白涛 （bxf77330@yahoo.com.cn）　2007.03

[摘要] 生命对称振荡，是支配生命系统的整体运动规律。生命对称振荡形成的根本原因，就在于“有序熵的黑洞原理”和“有序熵的的惯性守恒原理”与“分子对称循环原理”，以及“有序熵的进化原理”。本文还给出了蛋白族与基因组的整体的自反馈组织循环关系。

[关键词] 生命对称振荡   有序熵    有序熵的的惯性守恒原理    分子对称循环原理  进化原理  蛋白族  基因组

生命机体，是一个复杂的巨系统。但正如任何系统一样，它也具有配系统运转的内在规律。“生命在于振荡”，这就是支配生命巨系统发展变化的整体运动规律。 有人认为“生命在于运动”。这是不确切的。不错，生命属于一种高级运动，但宇宙的一切都在运动。可以说星系在于运动，大气在于运动。可见，运动是一个内涵非常广泛的一般概念，能适用于任何运动。命就在于振荡。这就是生命的特殊运动规律。

生命振荡，是指生命系统的整体运动而言的，它包含生命体系各个部分之间的联系。这才是整体规律的意思。例如，肌肉的伸长与收缩运动，会对应它内部ATP浓度水平一个数量波动，但这不能算是一个完整的振荡波动。只有将肌肉ATP浓度的波动水平，与肝脏内相对应的、同步的ATP产生的分解代谢的波动联系起来，才能得到有关机体能量代谢变化的一个整体振荡概念。

需要进一步说明的是，这里的振荡，指的是广义的振荡，它是由机体分解代谢与合成代谢所共同构成的有机化学反应振荡，而不仅指的是狭义的机械振荡。这是一种类似于非线性化学中的著名的B——Z极限环节式的化学振荡。在B——Z振荡中，几种反应物循环生成，从而在浓度空间出现了极限环，权成了振荡。（注1）但生命振荡是一种更为高级的自组织振荡。它是由DNA遗传体系精确控制的一种自耦合化学振荡。所谓自耦合，是说在分解代谢反应中所消耗的蛋白质等等生化分子，又可在合成代谢反应中，重新产生出来，并由此而形成一个反应耦合圈，即振荡循环反应。由B——Z模型可知，这是由于反应中存在着自催化，自阻化或延迟反馈环而形成了双稳定结构所造成的。因此，生命系统的振荡不同于无机振荡，它不会因能量消耗而衰减，却能因自我补充能量而持续振荡下去。

如果我们把生命系统的化学振荡，与中医阴阳对应起来，将生化分子分解反应中，降低能级，发出热量，称作异化为阳，而把在合成代谢中，小分子吸收能量，升高能级，合成生物生长发育所需的大分子，称作异化为阴，那么，我们就可以认为，机体的生命振荡也是一种阴阳自耦合的振荡过程。这里的阴与阳，指的是一种与化学结构能，更确切地说，是与自由能有关的、定量的特指概念，而不是一个抽象的、含义广泛的泛指概念。

生命振荡理论的方法，来源于中医的方法。中医注重于系统的整体关系的分析。这种整体关系，就是人体整体系统的矛盾的对立统一的辩证关系。中医的阴阳、表理、寒热、虚实的理论，就是表明这种矛盾的对立统一的辨证关系的著名的“八纲辨证”原理，其中阴阳又总领其余六纲。中医的阴阳、表理、寒热、虚实，都是反映人体整体系统状况的宏观参量，可以应用人体的体温，脉搏，心率，以及相关的各项生理，生化等指标来表示出来。

这是因为，中医阴阳的基本义（不是派生义），表示的是与热能有关的冷与热的意思，而热能，恰恰又是物理学中，一个表示物体的整体统计状况的宏观物理量。这样，中医就找到了支配人体发展状况的最重要的一个宏观物理量：热能或热量。又由于支配人体发展状况的其余六纲：寒热，虚实，表里。都与支配人体发展状况的最重要的这个宏观物理量宏观物理量，热能或热量相关，因此，中医就通过对支配人体发展状况的最重要的一个宏观物理量，热能或热量的发展变化情况的了解，而掌握了支配人体发展状况的“整体规律”。由于在生命自组织中的热能或热量的产生与耗散，都取决于生化反应的有序程度，而生化反应的有序程度，又与生命自组织内的熵与负熵的平衡程度相关：只有在熵与负熵相等时，生命自组织中的热能或热量的产生与耗散，才能达到平衡，即中医所谓的阴阳，从而维持生命自组织的存在。于是，古老的中医，就与现代物理的“耗散结构”理论联系在一起了。由于阴与阳的本义指的是与热能有关的冷与热的概念，因此，在人体中，与阴阳概念相对应的是生物化学中的化学能，更确切地说，就是自由能的概念：凡是对应吸收化学能（水解热）的合成代谢反应，均为阴性反应，它所生成的高能量生化分子，例如ATP分子，则为阳性分子，这一过程是负熵增长过程；而凡是对应放出化学能（水解热）的分解代谢反应，均为阳性反应，但反应生成物则为低能量的阴性物质，这一过程是熵的增长过程。于是，古老的中医，就与现代物理的“耗散结构”理论联系在一起了。这样，就可以应用熵与负熵来作为计量 “阴阳”指标的宏观参量了。

下面，分别表明生命振荡规律在机体宏观整体与分子微观水平中的体现，并说明人体自组织系统产生负熵的根本原因。

（一）宏观振荡

众所周知，人体生命活动，存在着明显的生物节律或生物钟。人们发现：在脑细胞松果体附近，有一个主导人体生命节奏的细胞群，受它们的控制，松果体本身分泌的黑色素紧张素的分泌量，会出现昼夜周期变化。在人的血浆中，当中午十二点钟时，分泌量最低，而在午夜零点时，分泌量最高。它的变化明显地具有波动的振动曲线特征，并以此向脑垂体——性腺轴发放时间信号。例如，下丘脑视交叉上区存在的生物钟，可控制ACTH周期性分泌，进而使糖皮质激素发生相应的波动，从而使人体内的新陈代谢反应出现宏观整体振荡变化（注2）。

人的大脑神经的生理过程，也是一种振荡过程。有人发现，大脑的两种基本生理活动：兴奋与仰制活动的中心，分别位于左前脑区和右后脑区。它们彼此的活动，互相制约，互消互长，形成一种振荡关系。反映在脑电图上，就形成了一幅太极振荡图形。可以说，以脑神经为代表的人体高级经神活动也是一种振荡式运动。（注3）

以上从人体代谢与神经活动，以及激素分泌等三个方面，说明了生命振荡规律的体现。

（二）、分子微观振荡：

在生命细胞内，存在着两种互为逆反的代谢过程：属于分解反应的三羧酸循环，以及属于合成反应的DNA转录、翻译蛋白质循环。三羧酸循环中的葡萄糖分子，在呼吸链末端氧化中，逐步异化分解，变成CO₂和H₂O，并释放出38个ATP高能分子。它是异化为阳的循环过程，是阳性振荡。

在微生物中，存在着与消化葡萄糖或乳糖有关的产生阻遏蛋白的另一振荡过程。在微生物染色体中，DNA由于与碱性组蛋白相结合是稳定的。而凡是能进行蛋白质转录的DNA基因，则是被激活的，或是去阻遏的。如果这时有葡萄糖或半乳糖为诱惑底物，就会使DNA阻遏蛋白失活，打开操纵基因，开始转录与分解葡萄糖或半乳糖有关的分解蛋白酶。这是一个在RNA作用下，由小氨基酸分子，消耗ATP或GTP分子能量，合成蛋白质的过程。这一过程与葡萄糖分解过程相反：当新合成的蛋白把诱导物分解后，阻遏蛋白又重新控制了DNA，使它失活，这就完成了一个合成蛋白质大分子的阴性振荡（注4）。当前述异化为阳的三羧酸循环阳性振荡，与蛋白酶转录合成的异化为阴性振荡交叉耦合起来，就构成了生命系统内一个完整的振荡循环运动。它是支配生命巨系统一切行动的中心环节，所以说，它是生命运动的整体规律与基本过程。从生化分子水平来说，生命振荡过程，就是遗传大分子结构不断产生的“空位”（阴），又不断被其他代谢分子转移基（阳）填满的周而复始的循环过程。

（三）、振荡机理分析

无论是从机体宏观运动，或是从分子微观反应中，都可看出，它们的运动变化是符合振荡规律的。为什么这样讲呢？因为所谓振荡，就表现为振荡物各点的势能梯度，在前半波时，是在正能范围内依次下降上升的；而在后半坡时，又是在负能范围内依次下降上升的，从而合并构成一个完整的振荡波形。关键在于，振动点是按势能阶梯排列周期性变化的，在生命振荡中，我们就可以看到这一现象。例如，葡萄糖分子的代谢，它的氧化还原的基本要点是电子传递。这一传递过程是在线粒体中呼吸链上完成的。呼吸链是一个连锁性电子传递和高能磷链偶合系统。系统中电子逐级传递，每一次传递都按氧化还原电位依次下跌若干阶差，每个阶差可产生一个~（P）（注5）。这是正势能梯度变化波动的表现。反之，在合成代谢中，控制同一类合成蛋白酶的DNA基在，都是按直线排列在一起的。这符合遗传的连锁规律。同时，这些基因的排列，也是按负势能梯度依次变化的。这可从它们所转录产生的蛋白酶的变构功能上看出。例如，沙门氏杆菌（Salmonella typhmurinm）为参与组氨酸合成的九种结构基因就是这样排列的。这九种结构的基因所产生的十种酶（其中有两种是相同的）分别控制着合成阻遏辅助物组氨酸合成的各个阶段。它们构成了合成代谢反应的负能波动部分。这也是遗传程序的本质含义。它们，即分解代谢的正半波，与合成代谢的负半波交叉耦合起来，就共同形成了生命的整体振荡。这一振荡的本质，就是包括DNA与蛋白质等生化分子在内的磷酸化与去磷酸化过程。这也是我们称生命机体的生命振荡过程是生命对称振荡的原因。

生命振荡，从根本上说，是在生命自组织机体内在的，无论是从五脏六腑机体器官的宏观水平，或者是从细胞生化分子的微观水平，都被表明是生命机体的一种整体运动规律。这可以从前述所列举的事例加以证明。但是，问题在于，生命自组织依靠什么机理来将这一生命振荡运动持续维持下去？这些仅靠“耗散结构”理论是无法予以说明的。因为耗散结构理论只是表明了在热平衡运动中，存在有产生负熵流的运动机制，但这完全不能说明生命机体为什么可以产生一个极为完善的自组织系统，以及产生一个能自我生产剩余能量，并且能自我繁殖新生命个体的生命振荡生化反应机制。如果要想彻底解答这一难题，就不得不涉及以下两上根本点：

第一，生命振荡所涉及的分解与合成代谢反应，以及生命组织自我复制所需额外自由能的来源机理；第二，生命自组织内的生化分子，为什么能进行这种可产生自由能的循环反应？

第一个问题，可应用生命有序熵的“黑洞原理”加以说明。第二个问题，则涉及到生化分子的结构及相应构象与其功能的对应关系。下面分别予以说明。首先说一下生命机体生化分子的 “有序熵的黑洞原理”。

这一原理是说：推动生命化学反应进行的负自由能，不仅生化反应固有的自由能，更来自来源于生命机体内由生化反应所产生的“有序熵”所具有的分子平均能，与生命机体内的一般化学反应的“无序熵”所具有分子平均能的差值——前者的平均能值远远低于后者的平均能值。生命机体内的一般化学反应的“无序熵，来源于外环境中的食物，可称为“熵源”。正是由于这一差值的存在，才使得生命机体能象一个宇宙中的黑洞那样，可以源源不断的从外环境的无序熵的平均能中，无限制地吸取“负熵”或“负的自由能”，来维持生命的存在与自我复制。这里所说的“负熵”或“负的自由能”，是狭义的“负熵”，它来自具有“负熵”的植物或动物类食物，而不是无机物食物。这是因为，形成“负熵”的根本原因，是来自内因，也就是来自生化反应的分子轨道对称循环原理所形成的“有序熵”，而不是来自外环境，即自然环境中的负熵。耗散结构理论对负熵的来源的理论是错误的，是外因决定论。

所谓的有序熵，是指在生命化学反应中，由于各反应物构象的反应互补，精确得象锁与钥一样彼些契合，因而大大降低了在一般非常生命化学反应中所必然会产生的无序熵。这就是在生命自组织体系统的产生负熵根本原因。由此，可以很容易产生负的自由能△G，也就是活化能△E[注6]：

于是，得到：

△E=-KTln(KN/RT)

式中 ，△E为活化能，T为绝对温度，K为反应速率常数，N是阿佛伽德罗数，h是普朗克常数，R是普适气体常数。

由耗散结构理论可知，由于熵的平衡：d_iS=d_eS ，其中，d_eS表示负熵，在生命机体内，就会形成周期性的有序的生化反应[注7]。与此同时，封闭的生命自组织系统内的相对负熵值为S_e^’，而自组织系统内的无序熵为S_i。，由此可得生命自组织系统内的无序熵S_i与有序熵S_e的差值：

                    △S=S_i—S_e^’

其中，S_e^’=△E/T ，S_i = K_bln，K_b是波尔兹曼常数，是配容数。

但是，这是相对差值，它就是生命自组织系统的“无序度”，显然，“无序度”越小，人体自组织系统的熵的“平衡度”则越高。当“无序度”为零时，就得到了熵的平衡：d_iS=d_eS，就会在生命机体内，形成周期性的有序的生化反应，也就是生命对称振荡。这里所说的熵的平衡，也就是中医的“阴阳平衡”。由此可见，“无序度”是反映生命整体状态的一个最主要的参数。除了生命自组织系统内的无序熵S_i与有序熵S_e的相对差值外，还应有绝对差值。它等于生命自组织系统内的绝对自由能△G所形成的“绝对有序熵”设：绝对有序熵为d S=△G/T。它与自组织系统内的最小熵dP的差值d S为：

                 △ S_e = △G/T —dP

其中，最小熵dP是结晶体的熵。dP=-L_f/T_m，Lf是熔解热，Tm是熔解温度。

又设：△G为绝对自由能，则有：

△G=△M-TdP,   式中，△M为人体自组织系统内参加生化反应的反应物的内能（不是生成物）。

于是可以得到人体自组织体系统内的 “有序度”D，它等于：

D=  △S /  △ S_e

它表示的是生命自组织体系统获得的活化能的能力，最高值为1，而生命自组织体系统所获得的活化能越多，也就说明它所的得到的阳性能量越多，从而就越有利于生命的发展。但同时，在生命自组织系统内还必须保持熵与负熵的动态平衡，才能保持生命自组织系统内的非平衡体系出现的生化反应耗散结构，从而维持生命的存在。而这一点，是与中医的“阴阳平衡”学说相一致的。

众所周知，中医总的治病原则就是“阴阳平衡”、“阴平阳秘”，以达到人体整体系统的矛盾的和谐统一。这正反映了人体自组织系统内的熵的平衡的原则。这一原则是说：只要在生命自组织系统内，形成熵与负熵的动态平衡，实际上也就是保持在生命自组织系统内，活化能的生产与消耗的动态平衡，就可以得到引发“生命对称振荡”的生化反应机制，从而保持了人体自组织系统的稳定性。因此，熵与负熵，是决定人体的整体关系的主要矛盾方面。

这就是“有序熵的黑洞原理”的主要内容。

根据耗散结构理论，当生化反应产生负熵时，就会形成化学振荡反应。

下面举一个简单的自催化反应例子，来说明非平衡体系可能出现耗散结构。

化学反应速率：W=K₁

保持K₁不变有

。

亲合势

A=

故

。

当局部熵为负时，化学反应就会产生有序熵S_e，就会出现周期性的化学振荡反应。这就是生命振荡理论的基础。

以上，说明了在生命自组织系统内，形成熵与负熵的动态平衡，是生命振荡得以产生剩余自由能，并能繁殖新生命个体的根本原因。而生命对称振荡，就是生命运动的特殊规律。但是，能够产生剩余自由能，只是形成生命组织的必要前提条件，而不是充要条件。这就需要提出“有序熵的进化原理”来作为充要条件。这一原理是说：生命机体的一切生化反应，都会趋向有利于提高生化反应的有序熵度的方向发展。实际上，正是这一原理，对于生物的进化，起了决定性作用，是决定生物的进化的内因，而所谓的“自然选择”只不过是决定生物的进化的外因而已。

那么，生命机体又是如何能维持这样自我繁殖型的生命振荡，而生成一个独立自主组织系统呢？这是由于，生命振荡不仅仅只是生化分子的一种普遍的化学振荡反应，它更是生命自组织的一种能量代谢的振荡反应，更确切地说，是生命机体的“整体有氧燃烧反应”。而生命的本质，恰恰就是通过这种“整体有氧燃烧反应”，而能自发地获得多于生命机体所消耗能量的一种能量自增值的活动。在这一过程中，在生命机体内，会有条不紊地、有序地、有周期节律地进行着生化分子的不断地吸收热能，而后又不断将此热能释放出来的阴阳交替的周期性振荡过程。而这一过程又是与分子货币ATP的不断地水解与不断生成的生化分子偶联反应相关的呼吸过程紧密相联的。众所周知，呼吸是通过发生在线粒体中的过程来完成的，它是通过线粒体中的“电子氧化磷酸化”和“呼吸链”的作用而产生的。这种“呼吸链”的作用原理，是通过贮能部位的电子传递，以产生一种可以传递的构象变化，而这种变化构象把质子的膜（线粒体的）的间质侧抛到了细胞质侧。由此可见，所谓生命过程，其实质就是一种由生化分子的构象变化，而不断进行的将分子化学构象能转化为分子动能，然后又不断地将分子动能转化为分子构象能（化学能）的过程。如果我们将分子构象能称为“阴性能”，而将分子动能称为“阳性能”，那么，这正是一个在阴阳能量之间所发生的生命振荡过程。因此，生命的阴阳振荡过程的本质就是生化分子的构象能与动能的周期性转化过程。DNA大分子实质上就是一个构象能的浓缩体，以及分子动能的转化器。通过这一分子转化器放出热能，可以驱使蛋白分子或RNA分子沿着它前进，从而推动聚合反应前进。这其实又是一个驱动小分子氨基酸运动，并结合在一起，从而又将分子动能转化为分子构象能的反过程，例如，在一个闭合DNA分子中，双螺旋的解曲导致正向超卷曲的形成，在复制叉上亲代DNA旋转很快，速率为每分钟100转。如要解链继续进行就需要将这种旋转所致的正向超卷曲松开，换言之，即需一个分子旋转器，这一动能由DNA旋转酶来完成，催化这个DNA三级结构的松弛不需ATP。因为这在热力学上是有利的，所以说DNA是一个供能的浓缩体（称结构能）[注8]。而以RNA的复制和蛋白质的转录，就是从DNA解链开始，并以单链DNA为模板来进行的。它对应着生命机体的“整体有氧燃烧过程”。如果我们将凡是参与生命机体分谢代解激素与蛋白酶，都称为阳性蛋白质，而将所有参与合成代谢的激素与蛋白酶分子，都称为阴性蛋白质。与之相应，凡是合成转录阴性蛋白质DNA基因都称为“阴性基因”，而凡是合成转录阳性蛋白质的DNA基因，都称为“阳性基因”。那么，我们就可以看出所有蛋白质存在的意义与DNA基因功能的意义。那就是通过DNA基因对蛋白质三维立体构象空间结构的调节，来调控蛋白质的阳性或阴性作用的大小与强度。例如，从几何观点来看，整个蛋白酶的结构，明显地起着空间作用，形成和维持活性部位的拓朴结构。从静电观点来看，通过它的组成的长程静电效应，对活性部位产生静电影响。例如，木瓜蛋白酶的活性部位结构，就与丝氨酶蛋白酶的电荷转接系统有关，从而影响它的阴性能或阳性能的作用的大小与位度[注9]。不仅如此，所有的阳性或阴性蛋白质或DNA基因，还可以用它的空间构象来控制生命的生化分子反应的时间长度，从而具有信息控制功能。例如。Szent—Gyorgyi认为：总有一天会认识蛋白质的真正意义何在（其实就是信息作用意义——作者注）。他认为：大自然把一种氨基酸引进蛋白质分子是为了缓和电荷迁移反应[注10]。正如前述所讲，这其实是一个令蛋白质构象控制生化分子反应速度的信息控制作用。如果应用本文作者在《时空整合论》所推导出来的新力学公式。式中，为单个基本粒子或分子的能量，为其波长，就可以将整个基因分子或蛋白质分子的力的空间分布计算出来（注11）.

正是由于参与这种有氧燃烧代谢反应的阴性吸能化学反应与阳性放能化学反应，例如，前述的与消化葡萄糖或乳糖有关的产生阻遏蛋白的阴性振荡过程，以及异化为阳的三羧酸循环的阳性振荡过程，就表现为生化分子的拓朴结构之间的一种对称平衡的生成与消耗，以及再转录再消耗的周期性的循环反应过程，从而形成了一个独立循环的生命自组织系统。这就是生命自组织的两个原理：“有序熵的的惯性守恒原理”与“分子对称循环原理”所造成的结果。这两个原理是说：生命力是一种具有与无机化学反应力截然不同的根本特征性的力。这一根本特性就是，生命力是一种分子对称共振力，也即是分子共振波。这一共振力，在细胞自组织体系内，是以DNA多重对称轴超大分子，构成的生命分子的对称共振的核心力源，并由此在细胞自组织内，形成了一个统一的、对称的、整体的分子共振力场。正是由于这一细胞的对称共振力场的存在，才能使细胞内各种生化反应对称有序地进行，并形成一套全自动的平衡反馈反应机制，使得细胞内所进行的一切新陈代谢反应都能平衡进行，从而维持生命细胞自组织系统存在。这才真正是生命自组织形成的根本原因。应进一步说明的是，生命力共振的来源，就是在生命对称振荡中所发生的，各个生化分子由蛋白酶作为中介催化所进行的对称互补反应。这是因为，所谓分子对称反应，其实质就是两个或多个生化分子互补的拓朴结构的分子前沿轨道之间，彼此建立起共振能级，也就是产生了分子对称共振力。这就是生化分子结构的功能实质，即形形色色的不同类型的分子对称共振力的作用形态。这些不同类型的分子共振作用力用形态的数量和作用方式，是由DNA基因所精确控制的，并且是对称有序的，并由此而形成细胞的整体统一的对称共振力场。由于这种生化反应对称有序地循环进行，并形成一套全自动的平衡反馈反应机制，是得益于生命细胞自组织系统内的所形成的有序熵的惯性力的作用，并且又得益于分子对称反应的有效控制。这就形成了两个新的原理。这就是“生命对称振荡论”中的“有序熵的的惯性守恒原理”与“分子对称循环原理”。不仅如此，在比细胞更高层次的器官组织水平上，也有一系列更大的生命对称共振力场。首先，是在某一器官组织所有细胞内，由于同步运行而产生了该组织的整体对称共振力场；其次是在各个器官组织之间，通过由脑垂体控制的蛋白磷酸多级信息放大传递体系，而共同形成的生命机体的整体对称共振 力场。

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