人體結(jié)構(gòu)與功能的四元數(shù)矢量模型的生物學(xué)意義與醫(yī)學(xué)價(jià)值

張成崗

(北京中醫(yī)藥大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 北京, 102488)

在針對慢病起源的研究中，經(jīng)常涉及關(guān)于“人”本身的問題，如人為什么會(huì)得慢??？為什么慢病頻頻高發(fā)且久治不愈？難道慢病是人類現(xiàn)實(shí)生活過程中的必然？就人本身而言，既有表象的體現(xiàn)，也有意志的內(nèi)涵。人之所以出現(xiàn)慢病，既在表象這一層面有所體現(xiàn)，又與人們不想患病的意志密切相關(guān)。在閱讀《作為意志和表象的世界》等著作時(shí)，經(jīng)常令人深思究竟什么是意志和表象的關(guān)系[1-2]。如果以物質(zhì)對應(yīng)表象(因?yàn)楸硐笸ㄟ^物質(zhì)來體現(xiàn))、以意識對應(yīng)意志，那么不妨可以說，關(guān)于“物質(zhì)和意識的關(guān)系(簡稱物意關(guān)系)”或許應(yīng)該是人類真正理解世界的關(guān)鍵所在。

1 人體結(jié)構(gòu)與功能的四元數(shù)矢量模型的生物學(xué)意義

通常來說，唯有數(shù)學(xué)的介入，才有可能實(shí)現(xiàn)一門學(xué)科的真正發(fā)展，這是因?yàn)閿?shù)學(xué)強(qiáng)調(diào)的并不是直覺、經(jīng)驗(yàn)，而是邏輯和推理，是嚴(yán)密的科學(xué)論證。同理，將哈密爾頓四元數(shù)模型引入“什么是人”這一重大問題，必然需要回答其中的若干基礎(chǔ)、基本和關(guān)鍵的科學(xué)問題，方才有可能夯實(shí)“數(shù)學(xué)生物學(xué)”這棟21世紀(jì)生命科學(xué)新大廈的基石[6], 這不僅是為了解釋世界，而且是要改造世界，更好地為人類健康和社會(huì)發(fā)展服務(wù)[7]。

不妨從生命起源與進(jìn)化角度出發(fā)，通過梳理生物進(jìn)化過程，進(jìn)一步分析本文所提出人體四元數(shù)模型的科學(xué)性與合理性。已知地球已有46億年的歷史。大約在36億年前，地球大氣中還沒有氧氣，此時(shí)開始出現(xiàn)細(xì)菌，宣告了生命時(shí)代的開始，隨后陸續(xù)出現(xiàn)了藻類、真菌、植物、動(dòng)物，大約到200萬年前出現(xiàn)原始人類[24]。線粒體出現(xiàn)于約24億年前，是隨著地球大氣中的氧氣濃度增加而出現(xiàn)的[25-27]。關(guān)于線粒體的起源，目前學(xué)術(shù)界的認(rèn)識以“內(nèi)共生假說”為主，是指隨著地球大氣中氧氣濃度逐漸增加，最初的厭氧細(xì)菌在氧氣毒性的壓力下，通過進(jìn)化獲得了能夠使用氧氣的功能，并被其他細(xì)菌所捕獲，并最終形成真核細(xì)胞中的線粒體，以細(xì)胞器的方式存在至今[28-29]。細(xì)菌有嚴(yán)格厭氧的，也有兼性厭氧的，還有部分好氧的。健康人腸道菌群中的細(xì)菌，通常是厭氧菌，與腸道中的厭氧環(huán)境相適應(yīng)[30], 在一定程度上也體現(xiàn)出了生物重演律，即腸道菌群在腸道中繁殖自己的后代，反復(fù)重演著生命起源早期地球大氣中沒有氧氣環(huán)境下的生命起源過程[31]。事實(shí)上，人類胚胎早期發(fā)育所處的環(huán)境也是低氧條件，即早期的胚胎是在氧含量只有3%的環(huán)境中發(fā)育的[32-33]。由此可見，在生命起源早期，生物是盡可能避免氧氣毒性壓力的。

既然生命起源與進(jìn)化過程分別是從微生物、植物、動(dòng)物到人發(fā)展過來的，應(yīng)該需要一個(gè)合理解釋。作者實(shí)驗(yàn)室于2018年提出“菌心進(jìn)化論”的觀點(diǎn)，認(rèn)為人和動(dòng)物都是在以“饑餓源于菌群”的脅迫壓力下進(jìn)化過來的，即人和動(dòng)物與其相應(yīng)的腸道菌群分別構(gòu)成了密不可分的統(tǒng)一體和整合體，腸道菌群出于繁殖自身后代的客觀需求，賦予人和動(dòng)物以饑餓和攝食的壓力、欲望和動(dòng)機(jī)，構(gòu)成了動(dòng)物和相應(yīng)菌群的復(fù)合體以及“人菌復(fù)合體”而存在和發(fā)展，從而比較合理地解釋作為“異養(yǎng)生物”的人和動(dòng)物，通過被自然界將腸道菌群接種于腸道而構(gòu)成通過饑餓、攝食而生存的科學(xué)理解[21-22, 34]。相反，作為“自養(yǎng)生物”的植物，則無需通過共生菌群賦予其攝食“動(dòng)機(jī)”和“欲望”，即便是在一些植物根部的固氮菌存在，也只是一種協(xié)同進(jìn)化的表現(xiàn)而已，并不像人和動(dòng)物如果沒有腸道菌群或者腸道菌群嚴(yán)重失衡紊亂時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)自閉癥、腸道異常綜合征等復(fù)雜性疾病[35-36]。因此，近年來學(xué)術(shù)界將腸道菌群視為人和動(dòng)物不可或缺的一部分并發(fā)展為“人是由人體和腸道菌群組成的超級共生體”，是對人和動(dòng)物正確認(rèn)知的一大進(jìn)步[37]。不過，腸道菌群可以不需要人體而生存，但是人體卻不能沒有腸道菌群，在隨后形成的“菌心說”學(xué)說和“雙腦論”觀點(diǎn)中被進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，即腸道菌群微生態(tài)負(fù)責(zé)了人體對于饑餓、攝食和飲食偏好的直接記憶，發(fā)揮了“菌腦”作為物質(zhì)(食物需求)記憶體的作用[21]。

線粒體是極其重要而又十分特殊的細(xì)胞器，不同植物、動(dòng)物都有其不同的線粒體，即便是酵母這樣的真菌(單細(xì)胞真核生物)，也有其自身共生的線粒體作為不可或缺的細(xì)胞器，用來為酵母細(xì)胞提供有氧呼吸和氧化磷酸化的能量代謝需求[38]。在人體細(xì)胞中，除成熟的紅細(xì)胞之外，其他細(xì)胞都有線粒體，即便是精子和卵子也有線粒體。在接近受精的時(shí)候，精子中的線粒體已經(jīng)為精子運(yùn)動(dòng)提供能量而幾乎消耗殆盡，因此受精卵中的線粒體基本上都是卵細(xì)胞提供的，從而表現(xiàn)出線粒體基因組DNA的母系遺傳特點(diǎn)[39]。由此可見，人類線粒體本身并非人類基因組的組成部分，但學(xué)術(shù)界通常認(rèn)為人類線粒體也是人類細(xì)胞的一部分。結(jié)合線粒體對于細(xì)胞呼吸和能量代謝方面的極端重要性，本文強(qiáng)調(diào)了線粒體矢量用于引導(dǎo)并控制人體的呼吸，也是合乎邏輯的科學(xué)解釋。

2 人體結(jié)構(gòu)與功能的四元數(shù)矢量模型的醫(yī)學(xué)價(jià)值

生物學(xué)、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系十分密切。一切關(guān)于生物和生命過程的合理解釋和正確理解，都應(yīng)該有助于醫(yī)學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。為此，本文將從該模型的角度分析和探討其在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的作用、意義、地位和價(jià)值。

3 人體結(jié)構(gòu)與功能的四元數(shù)矢量模型對于“人”的新認(rèn)識

四元數(shù)模型從數(shù)學(xué)角度上為理解和接受“人是由人體本身和人體共生微生物組成的超級共生體”提供了新的認(rèn)識，因此有必要在新的起點(diǎn)上前瞻性地討論四元數(shù)模型對人、人性和社會(huì)發(fā)展可能帶來的新認(rèn)識。

4 人體結(jié)構(gòu)與功能的四元數(shù)矢量模型在哲學(xué)社會(huì)科學(xué)中的應(yīng)用

5 總結(jié)與展望