生命周期双S曲线增长规律

——从指数曲线规律到S曲线规律再到双S曲线规律

沈 律^1，2

（1.皖南医学院，芜湖，241002；2.中国管理科学研究院，北京，100036）

摘  要：任何一种生物都有生命周期，各种生物的生命周期长短是不一样的，表现的形式也不一样, 人的生命周期就是一条双S曲线。然而150 多年时间过去了，时至今日人们对生命周期动力学问题的研究以及对生命周期理论的认识还处在“指数曲线规律”和 “S 曲线规律”水平，还认为人体生命周期规律是S曲线，总是停留在 L.欧拉-T.马尔萨斯指数增长规律和 P.威尔霍斯特-R.皮尔 S 曲线增长规律的基础之上。这是人类认识的历史局限性所致。自从我们发现人体生命周期双 S 曲线规律发现以来，就意味着这个历史进程又将翻开新的一页。人体生命周期双S曲线规律就是在细胞生物学与分子生物学基础上对前人指数曲线规律和S曲线规律认识的一次重大突破与发展。

关键词：生命周期；人类基因组；纵向遗传基因；横向遗传基因；指数曲线规律；S 曲线规律；双 S 曲线规律

 The life cycle double S curve growth law

-From exponential curve law to S-curve law to double S-curve law

SHEN lu^[1][2]

1.Wannan Medical College, Wuhu, 241001,China；2. Chinese Academy of Management Sciences，Beijing，100036,China

Abstract: Any kind of organism has a life cycle, the length of life cycle of various organisms is not the same, the form of performance is not the same, the human life cycle is a double S-curve. However, more than 150 years have passed, and today people’s research on life cycle dynamics and understanding of life cycle theory are still at the level of “exponential curve law” and “S-curve law”, and they also believe that the human life cycle law is an S-curve, always staying at L. On the basis of the exponential growth law of Euler-T. Malthus and the growth law of P. Wilhorst-R. Peele S curve. This is due to the historical limitations of human knowledge. Since we discovered the double S-curve law of the human life cycle, it means that this historical process will open a new page. The double S-curve law of human life cycle is a major breakthrough and development on the understanding of previous exponential curve law and S-curve law on the basis of cell biology and molecular biology.

Key words: life cycle; The human genome; Longitudinal inheritance gene; Lateral genetic gene; Exponential curve rule; S-curve rule; Double S-curve law;

引  言

随着人们对人体生物基因组及其生物遗传信息的深入研究，发现人体生物基因组就是一部用四个碱基（A、T、G、C）写了几十亿年的“生命之书”或绘了几十亿年的“生命蓝图”。而生物演化与分化、生物遗传与变异、生物生长与发育过程就是这部“生命之书”或“生命蓝图”的不断写作、不断复制、不断绘制和不断修改过程，同时也是这个“生命之书”或“生命蓝图”的不断解读、不断实现与不断选择过程。现代生命科学发现，一个受精卵之所以能够按照严格的顺序发育成生物个体，其根据就是受精卵中有一个完整的基因组图谱即细胞核中的全部遗传基因（全部生命遗传信息），发育的程序都已编码于基因组中。发育程序可和一个建筑物的蓝图相比拟。发育的过程是通过遗传基因信息（纵向基因信息、种系基因）与横向基因信息（横向基因、个体基因）有秩序表达而使蓝图逐步实现的过程。那种认为精子或卵子中有一个完整的小生物，把发育过程看成是简单的长大或展现，而否定进化发展的先成论显然是错误的。但是细胞中确实存在着一种先成的因素，即发育蓝图，这点也是确定无疑的。然而，生物系统的发育则又是严格按照这个蓝图来实现的，是一个渐成的过程，这点同样也是无可争议的。这就是现代生物学理论对传统“先成论”和“渐成论”的一种新解释，并且这种解释则将上述两种理论进行了有效的统一，当然不是传统意义上的统一。根据上述理论，我们认为，生物的生命周期过程可以看成是生物遗传基因组的复制与表达过程。在这个过程中，首先，是建立一个新的生物基因组图谱（受精卵），绘制好生物一生的生命周期蓝图。然后，在此基础上进行生物基因组的复制和表达，最后，完成生命周期全过程。由于我们人类生命周期过程是整个生物系统进化的一个短暂而迅速的重演，因此我们认为揭示了人类的生命周期过程的基本规律，也就可以揭示整个生命系统的演化的基本规律。过去人们一直认为人类生命周期过程是一条S曲线，这条曲线并不包括人的胚胎时期的生长过程，也就是忽略了整个孕育时期的生长发育过程。或者是有的尽管包括孕育时期，但并没有把孕育时期的S曲线加以描述。至于低等生物像细菌原生生物的生长发育过程，由于进化程度较低，既没有纵向遗传基因，也没有横向遗传基因，因此，不具有发育分化之功能，也就不表现出双S曲线发育现象。本文写作目的就是要改变这种观念，其实人类生命周期过程包括两个时期：一是胚胎孕育时期，另一个是生长发育时期，胚胎孕育时期生长过程遵循一条S曲线，而生长发育时期生长过程遵循另一条S曲线。整个人体生长发育过程（即生命周期过程）是这两个连续时期过程的总和。这种认识的变化，将导致人们一系列生命科学观念的变革。以下我们将对人体生命周期过程，即人类基因组的复制与表达过程的动力学作详细的生物计量学分析和表述。

                  1 生物遗传基因矩阵分布定律

1.1 生物基因组遗传信息矩阵分布特征图

通过对生物基因组所包含的纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系遗传信息）和横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息）的质与量的分析我们发现"生物基因组遗传信息矩阵分布定律"，现将该定律的具体内容叙述如下。

首先我们设定：

A表示生物基因组内纵向生命遗传信息，从低级到高级形成一组序列；

B表示生物基因组内横向生命遗传信息，从简单到复杂形成另一组序列；

两类生命遗传信息的交叉形成以下矩阵，各种生物由于其基因组中纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系发育信息）和横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体发育信息）质与量的不一样而出现不同的矩阵分布。

说明：根椐以上矩阵分布图，我们认为，每种生物由于其基因组内所含的纵向生命遗传信息和横向生命遗传信息的不同，而导致其矩阵分布图的不一样。由低级到高级，由简单到复杂形成一定的矩阵分布序列。其数学表达式如下：

式中：S表示生物基因组总体遗传信息矩阵分布；s表示生物基因组部分遗传信息矩阵分布；为对应点上生物基因组中遗传信息数的统计数字；M表示总体纵向生命遗传信息序列数，（M为正整数，M大于m）；N表示总体横向生命遗传信息序列数，（N为正整数，N大于n）m表示部分纵向生命遗传信息序列数；（m为正整数，m小于M）n表示部分横向生命遗传信息序列数。（n为正整数，n小于N）

我们认为各种生物由于其生物基因组中所包含的纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系遗传信息）和横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息）质与量的不同而表现出不同的矩阵分布状态，这种分布状态表现出从低级到高级，从简单到复杂矩阵分布趋势，我们把这种趋势分布规律称为“生物基因组遗传信息矩阵分布定律”（将图28与图26对比分析，我们认为这就是基因时代生物重演律或基因时代的生物发生律）。我们认为“生物基因组遗传信息矩阵分布定律” （基因时代生物重演律）是一个非常重要的生物学发现，因为它将有助于我们更好地确定各种生物进化层次和生物物种分化状态。这对我们今后更准确地进行生物进化度和生物分化度的定量分析具有重要实用价值。

1.2 生物基因组遗传基因特征分析

1.2.1 生物基因组遗传基因矩阵特征分析

（1）通过矩阵分析，我们可以看出矩阵系统中含有两类遗传信息：一类是纵向遗传信息

；另一类是横向遗传信息；这两类遗传信息之和为M+N。假设两类遗传信息进行一次杂交形成一个生物基因组，则可从矩阵中求出这个生物基因组中理论上的交叉基因数为M×N。实际基因组矩阵中可以统计出的所有杂交基因数之和为：

(2)每个行(横向)、列（纵向）所代表的生物基因组内已杂交的遗传基因数可由下式表达：

第行求和：

 第列求和：

（3）两类遗传基因与间交叉出的遗传基因数即为矩阵中对应点元素的数字：

1.2,2 生物基因组遗传信息量的特征分析

通过对生物基因组遗传信息的纵向生物遗传信息（种系遗传信息）与横向生物遗传信息（个体遗传信息）的认识，我们根据信息科学理论原理对生物基因组信息量定量分析如下：

生物基因组内纵向生命遗传信息（种系遗传信息）与横向生命遗传信息（个体遗传信息）量之和为H（A）+H（B）。而两类生命遗传信息杂交后形成基因组的遗传信息量则为H（A,B），因此，生物基因组的实际遗传信息含量应该为：H（A,B）。 

（1）纵向生命遗传信息（种系遗传信息）量分析，我们设定，纵向生命遗传信息（种系遗传信息）量为：

其中代表纵向生命遗传信息（种系遗传信息）整体，

是纵向生命遗传信息（种系遗传信息）A的概率分布，表示纵向生命遗传信息结构。

采用对数作为不定性的度量，则：

可能结果的不定性的量为可能为，

可能为一直到，而整个生物基因组纵向生命遗传信息（种系遗传信息）的不定性的量则是它们的和。其公式为：

H（A）代表生物基因组纵向生命遗传信息（种系遗传信息）量。

（2）横向生命遗传信息（个体遗传信息）量分析，我们设定，纵向生命遗传信息（种系遗传信息）量为：

其中代表横向生命遗传信息（个体遗传信息）整体，

是横向生命遗传信息（个体遗传信息）B的概率分布，表示横向生命遗传信息结构。采用对数作为不定性的度量，则:

可能结果的不定性的量为可能为

可能为一直到而整个生物基因组横向生命遗传信息（种系遗传信息）的不定性的量则是它们的和。其公式为：

 H（B）代表生物基因组横向生命遗传信息（个体遗传信息）量。

1.3 生物进化度比值分析

1.3.1 生物进化度矩阵比值分析

(1)生物基因组纵向遗传基因矩阵比值：

第列 个体/整体

（2）生物基因组横向遗传基因矩阵比值：              

第行 个体/整体

从生物进化（分化）角度上看，任何一种生物由于其基因组进化（分化）层次的不同，其基因组复制与表达的层次也就不一样，从低级到高级，从简单到复杂，从无序到有序。这样在生物发育过程中也表现出不同的发育阶段，出现不同的分化度。在任何一个基因组中，纵向遗传基因和横向遗传基因杂交所形成的生物基因组的进化度，如果以表征。那么即为该基因组已进化的基因组数（个体）与整个系统基因组总数（整体）之比：

1.3.2 生物基因组遗传信息量比值分析

（1）生物基因组纵向生命遗传信息量之比：

（2）生物基因组横向生命遗传信息量之比：

（3）生物基因组个体与整体生命遗传信息量之比：

总之，我们认为，生物的进化（分化）过程从理论上讲可以看成是生物基因组的进化（分化）过程，因此，对各种生物的基因组内所含有的信息量进行定量分析、比较，就可以确定某种生物的进化（分化）程度。

1.4 生物进化度矩阵分析

由于是矩阵D的一个元素。因此，生物进化度（分化度）矩阵D为：

生物进化度矩阵F实际上为我们提供并展示了一幅现实的生物进化或生物物种分化图景，如果将这一矩阵（D）进行模糊数学分析和计算机绘图处理，从理论上讲即可得到一幅生物进化或生物物种分化状况分布图。这样一来，我们通过对生物进化度的定量分析，就完全可以确定某种生物或物种的进化程度以及它们所处的生物进化层次和生物物种分化状态，从而也即可确定每一种生物或物种在整个生物系统的进化位置。

1.5 生物遗传基因矩阵分布定律的生物学意义

在生物基因组中基因都具有纵向性与横向性，就看它的基因表达倾向性了，这种倾向性表现在每个基因概率中是不一样的。基因的这种倾向性就可以通过概率来表示。例如：非编码基因就相当于纵向基因、种系基因，也可以说倾向于纵向基因、种系基因；而编码基因则相当于横向基因，也可以说倾向于横向基因、个体基因。因此，我们认为基因是具有两重性的，基因的这种双重性将导致基因在空间排列、时间序列上表现出多种形式，使得基因在拓扑结构上形成多种构象。从而导致基因多种生物功能的产生。是其纵向性与横向性的对立统一。现代生命科学研究表明，基因表达是指生物体在生命过程中，把储存在DNA序列中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。生物体内的各种功能蛋白质和酶都是由相应的结构基因编码信息表达完成的。分子杂交等大量实验表明，在人体细胞的全套基因组中，只有少数基因5-10%表达。基因组中表达的基因分为两类：一类是维持细胞基本生命活动所必须的，称管家基因，如各种组蛋白基因。另一类是指导合成组织特异性蛋白的基因，对分化有重要影响，称奢侈基因，即组织特异性表达的基因，如表皮的角蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因、红细胞的血红蛋白基因等。这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系, 是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。管家基因是维持细胞生存不可缺少的，奢侈基因和细胞分化有关，是组织特异性表达有关的基因，在特定组织中处于非甲基化或低甲基化状态，而在其他组织中呈甲基化状态。几乎所有的甲基化过程均发生在二核苷序列5'-CG-3'中的C上。使胞嘧啶变为5'-甲基胞嘧啶。而含有这种甲基化CG的序列，对应于染色体上的兼性异染色质区域。管家基因以组成型方式在所有细胞中表达，而奢侈基因在特定组织细胞中得到表达。这些基因的特异表达与否，决定了生命历程中细胞的发育、分化、细胞周期的调控、体内平衡、细胞衰老、甚至于程序化凋亡。对不同类型，不同分化时期细胞的基因或基因表达情况的研究，可以获得整个细胞生命过程的信息。细胞在不同自然或人工理化因子作用下代谢过程变化甚至于病变，基因也将选择性表达。非编码DNA或称"垃圾DNA"，是指不包含制造蛋白质的指令，或是只能制造出无转译能力RNA的DNA序列。此类DNA在真核生物的基因组中占有大多数。有很长的一段时间科学家们没有认为这些非编码的作用，因此，这些重复的DNA片段被冠以垃圾DNA的称号。随着时间的推移，科学家们对垃圾DNA的认识逐渐深入，慢慢地发现其实很多非编码DNA有着其独特的作用，它们在基因剪切等方面起重要的作用。非编码区基因的数量与生物进化程度有密切关系，在微生物中，非编码区基因只占整个基因组序列的10%-20%;但在高等生物和人类基因组中，非编码序列则占了基因组序列的绝大部分。长期以来，对非编码区的一个主要研究方向是对调控元件的研究。因为在非编码区基因，只有一小部分已被证实为有用成分，能帮助基因开启和关闭以调控基因的表达，即大名鼎鼎的调控DNA。大部分非编码DNA仍处于争议中，因为它们的功能尚未被认知，因此人们不知道它们是否应该被认为是垃圾。研究人员发现，以往的研究方法对调控DNA数量的监测与其真实存在数量有一定差距，而这一差距经过纠正后，调控DNA的影响可能远比人类先前所认识的更加丰富。该发现有助于科学家进一步分析调控元件对遗传性疾病的作用，也必将会引起有关于非编码DNA"垃圾论"的新一轮争辩。由此，我们认为，每一种生物的进化率（d）不随时间(t )的变化而改变，也就是一种生物有一种生物进化率（d），物种一旦形成，其基因组进化率是不变的。这种进化率决定了生物基因组基因结构和功能的形成。这种比率是不变的，这就是决定生物物种特征的数值。生物物种在形成的过程中，由于为了达到适应、生存和发展的目的，为了适应环境的需要，就会不断地在基因水平上进行调整，形成一般共同基因（非编码基因、纵向基因、种系基因）和特殊差异基因（编码基因、横向基因、个体基因）组合体。生物正是在这两种基因的基础上进行杂交、重组，最后达到一定的相对交叉均衡状态，形成一种生物的基因组。然后又不断地由均衡状态走向非均衡状态，再由非均衡状态走向均衡状态，完成一次又一次突变过程，最后形成多种多样的生物物种。这个过程就好比生命之书的创作过程。创作好一本书就进行书籍分类，因此产生千变万化种各色各类生命之书。

2 生物生殖与发育基本过程

现在我们着重观察和分析人体的生殖与发育的基本规律过程（低等动物和植物的生长发育过程在讨论中叙述）。人体的整个生命周期过程就是人体的生殖与发育过程，也是人类基因组生命之书的“解读”过程。我们把这个过程分为两个阶段，八个时期。即：一、生殖分化阶段，其中包括：A、受精卵形成时期，B、受精卵卵裂时期，C、三胚层形成时期，D、胎儿形成时期；二、生长发育阶段，其中包括：E、新生儿诞生时期，F、体细胞增殖时期，G、性成熟时期，H、人体衰老死亡时期。现分述如下：

2.1 生殖分化阶段

A、 受精卵形成时期：此期是胚细胞（基因组）增长的延滞期。人体两个性细胞，即配子（精子、卵子）融合为一，成为合子或称受精卵。而配子（精子与卵子）是由母细胞经减数分裂而产生的。在减数分裂过程中，配子母细胞分裂两次，但DNA只复制一次，由于少了一次DNA复制，因而两次分裂产生的4个细胞（配子）各只含有半数的染色体。例如人的体细胞含有23对染色体，减数分裂后生成的精子和卵子各只含23对染色体中的一半，变成单倍性细胞，即配子。单倍体细胞精子和卵子的结合形成合子或称受精卵，从而完成受精卵的形成过程。

B、 受精卵卵裂时期：此期是胚胎干细胞（基因组）指数增长期。受精卵从输卵管向宫腔移动的过程中，经历了一系列快速的有丝分裂过程，此称为卵裂。这一发育期开始于第一次有丝分裂，终止于胚泡的形成。受精卵的分裂基本上是一种典型的有丝分裂，其染色体的形态与结构和体细胞的相似，卵裂时期受精卵从2卵球到4卵球，再到8卵球，再到16卵球，再到32卵球……，再到桑椹期，最后到早期胚泡的形成。由此我们不难发现此期胚胎干细胞（基因组）数量呈指数增长，出现加速增长的趋势。受精卵卵裂过程的出现，一方面表明其人体生物基因组的复制和表达过程呈现加速增长势头，另一方面也表明其人体DNA含量呈快速增长势头，即呈几何级数增长势头。

图1  受精卵有受精后卵裂过程示意图

C、 三胚层形成时期：此期是胚胎干细胞（基因组）减速增长期。这个时期是胚胎细胞进行结构与功能的分化时期。胚胎干细胞结构与功能分化时期也可称为胚胎干细胞的发育时期。其主要表现为胚胎干细胞的分化与形态发生。此期胚胎干细胞（基因组）的增殖开始转化为减速增长，即负指数增长或称对数增长，并且在结构与功能上出现多样化的分化过程。同时有秩序地进行形态发生，首先形成三胚层。即经过这一阶段的发育，形成了内、中、外三个胚层。外胚层形成了神经组织和表皮，中胚层形成了肌肉和结缔组织，脉管系统和其他内脏器官，内胚层形成了消化管即上皮及其衍生化结构。三胚层的形成和分化决定了胚胎的中轴结构，形成了各个器官的原基，并为人体器官发生和组织分化打下了基础。人体胚胎发育过程中三胚层的形成时期就相当于动物进化的原肠时期。尽管各种动物进化的原肠胚时期的变化与人体胚胎时期三胚层形成的变化差别很大，但它们的基本过程和发生机制是相似的。此期胚胎干细胞数量的减速增长一方面表明其生物基因组复制与表达过程开始趋缓，另一方面也表明其DNA含量的增长出现拐点呈负指数增长或对数增长。

D、 胎儿形成时期：此期是胚胎干细胞（基因组）增长的饱和时期。胎儿形成时期是人体完成胚胎发育过程的最后一个时期，是人体生殖分化的最后时期。我们知道，人体胎儿的形成需经过一定时间的发育，即三胚层结构与功能的分化。人体胎儿的形成过程将重演其进化的全部过程。胎儿的形成标志着人体规范的确立。不同的生命个体在完成胚胎发育形成“胎儿”的历程中，所达到的程度是不一样的，例如：鱼的胚胎发育只能出现鱼的幼体，蝾螈的胚胎发育只能出现蝾螈的幼体，鸡的胚胎发育只能出现鸡的幼体，猪的胚胎发育只能出现猪的幼体，同样，人的胚胎发育也只能出现人的幼体（胎儿）。生物是进化发展的，不同的生命个体之所以在其胚胎发育过程中最终形成相应的幼体，主要原因是其受精卵内遗传基因（纵向生命遗传信息和横向生命遗传信息）所决定。这些基因中就包含着形成相应幼体的生命遗传信息。生物体的生殖与发育过程就是这种遗传信息的复制与表达过程。因此，不同进化层次，不同进化阶段的生物，其胚胎发育所表达的性状也是不一样的。但高层次生物在表达的过程中，往往重演低层次生物的一些性状，由此表明其在建立规范的历程中，出现重演现象。

此期胚胎细胞（基因组）的增长趋向于零增长状态。最后出现增长的饱和现象。胚细胞的增长出现饱和现象，一方面表明其生物基因组的复制和表达处于相对饱和状态。另一方面也表明其总体DNA含量的增长处于相对饱和状态。

图2 胎儿形成过程示意图

2.2 生长发育阶段

E、新生儿诞生时期：此期称为人体各系统组织干细胞（基因组）增长的延滞期。胎儿形成之后，通过分娩产生新生儿。新生儿的诞生标志着人体作为一个规范的生命个体的正式形成并来到人间。这个时期，胚胎干细胞发育过程可以看成已转化为组织干细胞发育。胚胎干细胞的功能与结构的分化已经结束并形成新的生命规范体系。但此时是幼稚的，是不成熟的。各个组织系统的组织干细胞还将要进行一次新的增殖。新生儿的诞生是一个非常重要的时期，这个时期可以看成是新与旧的交替时期，新生儿的诞生标志着一个新个体生命时代的开始。

F、 青春发育期(组织干细胞增殖时期)：此期是人体各系统组织干细胞（基因组）指数增长期。此期也可称为人体生长的青春发育时期。新生儿诞生之后变成婴儿，婴儿初生时，牙齿、生殖器官等没有长成，身体各种比例也和成人有差异，这个时期人体各系统内的组织干细胞开始进行快速增殖并导致人体从幼体向成体发展。因此，此期也可称为幼体生长期。幼体生长时期也是各系统组织干细胞（基因组）增长的加速时期，出现各系统组织干细胞（基因组）指数增长过程。这个时期的特点是不再形成新的器官，幼体器官只是长壮，功能不断加强并快速向成体发展。我们知道，人体生长是胚胎发育的继续，新生儿时期的组织干细胞具有很强的分生潜力，因此，幼体生长初期，各类组织干细胞都能进行快速增殖。这就是所谓的胚后期发育。胚后期发育是指从母体生出幼体，它们与成体相比，无论在形态构造上，生理功能上以及生活习性上都存在一定的差别，新生儿诞生后还要继续进行生长发育，人体出生后的生长发育过程从总体上讲，同样按加速方式发展，也就是人体总体的生长过程呈加速增长势头。但人体各系统、各器官的生长则以不同的速率，按不同的起止时间进行增长，这就导致人体生长过程出现异律现象。而异律现象的出现则表明各系统组织干细胞生物基因组的复制与表达具有不同的增长速率。此期各系统组织干细胞（基因组）从总体上看呈指数增长，由此充分表明其生物基因组的复制与表达处于加速增长状态，同时也表明其DNA的总体含量的增长同样处于加速增长状态。

图3 人体从新生儿到成年再到老年成长过程

G、 性成熟时期：此期是人体各系统组织干细胞（基因组）减速增长期，也可以称为组织干细胞结构与功能特化时期。这个时期，各系统内组织干细胞的增长开始趋向减速增长即负指数增长或称对数增长。人体经过幼体长大为成体之后，经过发育过程，生殖系统达到功能成熟，这时人体的整个机体也完全趋于成熟，因此，称这种发育过程为性成熟过程。人体性成熟的最主要内容是生殖系统完成发育，开始有了生殖机能。人体性成熟发育过程主要由内分泌系统和与生殖有关的部分出现了功能性变化。人体除了有雌、雄性别之外，同时个体还出现次生征或称副性征。此期人体各系统组织干细胞的增殖出现负指数增长，而这一切正表明其各系统内组织干细胞生物基因组的复制与表达处于相对缓慢增长状态，同时也表明其DNA含量的增长处于负指数增长状态。

H、 衰老死亡时期：此期是人体各系统组织干细胞（基因组）增长的饱和期。人体达到性成熟之后，在结构与功能上呈现种种衰退性改变，这种变化随年龄而增加。最终导致人体的死亡。成熟机体的结构随着年龄的增加而出现老化，称为衰老。人体到了一定年龄就会停止生长，生长停止之后，经过一定时间就开始衰老。在这个时期，人体各系统组织干细胞（基因组）的增长从总体上讲趋向于零，即组织干细胞（基因组）增长趋向饱和状态，出现增长的饱和现象。衰老时期，身体构造和生理机能都在发生一系列的变化，如人到了中老年时期，毛发变白，皮肤变皱，牙龄脱落等等征状。不过人体的每一个细胞有新生，也有衰老；有生长也有死亡，但寿命长短是不一样的，随着组织干细胞的种类和环境条件的不同而出现差异。人体内组织干细胞的衰老和死亡，虽然与整个机体的寿命密切相关，但二者并不完全一致。衰老的结果就是死亡，当机体的器官变得效率很低时，整个身体变得不能抵抗外界环境的变化，感染不易控制，体内的化学变化过程也失去了自我调控能力，最后，某一器官不再能执行其它器官赖以生存的功能，结果导致人体的死亡。此期各系统组织干细胞（基因组）的增长处于相对饱和状态，一方面表明其各系统细胞生物基因组的复制和表达处于相对饱和状态，另一方面也表明其DNA的总体含量增长处于相对饱和状态。

3  生物生殖与发育基本过程的差异

生物由低级到高级，由简单到复杂的生长发育过程，依次遵循L.欧拉—T.马尔萨斯指数曲线规律；P.威尔霍斯特—R.珀尔S曲线规律；生命周期双S曲线规律。生命周期双S曲线规律是生命演化到高等生物阶段才出现的一种生长发育规律过程。

3.1细菌低等生物的生长发育过程

细菌的生长发育过程，由于基因组含的纵向基因信息与横向基因信息量比较低，只有增长，几乎没有发育分化过程。因此，只要营养充分，能繁殖多少就能繁殖多少。当然这种情况是要受到外界环境条件的约束的。低等生物，例如：像细菌的繁殖过程就相当于受精卵增殖过程。是按几何规律增长的，遵循指数曲线规律。

3.2线虫低等生物的生长发育过程

线虫由于其基因组里纵向遗传信息和横向遗传信息比细菌要丰富，其生长发育过程遵循S曲线规律。例如：到了线虫阶段，线虫的生长发育过程就相当于高等哺乳动物二胚层、三胚层发育分化阶段。因此是按S曲线规律生长的。

3.3人类和高等哺乳类动物人类和高等哺乳类动物

人类及哺乳类动物阶段，生长发育过程出现了身体结构的二次高度分化，因此，遵循双S曲线规律。人类等高等动物有完整的纵向遗传信息和横向遗传信息，在表达的过程中，得以全部表达，因此其生长发育过程遵循双S曲线规律。例如，人类和高等哺乳类动物基因组里存在完整的纵向基因信息和横向基因信息，有二次发育过程，因此其生长发育过程遵循双S曲线规律。

4 生命周期双S曲线增长规律

任何一种生物都有生命周期，各种生物的生命周期长短是不一样的各种生物生命周期遵循怎样的规律，这些规律有什么不同？其中的机制是什么？100多年过去了，人们对生物的生长发育的增长动力学问题的研究，以及人们对生命周期生长理论的认识还停留在指数曲线规律和S曲线规律水平，还处于L.欧拉先生、T.马尔萨斯先生、P.威尔霍斯特先生和R.珀尔先生的认识理论的基础之上，这是人类认识的历史局限性所至。作者自从20世纪80年代发现生命周期双S曲线规律以来，就试图改变这种认识。生命周期双S曲线增长理论就是在细胞生物学与分子生物学基础上对前人增长理论的突破与发展。

4.1生命周期过程的动力学分析

4.1.1欧拉-马尔萨斯的指数曲线规律增长模型

早在马尔萨斯之前，瑞士著名数学家欧拉（Leonard Euler,1707-1783）就提出过“欧拉的几何人口增长的动态数学模型”。1748年欧拉在其出版的《无穷分析引论》第6章“指数与对数”中所举6个例子中第4个为，假设人口数量P_n关于年份n满足方程其中，n为整数，增长率为正实数)，若初始值为P₀，则P_n关于n的表达式可以改写为：

这即是“欧拉人口几何增长动态数学模型”，欧拉于1760年建立了稳定人口理论的基础，是现代数学人口学的先驱（赵斌.2015.生物数学简史.北京：中国科学技术出版社.16）。

图4 莱昂哈德·欧拉（Leonhard Euler ，1707—1783）

托马斯·罗伯特·马尔萨斯牧师（Thomas Robert Malthus，1766－1834）。英国生物统计学家兼经济学家，出生于一个富有的家庭，他的父亲丹尼尔是哲学家、怀疑论者大卫·休谟和让·雅各·卢梭的朋友。马尔萨斯年幼时在家接受教育，直到1784年被剑桥大学耶稣学院录取。他在那里学习了许多课程，并且在辩论、拉丁文和希腊文课程中获奖。他的主修科目是数学。1791年他获得硕士学位，并且在两年后当选为耶稣学院院士。1805年他成为英国第一位经济学教授，执教于东印度公司学院。他的学生亲切地称呼他为“人口”马尔萨斯教授。

图5 马尔萨斯（Thomas Robert Malthus，1766－1834）

1798年,马尔萨斯出版了他的专著《人口论》又叫《人口原理》。此书从两个不变法则出发：“食物为人类生存所必需；两性间的情欲是必然的。论证人口以几何级数（1，4，8，16，32，......)增加，生活资料以算术级数(1，2，3，4，5，6，......)增加，人口增长必然超过生活资料增长,人口过剩和食物匮乏是必然。因此，必然发生强大的妨碍、阻止人口的增加，这种妨碍就是贫穷与罪恶”。

图6  马尔萨斯人口增长曲线图

根据百余年的人口统计资料,针对人口增长规律，提出了种群模型的基本假设：“在人口自然增长的过程中，净相对增长率（即单位时间内种了、群的净增长数与其总数之比）为常数r,以此为基础，他从对人口增长和食物供求增长的分析中推导出了下述微分方程”。马尔萨斯生物总数增长定律指出：“在孤立的生物群体中，生物总数N(t)的变化率与生物总数成正比”。其数学模型为：

其中r为常数。方程的解为：

式中：N（t）为种群增长数量，N₀ 为起初种群数量，t为时间，r为常数，e为自然数。

因此，遵循马尔萨斯生物总数增长定律得任何生物都是随时间按指数方式增长。在此意义下的马尔萨斯方程，又称指数增长模型。人作为特殊的生物总群，人口的增长也应满足马尔萨斯生物总数增长定律，此时的公式称为马尔萨斯人口方程。英国人口学家马尔萨斯根据百余年的人口统计资料，于1798年提出了人口指数增长模型。这个模型既适合于人口增长，也适合于细菌繁殖，更适合于解释人类在受精卵形成后的细胞裂变过程。

3.1.2威尔霍斯特-珀尔S曲线规律增长模型

马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书中提出人口增长的“指数规律”造成了广泛的影响。1833年，威尔霍斯特以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系，对其指数增长规律进行了修正。他把数学分析方法引入生态学。后来人们又把其逻辑斯谛（Logistic）曲线方程，称之为威尔霍斯特方程。

图7 威尔霍斯特（Pierre Francois Verhulst,1804-1849）

起初这个方程并未引起学术界的重视，到20世纪20年代被美国生物学家和人口学家珀尔等人重新发现，并用于分析人口增长过程。后来人们又将其广泛运用于生物学、社会经济增长的分析，特别是人体发育过程分析。因此，S曲线又称珀尔生长曲线，又称威尔霍斯特—珀尔方程。

说明：用常微分dFt/dt=KFt(B-Ft)表示人体增长速度取决于对饱和极限的接近程度。B：人体增长的饱和极限；no：人体增长曲线的拐点年代；Ft：人体增长指标；t：时间；K：任意常数。

威尔霍斯特-珀尔S曲线，是1838年比利时数学家威尔霍斯特(P．F verhulst)首先提出的一种特殊曲线。后来，美国现代生物学家、人口学家珀尔【R．Pearl：Raymond Pearl (3 June 1879 – 17 November 1940) was an American biologist, regarded as one of the founders of biogerontology. He spent most of his career】和雷德（L·J·Reed）两人把此曲线应用于研究人口增长规律研究。所以这种特殊的曲线又称之为威尔霍斯特-珀尔S曲线。后来人们又将其曲线应用于解释人体和其它生物的生长发育过程。

图8 威尔霍斯特—珀尔的S生长曲线

4 

说明：Ft为人体增长量；t为时间变量（单位为年）；k,a,b为大于零的常数；k为当t趋向于无穷大时的人体增长的最大值。用常微分dFt/dt=KFt(B-Ft)表示人体增长速度取决于对饱和极限的接近程度。B：人体增长的饱和极限；no：人体增长曲线的拐点年代；Ft：人体增长指标；t：时间；K：任意常数。

图9 雷蒙德·珀尔（Raymond Pearl，1879 —1940 ）

S曲线可分为个体生长曲线和群体（平均）生长曲线。一般是在横轴上标出时间，纵轴上标出测定值。群体生长多呈S形曲线，这是最普通的生长曲线。从微生物直到人类的生物种群，其个体数的增加（人口增加），也常常符合此曲线。此曲线可分为两种形态，即促进生长的前期和生长减衰的后期。两种形态的转折点（曲折点）,动物相当于成熟期（青春期）。随着动植物的种类和生长的时期以及器官的种类的不同，还可以得出另外的各种生长曲线，并能求出适合于这些曲线的方程式。生长过程也常可分为几个生长曲线（指数曲线和S形曲线）。

斯柯孟（Scammon）根据P.威尔霍斯特-R.珀尔曲线曾把人类生长的一般型（general type）描述呈S形曲线的生长型，见于身高、体重、体表面积及其他外表的身体量度，与骨骼、肌肉、血液量、肾脏、消化、呼吸器官及其关联部分。他将人体身高与体重为纵坐标，以人类生长年龄（时间）为横坐标，得到的曲线叫生长曲线。后来人们经过长期研究发现这是一条被公认的生长曲线。

图10 人体发育不同（不包括胚胎）时期生长曲线

S生长曲线预测法也称生长曲线模型（Growth curve models）是预测事件的一组观测数据随时间的变化符合生长曲线的规律，以S生长曲线模型进行预测的方法。一般来说，事物总是经过发生、发展、成熟三个阶段，而每一个阶段的发展速度各不相同。通常在发生阶段，变化速度较为缓慢；在发展阶段，变化速度加快；在成熟阶段，变化速度又趋缓慢，按上述三个阶段发展规律得到的变化曲线称为生长曲线。综上可见，P.威尔霍斯特-R.珀尔曲线运用是十分广泛，在生物学领域和社会经济领域都有应用。但P.威尔霍斯特-R.珀尔曲线是人们在考察人体个体发育和其它生物个体发育的上发现的生长曲线，它存在一定的局限性。可见历史传统上人们在考察人体的生长过程都是从身高和体重的变化上进行分析，而忽视了从受精卵卵裂增殖时期所经历的过程来分析和理解人体生长发育过程。因此，得出人体生长过程遵循S曲线规律是必然的。这也是过去人们得出错误结论根源。而我们在理解人体生长发育的过程中，已经克服了过去的传统观念，从一个新的视角来分析人体的生长发育过程，也就是从细胞生物学与分子生物学角度，来阐述人体生长发育全过程。得出与前人完全不同的生命周期双S曲线规律。

4.1.3生命周期双S曲线规律增长模型

我们则是从细胞和基因组扩增上考察，所以得出人体生长发育的双S曲线理论。因此，从不同层次和不同角度看问题，得出的结论是不一样的。所以，在解释人体生命周期或其它灵长类生物等时可能要进行修正。因为人体或其它灵长类生物等有二次发育的过程。一次是在胚胎孕育时期，另一次是在出生后的生长发育时期。这两个时期的增长是不一样的，一个是胚细胞（胚胎干细胞）的增长过程，另一个是体细胞（组织干细胞）的增长过程。下面我们就来分析它们是如何发育成长（增长）的。

现代细胞分子生物学告诉我们，人体细胞的增殖过程，可分为两个阶段，一是胚细胞增殖阶段，二是体细胞增殖阶段。这两个细胞无论生长到那个阶段。细胞核核酸含量是不变的，也就是细胞里的DNA含量是不变的，这可以理解为其基因组是不变的。根据以上观察，我们不难看出，人体的生命周期过程就是人体的生殖分化与生长发育过程。通过对人体胚胎干细胞和组织干细胞增长过程的细胞动力学进行分析，我们发现：

首先，人体从其受精卵（基因组）开始，一步步地进行分裂，即：一分为二，二分为四，四分为八，八分为十六，十六分为三十二，三十二分为六十四，……，最后到桑葚期；这个过程我们将其称为人体胚胎干细胞（基因组）的“加速增长期”或称人体胚胎干细胞的“指数增长时期”。之后到了三胚层时期，接着就是各种胚胎干细胞进行结构与功能分化，有的胚胎干细胞开始分化形成大脑神经细胞、有的胚胎干细胞分化形成四肢骨骼细胞、有的胚胎干细胞分化形成内脏细胞、有的胚胎干细胞分化形成各种血管组织细胞……等等。随着胚胎干细胞分化过程的进行，这时的胚胎干细胞（基因组）数量的增长开始趋向缓慢，出现“负指数增长”即“对数增长”，最后形成“胎儿”。出现人体胚胎干细胞（基因组）增长的“饱和现象”，并因此构成人体胚胎干细胞（基因组）增长的逻辑增长趋势。由此我们可以清楚地看到人体完成了第一个“逻辑增长过程”。出现第一个“S型增长曲线”。人体在进行生殖与发育过程时，第一阶段进行的是胚胎干细胞（基因组）的增殖，从细胞裂变时起，进行指数增长时总是会出现拐点的。假如不出现拐点，那么，胚胎干细胞（基因组）就会不断地指数增长下去，其生物基因组的复制过程就会趋向无穷大，最终会出现什么结果呢？它必然会出现巨大的胚胎干细胞体（基因组复合体）。并且你可以想象它长多大就可以有多大。然而，这是一种荒唐的结果。实际上是不可能出现的。从正常的人体生殖与发育过程上看并没有出现上述情况，而是胚胎干细胞随机性地进行了结构与功能的分化与调整。通过生物发生过程最终形成了人体“胎儿”。因此，出现拐点是必然的，是一种逻辑的选择。正是因为这种选择导致人体生长的第一个S曲线增长过程的出现。例如人类，这个过程一般是10月左右时间。

然后，随着“新生儿”的诞生，新的人体生物规范的确立，人体又向一个新的阶段开始迈进。这时人体内各个系统在新规范的控制和调节之下，各个系统组织内的组织干细胞（基因组）又分别开始进行增殖生长，起初其增长速度是缓慢的，但到了青少年“青春发育时期”，人体各大系统组织内的组织干细胞（基因组）增长速度又开始明显加快，出现加速增长势头，呈“指数增长”。这也是一个人个体发育过程中出现的“典盛时期”。这个时期的出现意味着人体作为一个规范的生命系统进入了一个加速增长时期。这个时期人体的神经系统、内分泌系统、骨骼系统、运动系统、呼吸系统、免疫系统等等均进入了一个最佳状态。随着这个时期的结束，人体又开始进入到一个发育成熟状态，出现性成熟。各系统内的组织干细胞（基因组）的增长开始进入“负指数增长”时期，即出现对数增长期。各系统内的组织干细胞出现特化现象。随后，随着人体向中老年发展，各系统内的组织干细胞（基因组）增长又开始趋向于“零增长”，进入饱和状态，各系统内的组织干细胞出现老化和退化现象。最后人体开始走向衰老消亡。由此我们不难看到，人体从“新生儿”诞生时起一直到衰老消亡，这个阶段又完成了一次“逻辑增长过程”，出现第二个“S型增长曲线”。第二阶段进行的是人体各系统组织内组织干细胞的增殖，组织干细胞的增殖起初也是一个指数增长的过程。然而，组织干细胞的增殖也不可能长期指数增长下去，如果只增殖不分化、不特化，体细胞的增长也将趋向无穷大，最后这个人体就会长成为一个巨大的生物体，并且是没有进行有效分化、有效发育的生物体，同时也是一个青春常在，发育不全的生物体。你也可以想象他能长多大就可以长多大，这种结果也是不存在的，同样是荒唐的。因为人体从幼体新生儿时起就开始生长发育并向成体转化，进行了人体结构与功能的分化，最终导致性成熟，同样也出现了组织干细胞（基因组）增长的拐点，出现负指数增长并符合逻辑地向中老年方向发展，最后衰老消亡。从而导致人体生长第二个S曲线增长过程的出现。例如人类，这个过程一般是100年左右时间。但由于人们的生活环境、生活方式、生存状态、医疗技术水平等等方面的差异，还有包括个体的心情、社会、心理、疾病的因素导致人的寿命会有一定的不同。

图11 人体生长过程中细胞(基因组)增长的双S曲线规律示意图

说明：人体的生长过程包括两个阶段：

第一阶段：人体胚胎干细胞（基因组）增长阶段（生殖分化阶段：A期、B期、C期、D期）；表现为第一个S型曲线：（以纵向遗传信息表达为主的增长动力过程）：

第二阶段：人体组织干细胞（基因组）增长阶段（生长发育阶段：E期、F期、G期、H期）；表现为第二个S型曲线。（以横向遗传信息表达为主的增长动力过程):

所以，人体生长过程中，其总体细胞（基因组）增长遵循连续的双S曲线规律。我们分别对其两次S曲线增长过程（胚胎干细胞增长与组织干细胞增长过程）进行积分，然后再对两次积分相加求和。最后得到人体生长过程中全部细胞（基因组）增长的总量。其积分和数学表达式（动力学模型）如下：

式中：Ft人体细胞(基因组)增长总指标；Ft_a胚胎干细胞（基因组）增长指标；Ft_b组织干细胞（基因组）增长指标；t人体细胞(基因组)增殖总时间；t_a=t_０----t₁胚胎干细胞(基因组)增长时间；t_b=t₁----t₂组织干细胞(基因组)增长时间；K₁胚胎干细胞(基因组)增长系数；K₂组织干细胞(基因组)增长系数；M胚胎干细胞(基因组)增长的饱和极限；N组织干细胞(基因组)增长的饱和极限；n₁胚胎干细胞(基因组)增长曲线的拐点；n₂组织干细胞(基因组)增长曲线的拐点；

我们把第一次完成的S型曲线增长过程称为非常规增长过程，而将第二次完成的S型曲线增长称为常规增长过程，前者没有规范，后者有规范；前者没有特异性，后者有特异性；前者胚胎干细胞分化是随机性的，后者组织干细胞分化则是确定性的。这两个增长时期的结合构成人体全部生命周期过程，而人体整个生命周期过程则表现为一个连续的“双S型增长曲线”（如图20-7所示）由此完成人体从“受精卵子”开始到“胎儿”形成再从“新生儿”诞生到最后“衰老消亡”整个生命周期的全部过程。

图12 沈 律（L.SHEN。1962-）

从纵向看，生命周期规律的突破与发展，是从欧拉-马尔萨斯指数曲线增长规律到威尔霍斯特-珀尔S曲线增长规律再到双S曲线规律增长规律，它们也是一脉相承的。而生命周期双S曲线规律则是对欧拉-马尔萨斯指数曲线增长规律与威尔霍斯特-珀尔S曲线增长规律的突破与发展。因为这是从规律上对前人所做工作的突破和创新。所以它们在生命科学的意义上与前人的工作是同等重要的。人体（包括高等哺乳动物）生殖与发育过程之所以遵循生命周期双S曲线规律，其根本原因是在人体生物基因组中包含两类生命遗传信息，一是纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系遗传信息），另一是横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息）；这两类生命信息的复制与表达导致人体生殖与发育过程遵循生命周期双S曲线规律。因此，我们认为，进一步加强对生物系统目的性自然选择进化的学说、生物新陈代谢一般均衡定律、生物（种系和个体）遗传基因自由分离与自由组合定律、生物进化的遗传基因矩阵分布规律和生物生长发育的生命周期双S曲线规律及其相关性研究，即加强对人类生物基因组的形成及其生命遗传信息（纵向生命遗传信息和横向生命遗传信息）的复制与表达过程的系统研究，这将有助于我们从根本上最终揭示生命的起源、生命的本质、生物的新陈代谢、生物遗传、进化分化与生长发育的基本规律。

从横向看，如果说，沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）发现“DNA双螺旋结构”从分子(基因组)水平上揭示了生命的遗传本质问题（美国人和英国人对世界生命科学的巨大贡献），那么“生命周期双S曲线规律”的发现则是从分子（基因组）水平上揭示了生命发育规律（中国人对世界生命科学的巨大贡献）。它们之间是相辅相成，紧密联系。它们的内在联系机制就是生物基因组“遗传基因矩阵分布定律”（纵向遗传基因信息和横向遗传基因信息的先后表达）。由此我们可以看出，从生命遗传物质“DNA双螺旋结构”发现到生命周期“双S曲线规律”发现是必然的，是生命科学发展的必然趋势所决定。所以说，我们的工作与沃森（J.Watson）和克里克（F.Crick）的工作在科学意义与科学价值上是同等重要。因此，在我们看来这篇论文的发表不亚于沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）1953年在《自然》（Nature）上发表的划时代的生物学论文。它们共同奠定了分子生物学大厦的基础。它们的相继发现是分子生物学形成的真正标志。如果说“DNA双螺旋结构”的发现为分子生物学大厦建造提供了巨大的基石；而我们的“生命周期双S曲线规律”就为分子生物学大厦建造提供了钢筋和混凝土。因此，它注定会载入生命科学发展的史册，也将会改写中国人在世界生命科学界的长期处于跟踪式研究的历史，开拓一系列生命科学研究新天地和新领域，并分子生物学乃至整个现代生命科学发展将会产生广泛的和极其深远意义的影响。

通过对人体生殖与发育过程中细胞（基因组）增长的系统分析与研究，我们发现人体生殖与发育过程遵循生命周期双S曲线规律。然而，人体的生殖与发育过程遵循生命周期双S曲线规律的分子生物学依据是什么？人体生殖与发育过程中其基因组遗传信息的复制与表达和人体生殖与发育过程的关系是什么？对此我们将从以下几方面来加以阐述。

4.1.4生命周期双S曲线规律增长模型的生物学基础

我们认为，人体的生命周期过程就是人体生物基因组遗传信息的复制与表达过程，并且这个过程遵循双S曲线规律。在我们看来，人体生物基因组遗传信息的复制与表达，主要是分二个阶段来完成：

首先，形成幼体胎儿。受精卵（基因组）进行裂变增殖（指数增长），也就是胚胎干细胞进行基因组的大量快速复制，与此同时进行一些非特异性遗传信息的表达，即纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系发育信息）的表达，完成生物发生过程（重演生物进化历程）。因为纵向遗传信息是大家共有的，所以不具有特异性，人人基本相同。这种非特异性的遗传信息的复制与表达，使得人体胚细胞（基因组）在增殖与发育的过程中出现结构与功能的分化，经过生物发生过程，即从受精卵到三胚层，最后导致胎儿的大脑、四肢和内脏等器官的出现，形成幼体胎儿，完成第一次胚胎干细胞的增殖与发育或人体生物基因组的复制与表达过程。此次胚胎干细胞（基因组）的增殖过程是没有特定方向的，是一种随机性的增殖与分化过程，胚胎干细胞（基因组）在进行细胞的分化过程中，具有全能性，即任何一个胚胎干细胞（基因组）都可以分化成人体胎儿的大脑、四肢和内脏器官。因此也可以说是一种非确定性的发育分化过程。此阶段人体生物基因组的复制与表达过程遵循第一个S型曲线。

其次，形成成熟个体。新生儿诞生后，人体各系统内的组织干细胞进行裂变增殖（指数增长），也就是各系统组织干细胞进行生物基因组的大量快速复制，与此同时则进行特异性遗传基因信息的表达，即一些横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息）的表达。完成人体特异性的生长发育过程（重现亲代的一些遗传特征）。横向遗传信息不是大家共有的，是具有一定的种族、家族、个体等差异性和专有性，因此具有一定的特异性。这种特异的遗传信息的复制与表达使人体各系统的体细胞（基因组）在增殖与发育的过程中进行了结构与功能的分化或特化，最后导致人体成体的形成，使人体从幼体转化为成体，随后衰老消亡。完成第二次人体基因组的复制与表达过程。此阶段，组织干细胞（基因组）的增殖与分化过程是有特定方向的，是一种确定性的、非随机性的增殖与发育过程。因为人体组织干细胞的增殖与发育过程是沿着特定的方向进行的，不同系统组织的组织干细胞（基因组）的分化是按照各自系统组织细胞（基因组）的发育方向进行的。表现出发育过程的专业性。此阶段人体遗传基因组的复制与表达过程遵循第二个S曲线。

人体生物基因组的复制与表达在这两个阶段均出现了加速增长期和增长的饱和期，但这两个阶段细胞的增殖与发育所表现出的特征是不一样的。从上述分析中我们可以看出，第一个时期是胚胎干细胞（基因组）非规范性增殖与发育（非特异性增殖与发育）；第二个时期则表现为组织干细胞（基因组）规范性增殖与发育（特异性增殖与发育）。这两种细胞（基因组）的增殖与发育过程构成了人体整个生命周期过程，并遵循双S曲线规律。由此我们不难看出，人体生物基因组的复制和表达是周期节律性的，并且是按照一定的程序进行的。即人体从受精卵开始，通过受精卵的裂变过程，使其胚胎干细胞生物基因组进行了大规模复制，导致人体生物基因组数量的大规模增长，也就是胚胎干细胞（基因组）的大量增殖。这种胚胎干细胞（基因组）大量增殖的意义是十分重要的，其为以后胚胎干细胞（基因组）的随机分化做好了充分准备。从海克尔重演律上讲，人体的生物发生过程（生殖与发育过程）就是生物系统进化过程短暂而迅速的重演，人体在生长发育过程中，其生物遗传基因组的复制与表达并不是一个漫长的演化过程，而是在其胚胎时期，就将整个生物系统的进化过程进行了一次重演。生物进化最本质的方面是生物基因组的进化。生物从低级到高级，从简单到复杂，从低层次到高层次，从无序到有序，主要区别在于其生物基因组结构序列的变化。因为，人体的生命遗传信息全部贮存于人体生物基因组上。我们知道，人类生物基因组图谱的形成，从纵向上看是从生物界一步一步地进化而来的，但从横向上看，则又是亲代父系与母系染色体杂交后形成受精卵而获得。也就是一方面，人体生物遗传基因既然是从生物界进化中获得，就必然包含有生物进化过程的生命遗传信息，因此，在其胚胎发育过程中就要逐步进行复制与表达。同时，从另一方面看，人体的遗传基因又来自于亲代的染色体杂交，因此也同样包含有亲代的生命遗传信息，这些生命遗传信息也要复制与表达，这点在人类个体胚后发育时期得到很好的体现。这种纵向遗传基因信息和横向遗传基因信息在人体生长发育表达过程中，一方面在胚胎发育过程是以纵向遗传信息表达为主，另一方面在生长发育过程中是以横向遗传基因信息表达为主，整个基因组遗传信息表达结束，人的生命也就终结了。

我们认为在人体生命周期过程中，人体细胞的增殖与分化和人体生物基因组的复制与表达直接相关。现代生物学发现，人体生物基因组序列在其整个生命周期中或整个细胞增殖与分化过程中，它的结构序列是不变的。也就是人类个体发育从受精卵到胚细胞再到体细胞其基因组序列是恒定的。而不同时期其分化发育出来的生物性状则又不一样，这一切主要取决于人体生物基因组二次大规模复制与表达。我们发现，人体细胞二次大规模增殖与分化过程和人体生物基因组二次大规模复制与表达过程直接相关。通过对人体生殖与发育过程的系统分析，我们发现人类个体在其发育过程中出现了两次大规模生物基因组的快速复制与表达，前者在受精卵（胚胎干细胞）裂变时期，后者在各系统组织干细胞裂变时期。这两个时期其细胞数量均出现了指数增长势头，这两次快速细胞增殖的意义何在呢？

第一次裂变增殖导致细胞快速增长，同时分化发育成胎儿，这个时期其胚胎干细胞数量的快速增长意味着人体生物基因组的复制出现了几何增长（指数增长）势头，也就是人体生物基因组的数目呈快速增加。随后，这些大量快速复制的人体生物基因组又迅速地将某些基因片段进行表达，使胚胎干细胞随机分化成了胎儿的大脑、四肢、内脏等器官，在这一过程中，表达的由于是纵向的生命遗传信息（一般共同信息，即种系遗传信息），没有明显的个体差异；差异性，特异性不明显。没有什么排他性，排斥性。是一种非规范信息表达过程。人体胚胎发育过程可以看成生物长期进化的短暂迅速重演的过程。参见德国学者E.H.海克尔生物发生律(Law of biogenesis)或生物重演律（law of recapitulation)。

第二次细胞裂变增殖也同样导致各系统组织干细胞的快速增长，其生物基因组数目第二次出现了几何增长（指数增长）势头，与此同时各系统生物基因组中的某些基因片段也进行了功能表达，而在这一过程中，主要表达的是横向的生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息），因此出现了很大的个体差异。横向信息表达具有强烈的特异性和排他性。是一种特征性表达，是一种特别性表达，是一种规范性信息表达过程。

两次人体生物基因组的复制与表达正好构成了人类个体生殖与发育的全过程。由此我们发现人体在其细胞的增长的过程中，尽管其生物基因组结构序列不变，但其生物基因组数量则增加了；细胞的分化是其生物基因组中的某些基因片段的功能表达，但不同时期所表达的遗传信息又不一样。人体生物基因组的复制与表达是相继进行的。复制导致细胞数量的增长，而表达则导致细胞结构与功能的分化。人类的个体发育过程一方面可以看成是细胞的增殖和分化过程的结合，另一方面也可以看成是其生物基因组复制与表达过程的结合。在人体的整个生命周期过程中，其细胞数量的增长与细胞结构的分化并存，其生物基因组的复制与其生物基因片段中生命遗传信息的表达并存。同时其细胞数量的增长与其生物基因组的复制相关一致，其细胞的功能分化与其生物基因组遗传信息的表达相关一致，没有人体生物基因组的复制就没有人体细胞数量的增长，没有人体生物基因组遗传信息的表达就没有人体细胞的结构与功能分化。这两者是密不可分的。人体生物发生的生命周期双S曲线过程正是这两个方面的真实反映。

4.1.5 DNA双螺旋结构与生命周期双S曲线规律

随着现代生命科学的发展，人们已经清楚地认识到生物是运动、变化和发展的。生物的运动、变化和发展是一个统一的生命过程。也可以说生物的遗传变异、进化分化与长生发育是一个统一的生命运动过程。现在，人们对人体生物基因组及其生物遗传信息的深入研究，发现人体生物基因组就是一部写了几十亿年的“生命之书”或绘了几十亿年的“生命蓝图”。而生物的遗传变异、进化分化与生长发育过程就是这部“生命之书”或“生命蓝图”的不断写作、不断绘制与不断修改过程，同时也是这个“生命之书”或“生命蓝图”的不断解读、不断实现生物系统目的性自然选择进化过程。我们知道，DNA双螺旋结构模型的发现揭开了生物基因组的神秘面纱，基因组就是一个生物完整的DNA或RNA序列。它的发现是生命科学发展史上一次划时代意义的重大事件。然而它与生物遗传基因矩阵分布定律和生命周期双S曲线规律之间还存在着密切的关系。如果说“DNA双螺旋结构”的发现为分子生物学大厦奠定了巨大的基石，而我们的生物基因组“生物遗传基因矩阵分布定律”和“生命周期双S曲线规律”就为分子生物学大厦建造提供了钢筋和混凝土。因此，我们的工作与他们的工作，两者有机结合共同构成分子生物学大厦的框架结构。分子生物学只有在分子水平上揭示了生命的遗传本质与生命的发育规律时，分子生物学才能算上是一门真正成熟的科学。如果说，沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）发现“DNA双螺旋结构”从分子(基因组)水平上揭示了生命的本质问题（美国人和英国人对世界生命科学的巨大贡献），那么“生命周期双S曲线规律”的发现则是从分子（基因组）水平上揭示了生命发展规律（中国人对世界生命科学的巨大贡献）。它们之间是相辅相成，紧密联系。它们的内在联系机制就是生物基因组“遗传基因矩阵分布定律”（纵向遗传基因信息和横向遗传基因信息的先后表达）。由此我们可以看出，从生命遗传物质“DNA双螺旋结构”发现到生命周期“双S曲线规律”发现是必然的，是生命科学发展的必然趋势所决定。所以说，我们的工作与沃森（J.Watson）和克里克（F.Crick）的工作在科学意义与科学价值上是同等重要。因此，在我们看来这篇论文的发表不亚于沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）1953年在《自然》（Nature）上发表的划时代的生物学论文。它们共同奠定了分子生物学大厦的基础。它们的相继发现是分子生物学形成的真正标志。如果说“DNA双螺旋结构”的发现为分子生物学大厦建造提供了巨大的基石；而我们的“生命周期双S曲线规律”就为分子生物学大厦建造提供了钢筋和混凝土。因此，它注定会载入生命科学发展的史册，也将会改写中国人在世界生命科学界的长期处于跟踪式研究的历史，开拓一系列生命科学研究新天地和新领域，并分子生物学乃至整个现代生命科学发展将会产生广泛的和极其深远意义的影响。

 图13 沃森和克里克发现DNA双螺旋结构

4.1.5.1生物基因组遗传信息与双S曲线的形成

我们认为基因中包含着二种遗传基因信息，一种是纵向遗传基因信息，另一种就是横向遗传基因信息。每个基因都包含有这样两种信息。这就是基因的纵横二向性。在阐述它们之间的相互关系之前，让我们先来阐述生物遗传基因的纵横二向性。从基因矩阵分布定律上看，所谓生物遗传基因的纵横二向性是指存储于基因组中的信息有纵向基因信息和横向基因信息但这种存储的基因信息不是绝对分离的，是每个基因所具有的。只是有的基因纵向性占比例大些，有的基因横向性占比例大些。这就在基因表达的过程中存在着一种概率性（P）。因此，基因在空间和时间分布构象上就存在多种选择。从而形成多种基因，例如：连锁基因、交换基因、突变基因、顺反子基因、操纵子基因、重叠基因、断裂基因、跳跃基因（转座基因）、拟基因（假基因）、非编码基因、编码基因，这种生物基因的纵横二向性是导致多种生物基因形成的根本原因。它是形成多种基因的物质基础。它就像物理学上的基本粒子的波粒二象性一样，决定了微观物理世界的基本物质结构。我们认为基因的纵横二向性或基因的纵横二象性的提出是一个重大生物学发现。它解决了长期困扰人们对生物基因的本质看法，也是人们认识和揭示生命周期的本质问题的根本途径。

首先，DNA双螺旋结构模型决定了基因组组成，当然还包括RNA（病毒）。基因组中就包含着一种生物系统的整个生命遗传信息。从长期进化来看，这其中存储着大量的纵向遗传基因信息与横向遗传基因信息。存储的基因信息在发育过程中就要相继表达出来，生物基因组的表达依据生物进化的层次进行不同的表达，例如细菌进化层次较低，其生长过程只能在个体数量的增长中；而到了蛔虫进化的层次比细菌又进了一个层次，但没有二次发育，其生长发育过程呈S曲线；而到人类阶段则更高级，既有一次发育过程，又有二次发育过程，因此呈双S曲线。当人们发现DNA双螺旋结构时，就可以搞清楚生物从分子水平上是如何遗传给下一代的。这样人们就可以搞清楚基因组是如何形成的机制。DNA序列是在漫长的生物进化过程中形成的，最后形成了像人类这样的复杂基因组。生物进化的层次越高，就越表现出双S曲线生长过程。例如人类、高等哺乳动物等等。由于进化层次比较高，其基因组含有完整的纵向、横向遗传基因，可以完成二次发育。因此在基因信息表达过程中可以完成双S曲线过程。20世纪80年我在研究细胞生物学发育过程中就发现了人体生命周期双S曲线规律，但一直没法解释生命周期双S曲线规律形成的原因，自从到了20世纪90年代基因组概念的出现，我才将DNA双螺旋结构理论（基因组）与双S曲线理论结合联系起来，圆满地解决了双S曲线形成过程。我认为这两个定律有一定的相关性。并且从本上讲是密不可分的。前者（生物进化的遗传基因矩阵分布定律）是对生物基因组所具有的纵向生命信息与横向生命信息进行的矩阵分析，由于每种生物基因组中所具有的纵向和横向生命信息的质与量的不一样，导致各种生物基因组遗传信息的矩阵分布特征出现差异。正是这种差异使得每种生物的基因组的结构与功能产生差异。这种差异使得生物基因组从低级到高级，从简单到复杂，从无序到有序，形成一个矩阵分布序列，这个矩阵分布序列则是与生物进化和生物发生过程想紊合的。据此我们可以在一定程度上确定生物的进化度与生物的发育度。后者（生命周期双S曲线规律）是对生物进化过程的动力学分析。是一个动态分析的过程。由于各种生物所具有的纵向和横向遗传基因质与量的不同，因此，表现出不同的矩阵分布状态，即形成不同的基因组图谱（生命蓝图）。这个蓝图形成之后，就要进行复制与表达，即进行生物的生殖与发育过程。生物发育的目的就是如何实现这个蓝图所设定的目标。而实现目标则是要靠基因组中纵向与横向生命遗传信息的先后复制与表达来完成。通过观察与研究我们发现，人体的生殖与发育过程。并且这个过程遵循生命周期双S曲线规律，也就是在第一个S曲线阶段，其基因组复制与表达的是以纵向遗传信息表达为主，以横向的生命遗传信息为辅。而第二个S曲线阶段，其基因组复制与表达的是以横向生命遗传基因信息为主，以纵向生命遗传信息表达为辅；这两方面生命遗传信息复制与表达过程遵循双S曲线规律。同时也是双S曲线规律形成的内在机制。这两者的过程与人体胚细胞（基因组）的增长和体细胞的增长过程是完全紊合的。我们认为以上两个规律的发现对我们今后更好地理解生物遗传与变异、生物进化与发育等等方面的统一性具有一定的理论意义。同时它也有助于人们更好地理解生命的本质及其发展规律。

其次，DNA双螺旋结构与生命周期双S曲线规律之间的关系。人类基因组就相当于写了几十亿年的书籍，大量的生命遗传信息都是存储于DNA结构之中，形成基因组。然后在发育过程中一步步的表达出来。基因组中一方面存储着种系遗传信息（纵向遗传基因信息），一方面存储个体遗传信息（横向遗传基因信息），然后在发育过程中前后分别进行表达。“双S曲线”形成本质就是生物基因组中存在的两组基因信息的表达过程。一组是纵向基因信息，一组是横向基因信息。第一个S曲线的形成主要是纵向基因信息表达为主；第二个S曲线主要是以横向基因信息表达为主。这两组遗传基因信息表达完之后，生命也就结束了。这两组基因信息在生物体系进化的过程中有的生物已完全具备，有的生物并不完全具备。具备的就有双S曲线生长过程，不具备的就没有双S曲线过程。从生物进化的角度上看，生物的生长发育过程即生命周期过程则随着生物进化度与发育度的不同而表现出不同细胞（基因组）增长的动力学模型的差异。例如：（1）细菌增殖，只要营养充足，环境允许，它可以无限的指数增长下去，呈指数曲线规律增长，这是由于其基因组中没有纵向遗传基因和横向遗传基因。所以细菌的进化度与发育分化度就很低，细菌还是细菌，只是数量的增长。据此我们就认为其生长过程所遵循指数曲线规律，只是表明其数量增长。细菌由于它们的进化层次比较低（几乎没有进化），它们个体发育过程也就没有分化，因此其个体生长发育过程只是处于原点。（2）生物界一些多细胞原肠类生物，像线虫，蛔虫这些软体肠腔动物等等，在正常情况下，无论营养有多充足、环境怎样允许，其从单细胞增殖起，一直到形成多细胞个体，它的生长发育过程只能遵循S曲线规律。这也是由于与其基因组中所含的纵向遗传基因和横向遗传基因质与量比较少有关。由于这些生物的进化度与物种发育分化度均较低，仅仅相当于人类胚胎发育过程原胚胎期。这类生物的生长过程仅仅只是一种细胞增值发育过程，并没有明显有胚细胞与体细胞分化，所以就没有两次发育过程的出现，即没有完整的从受精卵到幼体，再到成体的发育分化过程，这都是由于这些生物进化层次处于生物进化的原始阶段，横向基因不发达，没有出现二次分化。因此，它们的生长过程也就只能遵循S曲线规律。这是因为在它们的基因组中不存在完整的纵向、 横向遗传基因信息，这也是由于它们的进化层次较低所决定的。这些生物基因组中没有完整的纵向和横向遗传基因信息，因此也就没有二次发育。（3）进化的层次越高，就越表现出双S曲线生长过程。例如人类、高等哺乳动物等等。由于其基因组中纵向遗传信息与横向遗传信息的质与量多而复杂，其进化度与发育度非常高，所以，纵向生命信息与横向生命信息得到充分表达，不仅有一次胚细胞发育，而且有二次体细胞发育，出现胚细胞与体细胞增长过程的分化。遵其生长发育过程遵循双S曲线规律。这说明进化层次比较高，其基因组含有完整的纵向、横向遗传基因，可以完成二次发育。因此在基因信息表达过程中可以完成双S曲线过程。如果我们把这三类生物的生长曲线合并为一条曲线进行观察，我们发现整个生物进化过程也是遵循生命周期双S曲线规律的，其实这与海克尔生物重演律（生物发生律）不谋而合。20世纪80年我在细胞生物学基础就发现了人体生命周期双S曲线规律，但一直没法解释生命周期双S曲线规律形成的原因，自从到了20世纪90年代生物基因组概念的出现，我们才将DNA双螺旋理论（基因组）与双S曲线理论结合联系起来，园满地解决了双S曲线形成过程。从沃森、克里克DNA双螺旋结构（基因组测序）到生物基因组矩阵分布定律再到生命周期双S曲线规律的发现。这些都是分子生物学发展史上的大事。它们都是不可分离相互联系、相互统一，一脉相承符合科学逻辑的必然过程

最后，从DNA双螺旋结构模型（基因组）到生物基因组遗传基因矩阵分布定律再到生物基因组增长的生命周期双S 曲线规律，这是基因组在三个不同阶段的不同表现形式，其本质就是基因的复制与表达，这三个阶段是相互联系、前后呼应、相互统一的生物遗传基因信息复制与表达的全过程。这个过程也可以看成是一种新的生物遗传信息复制与表达的中心法则。它把生物的遗传与变异、进化与分化、生长与发育的全过程进行了一次大统一。它是对克里克生物遗传信息中心法则的丰富和发展。

图14  DNA双螺旋结构与生物遗传基因矩阵分布定律以及生命周期双S曲线规律之间的内在联系

如果说，沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）发现“DNA双螺旋结构”从分子(基因组)水平上揭示了生命的本质问题，那么“生命周期双S曲线规律”的发现则是从分子（基因组）水平上揭示了生命发展规律。它们之间的内在联系机制就是生物基因组“遗传基因矩阵分布定律”（纵向遗传基因信息和横向遗传基因信息的先后表达）。由此我们可以看出，从生命遗传物质DNA双螺旋结构的发现到生命周期双S曲线规律的发现，它们之间存在着必然的内在联系。

4.1.7生命周期双S曲线增长理论的学术价值和生物学意义

任何一种生物都有生命周期，各种生物的生命周期长短是不一样的，各种生物生命周期遵循怎样的规律？这些规律有什么不同？其中的机制是什么？150多年时间过去了，人们对生物的增长动力学问题的研究以及人们对生命周期理论的认识还处在“指数曲线规律”和“S曲线规律”水平，还停留在L.欧拉-T.马尔萨斯指数增长理论和P.威尔霍斯特-R.珀尔S曲线增长理论的基础之上，这是人类认识的历史局限性所导致。自从20世纪80年代我发现“生命周期双S曲线规律”以来，就一直立志努力想改变这个局面，现在成功创立“生命周期双S曲线增长理论”就意味着这个历史进程将翻开新的一页。“生命周期双S曲线增长理论”就是在细胞生物学与分子生物学基础上对前人增长理论（指数曲线增长理论和S曲线增长理论）的突破与发展。"生命起源于负熵，智慧来源于信息"。物质、能量、负熵与信息一致性及其相互转化、相互联系，对人们认识和把握生命的本质及其发展规律起到关键性决定作用，生命体演化的目标机制、方向机制、动力机制、识别机制、组装机制等等均由系统目的性选择演化规律所决定，生命体"由低级到高级，由简单到复杂"的演变过程依次遵循"指数规律"、"S曲线规律"、"双S曲线规律"三个重要阶段。这是我们在研究生命现象中得出的重要科学结论。生命现象从分子演化到生物演化再到社会演化无不体现出这个基本认识。一切对生命现象的研究都是在此基础上展开的，没有这种认识就无法把握生命现象的本质和发展规律。“生命周期双S曲线规律”,从纵向看是对“L.欧拉-T.马尔萨斯指数曲线规律”和“P.威尔霍斯特-R.珀尔S曲线规律”的突破与发展，它是在细胞与基因组（基因）分子水平上阐述了生命体生长发育的基本规律过程；从横向看"生命周期双S曲线规律"将与J.沃森和F.克里克“DNA双螺旋结构"一道，通过“生物遗传基因矩阵分布定律”相联系，共同奠定了分子生物学（从分子水平上揭示生命遗传本质及其生命发育规律的科学）的基础。它们的相继发现是分子生物学从形成到走向成熟的真正标志，它将预示着第三次生命科学革命的到来。总之，这是“生命周期双S曲线理论”两大主要创新之处，该理论将对未来生命科学乃至整个科学技术发展产生广泛深远意义的影响。

（1）生命周期双S曲线增长理论的学术价值。客观的说，生命周期双S曲线增长理论出版发表标志着人们对生命进化与生长发育规律的认识进入了分子生物学水平（基因组）新阶段（它不同于威尔霍斯特—R.珀尔的个体发育和群体增长阶段)，这正好与沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）的工作（发现DNA双螺旋结构）衔接为一体。它是在分子生物学水平用生物计量学（生物数学）方法阐述了生命的实质及其发育规律。生命周期双S曲线增长理论所具有的生物学价值主要表现在以下几方面：

第一、从达尔文自然选择进化理论到我们的生命系统目的性均衡选择演化学说，这是一种演化理论上的创新，它是对达尔文演化思想的创新和发展。从分子生物学水平上用现代系统科学理论揭示了生命起源及其演化的机制与演化规律性过程。在这一过程中始终表现着生物新陈代谢的一般均衡现象，并遵循生物一般均衡定律，也就是自然界“无形之手”调节和控制着生物进化的全过程。

第二、从孟德尔遗传定律（摩尔根遗传定律）到生物遗传基因概率分布定律再到遗传基因矩阵分布定律。这些规律都是一脉相承的，它们都是用排列和组合的方式一个比一个更全面深入地了解生物遗传基因在个体和群体的分布情况，从而揭示了生命遗传、发育和进化的本质联系。

第三、从欧拉-马尔萨斯指数增长理论到威尔霍斯特-珀尔增长理论再到双S曲线规律增长理论，它们也是一脉相承的。而生命周期双S曲线规律则是对欧拉-马尔萨斯指数增长理论与威尔霍斯特-珀尔增长理论的突破与发展。这是从规律上对前人所做工作的突破与发展。所以，它们在生命科学的意义上与前人的工作是同等重要的。

第四、如果说，沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）发现“DNA双螺旋结构”从分子(基因组)水平上揭示了生命的本质问题（美国人和英国人对世界生命科学的巨大贡献），那么“生命周期双S曲线规律”的发现则是从分子（基因组）水平上揭示了生命发展规律（中国人对世界生命科学的巨大贡献）。它们之间是相辅相成，紧密联系。它们的内在联系机制就是生物基因组“遗传基因矩阵分布定律”（纵向遗传基因信息和横向遗传基因信息的先后表达）。由此我们可以看出，从生命遗传物质“DNA双螺旋结构”发现到生命周期“双S曲线规律”发现是必然的，是生命科学发展的必然趋势所决定。所以说，我们的工作与沃森（J.Watson）和克里克（F.Crick）的工作在科学意义与科学价值上是同等重要。因此，在我们看来这篇论文的发表不亚于沃森（J.Watson）与克里克（F.Crick）1953年在《自然》（Nature）上发表的划时代的生物学论文。它们共同奠定了分子生物学大厦的基础。它们的相继发现是分子生物学形成的真正标志。如果说“DNA双螺旋结构”的发现为分子生物学大厦建造提供了巨大的基石；而我们的“生命周期双S曲线规律”就为分子生物学大厦建造提供了钢筋和混凝土。因此，它注定会载入生命科学发展的史册，也将会改写中国人在世界生命科学界的长期处于跟踪式研究的历史，开拓一系列生命科学研究新天地和新领域，并分子生物学乃至整个现代生命科学发展将会产生广泛的和极其深远意义的影响。

（2）生命周期双S曲线增长理论的生物学意义。综上所述，我们首先对生命起源的分子进化与生物进化的目的性进行分析研究，并在此基础上提出系统目的性均衡选择演化理论，也叫系统目的性均衡选择演化学说。其次，对生物新陈代谢一般均衡现象进行分析，发现生物新陈代谢一般均衡定律，提出了生物新陈代谢的一般均衡理论，并以此了解生物代谢同化与异化过程的相互关系，提出新陈代谢指数概念；第三，通过对生物种系和个体遗传基因的分析，发现了生物种系与个体基因自由分离与自由组合定律，这个定律可以用来解释生物界产生千变万化的物种的根据。第四，通过对生物基因组的形成及其生物遗传信息中心法则进行分析和介绍，提出生物基因组的形成是通过纵向生物遗传信息和横向生物遗传信息的杂交而成。人类基因组包含着两类生物遗传信息，一类是纵向生物遗传信息，另一类是横向生物遗传信息，而这两类生物遗传信息则是通过生物遗传信息中心法则进行传递。通过对生物遣传定律进行进一步介绍，我们发现生物第四大遗传定律是一个非常重要的生命规律。通过对生物基因组遗传信息矩阵分布特征的研究，发现不同的生物随着其基因组纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系遗传信息）和横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息）质与量的不同，而表现出不同的矩阵分布状态。并且从低级到高级，从简单到复杂遵循一定的分布规律。各种生物随着其生物进化和生物发生层次的不同而处于不同的时空发育过程中，并表现出一定的矩阵分布状态。这种矩阵分布状态是每个生物所特有的。据此，我们将其确定为“生物遗传信息矩阵分布定律”。根据这个定律，我们可以了解任何一种生物的进化程度和发育分化程度。第五，通过对人体生物发育过程的研究，我们发现，在人体生殖与发育过程中，人体进行了两种细胞的增长。前者是胚胎干细胞增长过程，后者是各系统组织干细胞的增长过程。前者表现为非规范性和非特异性增长，后者则表现为规范性和特异性增长。这两个过程结合表现为双饱和曲线（双S曲线）。因此我们认为人体的生殖与发育过程遵循“生命周期双S曲线规律”。这就是我们通过对人体生殖与发育过程的系统观察及其细胞增长的动力学分析所得出的结论。同时我们认为，根据海克尔重演规律，人体的生殖与发育过程是整个生物系统进化发展过程的一个短暂而迅速的重影。因此不仅人类个体的生物发育过程遵循生命周期双S曲线规律，而且整个人类乃至整个生物系统的演化与发展过程也应遵循生命周期双S曲线规律。最后，通过对这两个规律进行相关性研究，我们发现，人体生殖与发育过程之所以遵循生命周期双S曲线规律，其根本原因是在人体生物基因组中包含两类生命遗传信息，一是纵向生命遗传信息（一般共同信息，即种系遗传信息），另一是横向生命遗传信息（特殊差异信息，即个体遗传信息）；这两类生命信息的复制与表达导致人体生殖与发育过程遵循生命周期双S曲线规律。因此，我们认为，进一步加强对生物系统目的性自然选择进化的学说、生物新陈代谢一般均衡定律、生物遗传基因概率分布定律、生物遗传基因矩阵分布规律和生物生长发育的生命周期双S曲线规律及其相关性研究，即加强对人类生物基因组的形成及其生命遗传信息（纵向生命遗传信息和横向生命遗传信息）的复制与表达过程的系统研究，这将有助于我们从根本上最终揭示生命的起源、生命的本质、生物的新陈代谢、生物遗传、进化分化与生长发育的基本规律。 “生命周期双S曲线规律”,从纵向看是对“L.欧拉—T.马尔萨斯指数曲线规律”和“P.威尔霍斯特—R.珀尔S曲线规律”的突破与发展，它是在基因（基因组）分子水平上阐述了生命体生长发育的基本规律过程；从横向看"生命周期双S曲线规律"将与J.沃森和F.克里克“DNA双螺旋结构"一道，通过“生物遗传基因矩阵分布定律”相联系，共同奠定了现代生物学（从现代分子水平上揭示生命遗传本质及其生命发育规律的科学）的基础。这是“生命周期双S曲线理论”两大主要创新之处。它们的相继发现是分子生物学从形成到走向成熟的真正标志，它将预示着第三次生命科学革命的到来。

5 总  结

以上就是我在生命科学领域的几个主要规律发现，他们是我在研究生物基因组的形成及其复制与表达过程中发现的几个重要生命规律。对未来生命科学的发展会起到决定性的促进作用。主要表现以下几个方面

第一，是发现并提出生物基因组（生命之书）在进化形成过程中主要存储两类信息，一类是纵向遗传基因信息（纵向遗传基因序列、种系遗传基因序列、一般共同信息），纵向遗传信息来源于生物界的长期进化和另一类是横向遗传基因信息（横向遗传基因序列、个体遗传基因序列、特殊差异信息），横向遗传信息来源于亲代父母之间的杂交。这两套基因信息分别以杂交混合方式存储在非编码基因序列和编码基因序列之中。用数学语言表示就是遗传基因信息以矩阵分布的方式存储于生物基因组，并构成遗传基因序列。纵向生物遗传基因和横向遗传基因两个概念提出和确立是生物学的重要创新。因为它是构成我整个生物创新理论体系的基础。我的“生物遗传基因矩阵分布定律”与“生命周期双S曲线增长规律”都是建立的这两个生物学概念基础之上。没有这两个生物学概念，我的生物学创新理论就无从谈起。

第二，是发现并提出生物基因组两套基因序列通过生物杂交形成不同的杂交状态，用数学语言表示就是生物基因组遗传基因矩阵分布定律（从低级到高级，从简单到复杂）；并提出生物遗传基因矩阵分布定律数学公式。将矩阵数学引入生物学研究并得到“生物遗传基因矩阵分布定律”是对生物学理论的开创性贡献。它是对150多年前达尔文生物进化论与海克尔的生物发生律（生物重演律）的生物数学化处理。堪称达尔文演化论与海克尔生物发生律（生物重演律）的生物数学公式。这是对达尔文生物演化论与海克尔生物发生律（生物重演律）的创新与发展。这是对现代生物学理论的重大贡献。

第三，是发现并提出生物基因组两套基因序列先后表达形成生命周期双S曲线增长过程，遵循生命周期双S曲线规律。第一条S曲线主要表达是纵向遗传基因信息，例如，胚胎发育时期，为胚细胞（胚胎干细胞）增长与分化，不具有特异性。基因复制与表达伴随着胚细胞（胚胎干细胞）增长（基因组扩增）与分化。第二条S曲线主要表达的是横向遗传基因信息。例如，生长发育时期，为体细胞（组织干细胞）的增长与分化，具有特异性。基因表达伴随着体细胞（组织干细胞）增长（基因组扩增）与分化。并提出生命周期双S曲线规律的数学动力学模型。这是对生物发育增长理论的创新和发展。

这三大发现是一个紧密联系，一环套一环的统一体。这篇论文的最大原始创新之处主要表现在两方面：

一方面，从纵向看，其中“生物遗传基因矩阵分布定律”是对达尔文进化论和海克尔生物发生学的创新和发展。是在现代生物学上取得的创新和进步。而“生命周斯双S曲线规律”又是对L.欧拉—T.马尔萨斯“指数增长规律”和P.威尔霍斯特—R.皮尔“S曲线增长规律”的突破和发展。这也是对150多年来生物增长理论的创新和变革，它是人类对生物增长过程认识的第三个重要阶段。

另一方面，从横向看，其中的“生命周期双S曲线增长规律”通过“生物遗传基因矩阵分布定律”与“基因组（DNA双螺旋结构）复制与表达过程”建立了密切的联系。由此共同构成了现代生物学理论大厦框架结构。在我看来我们的工作与J.沃森和F.克里克的工作同等重要。他们解决了生命遗传的本质问题，提供了现代生物学理论大厦的基石；而我们则解决了生命进化与发育的基本规律问题，提供了构造现代生物学理论大厦的钢筋和混凝土。由此共同构成现代生物学理论框架结构。本质和规律是两个重要方面。一门学科要想成为成热的科学，它就必须解决研究对象的本质和规律这两大重要问题。因为沃森和克里克的工作是延续孟德尔、摩尔根等人工作传统；而我的工作是对达尔文、海克尔等人工作传统的延续。这是两方面工作在20世纪又迎来一次大交汇和大融合。这不是偶然现象，是一种必然趋势。因此，这篇论文在我看来是一篇非常重要的生命科学方面的学术论文。这两方面在当今生命科学研究都是不可或缺的，少了那方面都是一种不全面和不完整。但现在看来我的论文则没有受到学术界的足够重视。从主观方面看，是我本人宣传和推广力度不够；从客观方面看，也许是因为它现在还不是学术界研究的热点和主流。就像十九世纪孟德尔理论（回答生命科学本质问题）被人们所冷落一样，我的研究（回答生命科学规律问题）也会被人们所冷落。只不过那时达尔文进化论（回答生命科学规律问题）是热点和主流研究，而二十世纪则是沃森和克里克的工作（回答生命科学规律问题）是热点和主流。这是历史的必然选择。我认为这两方面的创新都是重大原始科学创新。

总之，“生命周期双S曲线规律”是继“指数曲线规律”和“S曲线规律”的又一重大发发现。它一方面是彻底改变了150多年来人们对生物增长理论的传统观念，过去一直认为生物增长只有“指数曲线规律”和“S曲线规律”，现在则出现了一个“生命周期双S曲线规律”；另一方面是“生物遗传基因矩阵分布定律和生命周期双S曲线规律”是在基因水平上对达尔文生物进化论和海克尔生物发生学思想的推进，并且与沃森和克里克DNA双螺旋结构发现在基因组水平上相互联系，相互统一，共同构建分子生物学理论大厦框架结构。这也是对孟德尔和摩尔根遗传学理论与达尔文进化论和海克尔发生学理论在分子生物学上的推进和发展。150年前，孟德尔发现遗传学两大定律（自由分离定律和自由组合定律），150年后我发现了生物进化论与生物发生学两大基本规律（生物遗传基因矩阵分布定律和生命周期双S曲线规律）。我认为我们的工作是前后相互联系的，相互统一的，其重要性也是相同的。因此，在生物学（分子生物学）发展史上都是属于里程碑式的重要成就。

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【这篇论文的主要内容已在：沈律.论生物进化与生物发育的基本规律——对人类基因组的形成及其复制与表达过程的系统研究[M].叶鑫生等主编.干细胞与发育生物学.北京:军事医学科学出版社. 2000.217-229.一文中发表，特此说明。】