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生物学能量观初考(生物学探索系列一)(4)(征求意见稿)
第三部分:考察结果综合演示
正如我们整个考察既产生于矛盾,又通过矛盾逐个解决矛盾一样,最终目的则是从各种矛盾的对立中求得统一。所以,这一部分将就以上各方面考察,从宏观和综合两个方面,对物质生物循环运行的实际分别进行演示。
8 物质生物循环的宏观演示
由于掌握了有机能的来源、物质的动态变化和动态物质的生产者,物质生物循环从宏观方面就会产生以下的变化。
8.1 物质生物循环的真实起点
根据动植物体不可能与无机物质直接发生关系,和只有初级有机物才能被植物所吸收的规律和事实,物质生物循环的起点不应该是无机物,而应该是初级有机物质。无机物所含能量只有经历性质的变化,才能与植物体所含能量形成属性相同基础上的正负能关系,才能具备运动的势能,从而开始向植物体内运动,参与有机物的二、三级合成。由此,物质生物循环的真实起点应该是初级有机物质。
8.2 物质生物循环的推动者
根据还原叶绿体以及一系列的事实和实验结果,以及酶与微生物的关系,尤其是微生物为太阳能→有机能→空间能转化者的结论,实质上物质生物循环起于自养微生物,止于异养微生物。也就是说,在物质的整个生物循环过程中,物质的运动全部是由微生物所推动。所以,在物质生物循环运动中,能量和物质是基础,而微生物却是关键,因为物质运行中的各种形态变化都是由微生物通过提供有机能所推动的。
8.3 图示物质生物循环
根据本节以及以上各方面的讨论,我们可以用简单的示意图显示整个物质生物循环的过程:
图6  物质生物循环示意图
图释:
①真实反映了微生物。“物质生物循环示意图”消除了微生物在物质循环中被边缘化或受排挤的状况,真实反映了其参与整个循环的过程。
在物质生物循环的起始阶段,既反映了物质通过物理化学反应产生少量初级有机物质,也反映了通过自养微生物大规模生成初级有机物质的过程,并且所生成的初级有机物质只要不被植物所吸收利用,它就会向无机状态回归。
②自养生物与异养生物能够分别归类,各要素都形成对立与统一。通过自养生物(自养微生物和植物)与异养生物(异养微生物和动物)的归类,突出了自养微生物与异养微生物的平等地位,并体现出它们在物质合成与还原过程中对物质的运动发挥着推动作用。
同时,生命与物质,合成与还原,无机与有机,生物代谢与物质循环,也都分别构成了对立统一关系。
③微生物是植物和动物生存的基础。在传统理论中,微生物的代谢与动植物的代谢是不相干的,并且还相互排斥,而在“物质生物循环示意图”中,微生物却成为动植物生存的基础。尤其是物质生物循环所需的全部能量和能量的运动,都由微生物所操控,充分体现了微生物在生物界的基础作用。
至此,对于生物学基础理论的考察,我们通过示意图进行了初步演示,显示了物质生物循环的大致轮廓和各生物间的关系,为下一步全面展示奠定了一定基础。
9 物质生物循环的综合演示
下面将按照能量运动、物质运动和生物代谢的实际,全面综合以上各方面的考察,从微观方面全面展示物质生物循环的一些细节,在纠正两界系统理论错误的同时,还会取得一些新的发现,并有效验证以上各方面的考察结果。
9.1 能量运动、物质运动与生物代谢的实况
在这里,各种实验结果和事实,以及以上各方面的考察,将进行一次大汇总。尤其是上面对于能量运动考察中所得出的“微生物与物质和能量运动的关系”,将在此得以充分演示。汇总中所采用的资料,有的是根据考古学结论和综合性结论,有的是根据直接的实验数据。在具体的物质运动中,除极个别条目(植物所吸收的酶)因缺乏直接的实验数据,不得不借鉴其它实验结果外,其它都属于直接的实验结果,不允许主观臆断,力求真实地反映能量运动、物质运动和生物代谢的客观实际。
9.1.1 列表显示能量运动、物质运动与生物代谢的实况
根据微生物、植物和动物所需能量和物质不同,以及它们的代谢过程和产物不同,我们可以列表对它们进行对照:
表10  能量运动、物质运动与生物代谢的实况
无机界
有   机   界
无机环境
(能量和物质的物理运动)
生物圈(能量和物质的生物化学运动)
自养微生物
植   物
非生物能量和物质,及物理化学反应条件
所需能量和物质
{暗含有机能和初级有机物生成时空}
(非生物能量和物质)
(光子和无机物)
所需能量和物质
(自养微生物代谢产物)
(有机能、初级和少量二级有机物)
二级有机合成
(植物初始合成的物质)
(二级有机物)
三级有机合成
(植物体)
(植物物质或三级有机物)
排 泄
(植物最终代谢产物)
(无机物)
太阳能。
光子。
有机能(一部分已包含在初级物中)。
增量有机能。
植物体(含左栏中的酶与维生素)。
O2。
水、
空气
矿物。
温度、
酸碱度、
有氧和厌氧等、
自然物理现象(如射线、雷电、风暴、海浪、瀑布等)。
H2O、
二氧化碳、
氮、
无机金属化合物等。
H2O(环境)、
初级有机物(含碳氢氧原子、硝酸根离子和各类初级有机矿质离子)、
少量二级有机物,包含:
氨基酸1、
小分子维生素1。
二级有机物(含单糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸和各类二级有机矿质离子)。
酶1、
维生素1。
异养微生物
动     物
所需(能源)物质
{暗含二级有机物生成时空}
(植物体化学成分)
(三级有机物)
所需(能源)物质
(异养微生物代谢产物)
(二级有机物)
合 成
(动物体)
(动物物质或三级有机物)
排 泄
(动物最终代谢产物)
(空间能和无机物)
H2O、
糖类、
蛋白质、
脂类、
核酸、
有机矿物质。
酶1、
维生素1。
H2O(环境)、
二级有机物(含单糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸和各类二级有机矿质离子)。
小肽或氨基酸1、
小肽或氨基酸2、
小分子维生素1、
小分子维生素2。
动物体(含左栏中的小肽或氨基酸和小分子维生素合成的酶与维生素)。
热(空间能)。
H2O、
CO2等、
矿质元素。
(注:动物肠壁吸收的剩余物和动物体的还原,将纳入自然界有机物还原)
注:①栏目中的括号。在微生物、植物和动物“所需(能量/能源)物质”下面,都分别列出2个括号:第一个括号指的是物质的属性,可反映生物链对物质的传递;第二个括号指的是物质运动阶段或形态。
②酶和维生素单独列出。表10所列酶1(小肽或氨基酸1)和维生素1(小分子维生素1)指的是自养微生物所分泌的酶和维生素,而酶2(小肽或氨基酸2)和维生素2(小分子维生素2)则指的是异养微生物所分泌的酶和维生素。
实事求是地说,在“所需(能量/能源)物质”一栏中,酶和维生素也属于二级有机物,把它们单独列出是为了说明它们沿生物链传递的情况。
根据表8遗失自养微生物酶与维生素和以上对功能性物质的综合考察,它们来源于微生物并沿生物链传递的依据是充分的。只要正确区分动植物的体内与体外,这方面的问题会迎刃而解,运用目前资料完全可得出正确的结论。
由于很少有资料反映酶被吸收时的具体情况,只发现新谷弘实《酶的作用举足轻重》一文提到在动物吸收运动中酶的形态变化,如“食物中更多的酶则是在食物的消化过程中,被分解成多肽和氨基酸进一步被小肠吸收[23]”。但根据生物化学教材,小肠吸收的蛋白质主要为小肽(二、三肽)和氨基酸,而新谷弘实所说的多肽,还需要被分解成小肽或氨基酸后才能被真正吸收。
植物所吸收的酶属于什么形态,并没能找到直接的资料。但根据实验和观测反映,植物可以吸收少量小分子有机物或氨基酸。虽然植物所吸收的氨基酸并没有提到包含分解后的酶,但它应该如此,所以,这种结论是有一定依据的。
9.1.2 表10所反映的基本信息
既然表10栏目中所列内容都是以事实为依据,不允许主观,那么,由它得出的答案就是客观的,由其所反映出的能量运动、物质运动和生物代谢也就是客观的,并能够使我们看清事物的本来面目。
9.1.2.1 太阳能和无机物是一切生命物质的总根源。从无机界和有机界的层面上,能够清楚地反映出无机-有机-无机的转化规律,明确反映出物质生物循环起于太阳能和无机物。在能量和物质的运动中,一切生命和有机物都源于太阳能和无机物,太阳能和无机物是一切生命物质的总根源。
9.1.2.2 能量和物质能够同步运动。能量和物质在无机界和有机界运动的界限是非常明确的,不能够随意打破或取消。在无机物和初级有机物之间,存在着一道无机界和有机界之间的严格界限,反映出只有有机能和初级有机物才能进入生物界,而太阳能和无机物被严格排除在了生物循环之外。这种界限说明,能量和物质的运动是同步的。这种情况也说明,微生物、植物和动物之间存在着明确的链条关系。
事实上,能量要稍微先于物质而运动。
9.1.2.3 物质生物循环的特殊规律得以充分展现。在表中能够明显看出,有机物合成的三个阶段是完整的,体现了物质生物循环的特殊规律。
同时反映出,植物“二级有机合成”的物质与动物“所需(能源)物质”是相同的,所不同的是它们的来源不同。植物“二级有机合成”的物质来源于从体外吸收的初级有机物和有机能,而动物“所需(能源)物质”来源于异养微生物对植物所合成的三级有机物的分解。正因为有这种分解,才导致异养微生物做出了其特殊贡献,不但使三级物降低了一个能级,改变了物质的形态,还把其所分泌的功能性物质一起由动物吸收。这些功能性物质在被动物吸收后,将受动物基因和激素的调控,与早已储存在动物体内的其它功能性物质一起,去完成物质一系列的生物化学运动。
9.1.2.4 顺利得出了四界分类的解读。一旦能量和物质运动各个阶段和形态与自/异养微生物、植物和动物的代谢被真实地反映出来,它们便紧密地联系在一起,从而顺利得出了四界分类的解读。由此,使两界论中存在的所有矛盾和错误全部得以圆满解决。
①动植物所吸收物质分别属于初或二级有机物质。物质运动和生物代谢的用词,除植物所吸收的酶还缺失直接的实验结果外,其它都属于真实的实验结果,并有着严格的用词标准,挽回了两界论在用词上“乱堆乱放”的局面。
物质只有被打破其相对静止的稳定形态,形成初或二级有机形态,才能使物质向植物和动物体内运动,并在体内产生化学运动。在表10中,植物和动物所吸收的物质都分别处于初或二级有机形态,使物质的运动与植物和动物的吸收有机地结合在一起,克服了传统理论使静态的物质与动态的动植物吸收不相协调的深刻矛盾,真实地反映了物质的运动与动植物吸收之间的动态关系。
②体现了初或二级有机物质的生产者。自养微生物是初级有机物的生产者,而异养微生物是动物所吸收的二级有机物的生产者,它们的代谢产物正好属于植物和动物所需要和吸收的物质。
③暗含着初或二级有机物质的生成时空。不管是植物所需初级有机物质的预处理(即消化)还是动物所需二级有机物质的预处理,都是在体外进行的。尤其自养微生物“所需能量和物质”中,暗含着太阳能向有机能的转化时空。由此,从正面反映了植物和动物所需(能量/能源)物质的预处理过渡空间,也反映了植物叶绿体功能属于自养微生物的实验结果。
④功能性物质源于微生物。不管是植物还是动物体内的功能性物质,都来自于微生物,不但解释了它们无缘无故“失踪”的疑惑,也避免了它们“来历不明”和“凭空产生”的嫌疑。
9.1.2.5真实地反映了能量运动、物质运动与生物代谢之间的对立统一关系。从表10可以看出,生命有赖于能量和物质而存在,能量和物质依赖于生命的代谢而运动,使能量和物质运动与生物代谢有机地结合在了一起,真实地反映了它们之间的对立统一关系。
根据表10所反映的实际情况,微生物负责把无机物质和三级有机物质转化成初或二级有机物质,而植物和动物则分别把这些初级和二级有机物质合成为自身物质。
同时反映出,生物界四类生物的代谢是相互依存的。在物质循环运动中,它们分工既明确又细致,互惠互利,密不可分,推动物质沿着生物循环的方向一步一步前行。
①物理和生物化学角度:物理性无机物质→化学性无机物质→初级有机物→二级有机物→植物物质(三级有机物)→二级有机物→动物物质(三级有机物)→化学性无机物质(二氧化碳等气体和矿质元素)。
②生物代谢角度:太阳能和无机物质﹦自养微生物所需能量和物质→自养微生物代谢产物= 植物所需能量和物质→植物吸收能量和初级有机物质的化合= 二级有机物→二级有机物和增量有机能的化合= 植物体(物质)→植物体的化学成分= 异养微生物所需物质→异养微生物代谢产物= 动物所需物质→动物吸收物质的化合= 动物体(物质)→动物的代谢产物= 还原后的无机物质和热能(空间能)等。
③生物链角度:自养微生物→植物→异养微生物→动物→异养微生物。
通过表10的演示,可以概括成一句话,即能量、物质和生物代谢都遵循物质生物循环的一般规律和特殊规律真正动了起来,克服了生物代谢与能量和物质运动严重脱节的现象。
植物和动物所吸收的物质分别呈初或二级有机形态的情况说明,在它们被吸收进植物体后,都处于非常不稳定的较贫能状态,都必然积极地吸收有机能,并与其它物质产生化合反应,从而构成植物体物质。同时,在动物体内,被吸收的一部分物质必然需要更复杂的生化反应,以构成动物体。至于说植物和动物体内怎样实施对能量和物质运动的调控,还有更多的问题需要进一步探讨。
第四部分 结语
总体来说,人体从受孕卵到死亡后变成泥土,所消耗的所有物质(包括生命存续期间所食入和排泄的物质),其原子数量并没有增多或减少,变化的只是它们的物质组织形式,而被人体消耗的则是由它们所携带的能量。这一不可否认的现实说明,支持人体诞生、存在和运动的唯一因素,完全是生物能。也正因为如此,人体的健康与疾病,也只有从能量角度才能探明其真相。
在传统理论看来,以上的考察属于“匪类”的,与目前的物质观生物学格格不入。但能量第一性取代物质第一性,却撼动了整个科学体系的根基–宇宙观,我们不得不在目前的物质观基础上,把哲学、自然科学和社会科学再深化一个层次,而以其它自然学科为基础的物质观生物学,自然也需要深化。
除宇宙观外,传统生物学理论存在的问题是多方面的,尤为严重的是关于生物的体内与体外、微生物、植物和动物三大生物相互之间的关系,以及能量和物质运动与生物代谢之间的关系,都产生了一系列关联和影响。透过这些问题,已明显暴露出传统生物学理论已不能有效反映生物界的客观实际,明显滞后于后续的科学发现,我们的基础理论不得不随宇宙观的转变而产生一种根本性变革。
只有沿着能量运动这条线索,才能理清物质生物循环的基本脉络,以及生物学中的一些基本问题。由于能量的不可见性,只好借助于物质与能量运动的关系,对能量运动予以间接反映。
通过一系列考察,不但反映出生物学的复杂性,也使我们能够大体看清目前生物学研究所处的阶段(物质观和两界论阶段),说明我们对生物学的探索还任重而道远。同时,有些现实问题也需要我们着力加以探索和解决。
1)怎样通过实验甄别无机能和有机能等。这一问题的解决,可有效证实植物所吸收的物质属于初级有机物,同时进一步证实微生物在生物转化中的作用;
2)微生物怎样通过酶作用于能量,以及能量的具体转化过程;
3)动植物所吸收的酶和维生素等源于微生物的问题还有待直接的证据。
综合各种问题,集中于怎样使若隐若现的能量处于可见状态,并使其能够运用于实验。这不是单靠生物学所能解决的,需要自然科学的整体推进。
由于本文的探索主要是围绕生物的吸收和排泄这个横截面展开,与生物体内的能量和物质运动相比,相对简单一些。所以,生物体内的能量运动、物质运动和新陈代谢情况,还存在更多规律性的东西有待于挖掘,还有太多的未知需要探索。
在考察中,本文对信息没有涉及,等待热心者去进行弥补。但有一点可以断定,那就是信息也从属于能量。
本文就生物学中的能量运动、物质运动和生物代谢所进行的探索属于初步的,可能还存在一些不够完善的地方,但它却预示着现代生物学基础理论需要进一步深化,需要对一些悬而未决的问题进行更深入的探索。
初稿:2009-11-28,修改:2009-12-31,再次修改:2010-03-17,根据专家意见修改:2010-04-06,第一次改写:2010-10-18,第二次改写:2011-01-29,第三次改写:2011-02-08,译稿修改:2011-3-14,根据专家集体审稿意见修改:2011-06-02,核定:2011-09-03(07-19),译稿核定:2011-10-18,再次改写:2011-12-14,进一步修改:2012-2-14,译稿校改:2012-2-27,改定:2012-4-30,根据反馈意见进行改写:2012-6-3,再次改写:2013-6-3。.
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