劉仁志

0 前 言

當(dāng)今世界正處于一個巨變的時代，這不單單指世界各國正面臨的政治、經(jīng)濟和軍事上的挑戰(zhàn)和變動，同時也指人們所處的自然界正發(fā)生著顯著變化。這些巨變，改變了世界，也對人們的生活方式產(chǎn)生了巨大影響。在適應(yīng)新的社會生活習(xí)慣的同時，人們也一直在尋求適合的應(yīng)對之策，由此也引發(fā)了一系列對社會及自然的思考。作為科技工作者，筆者關(guān)注更多的是自然環(huán)境變化對人類生活的影響情況以及人類的響應(yīng)舉措，這也是人類社會文明進(jìn)步與發(fā)展的動力之一。

當(dāng)前生活環(huán)境下，自然環(huán)境的變化往往會促使新的科學(xué)技術(shù)的誕生。而科技一直是人類的專利，也是人類智慧的結(jié)晶。這幾乎是人類的共識，但也會偶然出現(xiàn)一些另類思考：科技是自然界自人類出現(xiàn)后以人為載體的另類進(jìn)化，是自然界進(jìn)化的外在體現(xiàn)?？萍嫉倪M(jìn)步涉及諸多方面，它使得人類對自然的態(tài)度發(fā)生改變。人類通過認(rèn)識自然，進(jìn)而適應(yīng)自然，并逐漸向更高階層進(jìn)步。

人類長期生活在自然中，熟悉了解自然界中各種各樣的物質(zhì)。自然界的物質(zhì)一般可分為有機物和無機物兩大類，后面又出現(xiàn)了生命體和非生命體的分類。自然界中的無機物與有機物有著本質(zhì)上的區(qū)別，同樣，生命體和非生命體之間也有著根本的不同。隨著人類對自身及其他生物組織結(jié)構(gòu)的不斷探究，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，在某些微觀層面上，生命體和非生命體之間的界線已不再清晰，兩者之間也沒有十分明顯的區(qū)別。當(dāng)細(xì)究到分子和原子的層級時，自然界中所有物質(zhì)之間的區(qū)別就僅僅是原子核外電子數(shù)的不同了。

當(dāng)前，全球流行的新冠病毒讓世界陷入巨大的恐慌，對人們的生活也造成了嚴(yán)重的影響，世界各國人民都在積極思考并制定應(yīng)對措施。病毒這種特殊的微生物也因為這次全球公共衛(wèi)生事件再次引起了人類的重視，成為人們關(guān)注的焦點之一。病毒屬于細(xì)分到一定層次，與非生命體之間的界線已十分模糊的物質(zhì)。筆者結(jié)合自己近些年在電化學(xué)方面的研究，通過思考和深入分析生物信息傳導(dǎo)模式方面的理論知識，解讀了一些與生命科學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，最后得出的結(jié)論是：電化學(xué)理論不僅是腐蝕與防護(hù)學(xué)科的重要基礎(chǔ)理論，也是生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)理論。同時，量子電化學(xué)在生物信息領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，加深了人類對自然的認(rèn)識。

2022年9月24日，中科院高福院士在上海發(fā)表了題為《人類、病菌與疫苗》的演講，其中談到，病毒是地球上比人類生存時間更久的微生物，新冠病毒將可能會與人類長期共存。因此，研發(fā)抗病毒疫苗將是一個關(guān)乎人類健康生存的重要命題。同時，由于病毒的不斷變異，人類需不間斷地研發(fā)針對變異病毒的新型疫苗。這時，不禁就有一些疑問，病毒為什么會發(fā)生變異？它又為什么要發(fā)生變異？這是一個值得深入探討的問題。

1 病毒為什么要變異？

病毒變異是一個涉及生物學(xué)與哲學(xué)的問題。生物學(xué)有一個著名的理論，即生物進(jìn)化論。進(jìn)化論闡述的觀點是自然界的生物會隨著生存環(huán)境的改變而進(jìn)化，以確保在新的環(huán)境下能夠繼續(xù)生存，這個進(jìn)化過程是漸進(jìn)的?？脊艑W(xué)證明，有些生物個體有時候并沒有遵循漸變的規(guī)律（目前還沒有找到哪種生物化石可證實漸變的所有階段均存在），而是發(fā)生不同尋常的基因突變，產(chǎn)生某些奇特的變化并生存了下來，即我們所說的突變論。病毒作為自然界的生物，遵循進(jìn)化論，為適應(yīng)生存環(huán)境而改變。但其中也會偶然出現(xiàn)一些特殊的例子，即基因突變，這也是新冠病毒短時間出現(xiàn)了各種各樣變異株的原因。但是，病毒是比細(xì)菌還低層次的生物，它沒有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，無法獨立生活，只有寄生在宿主的體內(nèi)才能生存。當(dāng)它侵入宿主細(xì)胞后，會開始不斷復(fù)制自己，在復(fù)制的過程中，變異就可能發(fā)生。然而，當(dāng)我們以分子和原子的角度觀察生物時，不禁會發(fā)現(xiàn)所有生物都只是不同分子和原子的組合體。著名生物學(xué)家顏寧教授曾說：“分子層面利用冷凍電鏡能看到埃（0.1 nm）的尺度，細(xì)胞層面用超分辨技術(shù)能對活細(xì)胞成像，看到100 nm左右的尺度，這兩個尺度之間的細(xì)胞內(nèi)部世界還沒有穩(wěn)定的科學(xué)儀器可以觀察?！辈⑶宜€說，“在這個‘視角’下，對于生命活動的認(rèn)知還是個‘黑洞’?！保▉碓矗嚎萍既請?。因此，從某種意義上來說，挑戰(zhàn)這個“黑洞”，正是當(dāng)代分子生物學(xué)界的使命。

分子和原子也是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，那物質(zhì)也會有進(jìn)化的意識嗎？答案是肯定的，物質(zhì)也具有進(jìn)化意識。

想象一下，趟若物質(zhì)沒有進(jìn)化意識，那宇宙大爆炸時產(chǎn)生的光子等微粒就不會生成氫、氦、鋰、鈹、鈾等90多個自然元素，且這些元素核外層電子數(shù)各不相同，呈現(xiàn)出完全不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。正是這些元素的產(chǎn)生，使得地球慢慢演變出五彩斑斕的自然面貌，尤其是在人類這樣的高等智慧生命誕生以后，地球更是發(fā)生翻天覆地的巨變。但當(dāng)我們細(xì)究所有物質(zhì)時，我們會發(fā)現(xiàn)，它們的最基本構(gòu)成都是分子和原子，有的甚至是更細(xì)小的微粒。同樣，自然界的生命體無論通過進(jìn)化演變出多少種形態(tài)和類別，它們最基本的構(gòu)成仍然是原子和分子。即便這些生命體當(dāng)前仍一直在不斷進(jìn)化，生物的基本構(gòu)成元素一直未變。我們知道，一旦生物所處的生存環(huán)境發(fā)生巨大變化，許多生命會因為不能適應(yīng)這種突然的巨變而慢慢消逝。但自然界中，總會有一部分“幸運兒”因自身體內(nèi)發(fā)生的某種基因突變，生成新的身體結(jié)構(gòu)或形態(tài)，適應(yīng)了新的生存環(huán)境而存活下來，而這就是自然生物的進(jìn)化。對于一些與人類不利的生物進(jìn)化，我們通常會稱之為變異，但其本質(zhì)上仍然是一種適應(yīng)環(huán)境的進(jìn)化。

早期，大多數(shù)病毒主要寄生在野生動物的身體中。但隨著人類對自然環(huán)境的過度開發(fā)和占用，野生動物的生存空間迅速減少，許多珍稀動物因為適應(yīng)不了環(huán)境的變化而快速消亡，最終使得野生動物的數(shù)量急劇減少?？杉纳拗鲾?shù)量的減少，導(dǎo)致病毒為生存逐漸開始向人類的身體入侵。而人類恰好有食用野生動物的習(xí)慣，這使得某些原寄生在野生動物體內(nèi)的病毒有了進(jìn)入人體的途徑。在侵入人類這種新的宿主身體后，病毒便開始了在人類世界的瘋狂肆虐，廣泛傳播。但人類畢竟是高等智慧生物，不會像自然界的野生動物那樣，被動地與病毒共生存。于是人們逐漸開始主動采取防護(hù)措施，并通過研制各種藥物和疫苗等手段來消滅或抑制病毒。這導(dǎo)致以人為宿主的病毒又再一次面臨了生存危機，而這種危機也促進(jìn)了病毒的進(jìn)一步變異。

當(dāng)前流行的奧密克戎（英文名：Omicron，編號：B.1.1.529）就是2019新型冠狀病毒的變種，其傳播速度已確定比德爾塔毒株高出4.2倍，最早于2021年11月9日在南非首次檢測到。2021年11月26日，世界衛(wèi)生組織將其定義為第五種“關(guān)切變異株”，取名希臘字母Omicron(奧密克戎)變異株。2021年11月29日，世衛(wèi)組織稱，新冠病毒奧密克戎變異毒株在全球總體風(fēng)險評估為“非常高”，可能在世界廣泛傳播。2021年12月9日，《參考消息》登載英國《衛(wèi)報》網(wǎng)站報道《科學(xué)家發(fā)現(xiàn)更難追蹤的“隱形版”奧密克戎毒株》。2022年1月4日，世衛(wèi)組織表示，在圣誕和新年假期前，已有128個國家和地區(qū)報告發(fā)現(xiàn)了奧密克戎變異株。2022年3月10日報道，北京、上海、山東、陜西等多地報告的感染者所感染的病毒均有奧密克戎變異株。同時，上海疫情已外溢至包括廣西在內(nèi)的全國21個省份71個市。2022年12月8日，江蘇省疾病預(yù)防控制中心急傳所主任醫(yī)師許可介紹，通過3年的抗疫，從最早的原始株到如今的奧密克戎變異株，新冠病毒一直在不斷變異，其傳播力和臨床致病性也持續(xù)改變，這符合病毒本身的傳播規(guī)律。從近期來看，奧密克戎變異株的特點是傳播性比原始株要強，但致病力已明顯減弱。根據(jù)臨床觀察來看，主要還是以上呼吸道癥狀為主，如發(fā)熱、嗓子不適、咳嗽等，引起的病死率低于流感病毒。

新冠病毒為什么會出現(xiàn)這種變異，當(dāng)前生物學(xué)界給出了一種解釋。根據(jù)新冠病毒數(shù)據(jù)庫GISAID目前共享的信息顯示，新冠病毒奧密克戎變異株的突變位點數(shù)量明顯多于近2年流行的所有新冠病毒變異株，尤其在病毒刺突（Spike）蛋白突變較多。專家推測出現(xiàn)這種變異的原因可能有以下三種：（1）免疫缺陷患者感染新冠病毒后，在體內(nèi)經(jīng)歷了較長時間的進(jìn)化累積了大量突變，通過偶然機會傳播；（2）某種動物群體感染新冠病毒，病毒在動物群體傳播過程中發(fā)生適應(yīng)性進(jìn)化，突變速率高于人類，隨后溢出傳染到人類；（3）該變異株在新冠病毒基因組變異監(jiān)測落后的國家或地區(qū)持續(xù)流行了很長時間，由于監(jiān)測能力不足，其進(jìn)化的中間代次病毒未能被及時發(fā)現(xiàn)。

這個解釋并沒有從根本上回答病毒為什么變異，但承認(rèn)了其中有進(jìn)化因素的影響，并且認(rèn)為是“偶然機會”才傳播開來的。根據(jù)進(jìn)化和變異的理論，病毒的這種變異決不是偶然的，而是病毒為了更好地生存而發(fā)生的變化。病毒要存活，需寄生在活體宿主體內(nèi)，如果活體死亡，它就需另尋其他宿主，否則自身也會死亡。同理，由于當(dāng)前新冠病毒流行導(dǎo)致的死亡率超過了人類能接受的程度，全世界人類開始了嚴(yán)肅的抗疫行為，抑制了病毒的快速傳播并通過自身免疫系統(tǒng)予以消滅，這使得病毒的生存環(huán)境逐漸惡化。為生存下去，病毒開始了一系列的變異行為。這些變異行為最終導(dǎo)致了兩個結(jié)果：一個是病毒傳播速度提高，因為這樣可以有利于它們更快速地找到新的宿主；另一個則是病毒致死率降低，因為宿主存活率的提高可以保證病毒的生存空間，有利于它們長期生存。這種結(jié)果出現(xiàn)的原因并非是病毒自發(fā)地往“好的”方向轉(zhuǎn)變，而是它們?yōu)榱烁玫厣嫦氯ザ龀龅倪m應(yīng)環(huán)境的改變。筆者在《光子信息》（2019年2月化學(xué)工業(yè)出版社）一書中談到物質(zhì)的意識時說過，“意識是物質(zhì)對環(huán)境的判斷和感應(yīng)，并由此產(chǎn)生出的行為指令。”也就是說，當(dāng)一種物質(zhì)對環(huán)境的變化有了感應(yīng)，就會因生存需要對自身發(fā)出適合新的環(huán)境的變異指令，這與病毒變異的原理不謀而合。

病毒（英語:virus，中文舊稱“濾過性病毒”）是由一個核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成的非細(xì)胞形態(tài)，靠寄生生活的介于生命體及非生命體之間的有機物種，它既不是生物亦不是非生物，目前不把它歸于五界(原核生物、原生生物、真菌、植物和動物)之中。它是由一個保護(hù)性外殼包裹的一段DNA或者RNA，借由感染的機制，這些簡單的有機體可以利用宿主的細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行自我復(fù)制，但無法獨立生長和復(fù)制。病毒可以感染幾乎所有具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命體。第一個已知的病毒是煙草花葉病毒，由馬丁烏斯·貝杰林克于1899年發(fā)現(xiàn)并命名，迄今已有超過5000種類型的病毒得到鑒定。研究病毒的科學(xué)稱為病毒學(xué)，是微生物學(xué)的一個分支。病毒的起源目前尚不清楚，不同的病毒可能起源于不同的機制：部分病毒可能起源于質(zhì)粒(一種環(huán)狀的DNA，可以在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并在細(xì)胞間進(jìn)行轉(zhuǎn)移)，而其他一些則可能起源于細(xì)菌。

病毒同所有的生物一樣，具有遺傳、變異、進(jìn)化的能力，是一種體積非常微小，結(jié)構(gòu)極其簡單的生命形式。病毒有高度的寄生性，它完全依賴宿主細(xì)胞的能量和代謝系統(tǒng)，來獲取生命活動所需的物質(zhì)和能量。病毒一旦離開宿主細(xì)胞，就只是一個大化學(xué)分子，停止活動，可制成蛋白質(zhì)結(jié)晶，成為一個非生命體，遇到宿主細(xì)胞它會通過吸附、進(jìn)入、復(fù)制、裝配、釋放子代病毒而顯示典型的生命體特征，所以病毒是介于生物與非生物的一種原始的生命體。當(dāng)它不在宿主體內(nèi)生存時，在自然中是無生命現(xiàn)象的。

這時有一個新的問題，病毒在自然中是如何感應(yīng)環(huán)境變化的？它是有意識的嗎？并且病毒的活動總是群體性的，即便最初最敏感的個體感覺到了環(huán)境的變化，也會將信息快速傳遞給整個群體，結(jié)果發(fā)生的變異也是群體的。那么，它們的這種共識是如何傳遞的？一個或部分發(fā)生了變異的病毒，是通過什么機制來傳遞這種信息呢？為什么這種機制能夠支持?jǐn)?shù)量極為驚人的病毒在短期內(nèi)共同行動？這些問題，涉及的內(nèi)容和知識點很多，篇幅有限，本文只重點介紹生物電化學(xué)中生物信息傳導(dǎo)的新機制方面的內(nèi)容。

2 動物的意識與生物信息

關(guān)于人類意識的研究成果有很多，且涉及多個交叉學(xué)科，如認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、計算機科學(xué)、社會學(xué)、哲學(xué)等。人們從不同的角度對自身的意識進(jìn)行研究和分析，對意識的理解也越來越透徹。既然人類有自己的意識，那同樣作為自然界生物的動物，它們是否也有自己的意思呢？答案是肯定的，許多生物研究也證明了這一點。

2012年7月，一些科學(xué)家簽署了一份劍橋宣言，支持動物有自主意識的觀點。這些動物包括哺乳動物、鳥類，甚至章魚。此外，研究人員還對牛、馬、貓、羊等動物進(jìn)行了類似研究，結(jié)果表明，動物的自我意識水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人的預(yù)期。

“大腦皮層的缺失并不妨礙這些有機體經(jīng)歷情感活動。從神經(jīng)解剖學(xué)、神經(jīng)化學(xué)和神經(jīng)電生理學(xué)的角度來說，非人類生物也是有表現(xiàn)其意識的能力的?！边@些科學(xué)家聯(lián)合發(fā)表的聲明中這樣說，“意識研究領(lǐng)域正在迅猛發(fā)展。許多研究方法已經(jīng)可以不破壞生理結(jié)構(gòu)也能獲得結(jié)果，因此在非人動物實驗中某些破壞性的方式是否必要都需要重新評估。”科學(xué)家也開始探索選擇和培養(yǎng)一些動物來作為研究樣本，比如小白鼠、昆蟲等。昆蟲是動物中的一個大類，它雖然只是無脊椎動物分類中的節(jié)肢動物的一種，卻是世界上數(shù)量最多的生物，在所有生物種類中占50%，達(dá)100多萬種。昆蟲的蹤跡遍布世界各個角落，最常見的有蝗蟲、蝴蝶、蜜蜂、蜻蜓、蒼蠅、草蜢、蟑螂、螞蟻等。由于昆蟲種類過多，人們通常選擇與人們生活相關(guān)度高的昆蟲進(jìn)行研究，最著名的如蜜蜂等。蜜蜂靠采集花蜜生存，采蜜的同時也幫助了花卉完成異花授粉。由此便產(chǎn)生一個疑問，花是如何知曉蜜蜂能夠幫助它們傳授花粉呢？并由此進(jìn)化出色彩和香氣來吸引蜜蜂？從這個角度看來，植物也應(yīng)該是有意識的。

關(guān)于動物意識的研究，其意義不只是出于動物保護(hù)主義的考慮，更重要的是，這種研究建立在生物醫(yī)學(xué)等交叉學(xué)科的基礎(chǔ)之上，其生物依據(jù)是動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這顯然已經(jīng)超出了意識是大腦的產(chǎn)物的定義范圍，并將意識的物質(zhì)基礎(chǔ)向更基本的物態(tài)推進(jìn)，是一個極具意義的進(jìn)展。動物具有意識并由此產(chǎn)生的判斷形成了生物的信息。信息出現(xiàn)了，自然就會有信息交流和傳遞的問題。

3 生物信息傳導(dǎo)的新機制

電化學(xué)基礎(chǔ)涉及的概念之一是電極體系中的兩類導(dǎo)體：利用金屬導(dǎo)電的第一類導(dǎo)體和利用離子導(dǎo)電的離子導(dǎo)體，其中研究較多的是離子導(dǎo)體，即電解質(zhì)溶液。離子導(dǎo)體的電化學(xué)參數(shù)包括電極電位、極化、電流密度、離子種類、離子濃度、離子遷移數(shù)等。電子在第一類導(dǎo)體內(nèi)傳導(dǎo)、離子在電解質(zhì)溶液中傳導(dǎo)，這是電化學(xué)體系的基本特征，并由此構(gòu)成一個完成的回路。

早在電化學(xué)理論體系建立以前，科學(xué)家們就已經(jīng)注意到了“生物電”的現(xiàn)象。自著名的“青蛙實驗”（1792年伽爾伐尼醫(yī)生）之后，越來越多的生物學(xué)家及醫(yī)學(xué)工作者都開始嘗試這種實驗，他們認(rèn)為動物體內(nèi)有產(chǎn)生電流的可能，或者說動物體是可以導(dǎo)電的。這些研究也促進(jìn)了初代電池的誕生。

當(dāng)前，生物電早已成為生物學(xué)公認(rèn)的概念之一。同時，電化學(xué)的基本原理也被引入生物學(xué)中，并由此誕生了“生物電化學(xué)”這一分支?！吧镫娀瘜W(xué)”與“分子生物學(xué)”、“生物化學(xué)”、“細(xì)胞學(xué)”、“遺傳學(xué)”和“生物信息學(xué)”等一起構(gòu)成了現(xiàn)代生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)理論體系。這些學(xué)科的發(fā)展，對人類認(rèn)識生命現(xiàn)象和推進(jìn)醫(yī)學(xué)進(jìn)步起到了重要作用。

生物學(xué)上，生物信息也被定義為生物電信息。由于生物體特別是人體是一個復(fù)雜的電解質(zhì)體系，人體組織中的成分60%是液體，因此越來越多的學(xué)者把電化學(xué)中的電解質(zhì)導(dǎo)電理論用在研究人體生物電信息上，如用膜電位來標(biāo)識各種人體生物信息，用細(xì)胞膜內(nèi)外金屬離子的流動引起的“膜電位”或身體組織發(fā)生某些改變引起的表皮電位變化來判斷人體發(fā)生的生理或病理變化。醫(yī)院里常用的腦電圖、心電圖等檢測工具，都是借肋輔助電極測得的相對電極電位，再經(jīng)電子計算機處理，以脈沖圖形式將檢測結(jié)果展示出來。這些參數(shù)對應(yīng)了身體相關(guān)部位非正常情況下的波動圖譜。將這些圖譜與正常情況下的圖譜進(jìn)行對比，就能比較準(zhǔn)確地判斷出受檢測部位出現(xiàn)的病變類型。

但是，生物電化學(xué)學(xué)科卻忽視了一個重要的問題，即在生物電解質(zhì)體系中，沒有一類導(dǎo)體的存在。關(guān)于生物體內(nèi)的電信息是如何傳遞的問題，至今都沒有一個權(quán)威的解釋。筆者曾在本刊2020年第3-4期的合刊中發(fā)表的《膜電位的本質(zhì)》一文專門討論過這個問題，有興趣的讀者可以參閱、指教。

人體和其他生物體一樣，除了病變或環(huán)境改變會引起生物信息變化外，正常生活中也會產(chǎn)生大量必要的信息并被互相傳遞，如種群雌雄比例數(shù)據(jù)的發(fā)布、種群數(shù)量負(fù)荷超量的信息發(fā)布、對自然環(huán)境變動的微象偵知后的預(yù)警信息發(fā)布等。這些都不是個體體內(nèi)的信息，而是群體內(nèi)交流的信息流。對于這種比體內(nèi)生物信息的離子傳導(dǎo)更重要的信息傳遞的機制，目前并沒有統(tǒng)一和權(quán)威的學(xué)說加以詳細(xì)地解析。不過，科學(xué)家們在很早的時候就從自然生物的一些行為研究中注意到這個問題，并且也提出了一些很有啟發(fā)和值得深思的解讀，如生物電信息的遠(yuǎn)距離傳播中關(guān)于生物無線電波的猜想。

4 信息的無線傳遞和生物電磁波

在探討生物信息遠(yuǎn)距離傳遞的機制之前，我們可以先看看幾個自然界中與生物信息遠(yuǎn)距離傳遞的例子。第一個是關(guān)于旅鼠的例子?！堵檬笾i》是入選我國初中語文教材的課文(人教版初二下冊第13課)，這篇課文很生動地講述了一個奇特的關(guān)于大自然中生物生存調(diào)節(jié)的故事，文章的作者是我國著名的北極科考科學(xué)家位夢華。

以下是這個旅鼠之謎的故事梗概：

中國的北極科學(xué)考查科學(xué)家在北極巴羅附近的因紐特人村落遺址附近抓到一只老鼠。碰巧被也在附近的紐約動物協(xié)會的成員丹尼斯·馬洛拉斯先生看到，指出這是一只旅鼠。并說“人們研究了好幾個世紀(jì)，卻始終解不開它們的奧秘?！瘪R洛斯先生對旅鼠一年的生育數(shù)量算了一筆帳：

原來旅鼠是繁殖能力最強的動物.也許只有細(xì)菌分裂才能和它們相媲美。它們一年能生七八胎，每胎可生12個幼崽。只需20多天，幼崽即可成熟，并且開始生育。你知道這意味著什么嗎?讓我們算筆賬你就知道了。一對旅鼠從3月份開始生育，假使它們一年中生了7窩，每窩12只，一共84只，這是它們的第二代，也就是兒子和女兒。再假設(shè)每胎都是6公6母，則為6對。20天后，第一胎的6對開始生育，每胎12只.一下子就可生出72只，一共可以生6胎，則為432只。40天后，第二胎的6對也投入了生育大軍，它們一共可以生5胎，若每胎12只.則為360只。以此類推，那么，它們的孫子和孫女能有多少呢?一共可以有1512只。這是第三代。不要忘了，40天以后，第三代的第一胎共36對也開始繁殖了，它們的第一胎就可以生432只，一共可生5胎，為2160只。還有第三代的第二胎到第七胎呢，所以第四代一生可以生出6480只。照這樣推算下去，第五代為25920只，第六代為93312只，第七代為279936只，第八代，也就是這一年的最后一批為559872只。

從3月份的2只，到8月底9月初就會變成967118只的龐大隊伍!就是由于氣候、疾病和天敵的消耗等原因中途死掉一半，也還有50萬只旅鼠!天哪，這簡直像是一個天文數(shù)字!

正因為如此，所以，在如此廣闊的北極草原上，有時候，它們的密度竟能達(dá)到每公頃有250只之多!這還只是旅鼠的第一大奧秘。

實際上，旅鼠并非每年都大量繁殖，但是當(dāng)氣候適宜和食物富足時，它們就像聽到一聲令下，齊心合力地大量繁殖起來，使整個種群的數(shù)量急劇地膨脹。一旦達(dá)到一定的密度，例如一公頃有幾百只，奇怪的現(xiàn)象就發(fā)生了:這時候，幾乎所有的旅鼠一下子都變得焦躁不安起來，它們東跑西顛，吵吵嚷嚷，永無休止，停止進(jìn)食，似乎大難臨頭，世界末日就要到來似的。這時的旅鼠不再膽小怕事，見人就跑，而是恰恰相反，在任何天敵面前它們都顯得勇敢異常，無所畏懼，具有明顯的挑釁性，有時甚至?xí)鲃舆M(jìn)攻，真有點天不怕地不怕的樣子。更加難以解釋的是，這時候，連它們的毛色也會發(fā)生明顯的變化，由灰黑變成鮮艷的橘紅，使其目標(biāo)變得特別突出。所有這些奇怪的現(xiàn)象加在一起，惟一可能而且合理的解釋是，它們千方百計地去吸引像貓頭鷹、賊鷗、灰黑色海鷗、粗腿禿鷹、北極狐貍甚至北極熊等天敵的注意，以便多多地來吞食它們。這與自殺沒有什么區(qū)別。這就是旅鼠的第二個難解之謎。

但是，無論怎樣地暴露自己，因為它們的數(shù)量實在太多，而天敵的數(shù)量卻總是有限的，要靠這種方法來減少數(shù)量，收效甚微。因此，它們似乎是一計不成又生一計，顯示出一種非常強烈的遷移意識，紛紛聚集在一起，漸漸地形成大群，開始時似乎沒有什么明確的方向和目標(biāo)，到處亂竄，就像出發(fā)之前的亂忙.正在做著各種準(zhǔn)備似的。但到后來，不知是誰一聲令下，也不知道是由誰帶頭，它們忽然朝著同一個方向，浩浩蕩蕩地出發(fā)了。而且往往是白天休整進(jìn)食，晚上摸黑前進(jìn)。沿途不斷有老鼠加入，隊伍愈來愈大，常常達(dá)數(shù)百萬只。它們逢山過山，遇水涉水，前赴后繼，沿著一條筆直的路線奮勇前進(jìn)，決不繞道，更不停止。一直奔到大海，仍然毫無懼色，紛紛跳將下去，被洶涌澎湃的波濤吞沒，直到全軍覆沒為止。這就是所謂“旅鼠死亡大遷移”。也就是旅鼠的第三大“奧秘”。

有人專門研究了各地旅鼠遷移的方向，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它們最終的目的都是奔向大海。例如，瑞典和挪威中部的旅鼠是往西奔向大西洋，而挪威北部的旅鼠則是往北奔向巴倫支海。奇怪的是，還沒有發(fā)現(xiàn)哪個地方的旅鼠是往南遷移的，其實只要它們稍微往南走一點，就可以找到食物豐富且氣候溫和的天堂。由此可見，它們似乎是按照某種嚴(yán)格的指令行事，明白無誤地都把大?？醋髯约鹤罱K的歸宿。

是的，相信所有讀過這個故事的人都會想：旅鼠為什么要這么做?一個主要的原因是自然環(huán)境中可供它們生存的的食物總量不夠了。當(dāng)動物的種群數(shù)量過大時，其面臨的生存環(huán)境會受到嚴(yán)重威脅，如果沒有相應(yīng)的調(diào)節(jié)機制，種群的存活率會急劇降低。

事實上，不僅是人類，其他動物也都在用各種不同的方式調(diào)節(jié)著自己種群的數(shù)量。這種調(diào)節(jié)指令來自哪里？調(diào)節(jié)信息是如何傳遞的？這都是我們希望得到解答的。

第二個是關(guān)于昆蟲的例子，讓我們看看昆蟲是如何調(diào)節(jié)繁殖和種群數(shù)量的。

昆蟲有極強的生存能力，在一些極為惡劣的環(huán)境里，它們也能棲身繁衍，展現(xiàn)出強大的生命力。它們的形體結(jié)構(gòu)極為多變且巧妙，如翅膀、復(fù)眼、蛹變等，具備的功能也十分完善。更為神奇的是它們懂得控制雌雄比例和種群數(shù)量，以合理地適應(yīng)自然環(huán)境，保證種群的繁衍和生存。這些奇特的本能，曾經(jīng)是生物學(xué)界的一大謎團。但隨著當(dāng)代分子遺傳學(xué)的快速發(fā)展，人們逐漸從昆蟲體內(nèi)的遺傳物質(zhì)中找到一些答案。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，果蠅體內(nèi)存在性染色體及昆蟲性別決定的基因。其中的da+ (daughterless) 基因，在雌性胚胎中用來激活致死基因sxl+。一旦這個基因發(fā)生突變，則會表現(xiàn)為雌性胚胎死亡。另有兩種基因Sisterless a (sis-a+) 和Sisterless b (sis-b+) 也具有致死性的，并且能夠計數(shù) (count) 和感知X染色體數(shù)量。如果此兩種基因發(fā)生突變，雌性胚胎也將死亡。

昆蟲的體內(nèi)為什么會存有致死基因？答案顯示是為了控制種群數(shù)量，保證種群不會因數(shù)量過多而滅絕。當(dāng)昆蟲種群過量繁殖時，昆蟲體內(nèi)的計數(shù)器會接收到特定的超出限度的光子信息，致死基因會被激活，從而導(dǎo)致大批昆蟲死亡。這種現(xiàn)象雖然沒有旅鼠那樣夸張，但仍然十分悲壯。如果沒有這種數(shù)量信息的傳遞，種群數(shù)量的控制將難以實現(xiàn)。另外，大批昆蟲的集體死亡也表明，這種信息的傳遞主要靠類似“無線”的方式“群發(fā)”，而非一個一個的單獨傳遞。自然界生物之間的這種信息傳播同樣也有著“生物無線電學(xué)”或“生物電磁波”的理論支持。本刊2019年第4-5期的合刊中發(fā)表的題為《表面電位與生物電》的文章，就比較詳細(xì)地介紹生物專家在這方面的早期探索情況和最新的研究成果。

最后，回到最初的病毒變異的群體行為問題，到底是什么機制讓如此龐大的病毒群體按照更利于傳播和自身生存的方式來變異或進(jìn)化？生物信息在它們體內(nèi)是如何產(chǎn)生并傳遞的？這時，用經(jīng)典生物電化學(xué)的離子傳導(dǎo)理論已得不到令人滿意的解釋。但如果我們從量子電化學(xué)的角度來看待這個問題，量子生物學(xué)理論或許能較為合理地解開其中的奧秘。另外，生物信息的超距傳遞現(xiàn)象可能在自然界中存在，但我們目前還沒有意識到這一點。如果人們能在這方面加以深入研究，相信生物信息科技的新局面將被迅速打開，并且涌現(xiàn)出越來越多的生物醫(yī)學(xué)成果。