71(16):4625-4628。白书农（2020）质疑、创新与合理性——纪念《植物学通报》创刊主编曹宗巽先生诞辰100周年。植物学报

Fukuyama）进行了一次对话，他现在是斯坦福大学弗里曼·斯波格利国际研究所的奥利维尔·诺梅利尼高级研究员兼FSI民主、发展和法治中心的莫斯巴赫主任。1英文原文Francis

Activism）。这将预先假定存在某种价值观，但这种价值观可能尚不存在，因此正是本文所反对的那种道德主义的一个实例。然而，这确实是对知识分子行动主义（Intellectual

周洛华，《市场本质》，2020年，24页，上海财经大学出版社，上海对未来的想象决定了我们今天的行动长按识别二维码关注“睿的n次方”在线rui_n.berggruen.org.cn

两个主体与一个纽带——有性生殖周期文白书农真核细胞相比于原核细胞最大的不同，在于其生命大分子网络运行受到DNA序列更加严格的调控，其副作用在于应对“相关要素”变化的灵活性减弱。虽然，以细胞集合作为整合子的主体形式可以化解该副作用，但前提是细胞集合中不同成员细胞之间要存在DNA序列的多样性，而且可以共享这种多样性，从而，应对环境因子（或者说“相关要素”）的匮乏。那么这种DNA多样性哪里来的、又是如何在不同成员细胞间共享的呢？本文开篇与前文结语遥相呼应，指出了在单个细胞和“细胞集合”（以可共享多样化DNA序列库为核心）之间，存在一个特殊的纽带。对此，白书农教授从耳熟能详的细胞融合和减数分裂着手，围绕“纽带”这一主题抽丝剥茧般层层展开。这篇是“白话·专栏”的第16篇文章，将在单细胞真核生物——酵母和衣藻——的配子形成过程中，寻找DNA序列的多样性的奥秘。/《白话》专栏是北京大学生命科学学院教授、2020—2021年博古睿学者白书农，为睿ⁿ提供的全网独家授权文章。仅代表作者观点，供诸位参考。点击文末“阅读原文”阅览睿ⁿ更多内容。*上一篇《无形—有形—无形—……》中，我们提到真核生物作为一个生命子系统/整合子存在的主体形式，已经不再是之前原核生物阶段的单个细胞，而是以可共享的多样化DNA序列库为核心、由单个细胞作为序列库中不同序列类型载体的“细胞集合”。由于单个细胞仍然是生命大分子网络的运行单元，因此在真核细胞中，出现了两个主体：一个是作为生命大分子网络运行单元的单个细胞，另一个是以可共享多样化DNA序列库为核心的“细胞集合”。这两个主体之间，通过一个特殊的纽带来关联。正是由于这种纽带的存在，细胞集合中的不同成员细胞之间才不至于如原核细胞分裂产生的细胞群体成员那样“相忘于江湖”，而是相互关联在一起，成为休戚与共的整合子存在主体。是什么样的“纽带”具有如此的魔力？**要回答这个问题，我们首先要回到一个大家既熟悉、又陌生的生物学现象：细胞融合。说细胞融合，大家可能会觉得陌生。但如果说来自父母的精卵细胞融合形成合子，大家一定很熟悉。我们每个人来到这个世界上，都是以一次细胞融合作为起点的。可是，什么样的细胞可以融合，什么样细胞不能融合呢？背后的道理，生物学家其实也并不真正明白。在《既生瑜，何生亮》一文中，我们已经提到，真核细胞的起源与细胞融合有着不解之缘。但考虑到作为生命大分子网络动态单元的细胞，其适度的体表比是网络稳健性维持的关键要素①，如果细胞随随便便就可以融合，细胞作为生命大分子网络动态单元的功能将无以为继，地球上的生命系统也就不大可能以细胞作为基本单位了。如同细胞分裂是在“正反馈自组织”属性驱动下、在细胞生长到一定程度才会发生那样，细胞融合，也一定是在特殊状态下诱发的结果。那么在什么情况下会诱发细胞融合呢？另外一个大家既熟悉、又陌生的生物学现象也与“纽带”有关，那就是“减数分裂”。还是用我们每个人来到这个世界上的起点——合子，作为例子。对于我们人类这种生物而言，绝大部分细胞都是“二倍体”细胞。所谓“二倍体”细胞，指的是我们细胞中的染色体有两套。但前面提到的形成合子的精细胞和卵细胞的染色体却只有一套，是“单倍体”细胞。其中的道理说起来其实也很简单，那就是如果精细胞和卵细胞也是二倍体，那么它们融合之后所形成的合子细胞就变成4套染色体了。从目前人们对各种动物染色体的观察来看，人类所属的哺乳动物中，在自然界基本上都是二倍体。或许这是乐高积木零配件生产②和模型搭建需求之间相互匹配的结果。既然是一种存在，那么应该有它的道理。姑且先不追究为什么自然界中哺乳类动物基本上都是二倍体，有一个很简单的问题就出来了：学过中学生物的读者一定都知道，一个二倍体细胞通过有丝分裂所形成的两个产物细胞仍是二倍体。人体大概有1011个细胞。这些细胞都是有丝分裂的产物。那么多细胞都通过有丝分裂产生了，为什么偏偏精卵细胞的发生却要通过减数分裂变成单倍体呢？如果细心一点再多问一步：减数分裂的产物细胞还能不能再进行减数分裂呢？如果不能，那么减数分裂这种一次性发生的特殊细胞分裂形式为什么没有消失在演化历史中，而是一直保留到现在，被我们人类观察到的呢？***上面这些细胞融合、减数分裂为什么会发生的问题，用人类或者人类所属的哺乳类甚至更早出现在地球上的昆虫、水螅这些多细胞真核生物作为研究对象，是难以找到答案的。原因很简单，在这些多细胞真核生物中的细胞融合、减数分裂发生的机制已经在多细胞化过程中重新构建，难以反映其发生之初的状况了。好在地球生物圈中还有一些仍然以单细胞形式存在的真核生物。虽然也是多少亿年演化的结果，与这些细胞行为最初发生的祖先相去甚远，但起码相比于多细胞真核生物生物，相似性应该更高一些。的确，生物学家对单细胞真核生物的研究发现，为我们寻找上述问题的答案提供了非常有益的线索。在讨论这些发现之前，首先需要明确一点，即对于单细胞真核生物而言，很多都是以单倍体的状态存在（不像绝大多数的哺乳类动物都以二倍体状态存在）。也有的种类既以单倍体，也以二倍体状态存在。在对酿啤酒的酵母的研究中，人们发现，在培养基养分充足的情况下，酵母可以以二倍体状态存在，并不断发生有丝分裂。可是一旦培养基中养分不足，这些二倍体细胞就不再进行有丝分裂，而是进行减数分裂。这种现象不是酿酒酵母所特有。在其他生物中都有观察报道。在对光合自养的单细胞真核生物衣藻的研究中，人们发现，这种生物是典型的以单倍体状态存在的生物。在其生活的水体中不断有丝分裂（注意，虽然是单倍体，但不妨碍有丝分裂的进行）。可是，一旦水体中缺氮，这些单倍体细胞就不再进行光合作用，转而分化出一些特殊的结构，变成配子（精卵细胞的一般性叫法。或者说精卵细胞是形态上有显著差异的两种配子类型）；一旦两种不同类型的配子相遇，就会发生细胞融合，形成合子。从这些研究中，我们发现，减数分裂和配子形成，似乎都涉及它们生存所需的环境因子（或者“三个特殊”相关要素）的缺乏或者可获得性的恶化。我们前面讲过，细胞作为生命大分子网络的动态网络单元，网络运行所需的自由态的独立分子/要素作为生命系统的构成要素，它们的分布不仅受到细胞膜内网络的影响，还受到细胞膜外“三个特殊”相关要素分布的影响。“三个特殊”相关要素的缺乏怎么与减数分裂或者配子形成的诱导相关联的呢？****我们先看减数分裂。减数分裂与有丝分裂最大的不同，其实并不只是其最终结果在细胞数（有丝分裂是一个细胞变两个，而减数分裂是一个变四个）和染色体数目上的差别，还有，可能是更重要的，是在减数分裂中，同源染色体③之间会发生位置交换。这种事件会导致DNA序列排列上的改变。有丝分裂过程中就没有这种事件。在前文④中我们提到，真核细胞相比于原核细胞最大的不同，在于其生命大分子网络运行受到DNA序列更加严格的调控。其正效应在于稳健性增强，但其副作用在于应对“相关要素”变化的灵活性减弱。虽然，真核细胞以细胞集合作为整合子的主体形式可以化解灵活性减弱的副作用，但前提是细胞集合中不同成员细胞之间要存在DNA序列的多样性。这种多样性哪里来的呢？现在所了解的信息表明，除了DNA自身的随机变异或者周边物理化学因子的诱变之外，减数分裂是一种增加DNA序列变化的重要机制。减数分裂可以增加DNA序列的变化，自然也增加了应对“相关要素”变化的范围。这大概是“相关要素”缺乏与减数分裂诱导相关联的根本原因。再看配子形成。就目前所知，配子是真核细胞的一种特化形式，其功能就是与其他类型的配子相遇，融合成为合子。一个有趣的现象是，无论单细胞还是多细胞，所有的真核生物中，起码有一种配子（有的是两种或多种）要经历一段或长或短的单细胞独立生存状态。为什么？考虑到单倍体细胞是减数分裂的产物，而减数分裂的特点在于可以增加DNA变异。下面的问题是，减数分裂所产生的新的DNA变异中，哪些有助于增加系统的应变能力呢？从配子的功能就是与其他类型配子相遇而形成合子这个前提我们可以发现，只有活下来的配子才可能有机会与其他类型配子相遇。换言之，减数分裂所产生的新的DNA变异中，只有那些能活下来与其他类型配子相遇的配子所承载的类型，才可能被保留下来，丰富可共享DNA序列库的多样性，增加细胞集合应对“相关要素”变化的灵活性！*****回到本文的主题——纽带。那个让细胞集合中的不同DNA多样性类型载体共享多样性DNA序列库的纽带是什么？就是由减数分裂、异型配子形成、和受精（异型配子融合形成合子）这三个在单细胞层面独立起源，但在细胞集合分化过程中彼此整合而成的独特过程。这个过程，我把它称为“有性生殖周期（sexual

Eukaryogenesis,

注释：Ⅰ:伊恩·麦克尤恩，《我这样的机器》，周小进译，上海：上海译文出版社，2020年。本文中的页码均根据该译本。Ⅱ：

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图2GIF图片由北京大学生命科学学院实验技术中心杜明帮助完成，特此致谢。对未来的想象决定了我们今天的行动长按识别二维码关注“睿的n次方”在线rui_n.berggruen.org.cn

Bolsonaro）掌权。在这种情况下，保护现存森林任重而道远。全球范围内，我们已经朝错误的方向前进了多年。据全球森林观察（Global

Age，发表在2021年3月9日的博古睿研究院出品Noema杂志上。仅代表作者观点，供诸位参考。点击文末“阅读原文”阅览睿n更多内容。克拉维·罗泽西（Klawe

“睿的n次方”—////////////////////////////“睿的n次方”是博古睿研究院中国中心在2020年10月正式推出的全新品牌。我们秉承博古睿研究院“思想改变世界”的理念，从全球性大事件、大议题入手，观照“变革时代新思想”。“睿的n次方”将依托深厚的学术基础、大人文的思想高度以及拓展性的前沿视角，开辟介于传统学术期刊和当代新媒体碎片化内容之间的、针对思想性大议题的阅读与讨论空间。我们推出有关哲学、新技术、生命伦理、地缘文明、政治经济等诸多跨领域的文章、访谈、视频以及艺术作品。从人工智能、观念数字艺术、文明体系与价值观的融合，到数字社会、气候危机，“睿的n次方”将关注这些由人类变革与全球格局骤变带来的崭新议题，寻求对21世纪最紧迫挑战的深刻理解。“睿的n次方”全年在线发布，通过博古睿中国中心的社交集群传播，并向其他有影响力的媒体平台推广。对未来的想象决定了我们今天的行动长按识别二维码关注“睿的n次方”在线rui_n.berggruen.org.cn