律具有例外。他说：“生物学中只有一条规律，那就是所有的概括都有例外。”（[2]，p.41）与斯玛特类似，迈尔认为生物学概括具有例外的原因是，生物学努力描述的事件是历史的、特异的事件。任何生物都是长期进化的结果，都与历史相关，都具有独特性。这就要求我们，对生命现象的解释不能象物理科学那样是由规律提供的。事实上，迈尔把规律观念看作是本质主义的错误结果。本质主义是由柏拉图发展起来并一直支配西方思想界的哲学思潮。在本质主义看来，可变化的现象世界只不过是固定不变的本质的反映。世界上真实和重要的东西就是这些本质，现实世界的变异只是内在本质的不完备的表现。因此，不变性和不连续性是本质主义特别强调的论点。迈尔认为，这种思想在今天是有其局限性的，它必须被新的群体思想所代替。群体思想与本质主义相反，它认为，重要的东西不是本质而是个体。许多生命现象，特别是种群现象是以高度的变化为特征的，进化的速率或物种形成的速率彼此的差别有三到五个数量级，这种变化程度在物理现象中是很少有记录的。物理世界的实体具有不变性的特征，而生物实体却以可变性为特征。生物实体的这种特异性告诉我们，必须用与研究完全均一的无生命的东西完全不同的精神来研究生命现象。这种新精神就是要摆脱规律思想的影响，充分考虑到生物体的历史特异性。
与斯玛特、迈尔等人类似，著名科学哲学家波普尔也断言进化生物学中没有规律。他认为，由于地球上的生命进化或者人类社会的进化只是一个单独的历史进程，因此，对进化过程的描述就不是规律性的描述，而只是一个单纯的历史陈述。所以，波普尔认为，探索进化的“不变秩序”和“规律”是不可能的。（[3]，pp.85—86）
这么多的思想家否定生物学中存在规律，是不是生物学中真的没有规律？这些思想家的观点一经提出，就有其他思想家从不同侧面提出自己的否定意见。
二、例外的出现与连贯性标准的作用
斯玛特、迈尔等人的观点，概括起来可以归结为：（1 ）生物学中的概括一律具有例外，不是全称普遍陈述，原因是（2 ）生物客体具有历史性、特异性、非均一性。针对第一点，鲁斯（M.Ruse）认为，生物学中的概括比如孟德尔定律有例外，但这不损坏它作为一条定律。事实上，它是一条真正的规律，因为例外可以由生物学家作出合理的阐释。只要我们考虑到生物的较低水平及适当的边界条件，发生在表型水平的例外可以根据细胞水平和分子水平上的变化得到说明。比如孟德尔自由组合定律的一些例外就可以根据亚细胞水平的基因连锁与互换得到解释。〔4〕鲁斯的这种论证表明，连贯性（coherence）在讨论“普遍性”时将起重要作用。在经典遗传学中，对孟德尔定律的连贯论解释采取的是纵向整合的形式（vertical integration），即对组织不同层次的整合。通过这种整合，宏观层次（或表型层次）的规律及其例外，可由微观层次（基因层次甚至分子层次）的规律推导出来。
哈尔（D.Hull）也认为，通过不同层次之间的理论整合，是建立生物学规律的唯一可能。在《生物学的哲学》一书中，哈尔曾举出个体发育的例子。他认为，个体发育阶段的顺序性是受规律控制的，但在我们把描述这种发育顺序的陈述看作规律之前，我们需要找到能把它们从中推导出来的有关系统的规律。这样做，我们就不能局限在表型层次，而必须深入到生物体的基因型中，看这些基因型是如何起作用而控制这种特殊的发育过程的。对于系统发育，哈尔给出了相似的论证。他认为，生物表型特征关系的陈述可以被看作是规律，只要我们的认识已扩展到指出有机体的遗传构造以及产生这些表型特征的生化反应。[5]不过， 哈尔不象鲁斯那样乐观。鲁斯认为经典遗传学已经基本整合到分子遗传学中，而哈尔认为这种整合仍存在许多障碍。
列旺汀（R.C.Lewontin）也有类似的思想，他认为，在群体遗传学中有许多假定的一般规律，但很难检验它们。所以，群体遗传学要想成为一门成熟的科学，人们必须建立起一种联结基因型和表现型水平的整合理论，有了这种整合理论，群体遗传学中规律才能真正成为规律。[6]
可以看出，鲁斯、哈尔、列旺汀等人对生物学规律的连贯性辩护实际上就是要把高层次的概括还原到低层次的理论。由于这种辩护采取的是理论还原的策略，所以，关于这种辩护的反对意见自然也就从反驳理论还原的可能性入手。因为，如果理论还原或纵向整合存在困难或者是不可能，那么，采用这种方式为生物学规律辩护，说服力就会大大降低。鲁斯曾竭力论证经典遗传学可还原为分子遗传学。哈尔承认这种纵向整合的可能性，但也看到这种整合的困难，看到目前人们还远远未做出这种整合。今天，虽然生物学的快速发展已使我们能从基因水平解释越来越多的表型层次的特征及其关系，但毕竟我们尚不能解释许多事情。所以，鲁斯和哈尔等人的结论是建立在未经证实的哲学假设之上的。也许这种假设是正确的，但这毕竟是一个假说而已。
斯蒂因（W.J.Van der Steen）看到纵向整合的困难，所以， 他采取一种新的连贯论策略为生物学规律辩护—横向整合或水平整合（horizonal integration）。他认为， 人们不应当把纵向整合看作是为生物学规律辩护的唯一途径。同一组织层次上的理论整合也可以使我们在生物学中建立普遍规律。比如说，孟德尔的分离律具有例外，像透明金鱼与不透明金鱼杂交，子一代是半透明金鱼，而不像显性规则所说的那样只呈现一种性状，即显性性状。子一代的金鱼互相，子二代不是呈现3:1的比例，而是1:2:1的性状比，即透明金鱼和不透明金鱼各占一份，半透明金鱼占两份。对此，生物学家解释说，显性具有相对性，即对有些相对性状来说，并没有哪个性状占绝对显性，哪个性状占绝对隐性，所以，透明金鱼和不透明金鱼杂交，子代有半透明金鱼。另外，遗传上的并显性，互换等都可以通过引进补充性假设来解释，而不必采取纵向整合的形式。这种解释例外的方式，斯蒂因称之为水平整合，即在同一组织层次上的整合。所以，斯蒂因说，连贯性不必采用纵向整合或还原论的形式，水平整合也是确保生物学规律存在的理论根据。（〔7〕，p.450）
三、物种特异性能否定规律的存在吗？
斯玛特和迈尔等人否定生物学规律的存在，一个重要的根据是生物客体的独特性、变异性和历史性。确实，与物理实体比如原子、分子相比，生物实体物种具有高度的变异性和独特性，但变异性、独特性能成为否定生物规律的可靠依据吗？
哈尔和迈尔一样反对本质主义，承认生物实体与物理实体的不同，但哈尔并没有因此走上否定生物学规律的道路，而是努力寻求为生物学规律辩护的新的方法。
哈尔认为，对生物学没有普遍规律的指责源于对种的类别的本体论地位的误解。生物的物种是历史进化的实体，这种历史性使物种不具有某种特殊的本质。 所以， 哈尔认为， 物种不是某种自然类（naturalkinds）。物种不是自然类，那么物种是什么呢？ 对物种独特性的强调使哈尔提出了一条令西方思想界广泛讨论的命题：物种是自然个体（natural inpiduals）或自然特殊物（natural particulars）。在哈尔看来，物种类似于一个特殊的有机体。有机体由许多部分组成，但不包含成员，并且，特殊有机体的部分之所以是这个有机体的部分，是因为这些部分之间具有时空的和因果的联系。这一点与类中的成员要求具有某类性质相反。金中的成员都具有共同的原子结构这一特性，这些成员并不依赖与其他金块的特殊的时空关系和因果关系。物种的个体与个体之间就不同，它们彼此之间都有着特殊的时空关系和因果关系，因为物种是在一定区域内聚合在一起连续的联合性实体（或历史实体）。物种之所以是时空上连续性的实体是因为物种是进化的单位，即能够通过自然选择进化的实体。物种通过自然选择进化，必须满足三个条件：（1）变异，即有机体的性状与亲代相比具有差异性；（2）不同的适应力，即有机体性状的变异使它们各自具有不同的适应能力；（3）遗传， 即变异的性状必须是可遗传的。其中，条件（3）非常关键。 一个性状当它通过繁殖被忠实地传递给下一代就是遗传，而繁殖是一个时空上特化的过程一双亲和胚胎必须具有时空上的连续性。所以，性状传递给物种的后代，条件是那些后代必须通过繁殖关系在时空上互相连接。因而，唯有形成时空上连续的实体，物种才可能通过自然选择进化。由于物种的个体与个体之间具有时空上的连续性和因果关系，所以物种不是有机体的种类，它的成员不是它的特例；相反，每一个物种都是个体，一种时空上受限制的特殊客体，其成员是它的部分和组成，不是它的例子。
转贴于 哈尔认为，如果物种是个体，进化生物学就不应当被指责没有自然定律。考虑到气象学和地理学中的一个类似情况。在气象学和地理学中，没有关于特殊气象现象和特殊岩石的组成部分的规律，但并没有人指责气象学和地理学中没有规律。气象学和地理学的规律存在于不同的本体论水平之上，这些规律涉及是一般的气象现象、一类岩石（比如大理石）、以及组成那些岩石的一类元素（比如金和铁）。同样的考虑也适用于进化理论和物种。也许并没有涉及某一特殊物种所有成员的规律，但这并不表示进化理论没有普遍规律。在进化理论中，物种是个体，不是类，所以，如果进化理论中有规律，这些规律将存在于其他本体论水平之上。哈尔认为存在关于一类物种的规律，比如群体生态学家谈到的K—选择物种和R—选择物种——生活在稳定环境和非稳定环境中的物种，对它们的共同特性的概括就可以看成是规律。另外，也存在关于一类群体的规律。比如迈尔的地理成种概念详述了弧立种群何时变为新种，哈代一温伯格定律预言在一定种类的随机群体中发现的基因的频率。[8]
与哈尔类似，罗森伯格也认为，物种的个体性并不影响在生物学中建立规律，因为，“生物学中的一般发现并不建立在有关特殊物种的规则之上”，而是“建立在所有物种都与之适合的规则之上”的（[9]，p.205）。在罗森伯格看来， 生物学中关于所有物种的经验概括有两类：一类是最低水平的概括，比如：“非特化物种比特化物种趋于灭绝的时间要长”，“物种在进化过程中体形趋于增加”，“生活在相同环境中的现代物种趋于以相同的方式变化”等等。这类概括与其他经验概括一样有例外，但是这些例外可通过诉诸于第二类更普遍的经验概括来解释。这些较高水平的概括就是生命科学中的规律。罗森伯格认为，这种经验概括与比如“所有的天鹅都是白的”等陈述不同，如若其他条件保持不变，在其他有生命的星球上也是可以期望获得的。这样的规律有哪些呢？罗森伯格列出了以下五条：
（1）物种是在有机体中传递下来的宗谱分支（lineage of decent a-mong organisms）。
（2）任何一个物种后代的生物体数有一个上限。
（3）每一个有机体与它的环境之间都有一定程度的适应性。
（4）在一个物种中，如果D是一个在生理上和行为上都相似的亚族（subclass），且D 比该物种的其他成员在适应性上许多世代都足够优越，那么在该物种中D的比例将增加。
（5）在一个不是处于灭绝边缘的物种的每一个世代中， 都有一个亚族D，它比该物种的其他成员更优越，且有足够长的时间确保D相对于该物种成比例增多，并将获得充分的优越性继续增加，直至在某一时间达到构成整个物种的活的成员。（[9]，p.212）
罗森伯格认为，这些定律与前面第一类经验概括不同，它们没有例外。这些生物学定律没有提到特殊的物种，并且它们把物种看作是特殊进化的宗谱分支，而不是有机体的类型、集体或种类。
鲁斯也捍卫生物学规律。但在处理物种的特异性问题上，他与哈尔有着完全不同的看法，尽管在处理生物学概括例外问题上他们有着相同的思维方式（即他们都采取连贯论的思维）。哈尔和罗森伯格等人把物种看作是个体而不是自然类，鲁斯等人则认为物种是自然类而不是个体；哈尔和罗森伯格等人把生物学规律看作是超越物种层次之上的普遍概括，否定关于个体物种规律的存在，鲁斯等人则认为关于物种成员的规律是存在的。
鲁斯指出，如果象哈尔所说的那样没有关于特殊物种规律的话，那么，任何关于人类自身的特有主张就都不是规律，因为它们都是关于单一物种—人类属性的研究。因此，我们通常所说的社会科学、历史科学、语言学等都不是真正意义上的科学。事实上，由于物种不是个体，而是自然类—即同一物种之所以是同一物种，就是因为它们的成员共有某一性质，因此，关于某一特殊物种的所有成员的普遍陈述是可能的。（[10]，p.225）凯切尔（Kitcher，P.）也认为存在关于具体物种的生物学规律，因为我们能找到这样的性质P，它们与物种S特有的遗传组成的关系非常密切，以致于P的不存在就意味着这种遗传组成的变化， 并导致新种的出现或不能存活的个体出现，这样“凡S必有P”这类陈述就是可以得到的。（[11]，p.312）
四、历史叙述可以代替规律解释吗？
“演绎—规律论”的科学解释理论把科学看作是由各种互相关联的定律组成的规律体系。如果生物学不存在规律，那么生物学还是不是科学，特别是与功能生物学相差较远的进化生物学还是不是科学？一些人走得很远，他们认为进化论不是科学的理论。斯玛特、波普尔等人都是如此。迈尔也否认生物学定律的存在，但他并没有因此否定进化理论的科学性，相反他认为，人们应当改变对科学的传统观念。他说：“有一些科学并没有运用无可争辩的被称为定律的表达方式也运行得非常顺利。”（[12]，p.20）迈尔所说的“有些学科”最主要指的就是生物学。
既然生物学中没有定律，那么生物学中的解释是如何进行的呢？迈尔认为，生物学的解释方式采取的是不同于物理学的历史叙述的方式。他说：“规律观念远远没有历史叙述的观念那样有助于进化生物学。”（[2]，p.140）这就是说，在生物学中历史叙述比规律解释更重要。
冈奇（T.A.Gondge）也有类似思想。冈奇曾经指出：“在讨论生命历史上具有重大意义的单个事件的时候，叙述性解释进入了进化生物学……叙述性解释的建构一点也没有提到一般规律，……进化过程中的事件不是某种事件的例子，而是单独发生的事，是某种只发生一次，不能〔以同一方式〕再发生的事情，这时候要求叙述性解释……历史性解释构成进化理论的基本部分。”（[2]，p.77）
在迈尔等人看来，历史叙述具有解释价值，是因为生物学的对象—生命客体是历史客体，在历史过程中，早先的生命事件通常对后来的事件起到一定的作用。例如，白垩纪末期恐龙的灭绝留下了许许多多的生态小生境，为哺乳动物在古新世和始新世向四面八方的惊人发展提供了空间，因此，历史叙述的目标之一就是发现后继事件的原因。然而，在迈尔看来，“那些由基本逻辑公理系统训练出来的哲学家，看来是很难理解特异性和事件历史序列的特殊性的。他们想要否认历史叙述的重要性，并想用结构性法则把它们公理化，但他们的想法并没有说服人。”（[2]，p.77）
确实有许多人指出，历史叙述并不能否定规律解释。比如鲁斯就认为，叙述性解释的推理过程或者总体上不能令人满意，或者在解释过程中或明或暗地运用到规律。举例来说，描述到生物演化史上的历史事件时，经常要运用“适应”、“优越性”等概念，然而这些概念只能在自然选择和群体遗传学的背景中才能被理解。所以，历史叙述具有解释价值，必须有理论上的保证。这些理论虽然在具体叙述时未提及，但它们却在知识背景中起作用。所以，鲁斯认为，不是赞成规律解释的人的思想没有说服人，而是否定规律解释的人的观点没有说服人。
在我看来，鲁斯说的不无道理，然而，我们也应看到，在生物学中，独特性确实比物理学和化学更普遍，因为生物体在结构上是如此的复杂，以致于它们显示出更多的变异和个性。迈尔等人希望人们关注到这一点，希望人们用特殊的词恰当地描述生物事件，若不是走得太远的话，是包含有合理因素的。因为在很多情况下，生物事件是如此的复杂，以致于完全的解释需要诉诸于许许多多的规律和初始条件，这时，人们在实践上就不得不满足于描述性工作或者“大略解释”工作。在作大略解释时，人们可能要用到规律，但这些规律可以不表现出来，而只是停留在背景知识中。我们不必用非常精确的形式把它们表达出来。所以，在生物学中，历史叙述的解释形式很普遍，但我们应知道，历史叙述并不否认规律解释。
五、结论：走向新的解释
规律观念的本质涉及的是科学理论的结构及科学的运作方式。传统科学哲学认为科学是通过建立越来越普遍的规律向前发展的，规律或定律的建立，既是科学理论成熟的标志，又是科学解释和预言的依据。我国的科学哲学研究几乎无例外地都认为科学是由规律经演绎形成的理论体系。如果我们忽视了科学的具体实际，这种观点仿佛很是圆满。但当我们面对具体的各门科学时，会发现这样的理论图景其实是依据物理科学得出的，并主要适合于物理科学。当代生命科学正如迈尔所说，几乎很少用到规律或定律一词（只有遗传学中有所谓的三定律和哈代—温伯格定律等少数例外）。达尔文进化论对生物学就象牛顿力学对经典物理一样重要，然而达尔文进化论并不象牛顿力学那样由几条规律经数学演绎形成理论。生命科学理论在实践上缺乏定律或规律！
生命科学在规律或定律上的缺乏说明了什么？是传统的科学哲学有问题？还是生物学迄今还不是一门成熟的科学？如果生物学存在规律，生物学是否也应当建立成类似牛顿力学、爱因斯坦相对论那样的规律体系？
依我看，传统规律观念有其深厚的理论基础，从生物客体的历史性、特异性出发，从概念上否定生物学中存在规律，尚缺乏较坚实的理论基础，所以我们必须从另外的角度寻求生物学缺乏规律的原因。实际上，生物学理论在规律上的缺乏完全是由生物学所面对的问题与物理科学不同所造成的。物理学最关心的问题是物质本身所内涵的性质，所以必须借助大量抽象的符号来描述，因此，物理学很容易就走入数学的世界，建立数学的逻辑工具。但是，生物学的重心一开始就落在结构上面，诸如什么动物长什么样子，拥有什么样的器官，长在什么位置，构造和功能有什么关系等等。即使是最近的生物学进展，其重心依然在结构上面，从细胞的各种显微构造到基因的构筑及表现，还有各种生物大分子的三维空间的立体结构等等，生物学家们一直致力的，是如何将各种生命现象在实体形象上求得解释。所以，生物学家最常用的表达方式便是“看图讲故事”，亦即对于已知的构造经由类比联想去阐释其功能。在生物学中叙述性解释成为主要的解释方式，物理科学中那种从规律（由数学公式表示）出发，经由严格的数学推理的解释方式很少出现在生物学里。从早期孟德尔的遗传实验，到摩尔根对染色体的解释，直到近期分子生物学的发展，实际存在的构造成了理论好坏的依据。一个理论成功与否完全依赖其是否能将所观察到的现象嵌附到已知的结构上去。于是，结构变成了所有解释的出发点。染色体也好，DNA双螺旋也好， 都是如此，在这里，数学形式的逻辑推理派不上用场，结构的合理性才是最好的解释手段。另外，由于生物系统及其环境的复杂性，也必须限制在该领域建立一般视律或定律来解释详细细节，所以，生物学家在建立他们的理论体系时，通常更强调先在条件而不是一般规律。
从本世纪五十年代起，许多哲学家从不同方面对逻辑实证主义发起了进攻，出现了一系列新的科学哲学思潮。然而，实际上逻辑实证主义思想仍然在背后支配着许多人的行动。许多人仍然认为一般定律的多少是“好科学”的标志就是一例。然而，我认为，在科学中，除了普遍性推理之外，人们也需要结构性描述，并且在一定的背景中，结构性描述可能是非常重要的。所以，生物学中缺少定律而有更多的叙述性解释，并不一定是生物学的消极特征。生物学不但是一门真正的科学，而且其成就及其思维方式必然要引起哲学的新的变革。
参考文献
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篇7
仍将是法医应用的重要遗传标记。等位基因分型标准物是str检测试剂盒的组成部分，能够保证各等位基因分型的准确性。本文对
等位基因分型标准物的出现、在法庭科学上的应用以及目前制备方法进行了综述，并对各种制备方法进行比较，以期对各实验室按
照实际需要自行制备相关str的等位基因分型标准物在方法选择上有所帮助，从而更好地进行法医物证鉴定。
【关键词】短串联重复序列；等位基因分型标准物；法医学应用
【中图分类号】q78
【文献标识码】a
【文章编号】1007—9297(20__ j03—0231—04
study on the forensic applications and the construction of allehc ladder．yuan li，lu di．(beijing institute offorensic medicine and
science，beijing]ooo4o,china)
【abstact】 shoa tandem repeats (strs)ale important genetic markers and widely used in forensic community because of theirs
characteristics and advanced examine techniques． allelic ladder is importan t part of str kit and ensure the precise genotype of allelic．
this article states the appearance an d forensic application of allelic ladder， and also study on the methods of construction of allelic ladder
currently、through the comparisons of those construction methods，this issue to be solved the laboratory to select which method to construc—
tion allelic ladder according its needs and condition and to make the most of the forensic judge．
【keywords l short tandem repeats；allelic ladder；forensic application
一
、等位基因分型标准物的出现
pcr—str分型技术具有高效、快速、灵敏等优点，
在个人识别、亲子鉴定、基因绘图上发挥了重要作
用．【l】已经成为法医物证鉴定的主流技术。虽然单核苷
酸多态性(single nucleotide polymorphism，即snp)
被广泛称为第三代dna遗传标记，但由于其成本高，
实际操作困难等．推广使用还需要很长一段时间。目
前和今后相当长的时期内str仍是主要使用的遗传
标记。
当使用以pcr为基础的str多态性的分析技术
时。为了各基因座的等位基因命名，需要一个能比对
的标准物。早先测试str的等位基因命名曾采用片断
长度bp值方法，是与已知分子量标准物同步电泳并
进行比较。这种分子量标准物虽然在本质上也是
dna 但经多次实验发现这种方法存在较严重的缺
陷：相同分子量的dna片段和分子量标准在同一介
质电泳时会出截然不同迁移率的条带。【31 dna在介质
中的电泳迁移率在其他条件相同的情况下不仅与其
分子量有关，还受dna 自身的序列结构影响。序列不
同的dna片断在电泳动力学上存在差异，即使片断
长度相同．它们的电泳迁移率却不一致。这样就不能
准确进行str分型。
最早记载有等位基因分型标准物的是budowle
等[41建立的。他们从100名无关个体中找出d1s80的
16个等位基因．经测序命名后把它们混合作为“lad．
der”．检测未知样品时．只需与该基因座的“ladder”比
较即可得出这个基因座的基因型．当时用的是聚丙烯
酰胺凝胶电泳分离和银染显色。这种检测方法与在此
之前的斑点杂交和southeyn印迹技术来检测限制性
片段长度多态性方法相比有很多优点。在节约时间和
降低错误率上尤为明显。margaret c等在1996年通过
不同分型标准物的比较．进一步证明使用等位基因分
型标准物(allelie ladders)才能对等位基因进行正确分
型，其数据才可以在实验室之间进行交换。圈
二、等位基因分型标准物的概念及法医学
应用
等位基因分型标准物(allelie ladder)是人群中常
见的等位基因混合物，用来与未知样品比对确定基因
【作者简介】袁丽(1971一)，女，硕士研究生，江西九江人，主要从事法医dna检验工作。tel：+86—10-68621174；e—mail：yuanliw—
cy@yahoo．com．cn
· 232·
型。同一检材用不同的引物序列进行扩增(不同作者
设计的引物、退火位置不同，可能会出现同一靶座位
上相同等位基因长度不同)或者用不同的探测平台来
分析，那么出现的结果可能不一致。这时我们可以将
该结果与对应的allelic ladder相比较，等位基因峰值
就可以准确地转换成基因分型。而后者是最广泛地进
行str图谱比较的表达方式，基因分型结果可在实验
室内部及实验室之间进行比较。
为了保证实验室之间的数据重复性和可比性．国
际法医血液遗传学会(international society of forensic
haemogenetics，isfh )在1994年【6】和1997年 对等
位基因提出了命名原则．一般是根据它的重复单位的
重复次数来命名的。[81 1997年会议针对等位基因分型
标准物的应用提出具体要求：等位基因分型标准物中
的所有等位基因应按规则进行测序和命名；无论是购
买商业化试剂盒还是实验室自己制备，等位基因分型
标准物应涵盖所有常见的等位基因，并尽可能拥有罕
见的等位基因，以便可以得到未知样品准确的基因分
型。
str遗传标记的地位决定了allelic ladder在法庭
科学中的重要作用。allelic ladder保证了对应str基
因座的等位基因正确命名。由于str位点的某一等位
基因在片段大小及序列上是惟一的，其在同等条件下
电泳的迁移率也是一致的。对未知样本进行基因分型
有人工和自动化方式两种：用银染显色方法检测未知
样品的dna时，与其旁边泳道的allelic ladder比对即
可进行基因分型；如用毛细管电泳(capillary elec—
trophoresis，简称ce)检测，将结果与该特异基因座的
等位基因分型标准物相比较，等位基因峰值就可 以自
动准确地转换成基因分型。
三、等位基因分型标准物的制备
虽然市场上有商品化的str试剂及其对应的al—
lelic ladder可供选择，但很多情况下实验室需要自己
制备。目前分型标准物主要依靠外国几家大公司进
口，其制备技术保密，价格昂贵，并且提供的str基因
座有限，有些在中国群体中识别率和非父排除率高的
str基因座没有纳入商品化试剂盒。
筛选等位基因是制备ladder的首要步骤．通过群
体调查，筛选、分离出所有目的str基因座的等位基
因dna。然后对靶座位等位基因片段进行测序，根据
str等位基因命名原则，确定每个样品基因型后．选
取纯合子；在有相应基因座的商品化的ladder或标准
片段长度后，则用标准物从人群中筛选相应的等位基
因。如果遇见罕见基因只有杂合子时．可用分辨率高
法律与医学杂志20__年第l2卷(第3期)
的聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，【91选取含有目的基因的
凝胶进行胶回收以获得单个的罕见等位基因。制备
allelic ladder方法如下
(一)混合各dna，pcr 扩增，产物为allelic lad—
der
筛选出所有等位基因片段的dna，调整各dna
终浓度达到一致，取等体积混合，扩增混合物，其产物
作为allelic ladder。 这种方法优点是作为模板的
dna混合物易保存，缺点是不适合于大量生产，一旦
模板dna用完，需再次调配混合dna。
(二)单个扩增dna．混合pcr 扩增产物作为
allelic ladder
单个扩增各等位基因dna，pcr扩增，产物混合
浓度调平衡后直接作为allelic ladder。该方法特点是
可通过单个的扩增，增强信号强度、扩大体积，将所有
等位基因混合基因座ladder时．如同调制“鸡尾酒”一
样来达到各成分之间的平衡。该方法与上述方法有同
样的缺点
(三)以混合好的等位基因扩增产物为模板．再扩
增制备allelic ladder
将含有str基因座上的各个等位基因的样品单
个进行扩增，扩增产物按比例混合，当达到各等位基
因之间平衡后利用混合物作为模板，稀释1／1000—1／
1000 000倍后再次扩增。将再次扩增的产物作为等位
基因分型标准物。⋯l该方法操作简便，只需一次性调
平衡，是一种常用的制备方法，但也有诸多缺点：作为
模板的扩增产物容易降解，不如以dna为模板能长
期保存稳定；其次，再次扩增产物中非特异带增多，影
响ladder的判读；再者，当稀释倍数不够高时，可能会
出现优先扩增现象，等位基因峰值呈现梯度下降趋
势，这样就难以达到等位基因之间的最终平衡。
(四)采用克隆技术大量制备str 基因座的allehc
ladder
中国学者张林等率先在国内外报道采用分子克
隆技术制备str基因座的allelic ladder．㈣目前，在国
内有几家实验室开展了这项工作，均采用t—a连接、
蓝白斑挑选方法。[13．14]首先对筛选出的纯合子进行
pcr扩增，扩增产物进行聚丙烯酰氨凝胶电泳分离，
银染或eb显色，回收胶dna，稀释后再次pcr扩增，
产物纯化后将其插入质粒载体中。将重组质粒导人大
肠杆菌，培养大肠杆菌，从而获得单一dna分子的大
量拷贝。筛选正确的阳性克隆并用质粒通用引物对重
组质粒进行dna测序分析证实插入片段的结构大
小，按重复单位的重复次数对插入的等位基因片段进
法律与医学杂志20__年第l2卷(第3期)
行命名。需要制备等位基因分型标准物时，提取质粒，
进行pcr扩增。混合并调平衡所有的等位基因即可。
挑选正确克隆的大肠杆菌。其培养液与甘油混合后一
70℃保存。
allelic ladder的制备是试剂制备工作的难点，综
观上述方法，各有优缺点。前3种方法操作相对简便，
对实验室要求不高，制备量一般能满足实验室内部需
求。适合于普通实验室的制备。在保质、保量、长期供
应方面，显然前3种方法有缺陷。长期保存pcr产物
容易降解，稳定性差；需要大量制备时，如果用于制备
等位基因分型标准物的模板用完．由于每个样品dna
的浓度和含量不同，那就必须从头开始寻找模板。再
次优化反应条件，这样既费时又增加了工作量。而克
隆方法在克隆成功后。可以通过培养细菌来大量制备
等位基因，对保留罕见等位基因尤为方便。而且，可以
长期冷冻保存细菌，随时制备等位基因分型标准物。
但困扰大家的是该方法对实验室装备要求高。前期实
验费用大，对实验过程操作和防污染更加严格。
无论哪种方法制备。等位基因分型标准物中的等
位基因一般要经dna测序确定这些等位基因的片段
长度与序列(重复序列重复次数)，明确等位基因分
型。在这点上，克隆方法有优势。利用克隆的方法制备
allelic ladder．对重组质粒进行测序，用的是质粒通用
引物，测序的片段延长，按国际命名原则进行命名，有
效解决了统一命名的问题。而前3种制备方法，各实
验室对同一个基因座进行测序的引物可能不同．再者
目前对小片段的等位基因进行测序比较困难。这就有
可能导致命名混乱的问题。
目前制备好的allelic ladder的保存是个难点。等
位基因分型标准物作为dna的扩增产物，其本身不
易于长期保存，而且标记的荧光染料基团随时间的推
移与dna片段结合力下降， 以致荧光检测信号降低
而影响基因分型，而成熟的试剂公司技术保密，目前
尚未见到有良好的方法来稳定ladder。
四、制备等位基因分型标准物的质控
试剂的质量控制是基因正确分型的关键。等位基
因分型标准物的质控占有举足轻重的地位。首先在标
准对照体系的构建上，应当包含该基因座所有常见等
位基因，并且每一等位基因均经序列测定准确无误。
对该标准对照的电泳迁移率应作充分的研究．最终确
定其自动分析所需数据。其次，在如何控制质量方面。
应当贯彻分批生产、分批控制、抽样检测的原则。由于
荧光标记str复合扩增检验试剂有一定的有效期．现
实可行的是分批生产，同时分批控制其质量．并且进
· 233·
行抽样检测和出厂前检测。每批试剂的质量必须均
一
，并且留样可查。对于整个试剂制备流程来说，分步
骤、分组地细化进行质量控制是有效的方法。并对整
个制备的流程进行了功能分区。再者，要建立严格的
质量责任制度。从程序和制度上来保证荧光标记str
复合扩增检验系统的质量。对质控检测全过程具有完
整的实验记录。
等位基因分型标准物是str试剂盒中的重要成
分，其大规模制备是实现str试剂国产化的前 提和条
件，对打破进口试剂的垄断、制备适合中国人群的
str试剂、降低办案科研以及建立dna数据库经费
大有意义。
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法律与医学杂志20__年第12卷(第3期)
【14】 陈慧，余纯应，杨庆恩，等．str等位基因阶梯制备的研究【j]．中国
篇8
关键词：入侵检测，否定选择，克隆选择
1.引言
克隆选择是基于人工免疫机制的入侵检测系统中一个重要组成部分。Forrest小组提出的静态克隆选择算法能够在一个静态数据集上建立一个有效的误用检测器，但它最大的缺点是不能适应网络流的变化，即不具有自适应性[1]。在Forrest的静态克隆选择算法中，首先产生随机检测器集合D，D中的检测器都是经过随机产生器产生，再经否定选择后送到集合D中，D中的检测器初始适应度值为0。否定选择的目的，是为了排除和“自体”匹配的无效检测器，使随机产生的检测器，先和“自体”数据库中的所有记录进行比较，若匹配，则丢弃；否则，送入检测器集合D。由于“自体”数据库非常大，因此进行否定选择的时间很长。
J. Kim此此算法略作改进[2]，使否定选择函数返回一个特定的值，作为检测器的初始适应度值，检测器的优劣由适应度值的大小来衡量。可以把适应度值限制在0和1之间，在进行否定选择时，计算产生的每个随机检测器和“自体”数据库中的每个“自体”模式匹配的相异度值，否定选择函数返回这些相异度的平均值，并把这个返回值作为这个检测器的初始适应度值。即
其中：fitness(i)为随机产生的第i个随机检测器；N为自体数据库中“自体”模式的个数；dissimilarity(antibody(i),self (j))为产生的第i个随机检测器和“自体”数据库中第j个“自体”模式匹配的相异度值。论文格式，否定选择。
静态克隆选择算法在一定程度上改进了否定选择算法。但是，传统的克隆选择算法是在静态的抗原数据集基础上进行模式识别的，这种方法对先前已经收集到的数据具有较好的效果[3]。不过，现实环境中(比如网络中的入侵检测)，不停的有新的入侵模式, 也就是说AIS每天面对的可能是各种不同的抗原。更重要的是, 现实中某时刻被认为Self(正常行为模式)，到了下一时刻可能就成了Nonself(异形模式)。因此，我们要求AIS除了具备先前已经描述的具有识别新的未知模式的能力外，当识别器的识别能力不再正确的时候，它应该随时被替换[4]。
2.否定选择算子
检测系统选择两个双亲检测器，采用交叉、变异的方法去产生后代检测器，并用后代检测器中更优的子检测器去代替父检测器中检测效果较差的检测器。由于两个父检测器随机选取，交叉、变异的过程中可能产生无效的检测器，所以有必要用否定选择算法对新生成的子检测器做一个判定，当后代检测器与任一自体抗原匹配时，这个后代检测器就被淘汰。当一个无效后代检测器产生时，检测系统就用同一对双亲检测器基因算子产生一个新的后代检测器。当产生有效后代检测器失败次数超过T时，检测系统就选择一对新的双亲检测器产生新的后代检测器。论文格式，否定选择。
3.遗传选择算子
遗传算法是克隆选择算法的核心。遗传算法的基本原理是直接由自然行为类推而来。每个个体根据问题的好坏被赋予一个适应度。适应度越高的个体有更高的机会与其他个体交叉繁殖进行再生，新产的个体被称为后代，它们共享一些来自于它们双亲的特征。那些适应度较低的个体因为不太可能被选出来，最后都会灭亡。克隆选择算法用遗传算法作为遗传算子，随机选择成熟的检测器，这样能产生更新更优的子检测器。用遗传算法产生的新的子检测器中，有更优的，但也有更不合格的，所以需要用否定选择算法对他们作一个选择。遗传算法是建立在自然选择和群体遗传学机理基础上的随机、迭代、进化，具有广泛适用性的搜索方法。所有自然种类都是适应环境而得以生存，这一自然适应性是遗传算法的主旋律。论文格式，否定选择。遗传算法搜索结合了达尔文适者生存和随机信息交换，前者消除了解中不适应因素，后者利用原有解中己有知识，从而有力地加快了抽索讨程。
下面举例说明基本方法。对于一个给定的优化问题，设目标函数
F=(x,y,z), (x,y,z),FR
要求(x0,y0,z0)使得
F=f(x0,y0,z0)=max(f(x,y,z))
其中 (x,y,z)为自变量，是(x,y,z)的定义域，(x,y,z) 可以是数值，也可以是符号；F为实数，是解的优劣程度或适应度的一种度量；f 为解空间(x,y,z) 到实数域FR的一种映射，那么遗传算法的求解步骤如下:
（1）编码
用一定比特数的0,1二进制码对自变量x,y,z进行编码形成基因码链，每一码链代表一个个体，表示优化问题的一个解。如x有16种可能取值x0,x1，…x15，则可以用4bit的二进制码0000-1111来表示。将x,y,z的基因码组合在一起则形成码链。
（2）产生群体
t=0，随机产生n个个体组成一个群体P(t)，该群体代表优化问题的一些可能解的集合。当然，一般来说，它们的素质都很差，遗传算法的任务是要从这些群体出发，模拟进化过程，择优汰劣，最后得出非常优秀的群体和个体，满足优化的要求。
（3）评价
按编码规则，将群体P(t)中的每一个体的基因码所对应的自变量取值(xi,yi,zi)代入(4-l)式，算出其函数值Fi ,i=1,2,…,N。Fi越大，表示该个体有较高的适应度，更适应于f所定义的生存环境，适应度F为群体进化时的选择提供了依据。
（4）选择(复制)
按一定概率从群体P(t)中选取M对个体，作为双亲用于繁殖后代，产生新的个体加入下一代群体P(t+1) 中。一般P,与F,成正比，就是说，适合于生存环境的优良个体将有更多的繁殖后代的机会，从而使优良特性得以遗传。选择是遗传算法的关键，它体现了自然界中适者生存的思想。
（5）交叉
对于选中的用于繁殖的每一对个体，随机地选择同一整数n，将双亲的基因码链在此位置相互交换，如个体x,y在位置3经交叉产生新个体x’,y’，它们组合了父辈个体x,y的特征，即
x=x1x2x3x4x5[00011]
y=y1y2y3y4y5[11100]
x’=x1x2x3x4x5[00000]
y’=y1y2y3y4y5[11100]
交叉体现了自然界中信息交换的思想。论文格式，否定选择。
（6）变异
以一定概率凡从群体P(t+1)中随机选取若干个体，对于选中的个体，随机选取某一位进行取反运算，即由10或由01。同自然界一样，每一位发生变异的概率是很小的。变异模拟了生物进化过程中的偶然基因突变现象。遗传算法的搜索能力主要是由选择和交叉赋予的，变异算子则保证了算法能搜索到问题解空间的每一点，从而使算法具有全局最优，它进一步增强了遗传算法的能力。
对产生的新一代群体进行重新评价选择、交叉、变异，如此循环往复，使群体中最优个体的适应度和平均适应度不断提高，直至最优个体的适应度达到某一限值或最优个体的适应度和群体的平均适应度值不再提高，则迭代过程收敛，算法结束。
4.多层动态克隆选择算法
为了有效解决上面的问题，对静态克隆选择算法进行改进。引入几个重要的参数和与先前有所不同的新的免疫细胞，称为记忆识别器。即成熟识别器集中除了一般的经过克隆选择生成的成熟识别器之外，还包括记忆识别器。一个参数是生命期限，指的是成熟识别器参与模式识别的期限，当一个成熟识别器不能在规定的期限内识别出Nonself，说明该识别器并不是理想的识别器，应该被去掉；另一个参数是记忆计数器，每当成熟识别器识别出一个异形模式，则该计数器自动增加，当超过预先设定好的阀值时，说明该成熟识别器具有较高的识别效率，因此将其作为记忆识别器加入到成熟识别器集合中。这样，识别器集合具有了多层次性。同时，为了适应Self和Nonself的动态变化，用新增的抗原对成熟识别器进行再选择，去掉那些不再有用的识别器，以降低伪肯定率(误判)。
算法描述：首先初始化识别器种群，计算种群中每个检测器的适应值，在适应值高的检测器中随便选择两个检测器进行克隆繁殖产生子检测器，让子检测器通过一个否定选择过程去掉那些能够识别自体的检测器，这样就得到了成熟的检测器集合。下面是另一个再选择过程，因为我们动态的增加了自体或非自体，所以有必要对成熟的检测器进行一次再选择过程，通过再选择过程的检测器经过监测而达到激活阀值的就激活，而没达到激活阀值的就等待或者死亡。论文格式，否定选择。
算法分析：算法能动态的适应不断变化的网络环境，能够根据环境的要求动态的优化检测器。而在检测器通过初次选择成为成熟检测器后又通过一个再选择过程，这个过程能很好的配合动态新增自体或非自体，因为每次动态新增加了自体或者非自体后原来的一些检测器可能会改变它的属性，如原来合格的成熟检测器可能因为新增自体而变为无效检测器，这个在选择过程就能够把它过滤掉，从而能在保持误报率不变的基础上提高检测率。论文格式，否定选择。
结束语
由于遗传算法的特点，静态克隆选择算法产生的检测器有可能是无效检测器，所以本文提出了一种多层动态克隆选择算法，对每次动态克隆的新检测器再次检测，判断其有效性，从而过滤掉无效低检测器但是本算法也增加了算法的复杂度，这也是日后需要改进的地方。
参考文献
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[4]ZejunWu,YiwenLiang.Integratedplatformofartificialimmunesystemforanomalydetection.WSEASTransactionsonInformationScienceandApplications,2005,2(2):144~149
篇9
1 生物学哲学的再定位
费尔巴哈在谈到哲学的改造时说过：“哲学必须重新与自然科学结合，自然科学必须重新与哲学结合”。这是一种“建立在相互需要和内在必然性上面的结合”。〔1〕自然科学构成了哲学的基础， 生物科学是这个基础中不可或缺的组成部分。如同所有其他科学一样，生物科学也深深受到哲学的理论思维和方法的影响。生物学哲学作为连结哲学与生物学的桥梁和中介，对二者的重新结合起着十分重要的作用。从学科建设的角度看，这门学科的存在和发展，既须以实证科学知识特别是生物科学的知识材料为基础，跟上现代科学技术发展的步伐；又要汲取哲学研究的积极成果，适应当代哲学变革的需要。
就学科性质而言，一般认为生物学哲学属于科学哲学体系中的一个分支学科。《大英百科全书》第15版所列《自然哲学》条目将关于自然的实际特征问题作为实在来进行考察，并分为物理学哲学和生物学哲学两个部门。不过这里对“自然哲学”一词的使用，有别于以往的传统自然哲学，而是“作为对科学哲学的补充”。如所周知，西方科学哲学是以科学为研究对象，主要论述科学的认识论和方法论问题。维也纳学派的创立者M.石里克的自然哲学也是作为一种科学哲学，一种探讨哲理的科学方法。他申明自然哲学的任务在于解释自然科学命题的意义，自然哲学是一种旨在考察自然定律的意义的活动。在其自然哲学讲稿中关于生物哲学的分析，便是从有机自然现象也一定要由定律来描述这一点出发，来讨论生物学中的机械论与活力论问题。
在科学哲学的发展进程中，除了一般科学哲学，还兴起了特定学科的科学哲学，自本世纪初以来主要是物理科学哲学。传统的科学哲学带有片面的物理主义倾向，认为运用物理方法能够对这个世界作出绝对完全的描述，世界上发生的每一事件均可用物理语言来描述。物理主义最热烈的倡导者、分析哲学的主要代表人物之一的R.卡尔纳普声言：“如果根据物理语言的普遍性，把物理语言用作科学的系统语言，那么，所有的科学都会成为物理学。……实际上只有一种客体，那就是物理事件。在这物理事件范围内，规律是无所不包的”。〔2 〕石里克也同意物理主义的观点，他仅仅基于量的方面的考虑而得出结论：“对于自然哲学而言，有机体不过就是一些特殊的具有复杂结构的系统，它们被包含在物理世界图像的完美和谐的秩序之中”。〔3〕
传统的科学哲学把研究重点放在物理学的定律和理论上，把它们看作科学的结构和逻辑的范例。之所以这样是有其深远的科学背景的。自牛顿实现了力学中第一次伟大综合，此后，经典物理学的各个分支日趋完善，牛顿的机械纲领左右了近代科学和哲学的发展。本世纪初以相对论和量子力学的建立为标志的物理学革命，是物理学发展中的重大突破，也是对科学哲学的有力推动。逻辑经验主义的主要代表H.莱辛巴赫所著《量子力学的哲学基础》一书，就是通过对量子力学的科学成果的分析，阐释了他关于知识的性质、客观实在以及因果性等问题的见解。多年来，科学哲学的研究植根于逻辑学、数学及物理学定律，重视对物理理论的分析而忽略了生物学。正如在科学哲学家的视野内，有机生命及其进化只不过是世界科学图景中的一个次要因素；在科学哲学的殿堂中，生物学哲学也是处于比较次要的从属的地位。这种状况只是到本世纪中叶以后才开始改观。随着分子生物学所取得一系列新进展，导致了生物学的革命，生命科学作为最激动人心的科学领域跃居到自然科学的前沿，对现代整个自然科学和哲学的影响也日益显著。由于引入数学、物理、化学等学科的理论、方法和新的技术手段，现代生物学的研究领域得以向微观和宏观层次不断延伸扩大，并愈来愈趋向系统的复杂性，向揭开物质世界最复杂最高级的系统——大脑的奥秘进军。生物学研究的课题愈来愈带有根本性，当今自然科学的研究重点正在转向研究生命本身。对生命现象的深入探索，增强了人们对生物学的哲学兴趣，并促使科学哲学向新的研究方向转变。在这方面，现代综合进化论的主要建筑师之一E.迈尔作出了开创性的工作，他致力于建立生物学的新哲学，强调这样一种新的科学哲学必须放弃对僵化的本质论和决定论的依附，必须将科学概念加以扩展、不仅包括物理科学的而且还包括生物科学的原理和概念。
传统科学哲学还带有专注于纯科学领域的局限。国外学术界在讨论医学哲学与科学哲学的关系这一论题时，已有学者指出，从历史上看，科学哲学家往往不到自然科学领域外面去寻找对科学的定律、解释和理论的洞察力以确定理论演变的进程，而是将自己限制于纯科学形式中，一直忽视和轻视象工程学、农学和医学这样的应用科学领域。同时由于传统科学哲学仅仅局限于从“内部”考察科学，忽视了科学技术与社会之间的互动关系，这种狭窄的科学观不可能得出真正有洞察力的答案。传统科学哲学在研究视野上的这些缺陷，对后来兴起的生物学哲学也产生了某种程度的影响。
固然，科学哲学主要是把科学作为知识体系，对之进行认识论和方法论的研究，但是认识的最终目的不是知识本身，而是改造世界的实践活动。对科学的哲学反思也不能脱离它所固有的实践本性。在科学、技术和社会走向一体化的现时代，尤有必要拓宽科学哲学的领域，开展实用性的或应用性的研究，并将科学哲学研究同科技发展的社会研究结合起来。作为实用科学的农学和医学与作为基础科学的生物学之间的联系极其密切，它们都属于生命科学的范畴。在生命科学哲学领域内，理应包括对这些应用学科的理论和实践的哲学研究。以分子生物学为依托的生物技术，将成为医学和农业科学的主导技术，并将引起医学革命和第三次农业革命。生物技术的“每一个创新，每一个技术妙举，每一个概念上的困难的解决，都使得需要一种确定的生物学哲学变得更加显著，并且目前正在朝向这个目标发展”。〔4〕
21世纪将是生物学世纪。可以预期，未来世纪生命科学的巨大进展及其革命性变化，必然要求生物学哲学在已有研究基础上，无论从理论框架到研究内容到论题范围都要有所突破。要尽力吸收、消化生命科学的最新成就，以正确的世界观和方法论为指导作出新的哲学概括，提出新的理论观点及发展生物科学技术的战略选择，这些可谓生物学哲学学科建设的题中应有之义。
2 拓展和深化生物学发展新形势下的生物学哲学研究
以下试从生物科学发展的规律性、生物学规律与物理规律的关系以及生物学规律与社会规律的关系三方面谈点浅见。
（1）“自然科学现在已发展到如此程度， 以致它再也不能逃避辩证的综合了”。〔5〕恩格斯在上个世纪80年代作出的这一论断， 揭示了辩证思维对于了解科学事实的辩证性质的必要性，这也为后来自然科学本身的发展所证实。
近现代自然科学发展的趋势是由经验分析进到辩证综合，这在生物学的发展中表现得十分明显。自本世纪二、三十年代起，在生物学范围内开始出现一些学科的综合趋势。早期的两大综合，一个是以胚胎学为中心，将之与细胞学、遗传学和生物化学综合起来，形成统一的发育观点；另一个是以进化论为中心，将达尔文的自然选择学说与群体遗传学相结合，发展为一个有巨大阐明力的学说，即现代综合进化论。进化的综合范式取得了富有建设性的成果，如迈尔所说，是在有关的学科之间找到了一种共同语言并澄清了许多进化问题和作为其基础的各种概念。但是这一范式仍是不完善的，还有不少尚未解决的问题。它不仅受到一些批评家的非难和质疑，就是在达尔文主义者之间也依然存在某些意见分歧。更完全的综合始于本世纪50年代中后期诞生的分子生物学，它是生物化学、微生物学和遗传学等学科相互融合的产物，其主要目标之一是试图将大量的生物功能与分子水平上发生的事件联系起来。分子生物学的核心——分子遗传学，在信息大分子的结构、功能及相互关系的基础上来研究生物的遗传与变异。按照生物学史家G.E.艾伦的说法，J.沃森和F.克里克的工作，把信息学派、结构学派和生化学派对遗传（甚至扩展到整个生物学）的问题的研究统一起来了。作为一个新的遗传学范式，分子遗传学的范式补充和修正了（不是取代）进化综合范式，推动了关于进化过程中基因的变化和调节机制等问题的研究。着眼于分子水平上的进化的中性学说同着眼于表型进化的自然选择学说，也应看作是一种互补关系而非互相否定。现代分子生物学在进化研究方面的认识成果向人们昭示，一种完整的进化理论的建立，期待着传统的进化生物学与分子生物学实现新的综合。更进一步看，生物进化是种系发生和个体发育的辩证统一过程，对进化的深层认识，必须解开发育之谜这个世纪难题，以阐明个体发育中基因在多层次水平上的程序控制机理。由于分子生物学、细胞生物学与遗传学的结合，把发育生物学推向前台，将成为21世纪生命科学的新主角。据中科院未来生物学预测研究组预测，在分子水平上使遗传、发育和进化的统一成为可能，这将是未来生物学的主要理论任务之一。由这三者统一所导致的理论大综合，蕴含着丰富的哲学思想。从哲学认识论和方法论上对之进行理论概括，也应成为未来生物学哲学的主要理论任务之一。
“分久必合”。生物学中的这种综合趋势还在继续。一些生物学家预言，面向21世纪的生命科学，必然是各学科相互渗透与相互交融的“大生物学”时代。“大生物学”要求辩证地综合与不同组织水平相关的各门学科所积累的科学事实，建立起一般的生命理论，发展统一的生物学原理。多种学科的综合，反映了生物现象的相互联系和科学概念、方法论准则的统一。结合生物学认识发展的内在逻辑的考察，对生物学理论的相互关系（特别是理论的概念结构之间的转换、理论范式的确立和更替）进行哲学分析，能为我们提供有关生物科学发展规律性的新的认识。
（2）在生物学哲学的讨论中， 争议较多而且也是悬而未决的一个理论问题是关于生物学的自主性问题。具体言之，生物学的概念与规律能否在某种意义上“还原”为物理学和化学的概念与规律？生物学家运用的解释型式（例如历史的解释或目的论的解释）在物理科学中是否相宜？在生物系统中显示的某些现象是否也在无机系统中显现或有重大差异？等等这样一些有关生物学和物理学的联系究竟是什么的问题， 被A. 罗森伯格称之为“生物学哲学的中心问题”（《生物科学的结构》）。根据对这个问题的不同回答而形成了“自主论”与“分支论”两派泾渭分明的理论观点。这种分野在历史上的表现形式是活力论与机械论的对立，在现代则主要是所谓反还原论与还原论的争论。
从本体论方面说，讨论物理化学的实体和过程是否构成所有生命现象的基础，这实质上就是高级运动形式与低级运动形式的相互关系问题。如果把生命运动形式同物理化学的运动形式混同起来，甚至完全否定生命运动在质上的特殊性，这种本体论上的极端还原论倾向在哲学上和生物学上都是不可取的。相反，如果把生命运动的独特性绝对化，忽视其与其他运动形式之间的包容关系和发生学联系，这种倾向同样是不可取的。以辩证唯物主义的物质运动形式观为指南，依据科学认识的新成果，将能通过阐明生命运动和低级运动形式存在的联系和连续性而更深入地揭示其本质。
从方法论方面说，在生物学中通过把复杂现象分解为更为简单的组成部分进行研究，最终在物理化学层次上——分子层次上——作出说明，这也即还原论作为方法论的功能。分子生物学正是运用物理化学的还原方法来分析生命活动的基本过程，才获得了划时代的成就。这被誉为还原论的胜利。但是也要看到，生物学中还原方法的应用是有其局限性的。研究表明，生物体是一个多层次的、有组织的、结构复杂的系统，其中各个组成部分和整体具有多方面的相互作用。生物体的整体性不能建筑在来自于各个部分的分子碎片之上，分子参与组织的整体，它们的转移和复制是整体的全部功能的结果。本世纪下半叶以来系统科学和非线性科学的发展，为探索生命系统的复杂性提供了新的科学思想和科学方法。还原论方式的自下而上的决定原则即较低层次决定较高层次的原则，同系统整体思维方式的自上而下的决定原则即较高层次决定较低层次的原则，二者既相互对立又相互依赖，它反映了部分与整体的辩证法。合理地结合这两种决定原则，应是生物学进一步阐明生命机制及其规律性的研究战略。
（3）在当代， 从自然科学奔向社会科学的强大潮流已成为不可遏止之势。由于生物学革命对自然和人类社会生活产生的广泛影响，凸显了人的自然基础和社会基础的统一问题。与此相应，生物科学和社会科学的综合性研究也成为人们关注的热点。加拿大哲学家M.鲁斯在其《生物学哲学》一书中宣称，未来的社会科学将和生物学结合起来，社会学将把生物学的成果包括在自己的理论中，研究这种结合会提供许多有意义的东西。从现代生物学的发展可以看到，生物科学领域的一些学科（如遗传学、动物行为学、生态学等）与社会学、人类学、伦理学、经济学及政治学等学科的渗透、融合，不仅加深了人们对自然界和人类自身的认识，同时也启迪了对生物学规律和社会规律二者相互关系的哲学思考。如生态经济学作为生态学与经济学交叉发展起来的一门边缘学科，主要是阐明生态系统与经济系统相互作用所形成的生态经济系统运动和发展的客观规律。而生物政治学则旨在用生物学的概念、原理和方法来研究政治行为，借以探索社会政治生活的本质及其规律。在横跨生物科学与社会科学的众多交叉学科中，1975年由美国动物学家E.威尔逊在其巨著《社会生物学：新的综合》中所倡导并加以重新解释的社会生物学引起了很大反响。这是一门系统研究一切动物（包括人类在内）的社会行为的生物学基础的学科，其核心在于承认基因是遗传和自然选择的基本单位，一切社会行为均有其特殊的遗传结构。威尔逊和C.拉姆斯登还进行了更为广泛的概括，在他们所著《基因、理性和变化》（1981）中提出基因—文化互作进化论，认为整个人类文化领域在一定程度上依赖于遗传控制。学术界对社会生物学褒贬不一，围绕它所提出的人类行为的遗传决定问题展开了激烈的争论。这场争论远未完结，它所涉及的生物进化与文化进化的关系、社会生物学的哲学意义以及如何正确评价这一学说等问题也是生物学哲学研究的课题。
生物学与社会相互作用的一个引人注目的方面，表现为生物技术研究对伦理观的冲击和基因工程的社会控制及其伦理调节。生命科学技术的进步，在造福人类的同时也引发出许多社会伦理问题，向传统的伦理道德观念提出了新的挑战。举医学领域来说，由于医学技术以人作为直接作用对象，它所引发的伦理问题更为突出。自本世纪六、七十年代以来，国外医学界关于死亡标准、器官移植、安乐死、重组DNA 技术以及人工生育技术种种问题的伦理学争论，无不反映了传统伦理观的困惑和人类面临的伦理学上的选择。在当代新科技革命条件下，随着生物高技术的发展，不断涌现出新的伦理道德难题。被称为生物学领域的第一“大科学”的人类基因组工程，无疑会深化人类对自身结构的认识，但这项研究也将面临与伦理观念相悖的严峻形势。例如，由检测基因产生的侵犯个人健康隐私权问题。当今在世界范围内受到广泛关注的克隆绵羊“多利”的出世，更是激起了一场有关其应用前景和伦理意义的大争论。人能否克隆？在人身上重现这一成就或者创造新的生命形式（如人兽混合体）是否合乎伦理？未来的生命科学技术怎样与社会协调？是否应该着手进行人种改造的选择？站在生物学哲学的高度，我们将如何回答这些问题？
参考文献
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[4]金吾仑选编：《自然观与科学观》，知识出版社，1985， 第30页。
篇10
【关键词】自主论/还原论/生命现象/解释/遗传信息
【正文】
1．目的性解释或功能解释的方式是概念自主性的逻辑延伸
如果承认生物学理论具有自主性，那么理论自主性的根本在于概念的自主性，即存在所谓不能用物理——化学术语进行描述和定义的概念。生物学理论自主性的另一表现——理论体系的目的性解释或功能解释方式，是概念自主性的逻辑延伸。另一方面，生物学理论中仅存在自主性概念并不必然导致目的性解释或功能解释，例如，孟德尔遗传学、公里化处理后的群体遗传学和进化论的演绎体系(1)，其中所有的概念都没有与物理——化学发生关联，都是自主的，只有在一个体系中，例如，以分子生物学为主体的现代生物学，存在自主性概念的同时，又存在物理——化学的术语和概念，并且，二者都处于解释起点的位置，才必然导致目的性解释或功能解释的理论结构，这种结构成为融合自主性概念与物理——化学概念为一体的方案。就现代分子生物学来说，其中的物理——化学概念所描述的是生命现象中的分子及其行为，而自主性概念所描述和推演的是我们宏观经验的生命现象本身，这二者之间，从概念的构造和体系的建立的过程来说，分属两套逻辑体系，因而它们之间没有逻辑演绎的导出关系(2)，同时，由于生命现象的复杂性（即使假定把它描述成所谓的因果反馈网络是可行的方案），难于形成一个由前者到后者的历史演化的因果决定性的理论描述，剩下来将二者结合在一个理论中的唯一方案就是目的性解释或功能性解释的方式。由此形成的体系中，自主性概念（如遗传信息）处于核心地位，物理——化学的术语和概念（如DNA，蛋白质）是附属的。现代还原论（或称分支论，企图将生物学作为物理科学的一个分支）对生物学理论的目的性解释或功能解释方式的一切责难，以及将其变换为演绎解释方式的企图，如果不首先化解概念的自主性问题，将是徒劳的。
从生物学理论的客观构建过程来说，这些“自主性概念”是直接从生命现象中认定的，因而也是无机世界所没有的。在自主论看来，无论站在什么角度或立场上，“自主性概念”是理论中不可再分解的最基本，最原始的元素，是解说其它现象的起点；而在还原论看来，从物理——化学的立场或从无机界与生命界的关系的角度来看，“自主性概念”是复合的，应由物理——化学的术语和概念复合而成，因而它们就不应是理论中最基本的元素。我们顺着还原论的思路思考下去，还原，就是最终由物理学中的概念逻辑地演绎“自主性概念”的内涵。物理学中所有概念都终究归结为可感知、可操作的三个量纲：质量、空间、时间。物理科学内部的还原都是这种归结：对热质的否定并把热现象归结为能、温度归结为分子的平均动能，从化学到量子力学等等，著名的“熵”，则以热量与温度的关系来表示，在申农创立了信息论之后，人们便千方百计地寻找“信息”与物理学的关系，勉强将其与“熵”联系起来。从有限的意义上说，分子生物学还原了经典遗传学，将基因还原为DNA和“遗传信息”，而“遗传信息”如何进一步归结为物理学的量纲呢？“遗传信息”是一系列生命过程的整体赋予DNA等生物大分子行为以生物学意义的概念，也就是说在解释的逻辑次序上整体在先，元素在后，这是“遗传信息”这一概念的自主性的来源。因此，分子生物学的还原仅是有限意义上的还原，甚至不能说是还原，因为它仅仅是以一个自主性概念（遗传信息）解说了另一个自主性概念（基因），而“遗传信息”已成为现代生物学的研究范式或纲领的核心。因此，现代分子生物学并没有给还原论以支持，而且具有反作用，因为，如果说经典遗传学是一个演绎体系因而在这一点符合还原论的要求，那么分子生物学由于“自主性概念”与物理——化学概念的混合而具有了目的性解释和功能解释框架的特征，这成为生物学理论自主性的表现特征之一。
现代自主论正是从分子生物学的这些自主性特征出发，声明了自己的原则和立场。
2．现代自主论的原则及其本体论基础
从活生生的生命现象中直接认定一些概念，从而它们独立于无机界，有别于物理——化学语言，使建立在这样的概念之上的理论具有自主性，最极端的例子是本世纪初的生理学家杜里舒（H·Driesch）将“活力”概念科学化和理论化，使它成为逻辑解释的起点；孟德尔到摩尔根所构造的经典遗传学中的“基因”，也是直接以生命现象以及从中所获得的数据为根据认定的有别于物理——化学的概念。本世纪六十年代，分子遗传学将“基因”用DNA分子片段代替，使人们一度认为生物学的自主性是一种虚幻的认识，迟早会消失的。但是，并非DNA分子片段唯一地代替了基因，而是DNA分子与“遗传信息”二者一起来解释基因。“遗传信息”又是直接来源于生命现象的概念，仅就这一点来说，分子生物学仍然具有自主性。这是现代生物学自主论的根据。
现代自主论的主要论点是生物学完全有根据形成自主的概念，“自主”意味着不能由物理——化学术语来分解或描述或定义。为了区别于分子生物学诞生之前的生机论或活力论，现代自主论提出以下原则：将生物学能否还原为物理科学与能否用物质原因阐释生命现象严格区分为两个问题。(3)这个原则所要强调的是，物理——化学并不是对物质世界的唯一表述方式，关于生命有机体自身的物质原因的表述（生物学理论）则是另一种关于物质世界的理论表述方式，二者之间不存在逻辑蕴涵或逻辑导出关系。生物学还原为物理科学，其严格意义是以物理——化学的概念和定律来解释生命现象，从而推演生物学理论。仅从概念的层次来说，完全用物理——化学的术语描述或定义生物学概念，已经非常苛刻而至今远未做到。现代自主论“用物质的原因阐释生命现象”则宽松得多，实际上，分子生物学就是这样，以生命大分子组成，再加上遗传信息、复制、转录、翻译以及选择、稳定等诸多生物学独有的自主性概念，成功地阐释了从功能到进化的许多生命现象和活动。这是一个非常实际的原则，既可以摆脱科学史上令人厌恶的“活力”纠缠，又没有象还原论那样自套枷锁。
虽然如此，如果深究这一原则，则存在以下问题：
第一，现代自主论所称的具有自主性的生物学概念的认知来源无疑仍是对生命现象的直接认定，因此，在还原论或分支论那里应该是纯粹的解释对象的生命现象，在此成为认知和解释的起点。至少在这一点上与“活力”概念是相同的；
第二，现代自主论的本意是，生命现象中的物质运动方式为无机界所没有，因而对这些运动方式、关系等可形成独立于或自主于描述无机界物质运动方式的物理——化学的术语、概念乃至规律、理论，作为解说生命现象的前提。这种主张或可与当下的生命现象或“功能生物学”(4)相谐调，但与科学界的一个基本承诺（也是一个从未被证实过的预设）相抵触：生命来自于无机界。这意味着生命现象中的运动方式与无机界的运动方式有—个逻辑与历史相统一的关系，描述它们的理论也应有一个统一的逻辑关系，因而自主性不应该是必然的。
第三，在解释上，“物质的原因”中的“物质”是指生命体组成，主要是生物大分子，因此在现代自主论看来，分子生物学在具有了自主性的同时，又具有了物质性。而具体体现这种主张的分子生物学必然是自主性概念与物理——化学的术语和概念相“混合”的理论，其中，直接以生命现象作为实在性基础的自主性概念占有主导地位，是理论的核心。“遗传信息”规定了未来的蓝图，成为生物大分子所有行为的目的性基础与源泉，(5)它以生物大分子自身的逻辑内涵所没有包容的、因而是外在的东西，来赋予生物大分子行为以生物学意义。这就使得DNA等生物大分子成为遗传信息等概念的附庸，导致了目的性解释或功能解释方式(2)。这实际上仅仅一半是物质的，而另一半却仍旧是“生机”的。这样，与其说是解释生命现象，不如说是在阐释生命形式下的分子及行为。这样的理论之所以被人们接受，其原因之一是人们接受了“生命来自于无机界”这个科学界中最基本的承诺之一，它已成为一种指导思想，给人们带来了希望：迟早有一天我们可以使理论上的从无机到生命的逻辑与历史上的从无机到生命的演化过程统一起来。因此，现代自主论的原则尽管与现代生物学相一致，但是，它却与这样一个重大的承诺不谐调。
第四，由此，我们可以做这样的一个回顾：生机论以从生命现象中认定的概念作为解释的起点，可简略称为“以‘生命’解释生命”；还原论则基于近现代科学精神的要求，以描述无机界的概念为起点来解释生命现象（即“以‘物质’解释生命”）；而现代自主论的原则和主张，在分子生物学的具体体现中，却付出了这样的代价：以自主性概念为核心规范了物理——化学的术语和概念，以此为解释起点，但所解释的并非是生命现象本身，而是分子的行为（尽管是生命形式之下的）——自主性的那部分所解释的是生物大分子的（物质的）行为（即“以‘生命’解释物质”），“物质原因”那部分所解释的也仍是物质，而非生命。
以上几点，既是现代分子生物学理论体系中存在的哲学疑难，又是现代自主论的主张所存在的问题。现代自主论的原则是以现代生物学为其合理性依据的，它之所以坚持这一原则，一方面是由于现代分子生物学的内容的确如此，另一方面又企图把这一原则固定为今后理论生物学构建的指导性原则。这不由得使人想起了二千多年前亚里士多德的技巧，他不满意柏拉图在灵魂（生命）与肉体（物质）之间设置的鸿沟，企图找出生命过程与物理过程的密切联系，同时又要界说生命过程以表明与物理过程的区别，他构造了“形式因”和“目的因”的概念来解决这一问题：一件东西赖以构成的原料或物质并没有告诉我们它是什么，但赋予它以形式或目的，我们就可以根据它能做什么来说明它。
进一步的问题是本体论问题。现代自主论的优势在于现代生物学理论的形态和内容确以一些自主的概念作为理论根基的，但它的本体论基础却不令人信服：“生物学自主性的本体论根据在于生命有机体这种体系中的因果关系是复杂的，其中，生命整体行为对部分的制约是无机界所没有的。”(3)在此，存在着这样的悖论：因果关系是对现代生物学自主性的否定，而这里却以因果关系（尽管是复杂的，但仍是因果关系）作为自主性的本体论基础——前文分析了“一个理论体系中自主性概念与物理——化学概念同存并列作为解释的最基本元素，必然导致目的性解释或功能解释的方式”，它的逆否命题便是“非目的性解释（演绎的或因果关系的）体系不允许两种概念混合并列为解释的起点”，只能由一方还原另一方。那么，理论出现了“自主性”，到底是由于生命现象太复杂、纯粹以无机界为起点因果地或演绎地解释生命现象太困难而采取的权宜之计；还是由于存在着无机界所没有的“制约”，因而生命现象在本体上具有“自主性”（自主于无机界、确切地说自主于物理——化学的运动机制），使生物学也具有了“自主性”？接下来就发生这样的重大问题：本体上的自主性是什么？它与“活力”“生命力”的本质区别是什么？现代自主论可以争辩：生物学理论的自主性并不等同于生命现象具有自主性。但是，“整体对部分的制约”等诸如此类的现象如果在本体上不是自主的，而是与无机界有演化机制的因果关联，又为何不能为物理——化学（包括未来的物理科学）所描述？除非承认“科学的认识方法是有限的和不完备的”以及进一步承认“人的认知能力是极为有限的”这样令人气馁的命题，这又回到了“太困难而采取的权宜之计”上来。
因此，现代还原论固执地坚持以下两点与现代自主论的原则以及生物学理论现实作对：第一，生命必须纯粹地作为解释对象，而不能在解释之先从生命现象中预设某些概念作为解释的起点，如果生物学理论中有这样的概念，则它应被分解为物理——化学的语言；由此，第二，用演绎的解释方式转换由于存在自主性概念而采用的目的性解释或功能解释方式。坚持以上两点，也即将生命现象作为纯粹的解释对象而从无机界来演绎，就意味着用“物质的原因解释生命”与“生物学还原”是同一个问题。由于这种理想主义的固执，还原论所遭遇的困境甚于现代自主论。
3．现代还原论的困境
还原论的致命之处，主要不在于它反对现代自主论的原则，而在于反对现实的生物学理论的形式和内容去追求一种不太切合实际的理想。对生物学理论中的目的性解释和功能解释的诸多责难及演绎还原的要求所依赖的合理性依据——解释预言的检验是经验上可操作的，已随着现代生物学的成功而烟消云散，因为目的性解释或功能解释方式同样在试验上可检验。面对现代生物学的成功，以及还原所难以克服的诸多困难，再加上现代自主论强有力的批判和否定，现代还原论发现，剩下来可依赖的唯一合理性是哲学意义上的依据，即“生命来自于无机界”这一预设性和承诺性命题，我们不应“以‘生命’解释生命”，也不应“以‘生命’解释物质”，合理的“解释矢量”的方向应是“以‘物质’解释生命现象”。在这里，“生命现象”是一个很不具体的抽象概念，实际上可具体为被“约束”或“规范”的物质行为表现和“约束”或“规范”机制本身，这是真正的解释对象，也是理论自主性的实在性基础。因而，对于还原论来说，追究“基因”或“遗传信息”的起源和分子进化机制已成为其最后的坚守阵地，并且，当代自组织理论和超循环理论的盛行，似乎为还原论带来了令人振奋的希望。
迈尔曾将生物学理论划分为功能生物学与进化生物学，(4)在功能生物学中，基因所携带的遗传信息是生物学一切功能和目的的基础和源泉，只要突破这一点，即能够用物理——化学的语言演绎地描述形成遗传信息的分子进化机制，那么，还原论至少在原则上取得了胜利。但是，通过以下分析，这种希望似乎又是水中之月。
前面说过，“自主性概念”之所以“自主”，是由于它直接对应于生命现象或认定“生命的实在”，它反映了生命特有的本质，因此，它作为理论的起点，不必给予也不可能进行物理——化学的描述。还原论否认存在生命的特质，把所谓“自主性概念”或直接来自生命现象的概念看成是“复合性”的，可分解为诸多物理——化学的术语和概念，与此相应的试验上可操作性依据是生物化学对生命有机体的组成还原。但是，组成上的还原虽然可作为生命与无机界密切联系的依据，但也没有否定现代自主论的“用物质的原因解释生命不等于还原”的命题及所坚持的原则。否定“自主性概念”的充分条件不仅仅是把它看成“复合性”的，而且要以物理——化学的术语和概念逻辑地导出它的内涵。如果只满足于组成上的还原，结果只能是以“自主性概念”为核心来赋予生物大分子及其行为以生命意义(2)。与逻辑导出相对应的试验依据不是组成上的分解还原，而是与逻辑导出同向的试验可操作性，说白了，就是由无机要素合成生命，哪怕是最简单的生命现象。例如，对于超循环论来说，就是生物大分子超循环耦合能否在试验条件下发生，这涉及到“生命来自无机界”这一命题由哲学化向具体的科学化的过渡，关系到还原论在科学上能否真正站稳。但是：
第一，由无机到生命，经历了漫长时间，并且，生命的产生和演化是在十分优越的条件下选择了唯一快捷的途径而发生的。以人类的有限生命和历史是否有能力进行这种操作呢？这就象大海里的沙子，原则上是有限的，如果想数清楚有多少粒，则在实践上是一个无限的问题。退一步说，仅理论上的操作，即以物理——化学诸要素，通过在无机背景下取得的参数，进行自组织理论的非线性过程计算，来描述无机与生命之间的逻辑关系，这种非线性理论的计算操作也同样是事实上的无限复杂。这种原则上的有限而实践上的无限，直接冲击还原论的哲学基础：决定论。只有决定论成立，由无机到生命的逻辑演绎方式才是理论上可操作的，才具有进行预测和试验上可操作的价值和意义；决定论的前提又是自然有限论，而无限性就意味着不确定性，也就意味着逻辑演绎的理论之路是不通畅的、实践之路是不可操作的。
第二，自组织理论本身的结论——非线性过程的不可逆性，使这种操作不可能。从无机到生命的历史过程，其中有许多偶然性或随机因素起了决定作用并已作为“信息”储存于生物大分子的结构中。由于偶然性或随机因素的不可重复，使时间不可反演，因而整个过程无法进行重复操作。
第三，自组织理论和超循环论的非线性动力学过程的不确定性，使从无机到生命的演绎过程不可能。在此，应对“因果决定论”与“演绎解释方式”作出区分，一般来说，这二者被合二为一地用来与目的性解释或功能解释方式相对立，但它们之间是有区别的。因果决定论是用来表述定律或原理的方式，而演绎解释的方式是解释体系乃至理论体系的构成框架，即因果决定论形式的定律或原理是作为演绎框架的解释前提而出现的。这就可以提出这样的问题：否定了因果决定论的自组织理论的非线性过程的定律、原理是否可以作为从无机到生命演绎解释框架的解释前提呢？按照还原论解释的要求，如果中间环节有不确定因素，将阻碍这种演绎解释的逻辑通道的畅通。只有解释前提的因果决定论形式才与整体的演绎解释框架相谐调。尽管自组织理论及超循环论这一新物理科学曾经被讨论的热火朝天，由于它在分子自组织领域内就已经在逻辑上不确定了，因而，至今为止它对生物学的影响只限于描述性地说说而已，至多提供一个框架式的思想启示。
4．结语
还原论所遭遇的困境，是由于坚守着理想主义的科学信仰而不顾生物学现实。但是，无论是同情还原论而提出的带有折衷性的整体还原，还是反对还原论的自主论，在其构建生物学理论的建议中，只要还主张保存直接来自于生命现象的术语和概念，并且不可被物理——化学的术语和概念、也即描述无机世界的术语和概念所代替，都是在认识论上允许预先设定生命现象作为解释的起点，从而在本体论上承诺了存在着一种生命特质，也就有违于“从无机到生命的历史走向和逻辑走向相一致”这一基本的科学承诺。
在现代生物学面前，还原论成为固执地坚守理想和信仰的牺牲者而在所不惜，自主论由于切合生物学理论的现实而取得了优势，并以能够指导未来生物学理论的构建为最大的价值所在。但是，笔者认为，一门学科，特别是具有哲学色彩的学科，其意义和价值不应仅仅依赖于其他学科，更不能以其可否“指导”自然科学的发展为其价值标准。逻辑实证主义起始的现代科学哲学的历史已证明这种“指导”是虚妄和徒劳的，科学往往自我发展而不听命于哲学家的“指导”。在这方面，还原论也并不是无可厚非。无论是还原论还是自主论，它们的目的都是企图指导生物学理论按照它们指定的框架来运行，结果使我们处于这样一个悖论之中：如果信守“生命来自无机界”这一命题，则应否定“不能用描述无机界物质运动的概念、规律即物理科学进行还原”；而坚持还原论，则遇到操作上包括不确定性对演绎过程的否定的阻碍。这是否值得我们反思一下过于功利主义倾向的行为，以修正我们对科学的哲学探讨的目的？科学哲学的真正意义和价值在于自身，在于对科学及其与自然的关系的理解，在于它自身体系的建立，这个体系体现了人类的心智对完美的追求和向往。这一点，特别是在一个人欲横流的社会里，是极为可贵和重要的。
【参考文献】
(1)Rosenberg.A.(1985).The Structure of Biological Science．(Cambridge：cambridge University Press）．
(2)郭垒：“生物学自主性与物理科学的理论构建”，《自然辩证法研究》，1995年第3期。
(3)董国安、吕国辉：“生物学自主性与广义还原”，《自然辩证法研究》，1996年第3期。
