基因修改會(huì)導(dǎo)致全部生物功能變化的原理

王文磊

(武漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，武漢 430072)

高等數(shù)學(xué)理論暫時(shí)還沒有對(duì)無窮小和無窮大進(jìn)行量化細(xì)分.本文用加坐標(biāo)的方法，對(duì)無窮小和無窮大進(jìn)行了量化細(xì)分，提出了可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的概念，指出只要能在坐標(biāo)系中打出坐標(biāo)點(diǎn)，就一定能用連接坐標(biāo)點(diǎn)的方法，得到連續(xù)可導(dǎo)的函數(shù)圖像和函數(shù)關(guān)系式[1].

高等物理理論暫時(shí)還沒有將物質(zhì)與空間和時(shí)間徹底聯(lián)系起來.但顯而易見的是，物質(zhì)不可能脫離空間和時(shí)間而單獨(dú)存在.愛因斯坦的狹義相對(duì)論，指出了物質(zhì)的質(zhì)量這一個(gè)物理屬性變量，與空間坐標(biāo)變量和時(shí)間變量存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系(速度增大時(shí)，質(zhì)量也會(huì)隨之增大).本文用可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)這種新的數(shù)學(xué)工具，指出物質(zhì)的所有物理屬性變量，都與空間坐標(biāo)變量和時(shí)間變量存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，將物質(zhì)與空間和時(shí)間徹底聯(lián)系了起來.

用以上新的數(shù)學(xué)和物理學(xué)方法，可以解釋以下與時(shí)間相關(guān)的生物學(xué)現(xiàn)象：

為什么一個(gè)微小的受精卵細(xì)胞，居然包含有生物體全部的生物遺傳信息？

為什么說，通過物質(zhì)雜交結(jié)合的方式(如各種轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR/Cas9技術(shù)等)，對(duì)生物體任何基因片段的任何修改，都會(huì)產(chǎn)生“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的效果，使該生物體全部的生物功能都產(chǎn)生變化(只是各種變化或大或小、或強(qiáng)或弱罷了)？

為什么成年生物體干細(xì)胞分化成組織器官的潛力，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胚胎干細(xì)胞？為什么干細(xì)胞的分化潛力會(huì)隨著時(shí)間的增長而下降？

為什么克隆生物誕生的時(shí)刻，其染色體端粒會(huì)變長？為什么克隆生物本質(zhì)上同兩性繁殖的生物一樣，不會(huì)早衰？

iPS細(xì)胞(誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞)的形成原理是什么？

為什么，同一對(duì)父母可以生出一模一樣的、基因相同的同卵雙胞胎兄弟(或姐妹)，但除此之外，絕對(duì)不可能生出一模一樣的、基因相同的哥哥和弟弟(或姐姐和妹妹)？

為什么說，生物物質(zhì)雜交結(jié)合時(shí)有遺傳，就一定會(huì)有變異，遺傳和變異如影隨形，不可分離？怎樣用函數(shù)來表示遺傳和變異？

1 可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)

一個(gè)無窮小的絕對(duì)值比任何一個(gè)正實(shí)數(shù)都還要小，但是不同的無窮小之間，也還是存在著大小上的區(qū)別，在數(shù)學(xué)上與之對(duì)應(yīng)的，就是分層無窮小的概念.

絕對(duì)值比任何一個(gè)正實(shí)數(shù)都還要小的非零量是一層無窮?。唤^對(duì)值比任何一個(gè)一層無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是二層無窮?。唤^對(duì)值比任何一個(gè)二層無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是三層無窮?。坏鹊?，依此無限類推.

與分層無窮小的概念相對(duì)應(yīng)，我們可以定義分層無窮大的概念，其定義也是連環(huán)相接的：

絕對(duì)值比任何一個(gè)正實(shí)數(shù)都還要大的量是一層無窮大；絕對(duì)值比任何一個(gè)一層無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是二層無窮大；絕對(duì)值比任何一個(gè)二層無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是三層無窮大；等等，依此無限類推.

因?yàn)橥粚拥臒o窮小之間，仍然可以比大小和分正負(fù)，所以可以將同一層的無窮小像實(shí)數(shù)軸一樣進(jìn)行細(xì)分，同理，同一層的無窮大也可以像實(shí)數(shù)軸一樣進(jìn)行細(xì)分.它們其實(shí)都是不包含零的實(shí)數(shù)軸，只是層數(shù)不同罷了，它們與原不包含零的實(shí)數(shù)軸組成分層實(shí)數(shù)軸.

圖1 分層實(shí)數(shù)軸

如圖1所示，x軸就是不包含零的實(shí)數(shù)軸，y軸的坐標(biāo)表示層數(shù)(負(fù)坐標(biāo)表示無窮小，正坐標(biāo)表示無窮大)，x軸上點(diǎn)A，也就是實(shí)數(shù)1可以表示為N(1，0)，點(diǎn)B表示的無窮小量可以表示為N(1，-1)，點(diǎn)C表示的無窮大量可以表示為N(1，1).實(shí)數(shù)1除以點(diǎn)B表示的無窮小量N(1，-1)，等于一個(gè)無窮大量N(1，1)，用除法表示就是：1÷N(1，-1)=N(1，0)÷N(1，-1)=N(1÷1，0+1)=N(1，1).任何一條實(shí)數(shù)軸上的點(diǎn)所表示的量，與無窮大N(1，1)相乘后，就“上升”為高一層實(shí)數(shù)軸上相同橫坐標(biāo)的點(diǎn)所表示的量，任何一條實(shí)數(shù)軸上的點(diǎn)所表示的量，與無窮小N(1，-1)相乘后，就“下降”為低一層實(shí)數(shù)軸上相同橫坐標(biāo)的點(diǎn)所表示的量.

無窮小、非零實(shí)數(shù)和無窮大，其實(shí)都是相對(duì)而言的.如圖1所示，分層實(shí)數(shù)軸中任何一條實(shí)數(shù)軸上的任何一點(diǎn)所表示的量，都是比它高一層的實(shí)數(shù)軸上任何一點(diǎn)所表示的量的一層無窮小倍，而同時(shí)，它又是比它低一層的實(shí)數(shù)軸上任何一點(diǎn)所表示的量的一層無窮大倍，而它自身，則是它所在的那一條實(shí)數(shù)軸上的一個(gè)實(shí)數(shù).

在分層實(shí)數(shù)軸的基礎(chǔ)上，可以只保留x軸和y軸，這樣，無窮小和無窮大的縱坐標(biāo)就不僅僅局限于整數(shù)，可以有像N(72，-0.3),N(2，9.27),…，這樣的無窮小和無窮大稱為二元無窮小、二元無窮大.分層實(shí)數(shù)軸，其實(shí)是將非零的實(shí)數(shù)加上了坐標(biāo)，二元無窮小、非零實(shí)數(shù)和二元無窮大，從本質(zhì)上看，其實(shí)還是屬于廣義的實(shí)數(shù)的范疇，只是坐標(biāo)不同而已.

分層三元無窮小的定義：

絕對(duì)值比任何一個(gè)二元無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是一層三元無窮?。唤^對(duì)值比任何一個(gè)一層三元無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是二層三元無窮??；絕對(duì)值比任何一個(gè)二層三元無窮小的絕對(duì)值都還要小的非零量是三層三元無窮小；等等，依此無限類推.

分層三元無窮大的定義：

絕對(duì)值比任何一個(gè)二元無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是一層三元無窮大；絕對(duì)值比任何一個(gè)一層三元無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是二層三元無窮大；絕對(duì)值比任何一個(gè)二層三元無窮大的絕對(duì)值都還要大的量是三層三元無窮大；等等，依此無限類推.

如上所示，如果繼續(xù)進(jìn)行連環(huán)相接的分層定義，就可以將實(shí)數(shù)的坐標(biāo)從二元擴(kuò)展至三元、四元、五元、…，乃至無窮，比如N(72，-0.3，7),N(2，0.3，7，-9),N(5，-0.7，11，-6，9)，等等.

多元坐標(biāo)實(shí)數(shù)的基本運(yùn)算規(guī)則為：(1)從左到右，除第一個(gè)坐標(biāo)外的其他坐標(biāo)都對(duì)應(yīng)相等的，才能加減；(2)坐標(biāo)個(gè)數(shù)相等的才能乘除，乘除時(shí)，第一個(gè)坐標(biāo)乘除，其他坐標(biāo)加減；(3)第一個(gè)坐標(biāo)不能等于零.

例如(X≠0，Z≠0，A≠0)：

N(X，Y，W)+N(Z，Y，W)=N(X+Z，Y，W)

N(X，Y，W)-N(Z，Y，W)=N(X—Z，Y，W)

N(X，Y，Z)×N(A，W，R)=N(X×A，Y+W，Z+R)

N(X，Y，Z)÷N(A，W，R)=N(X÷A，Y—W，Z—R)

以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，過去我們無法判斷，是否可能存在連續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的情形，現(xiàn)在可以作出判斷了(以下為簡化起見，不考慮函數(shù)的定義域和值域).

如圖2所示，一元函數(shù)圖像線段AO是連續(xù)可導(dǎo)的，一元函數(shù)圖像線段CD也是連續(xù)可導(dǎo)的，點(diǎn)C無限趨近于點(diǎn)O，點(diǎn)C和點(diǎn)O之間的距離為無窮小，整體的函數(shù)圖像(折線段AOCD)可不可以也是連續(xù)可導(dǎo)的呢？在沒有引入分層無窮小等概念前，無窮小的定義就是“無限趨近于零的量”，對(duì)于點(diǎn)O到點(diǎn)C的區(qū)域，沒有對(duì)它進(jìn)一步分析的數(shù)學(xué)工具，因此無法證明點(diǎn)O和點(diǎn)C之間可以存在光滑的曲線段相連接，所以該整體函數(shù)圖像在點(diǎn)O和點(diǎn)C雖然連續(xù)，但不可導(dǎo).

圖2 可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)圖像例一圖3 例一的放大圖像

有了分層無窮小等概念后，我們可以將點(diǎn)O到點(diǎn)C的距離看成一個(gè)無窮小[比如可以假定為N(7，-1)]，這兩個(gè)點(diǎn)雖然看起來像是重合的一個(gè)點(diǎn)，但實(shí)際上在這兩點(diǎn)之間，是可以存在光滑曲線段連接的.如圖3所示，將圖像“放大”后[比如假定兩點(diǎn)間距離放大N(1，1)倍]，可以看到，完全可以存在一條光滑的曲線段OC將兩點(diǎn)連接起來，且曲線段OC與線段AO相切，點(diǎn)O為切點(diǎn)，曲線段OC與線段CD相切，點(diǎn)C為切點(diǎn).圖2的折線段AOCD，實(shí)際上可以看成是由線段AO、光滑曲線段OC和線段CD組成，該整體函數(shù)圖像在點(diǎn)O處和點(diǎn)C處都可導(dǎo)，整體函數(shù)圖像既處處連續(xù)，又處處可導(dǎo)，它是連續(xù)可導(dǎo)函數(shù).

圖4 可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)圖像例二圖5 例二的放大圖像

如圖4所示，在三維空間坐標(biāo)系中，一元函數(shù)圖像(線段OA)是連續(xù)可導(dǎo)的，二元函數(shù)圖像(光滑曲面CBD)也是連續(xù)可導(dǎo)的，點(diǎn)C無限趨近于點(diǎn)A.與前面的分析一樣，將圖像“放大”后，如圖5所示，完全可以存在一個(gè)光滑曲線段AC(一元或二元函數(shù)圖像)，曲線段AC與線段OA相切，點(diǎn)A為切點(diǎn)，曲線段AC在點(diǎn)C的切線，在曲面CBD在點(diǎn)C的切平面上.圖4的函數(shù)圖像，實(shí)際上可以看成是由線段OA、光滑曲線段AC和光滑曲面CBD組成，該整體函數(shù)圖像在點(diǎn)A處可導(dǎo)，在點(diǎn)C處可導(dǎo)，整體函數(shù)圖像既處處連續(xù)，又處處可導(dǎo)，它是連續(xù)可導(dǎo)函數(shù).

圖3的函數(shù)圖像，包含了一元函數(shù)圖像(線段AO)、一元函數(shù)圖像(曲線段OC)和一元函數(shù)圖像(線段CD)，坐標(biāo)空間為二維.圖5的函數(shù)圖像，包含了一元函數(shù)圖像(線段OA)、一元或二元函數(shù)圖像(曲線段AC)和二元函數(shù)圖像(曲面CBD)，坐標(biāo)空間從二維進(jìn)入三維.圖3表示的函數(shù)，其函數(shù)變量的個(gè)數(shù)是固定的(2個(gè))，這種函數(shù)是固定元函數(shù)，圖5表示的函數(shù)，其函數(shù)變量的個(gè)數(shù)是變化的(2個(gè)變?yōu)?個(gè))，這種函數(shù)，就是變化元函數(shù)，固定元函數(shù)和變化元函數(shù)合起來統(tǒng)稱為可變?cè)瘮?shù)，可變?cè)瘮?shù)就是指函數(shù)變量的個(gè)數(shù)允許變化的函數(shù).而處處連續(xù)可導(dǎo)的可變?cè)瘮?shù)，就是可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù).圖3和圖5表示的函數(shù)，就是兩個(gè)可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù).

2 時(shí)間和空間函數(shù)原理

可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)表明了：無論任意坐標(biāo)點(diǎn)是否在同一維度的空間坐標(biāo)系中，無論任意坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離有多么小(可以小到任意無窮小的級(jí)別)，都可以用光滑曲線、光滑曲面乃至光滑曲空間將這些坐標(biāo)點(diǎn)的全部或任意部分連起來，組成連續(xù)可導(dǎo)的函數(shù)圖像.

對(duì)于任何一個(gè)生物體，理論上只要我們能對(duì)該生物體進(jìn)行測量，得到有限的、不連續(xù)的若干組數(shù)據(jù)(包括時(shí)間和空間位置坐標(biāo))，將這些數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中“打點(diǎn)”，然后再用光滑曲線、光滑曲面乃至光滑曲空間將這些點(diǎn)連起來，就能得到該生物體生長過程所對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖像，進(jìn)而抽象總結(jié)出函數(shù)關(guān)系式，掌握該生物體生長的規(guī)律.

時(shí)間和空間函數(shù)原理：

1)任何可以測量物理量的事物，都可以通過測量任意的、包含時(shí)間變量和三維空間坐標(biāo)變量的有限的數(shù)據(jù)，在包含時(shí)間軸和空間三維坐標(biāo)軸的多維空間坐標(biāo)系中打坐標(biāo)點(diǎn)，用光滑曲線、光滑曲面乃至光滑曲空間將這些坐標(biāo)點(diǎn)連起來的方法，得到可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像和關(guān)系式，進(jìn)而掌握該事物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律.

2)任何可以測量物理量的事物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，都可以表示為可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…，xn)，n≥3且n∈Z，Z表示自然數(shù)集，t表示時(shí)間，x表示事物的各項(xiàng)物理屬性，包括但不限于空間三維坐標(biāo)(x1，x2，x3).

3)將組成物質(zhì)體的微觀粒子自身的質(zhì)量、電量等物理屬性，引入以上可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)后可知，任何生物體的生長過程，乃至任何物質(zhì)體的運(yùn)動(dòng)變化過程，都可以表示為可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…，xn)，n≥5且n∈Z，x表示微觀粒子的各項(xiàng)物理屬性，包括但不限于空間三維坐標(biāo)、質(zhì)量和電量.

4)因?yàn)榭臻g三維坐標(biāo)變量加上微觀粒子自身的質(zhì)量、電量等物理屬性的變量，共同確定了物質(zhì)的空間分布狀態(tài)，由t=G(x1，x2，x3，…，xn)可知，時(shí)間與物質(zhì)的空間分布狀態(tài)存在著函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，改變物質(zhì)的空間分布狀態(tài)，時(shí)間也會(huì)隨之改變；或者說，物質(zhì)不可能脫離空間和時(shí)間而單獨(dú)存在，物質(zhì)、空間和時(shí)間，三位一體緊密聯(lián)系不可分離.

前面所舉的，測量組成生物體M的微觀粒子的空間位置坐標(biāo)(x，y，z)的例子，只是一種簡化的描述.根據(jù)量子力學(xué)理論(海森堡測不準(zhǔn)原理等)，在任一時(shí)刻，電子、質(zhì)子和中子的位置坐標(biāo)，只是表示，在這一時(shí)刻出現(xiàn)在這個(gè)坐標(biāo)位置的概率相對(duì)最大而已.描述生物體變化規(guī)律的可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)，準(zhǔn)確地講，實(shí)際上是概率函數(shù).

3 生物雜交的函數(shù)表達(dá)式和實(shí)驗(yàn)方案、iPS細(xì)胞的形成原理

任何生物體從生命誕生的時(shí)刻起，到生命結(jié)束的時(shí)刻止，都可以用一個(gè)可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)，即生物體函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…，xn)來表示.生物體在任何時(shí)間段的任何組成部分，例如卵子、精子、受精卵細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞、某段基因、成年生物體干細(xì)胞等，其實(shí)都是在“特定的時(shí)間段”和“特定的空間段”的“特定的物質(zhì)組合”.這些生物體的組成部分所對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖像，都是生物體函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…，xn)圖像的局部圖像，只是它們的函數(shù)變量的取值范圍不同而已，它們的函數(shù)變量的取值范圍，都是該生物體函數(shù)變量取值范圍的“真子集”[2].

任何可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像(例如函數(shù)y=x2的圖像)，結(jié)合分層無窮小等概念，可以發(fā)現(xiàn)，該函數(shù)圖像(光滑曲線)上任何一部分，無論截取的多么小，即使小到無窮小的級(jí)別，在這個(gè)很小的曲線段上，仍然包含了y=x2整個(gè)函數(shù)圖像的全部的斜率組合信息(計(jì)算證明過程略).可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像的任何一部分，無論多么小，都包含有整個(gè)函數(shù)圖像的全部的斜率組合信息(導(dǎo)數(shù)組合信息)；或者說，任何局部圖像，都包含有整體圖像的全部的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律信息.這就是為什么一個(gè)小小的受精卵細(xì)胞，居然包含有生物體全部的生物遺傳信息的函數(shù)解釋.

不管后來可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)的圖像如何變化，早期的坐標(biāo)點(diǎn)，都是該函數(shù)圖像的一部分，坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)值，都是該函數(shù)關(guān)系式的解.也就是說，未來變化的函數(shù)圖像，既要受到未來坐標(biāo)點(diǎn)的約束，也要受到早期坐標(biāo)點(diǎn)的約束，這其實(shí)就是生物生長發(fā)育過程，會(huì)受到先天遺傳因素和后天成長環(huán)境共同制約的函數(shù)解釋.

圖6 物質(zhì)雜交結(jié)合過程中時(shí)間的變化

生物物質(zhì)的雜交結(jié)合，比如兩性繁殖(精子與卵子結(jié)合)、生物克隆、iPS細(xì)胞的制造、iPS細(xì)胞與四倍體胚胎結(jié)合、器官移植、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR/Cas9技術(shù)等，其過程都可以用生物體函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…,xn)來進(jìn)行描述.

如圖6所示，將卵子A的誕生時(shí)刻和精子D的誕生時(shí)刻，看成對(duì)應(yīng)于同一條時(shí)間軸的原點(diǎn)O，以A與D雜交結(jié)合成功時(shí)刻，距離原點(diǎn)的時(shí)間，為卵子A在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”(t=a)，以D與A雜交結(jié)合成功時(shí)刻，距離原點(diǎn)的時(shí)間，為精子D在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”(t=d).以受精卵細(xì)胞R誕生的時(shí)刻距離原點(diǎn)的時(shí)間，為R的“起點(diǎn)時(shí)間”.

并且：

可以看出，只有t恒等于0時(shí)，以上等式才能恒成立.或者說，要使6個(gè)n維空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)都是某個(gè)函數(shù)圖像上的點(diǎn)，那么這個(gè)函數(shù)關(guān)系式只能為:

0=Q(x1，x2，x3，…，xn)=[K(x1，x2，x3，…，xn)-a][J(x1，x2，x3，…，xn)-d].所以該6個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)組成的圖像在時(shí)間軸上的投影恒定為零，受精卵細(xì)胞R的“起點(diǎn)時(shí)間”恒定為零.R對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)為：

t=[K(x1，x2，x3，…，xn)-a][J(x1，x2，x3，…，xn)-d]，并且當(dāng)t=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的六個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(可以稱為受精卵細(xì)胞R的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”)為:

“初始坐標(biāo)點(diǎn)”表明受精卵細(xì)胞的生物體函數(shù)關(guān)系式，還要受到卵子和精子在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的物質(zhì)條件的限制.

因?yàn)樗猩矬w的生長過程，都可以用可變?cè)B續(xù)可導(dǎo)函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…，xn)表示，該多維空間函數(shù)中除了時(shí)間軸外的剩余維度(五維、六維、…)空間的兩個(gè)函數(shù)圖像,結(jié)合成一個(gè)圖像后，從數(shù)學(xué)上可以證明，該圖像在時(shí)間軸上的投影恒定為零.也就是說，生物物質(zhì)雜交結(jié)合后產(chǎn)生的新的生物物質(zhì)，其誕生時(shí)刻對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)的時(shí)間函數(shù)值恒等于零，“起點(diǎn)時(shí)間”恒等于零.

需要說明的是，新的生物物質(zhì)的“起點(diǎn)時(shí)間”變?yōu)榱?，并不是“時(shí)光倒流”，而是表明其對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)的時(shí)間變量的取值范圍會(huì)從零開始.

如圖6所示，卵子A對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)為K(x1，x2，x3，…，xn)=t，該函數(shù)是“母親函數(shù)”；精子D對(duì)應(yīng)的生物體函數(shù)為J(x1，x2，x3，…，xn)=t，該函數(shù)是“父親函數(shù)”.受精卵細(xì)胞R的生物體函數(shù)t=[K(x1，x2，x3，…，xn)-a][J(x1，x2，x3，…，xn)-d]，是其“母親函數(shù)”和“父親函數(shù)”的“結(jié)合嵌套”，同時(shí)引入了“生物時(shí)間”a和d以及“初始坐標(biāo)點(diǎn)”.這就是在兩性繁殖中，“母親”和“父親”的生物遺傳信息，可以通過自己的后代，一代一代傳下去，又會(huì)有所變化的函數(shù)解釋.生物雜交時(shí)有遺傳，就一定會(huì)有變異，遺傳和變異如影隨形，不可分離；或者說，生物物質(zhì)結(jié)合時(shí)，生物物質(zhì)所承載的生物遺傳信息，也會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生變化.

舉例如下(“初始坐標(biāo)點(diǎn)”予以省略)：

(1)K(x1，x2，x3，…，xn)=t，表示“母親”

J(x1，x2，x3，…，xn)=t，表示“父親”

(2)[K(x1，x2，x3，…，xn-a1][J(x1，x2，x3，…，xn-d1] =t，表示第一代“女”

[K(x1，x2，x3，…，xn-a2][J(x1，x2，x3，…，xn-d2] =t，表示第一代“男”

(3){x1，x2，x3，…，xn-a1][J(x1，x2，x3，…，xn-d1]-a3}{[K(x1，x2，x3，…，xn-a2][J(x1，x2，x3，…，xn-d2]-d3}=t，表示第二代“女”

{x1，x2，x3，…，xn-a1][J(x1，x2，x3，…，xn-d1]-a4}{[K(x1，x2，x3，…，xn-a2][J(x1，x2，x3，…，xn-d2]-d4}=t，表示第二代“男”

……

以上的a1、a2、a3、a4、…表示每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子的“生物時(shí)間”，d1、d2、d3、d4、…表示每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻精子的“生物時(shí)間”.由此可知，后代的生物體函數(shù)，都與“母親函數(shù)”和“父親函數(shù)”相關(guān)，也和雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子和精子的“生物時(shí)間”以及當(dāng)時(shí)的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”相關(guān).同一對(duì)父母所生的哥哥和弟弟(或姐姐和妹妹)，他們的“母親函數(shù)”和“父親函數(shù)”雖然相同，但雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子的“生物時(shí)間”、雜交結(jié)合成功時(shí)刻精子的“生物時(shí)間”肯定會(huì)不相同，“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也肯定會(huì)不相同.因此，同一對(duì)父母絕對(duì)不可能生出一模一樣的、基因相同的哥哥和弟弟(或姐姐和妹妹).而同卵雙胞胎是由同一個(gè)受精卵細(xì)胞分裂所得，實(shí)際上是同時(shí)誕生，“生物時(shí)間”相同，“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也相同，所以他們可以一模一樣、基因相同.

兩性繁殖的個(gè)體之間的區(qū)別，用函數(shù)表示就是三點(diǎn)：一、函數(shù)關(guān)系式“結(jié)合嵌套”的層數(shù)不同；二、函數(shù)引入的每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻卵子、精子的“生物時(shí)間”可以各不相同；三、每次雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也可以各不相同.

經(jīng)歷的時(shí)間越久，則繁殖的次數(shù)也越多，生物體函數(shù)“結(jié)合嵌套”的層數(shù)也越多，引入的“生物時(shí)間”的數(shù)量也越多，“生物時(shí)間”的具體數(shù)值也可以各不相同，生物的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”也可以各不相同.所以總的來說，兩性繁殖生物的不同個(gè)體之間的差別，決定因素其實(shí)只有一個(gè)：時(shí)間.

生物雜交的函數(shù)表達(dá)式：

1)假設(shè)生物物質(zhì)A由m個(gè)微觀粒子構(gòu)成，A的生物體函數(shù)為t=K(x1，x2，x3，…，xn)，A在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”為a，A的生物體函數(shù)在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)為(a,x1a1，x2a1，x3a1，…，xna1)、(a,x1a2，x2a2，x3a2，…，xna2)、…、(a,x1am，x2am，x3am，…，xnam).

2)假設(shè)生物物質(zhì)D由w個(gè)微觀粒子構(gòu)成，D的生物體函數(shù)為t=J(x1，x2，x3，…，xn)，D在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的“生物時(shí)間”為d，D的生物體函數(shù)在雜交結(jié)合成功時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)為(d,x1d1，x2d1，x3d1，…，xnd1)、(d,x1d2，x2d2，x3d2，…，xnd2)、…、(d,x1dw，x2dw，x3dw，…，xndw).

3)無論a和d如何取值，A和D經(jīng)物質(zhì)雜交結(jié)合方式產(chǎn)生的新的生物物質(zhì)的“起點(diǎn)時(shí)間”恒定為零，且該新的生物物質(zhì)的生物體函數(shù)為：

t=[K(x1，x2，x3，…，xn)-a][J(x1，x2，x3，…，xn)-d]

新的生物物質(zhì)的生物體函數(shù)的“初始坐標(biāo)點(diǎn)”為：

(0,x1a1，x2a1，x3a1，…，xna1)、(0,x1a2，x2a2，x3a2，…，xna2)、…、(0,x1am，x2am，x3am，…，xnam)和(0,x1d1，x2d1，x3d1，…，xnd1)、(0,x1d2，x2d2，x3d2，…，xnd2)、…、(0,x1dw，x2dw，x3dw，…，xndw).

4)生物物質(zhì)和生物遺傳信息緊密聯(lián)系不可分離，引入新的生物物質(zhì)時(shí)，也會(huì)同時(shí)引入新的生物遺傳信息；或者說，生物物質(zhì)結(jié)合時(shí)，生物遺傳信息也會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生變化.

圖7 細(xì)胞的分裂增殖

如圖7所示，點(diǎn)A表示一個(gè)剛受精成功的卵細(xì)胞，對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸t軸上的點(diǎn)為原點(diǎn)O，表示生命的開始(t=0).隨著時(shí)間的推移，該受精卵細(xì)胞不斷分裂增殖(用分叉表示).分裂增殖的過程，也是第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)被不斷“稀釋”的過程，即越往后的細(xì)胞，其內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)，會(huì)越來越少.所謂胚胎干細(xì)胞，就是在離原點(diǎn)O比較近的時(shí)間點(diǎn)，從分裂增殖后的受精卵細(xì)胞中取出的細(xì)胞.比如點(diǎn)B表示一個(gè)胚胎干細(xì)胞，可以很直觀地看出，因?yàn)槿〕龅臅r(shí)間離原點(diǎn)O很近，細(xì)胞的分裂增殖次數(shù)還不多，其內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)較多，所以沿著時(shí)間軸向右單向發(fā)展，它可以形成 “在它自身后面的”所有的、很多的分裂增殖(分叉).但是，對(duì)于已經(jīng)經(jīng)過了的分裂增殖(分叉)，它是不可能再重復(fù)的，比如點(diǎn)B不能回到點(diǎn)A(時(shí)間不能倒流).對(duì)于在取出時(shí)與干細(xì)胞B相分離的其他部分(比如點(diǎn)C、點(diǎn)W、點(diǎn)F)的后續(xù)分裂增殖(分叉)，B也是無法表現(xiàn)出來的，因?yàn)闀r(shí)間上不允許，物質(zhì)上也不允許.例如生物體M(假設(shè)由1個(gè)電子、1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子組成)，如果我們把它的“干細(xì)胞”，比如1個(gè)中子取出來，那么無論怎么“誘導(dǎo)”，這個(gè)中子，也不可能把前面已完成過的“工作”通過“時(shí)光倒流”來重復(fù)，在接下來的時(shí)間里，也不可能把另外1個(gè)電子和1個(gè)質(zhì)子的“工作”給代替完成.

胚胎干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化成很多種組織器官，但不可能被誘導(dǎo)分化成全部的組織器官，不可能被誘導(dǎo)分化成完整的生物體.因?yàn)楦杉?xì)胞永遠(yuǎn)是受精卵細(xì)胞分裂增殖后的局部，其內(nèi)部不可能擁有第一個(gè)受精卵細(xì)胞的全部組成物質(zhì).雖然每個(gè)干細(xì)胞都擁有生物體全部的生物遺傳信息，但信息還是得依靠物質(zhì)才能表現(xiàn)出來.能夠分化成全部的組織器官，分化成完整的生物體的，只有受精卵細(xì)胞的整體自身，缺少了任何一部分物質(zhì)的受精卵細(xì)胞，都不可能再分化成全部的組織器官和完整的生物體.

成年生物體干細(xì)胞(如圖7所示的點(diǎn)D)，因?yàn)閺臅r(shí)間原點(diǎn)開始經(jīng)過了很長時(shí)間，細(xì)胞的分裂增殖次數(shù)已經(jīng)太多，導(dǎo)致它內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)太少，所以沿著時(shí)間軸向右單向發(fā)展，它后面可以形成的分裂增殖(分叉)的數(shù)量和種類，當(dāng)然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如胚胎干細(xì)胞.成年生物體干細(xì)胞的分化潛力，必然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胚胎干細(xì)胞.

總之，因?yàn)殡S著時(shí)間的增長，干細(xì)胞前面的“分叉”會(huì)越來越多，導(dǎo)致其內(nèi)部留存的第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)會(huì)越來越少，所以干細(xì)胞的分化潛力(可以形成的分裂增殖的數(shù)量和種類)，會(huì)隨著時(shí)間的增長而下降.

從圖7可以看出，時(shí)間上越早對(duì)生物體進(jìn)行改造，對(duì)未來的影響就會(huì)越大，因?yàn)檫@時(shí)前面經(jīng)過的“分叉”較少，可以改變后面更多的“分叉”.所以對(duì)早期基因的修改，比如對(duì)受精卵細(xì)胞的基因修改，其產(chǎn)生的對(duì)生物體的影響，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)成年生物體基因修改產(chǎn)生的影響.同樣的道理，假設(shè)相同的輻射劑量，每次照射可以破壞固定數(shù)量的N個(gè)“分叉”，那么當(dāng)然，照射的時(shí)間越早，破壞率(N/總分叉數(shù)量)就越高，對(duì)未來的影響就會(huì)越大，因?yàn)闀r(shí)間越早，該生物體的總分叉數(shù)量就越少.例如，兒童的“分叉”數(shù)量少于成人，這是兒童受輻射的危害，高于同樣輻射劑量下的成人的原因之一.

iPS細(xì)胞(誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞)是利用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)，將受精卵細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞的組成物質(zhì)(如Oct3/4、Sox2、c-Myc基因片段等)，導(dǎo)入“年老”的體細(xì)胞中，并使之與體細(xì)胞中原有物質(zhì)雜交結(jié)合，成為該體細(xì)胞的有機(jī)組成部分.經(jīng)雜交結(jié)合方式后形成的新的細(xì)胞的“起點(diǎn)時(shí)間”為零，“年齡歸零”，從時(shí)間為零開始發(fā)育(如圖7所示，就是將點(diǎn)D變成點(diǎn)A，但點(diǎn)A不是完整的受精卵細(xì)胞，只是從時(shí)間為零開始發(fā)育的細(xì)胞).已知胚胎干細(xì)胞的分化多能特性，來自于它的生物體函數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間t的取值很小，它很“年輕”，以及它內(nèi)部含有較多的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”.iPS細(xì)胞也具有類似的分化多能特性，是因?yàn)閕PS細(xì)胞更“年輕”，它的“起點(diǎn)時(shí)間”為零，且它內(nèi)部也含有較多的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”(引入的基因片段等).但iPS細(xì)胞內(nèi)部所含的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”，不一定比胚胎干細(xì)胞多，所以它們之間的分化潛力對(duì)比，并無絕對(duì)的高下之分.

上海交通大學(xué)曾一凡教授等在2009年公布了用iPS細(xì)胞成功培育出活的小老鼠的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)證明了iPS細(xì)胞具有分化的“全能性”.該實(shí)驗(yàn)是將iPS細(xì)胞與老鼠的四倍體胚胎(四倍體胚胎不能發(fā)育成活的老鼠)雜交結(jié)合，再將其植入子宮內(nèi)發(fā)育，最終誕生出活的小老鼠.這個(gè)過程簡單地講，就是先將“年老”的體細(xì)胞(如圖7點(diǎn)D所示)，通過物質(zhì)雜交結(jié)合變成“新生”的iPS細(xì)胞(如圖7點(diǎn)A所示，這是第一次“年齡歸零”)，然后將與點(diǎn)C、W、F相類似的生物物質(zhì)(四倍體胚胎)，再與iPS細(xì)胞雜交結(jié)合，形成類似受精卵細(xì)胞的“新生”的細(xì)胞(這是第二次“年齡歸零”)，組合出完整的“第一個(gè)受精卵細(xì)胞的組成物質(zhì)”，從時(shí)間為零開始繼續(xù)后面的全部“分叉”，最終發(fā)育成完整的生物體.它證明的還是受精卵細(xì)胞(或類似受精卵細(xì)胞的細(xì)胞)分化的“全能性”，而不是iPS細(xì)胞分化的“全能性”，因?yàn)槿绻唤oiPS細(xì)胞雜交結(jié)合其他生物物質(zhì)，組合成類似受精卵細(xì)胞的細(xì)胞，iPS細(xì)胞自身是不可能分化成完整生物體的.

生物克隆，是用供體的細(xì)胞核物質(zhì)，與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞物質(zhì)雜交結(jié)合，形成完整的、類似受精卵細(xì)胞的細(xì)胞孕育出的生命.所以生物克隆本質(zhì)上與兩性繁殖一樣，都屬于物質(zhì)的雜交結(jié)合，克隆生物的“起點(diǎn)時(shí)間”也恒定為零.

相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案：

分子生物學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，隨著時(shí)間的流逝，細(xì)胞每分裂一次，細(xì)胞核中的染色體端粒就會(huì)縮短一些.因此有人認(rèn)為，生物克隆中，供體的細(xì)胞核中的染色體端粒，相對(duì)于供體誕生時(shí)刻已經(jīng)變短了一些，所以供體的細(xì)胞核與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞雜交結(jié)合后，誕生的克隆生物，其細(xì)胞核中的染色體端粒也是短的，因此克隆生物會(huì)早衰.但事實(shí)并非如此，在供體的細(xì)胞核與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞雜交結(jié)合時(shí)，會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，“時(shí)間歸零”，克隆生物的細(xì)胞核中的染色體端粒會(huì)變長，恢復(fù)到最初的、細(xì)胞還沒有開始分裂時(shí)的長度.也就是說，如果不考慮克隆技術(shù)操作造成的生物損傷，克隆生物根本就不會(huì)早衰.

在供體的細(xì)胞核與受體的去細(xì)胞核的卵細(xì)胞成功雜交結(jié)合時(shí)，即克隆生物誕生的時(shí)刻，通過實(shí)驗(yàn)測量克隆生物細(xì)胞核中的染色體端粒長度，看是否變長，就可以驗(yàn)證以上結(jié)論.例如，假設(shè)成功雜交結(jié)合前的時(shí)刻，成年綿羊(供體)的細(xì)胞核中的染色體端粒長度為a，克隆羊誕生時(shí)刻細(xì)胞核中的染色體端粒長度為b，則通過實(shí)驗(yàn)測量可以發(fā)現(xiàn)，b>a.

4 基因修改會(huì)導(dǎo)致全部生物功能變化的原理

對(duì)艾滋病病毒的抵抗力、對(duì)流感病毒的抵抗力、是否容易產(chǎn)生某種癌細(xì)胞，等等，這些都是“某種生物功能”.所謂 “某種生物功能”，其實(shí)也是生物體在“特定的時(shí)間段”和“特定的空間段”的“特定的物質(zhì)組合”.用函數(shù)的觀點(diǎn)看，任何一種生物功能，也都是生物體函數(shù)t=G(x1，x2，x3，…，xn)圖像的局部圖像.即，生物體的任何一種生物功能對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，都是生物體函數(shù)關(guān)系式本身，只是變量的取值范圍不同而已，與各生物功能對(duì)應(yīng)的各變量的取值范圍，都是該生物體函數(shù)變量取值范圍的“真子集”.

由雜交生物的函數(shù)表達(dá)式t=Q(x1，x2，x3，…，xn)=[K(x1，x2，x3，…，xn)-a][J(x1，x2，x3，…，xn)-d]可知，只要是通過物質(zhì)雜交結(jié)合的方式(如各種轉(zhuǎn)基因技術(shù)、CRISPR/Cas9技術(shù)等)修改基因，都會(huì)導(dǎo)致變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系從K(或J)變成Q，所以未來所有的坐標(biāo)點(diǎn)都會(huì)發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致未來所有的局部圖像(生物功能)都發(fā)生變化.

具體每一個(gè)局部函數(shù)圖像(生物功能)的變化情況如何，只能結(jié)合生物體函數(shù)關(guān)系式來具體分析.考慮到生物體函數(shù)關(guān)系式的極度復(fù)雜性，我們可以肯定，修改基因后各種生物功能的變化情況是多種多樣、或強(qiáng)或弱、極度復(fù)雜的.

基因修改會(huì)導(dǎo)致全部生物功能變化的原理：

1)生物物質(zhì)在任何時(shí)間段的任何組成部分，都包含有該生物物質(zhì)全部的生物遺傳信息(運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律信息).

2)生物物質(zhì)通過雜交結(jié)合的方式產(chǎn)生新的生物物質(zhì)，物質(zhì)結(jié)合的同時(shí)，生物遺傳信息也會(huì)結(jié)合并產(chǎn)生變化，所以會(huì)產(chǎn)生“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的效果，導(dǎo)致該新的生物物質(zhì)的全部的生物功能都會(huì)產(chǎn)生變化(只是各種變化或大或小、或強(qiáng)或弱罷了).

3)所以說，通過物質(zhì)雜交結(jié)合的方式，對(duì)任何基因片段的任何修改，都會(huì)使全部的生物功能產(chǎn)生變化(只是各種變化或大或小、或強(qiáng)或弱罷了)；僅僅使單一生物功能產(chǎn)生變化的基因片段修改是不存在的.

器官移植和基因修改在本質(zhì)上一樣，其實(shí)都是對(duì)生物體函數(shù)關(guān)系式的修改.也就是說，器官移植后，生物體函數(shù)的關(guān)系式也變了(引入了新的生物遺傳信息)，那么在之后的時(shí)間里，全部的生物功能也都會(huì)產(chǎn)生或大或小、或強(qiáng)或弱的變化.臨床中，有些移植了器官的人，會(huì)產(chǎn)生部分性格和生理的變化，即是與此有關(guān).