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细胞生命代谢拓扑递归演化假说

杨新国，2025年5月13日于银川。

宏观演化是一个基础而复杂的重大理论问题。宏观演化的系统论强调演化是一个自上而下的过程，存在某种宏观机制，约束生命演化的进程或节奏。在明确这种宏观约束的性质与来源之前，讨论间断平衡论还是渐进论，抑或其他，除了统计上，没有太多的理论意义。同时，系统论强调了构成系统的矛盾双方之间相互作用是系统变化的关键内生驱动。对宏观演化而言，本文认为首先应该找到那个矛盾双方，从双方的相互作用中映射宏观约束的潜在性质与可能来源。

例如，结构与功能是一对永恒的矛盾统一体。生命演化以代谢效率最大化为目标，代谢拓扑是应用拓扑几何学的基本原理研究代谢网络结构复杂性与代谢功能实现的一门交叉学科，是从结构与功能相互作用方面理解宏观演化的理想切入（Shellman et al., 2014）。另外，黄金分割本质上是一种关于结构与功能的自然优化法则，在物理和生命现象中都有广泛的发现。无论是黄金分割，还是代谢拓扑，都是从结构入手，寻求功能优化的解决方案。如果两者存在某种关联，将为宏观演化系统论中有关矛盾主体、进化节奏和约束机制等问题的解决提供很好的思路。

简单说，提出本假说的基本逻辑假设是：细胞代谢活动是一个复杂的网络系统，网络的宏观结构设计（包括逻辑路线选择）对代谢效率具有基础性决定意义。宏观演化以代谢效率最大化为目标，是一个从简单到复杂的过程，代谢网络的进化同样如此。如果存在一种约束机制，可以引导实现宏观演化过程中代谢网络宏观结构与代谢效率相协同的最优实现路径，那么也由此就在很大程度上决定了生命演化的节奏与轨迹。黄金分割作为一种结构与功能的自然优化机制，潜在具备这种约束机制来源的价值。

研究表明，细胞代谢网络拓扑特征（模块化、层级化）往往具有跨物种的高度保守性与跨尺度的组织自相似性，反映了其更可能是进化的结果而非随机现象（Jeong et al., 2000; Ravasz et al., 2002），同时表现出跨界生命进化形式间的显著差异（Cocco et al., 2021; Garcı´a et al., 2023）。代谢网络拓扑结构及其动态特性可能在生命适应性进化中发挥着重要的约束作用（Morrison and Badyaev, 2016）；同时代谢优先假说（Vasas et al., 2010）潜在支持代谢相关的非生物学机制作为宏观演化约束的存在。据此，本文在重新定义细胞代谢网络宏观拓扑结构概念模型基础上，通过斐波那契函数与代谢拓扑几何的交叉运用，提出了一个细胞生命代谢拓扑递归演化模型，尝试重新归纳并系统回答宏观演化系统论的相关基础问题。

以下为本文的摘要，具体内容可参考附件——定稿18-中文版。

摘 要：宏观演化系统论中有关矛盾主体、进化节奏和约束机制等基础问题一直没有很好解决。在重构以“分解-合成”宏观代谢链为架构的代谢网络概念模型基础上，本假说引入斐波那契函数构建了以拓扑顶点数（n）为自变量，拓扑维数（f(n)）为变量的细胞生命递归演化模型。在整合现有理论假说与关键证据基础上，研究指出宏观演化本质上是围绕分解代谢与合成代谢的非对称性设计（即矛盾主体），在三维空间中寻求代谢效率最大化的宏观代谢链拓扑孕育与生长的斐波那契递归过程（即约束机制），细胞生命就是在这个过程中形成的一系列单纯形（复形体）中间解（即进化节奏）。本假说强调了黄金分割法则对物理空间和生命过程的普遍约束意义，提出了细胞生命代谢拓扑二进制编码概念及双祖先非均衡继承递归演化路线图。