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近年来,随着人们对生命现象复杂性的认识逐渐深入,对生命本质从各个角度进行了重新思考。在生命的各种描述性、实体性及功能性定义等基础上,又有人提出了生命的信息定义。该定义从信息论角度阐发了生命系统的本质属性、生命对环境的适应与进化的本质,它将有利于人们重新认识生命,对于高中生物教学也将具有启示作用。
1对生命本质的不断探索与生命的信息定义
生命究竟是什么?这是一个很难下定义的概念。高中生物教材在绪论中借助于形形色色的生命形式列出了生命的六大基本特征,包括新陈代谢、生物体特有的组成与结构、应激性、生长发育与生殖、遗传变异与进化、生物对环境的适应性等。这种对生命的描述性定义虽然容易理解,但是并不能真正体现出生命的最本质属性。长期以来,许多哲学家、生命科学研究者都试图给生命下一个更能反映其本质属性的抽象性定义,当今许多生物哲学家都把生命本质问题作为其著述立说的主要论题之一。作为高中生物教师更应当对生命的本质定义有所了解和认识。
近年来有人从信息论角度对生命进行了剖析,认为生命的本质在于生长和繁殖过程中信息的传递作用。该定义强调两点:①强调生命的本质在于它是一个信息系统,是一个能够通过自我复制与自我繁殖不断地传递信息的系统;②强调生命的出发点不是个体,而是群体,生物群体具有无限度地不断适应新环境的特征。该定义启示我们,任何生命机体之所以表现出生命,其根源在于其系统中信息的不断传递和系统与环境之间的信息交流。事实上,大量证据表明生命过程本质上就是信息传递过程。
2生命机体是一个复杂的信息网络系统
随着分子生物学的发展,人们发现在生物机体内部,细胞与细胞之间、细胞内部各大分子之间普遍存在着信息流动,这种信息流动与环境的信息流动相互协调,从而构成了机体内环境的动态平衡——稳态的形成。高等动物尤其是人类机体内的信息网络系统主要是由神经系统、内分泌系统和免疫系统构成,其信息传递过程大致如下所示。
首先是细胞外的信息分子,包括神经递质、激素、细胞调节因子等,它们构成了第一信使,作用于细胞之间,传递各种信息,调节着机体发生、发展、生存和死亡;其次是受体系统,细胞接受信息具有选择性及特异性,其关键在于细胞膜上与信息分子特异性结合的蛋白质,即受体;第三是第二信使,当第一信使与其相应受体结合之后,在细胞膜上各种酶的作用下产生出许多有活性的小分子化合物,如c—AMP、c—GMP、Ca2+、NO等,它们构成了专门在细胞内起调节作用的第二信使;接着第二信使将信息继续输送,逐级放大,引发一系列特异性反应,在细胞内激活一系列特异性激酶,每一个激酶又有多种底物,由此引发出千变万化的生理效应。这些信号在传递过程中出现的信息量多少以及信息传递通道是否畅通等等,都直接影响调控的正常或失常,并与各种疾病的产生直接相关。
从信息角度看生物进化,进化实质就是生物遗传信息在一代又一代的传递过程中所产生的变化。它同时体现出环境信息对于生物遗传信息的选择与协调。由于人们认识到生物繁殖的基本单位是种群而不是个体,因此从宏观上看,物种的信息流以群体的形式向下传递,而生物群体具有不断适应新环境的能力,于是,种群的遗传信息就以基因库的形式存在并传递下去。
综上所述,不仅生命机体本身是一个复杂的信息网络,生命系统与生态系统之间也构成复杂的信息网络。上述事实充分证明,生命的信息定义中所强调的生命本质属性有助于我们从信息角度深刻认识生命。
3生命的信息定义对高中生物教学的启示
高中生物教学侧重于引导学生理解生命的本质和活动规律。长期以来,在高中生物教学中比较注重于利用生物学研究成果来解释生命现象,而较少注意到用其他学科研究成果探索生命的本质和规律。教育部最新制定的《普通高中生物课程标准(实验)》在实施建议中提出:“自然界是一个统一的整体,自然科学中的物理学、化学、生物学等各门学科,其思想方法、基本原理、研究内容有着密切联系。同时,生物科学和数学、技术科学、信息科学相互作用、共同发展。”、“加强学科间的横向联系有利于学生理解科学的本质、科学的思想方法和统一的科学概念和过程,建立科学的自然观,逐步形成正确的世界观。”在高中生物教学中,引导学生从不同角度认识生命的本质,有助于学生更好地认识生命世界。
生命现象是复杂的,20世纪下半叶,生命科学研究的主流是分子生物学,人们试图借助于认识生命的分子基础如蛋白质、核酸等,进而认识细胞或个体的活动规律。尽管分子生物学在近半个世纪取得了显著成就,但它没能完全揭示出生命的本质属性。有人认为,部分原因可能在于它研究的生命层次多处于“线性的”或“还原论”水平,因此很难从本质上解释纷繁复杂的生命现象。例如,生物体内各种生物化学代谢途径和信号传导过程具有一定的层次和秩序,相互间构成信息网络传输系统,并与环境相适应,这些现象用信息科学成果可以解释。
1对生命本质的不断探索与生命的信息定义
生命究竟是什么?这是一个很难下定义的概念。高中生物教材在绪论中借助于形形色色的生命形式列出了生命的六大基本特征,包括新陈代谢、生物体特有的组成与结构、应激性、生长发育与生殖、遗传变异与进化、生物对环境的适应性等。这种对生命的描述性定义虽然容易理解,但是并不能真正体现出生命的最本质属性。长期以来,许多哲学家、生命科学研究者都试图给生命下一个更能反映其本质属性的抽象性定义,当今许多生物哲学家都把生命本质问题作为其著述立说的主要论题之一。作为高中生物教师更应当对生命的本质定义有所了解和认识。
近年来有人从信息论角度对生命进行了剖析,认为生命的本质在于生长和繁殖过程中信息的传递作用。该定义强调两点:①强调生命的本质在于它是一个信息系统,是一个能够通过自我复制与自我繁殖不断地传递信息的系统;②强调生命的出发点不是个体,而是群体,生物群体具有无限度地不断适应新环境的特征。该定义启示我们,任何生命机体之所以表现出生命,其根源在于其系统中信息的不断传递和系统与环境之间的信息交流。事实上,大量证据表明生命过程本质上就是信息传递过程。
2生命机体是一个复杂的信息网络系统
随着分子生物学的发展,人们发现在生物机体内部,细胞与细胞之间、细胞内部各大分子之间普遍存在着信息流动,这种信息流动与环境的信息流动相互协调,从而构成了机体内环境的动态平衡——稳态的形成。高等动物尤其是人类机体内的信息网络系统主要是由神经系统、内分泌系统和免疫系统构成,其信息传递过程大致如下所示。
首先是细胞外的信息分子,包括神经递质、激素、细胞调节因子等,它们构成了第一信使,作用于细胞之间,传递各种信息,调节着机体发生、发展、生存和死亡;其次是受体系统,细胞接受信息具有选择性及特异性,其关键在于细胞膜上与信息分子特异性结合的蛋白质,即受体;第三是第二信使,当第一信使与其相应受体结合之后,在细胞膜上各种酶的作用下产生出许多有活性的小分子化合物,如c—AMP、c—GMP、Ca2+、NO等,它们构成了专门在细胞内起调节作用的第二信使;接着第二信使将信息继续输送,逐级放大,引发一系列特异性反应,在细胞内激活一系列特异性激酶,每一个激酶又有多种底物,由此引发出千变万化的生理效应。这些信号在传递过程中出现的信息量多少以及信息传递通道是否畅通等等,都直接影响调控的正常或失常,并与各种疾病的产生直接相关。
从信息角度看生物进化,进化实质就是生物遗传信息在一代又一代的传递过程中所产生的变化。它同时体现出环境信息对于生物遗传信息的选择与协调。由于人们认识到生物繁殖的基本单位是种群而不是个体,因此从宏观上看,物种的信息流以群体的形式向下传递,而生物群体具有不断适应新环境的能力,于是,种群的遗传信息就以基因库的形式存在并传递下去。
综上所述,不仅生命机体本身是一个复杂的信息网络,生命系统与生态系统之间也构成复杂的信息网络。上述事实充分证明,生命的信息定义中所强调的生命本质属性有助于我们从信息角度深刻认识生命。
3生命的信息定义对高中生物教学的启示
高中生物教学侧重于引导学生理解生命的本质和活动规律。长期以来,在高中生物教学中比较注重于利用生物学研究成果来解释生命现象,而较少注意到用其他学科研究成果探索生命的本质和规律。教育部最新制定的《普通高中生物课程标准(实验)》在实施建议中提出:“自然界是一个统一的整体,自然科学中的物理学、化学、生物学等各门学科,其思想方法、基本原理、研究内容有着密切联系。同时,生物科学和数学、技术科学、信息科学相互作用、共同发展。”、“加强学科间的横向联系有利于学生理解科学的本质、科学的思想方法和统一的科学概念和过程,建立科学的自然观,逐步形成正确的世界观。”在高中生物教学中,引导学生从不同角度认识生命的本质,有助于学生更好地认识生命世界。
生命现象是复杂的,20世纪下半叶,生命科学研究的主流是分子生物学,人们试图借助于认识生命的分子基础如蛋白质、核酸等,进而认识细胞或个体的活动规律。尽管分子生物学在近半个世纪取得了显著成就,但它没能完全揭示出生命的本质属性。有人认为,部分原因可能在于它研究的生命层次多处于“线性的”或“还原论”水平,因此很难从本质上解释纷繁复杂的生命现象。例如,生物体内各种生物化学代谢途径和信号传导过程具有一定的层次和秩序,相互间构成信息网络传输系统,并与环境相适应,这些现象用信息科学成果可以解释。