病毒变异和生物电化学_刘仁志.pdf

刘仁志病毒变异和生物电化学刘仁志，教授级高级工程师，武汉风帆电化科技股份有限公司首席技术顾问。中国计量大学材料与化学学院兼职教授。中国表面工程协会电子电镀专业委员会副主任委员、电镀分会技术委员会委员、中国电子学会电镀专家委员会常务委员、武汉材料保护杂志编委、天津电镀与精饰杂志编委、中表协中国电镀杂志编委。自1980年起在国内外表面处理专业杂志发表技术论文100多篇，出版专著20余部。参加和主持过多项电镀工艺的开发和应用推广工作。申请并获得了20多项涉及多个专业的中国专利。系本行业著名的表面处理技术专家。当今世界正处于一个巨变的时代，这不单单指世界各国正面临的政治、经济和军事上的挑战和变动，同时也指人们所处的自然界正发生着显著变化。这些巨变，改变了世界，也对人们的生活方式产生了巨大影响。在适应新的社会生活习惯的同时，人们也一直在寻求适合的应对之策，由此也引发了一系列对社会及自然的思考。作为科技工作者，笔者关注更多的是自然环境变化对人类生活的影响情况以及人类的响应举措，这也是人类社会文明进步与发展的动力之一。0 前 言当前生活环境下，自然环境的变化往往会促使新的科学技术的诞生。而科技一直是人类的专利，也是人类智慧的结晶。这几乎是人类的共识，但也会偶然出现一些另类思考：科技是自然界自人类出现后以人为载体的另类进化，是自然界进化的外在体现。科技的进步涉及诸多方面，它使得人类对自然的态度发生改变。人类通过认识自然，进而适应自然，并逐渐向更高阶层进步。当前，全球流行的新冠病毒让世界陷入巨大的恐慌，对人们的生活也造成了严重的影响，世界各国人民都在积极思考并制定应对措施。病毒这种特殊的微生物也因为这次全球公共卫生事件再次引起了人类的重视，成为人们关注的焦点之一。病毒属于细分到一定层次，与非生命体之间的界线已十分模糊的物质。笔者结合自己近些年在电化学方面的研究，通过思考和深入分析生物信息传导模式方面的理论知识，解读了一些与生命科学有关的现象，最后得出的结论是：电化学理论不仅是腐蚀与防护学科的重要基础理论，也是生命科学的重要基础理论。同时，量子电化学在生物信息领域的创新应用，加深了人类对自然的认识。1 病毒为什么要变异？2022年9月24日，中科院高福院士在上海发表了题为人类、病菌与疫苗的演讲，其中谈到，病毒是地球上比人类生存时间更久的微生物，新冠病毒将可能会与人类长期共存。因此，研发抗病毒疫苗将是一个关乎人类健康生存的重要命题。同时，由于病毒的不断变异，人类需不间断地研发针对变异病毒的新型疫苗。这时，不禁就有一些疑问，病毒为什么会发生变异？它又为什么要发生变异？这是一个值得深入探讨的问题。想象一下，趟若物质没有进化意识，那宇宙大爆炸时产生的光子等微粒就不会生成氢、氦、锂、铍、铀等90多个自然元素，且这些元素核外层电子数各不相同，呈现出完全不同的物理和化学性质。正是这些元素的产生，使得地球慢慢演变出五彩斑斓的自然面貌，尤其是在人类这样的高等智慧生命诞生以后，地球更是发生翻天覆地的巨变。但当我们细究所有物质时，我们会发现，它们的最基本构成都是分子和原子，有的甚至是更细小的微粒。同样，自然界的生命体无论通过进化演变出多少种形态和类别，它们最基本的构成仍然是原子和分子。即便这些生命体当前仍一直在不断进化，生物的基本构成元素一直未变。我们知道，一旦生物所处的生存环境发生巨大变化，许多生命会因为不能适应这种突然的巨变而慢慢消逝。但自然界中，总会有一部分“幸运儿”因自身体内发生的某种基因突变，生成新的身体结构或形态，适应人类长期生活在自然中，熟悉了解自然界中各种各样的物质。自然界的物质一般可分为有机物和无机物两大类，后面又出现了生命体和非生命体的分类。自然界中的无机物与有机物有着本质上的区别，同样，生命体和非生命体之间也有着根本的不同。随着人类对自身及其他生物组织结构的不断探究，人们逐渐发现，在某些微观层面上，生命体和非生命体之间的界线已不再清晰，两者之间也没有十分明显的区别。当细究到分子和原子的层级时，自然界中所有物质之间的区别就仅仅是原子核外电子数的不同了。病毒变异是一个涉及生物学与哲学的问题。生物学有一个著名的理论，即生物进化论。进化论阐述的观点是自然界的生物会随着生存环境的改变而进化，以确保在新的环境下能够继续生存，这个进化过程是渐进的。考古学证明，有些生物个体有时候并没有遵循渐变的规律（目前还没有找到哪种生物化石可证实渐变的所有阶段均存在），而是发生不同寻常的基因突变，产生某些奇特的变化并生存了下来，即我们所说的突变论。病毒作为自然界的生物，遵循进化论，为适应生存环境而改变。但其中也会偶然出现一些特殊的例子，即基因突变，这也是新冠病毒短时间出现了各种各样变异株的原因。但是，病毒是比细菌还低层次的生物，它没有完整的细胞结构，无法独立生活，只有寄生在宿主的体内才能生存。当它侵入宿主细胞后，会开始不断复制自己，在复制的过程中，变异就可能发生。然而，当我们以分子和原子的角度观察生物时，不禁会发现所有生物都只是不同分子和原子的组合体。著名生物学家颜宁教授曾说：“分子层面利用冷冻电镜能看到埃（0.1 nm）的尺度，细胞层面用超分辨技术能对活细胞成像，看到100 nm左右的尺度，这两个尺度之间的细胞内部世界还没有稳定的科学仪器可以观察。”并且她还说，“在这个视角下，对于生命活动的认知还是个黑洞。”（来源：科技日报)。因此，从某种意义上来说，挑战这个“黑洞”，正是当代分子生物学界的使命。分子和原子也是构成物质的基本粒子，那物质也会有进化的意识吗？答案是肯定的，物质也具有进化意识。深度2022年第6期总第127期7深度 特约专栏In-Depth Column特约专栏Column In-Depth 刘仁志病毒变异和生物电化学刘仁志，教授级高级工程师，武汉风帆电化科技股份有限公司首席技术顾问。中国计量大学材料与化学学院兼职教授。中国表面工程协会电子电镀专业委员会副主任委员、电镀分会技术委员会委员、中国电子学会电镀专家委员会常务委员、武汉材料保护杂志编委、天津电镀与精饰杂志编委、中表协中国电镀杂志编委。自1980年起在国内外表面处理专业杂志发表技术论文100多篇，出版专著20余部。参加和主持过多项电镀工艺的开发和应用推广工作。申请并获得了20多项涉及多个专业的中国专利。系本行业著名的表面处理技术专家。当今世界正处于一个巨变的时代，这不单单指世界各国正面临的政治、经济和军事上的挑战和变动，同时也指人们所处的自然界正发生着显著变化。这些巨变，改变了世界，也对人们的生活方式产生了巨大影响。在适应新的社会生活习惯的同时，人们也一直在寻求适合的应对之策，由此也引发了一系列对社会及自然的思考。作为科技工作者，笔者关注更多的是自然环境变化对人类生活的影响情况以及人类的响应举措，这也是人类社会文明进步与发展的动力之一。0 前 言当前生活环境下，自然环境的变化往往会促使新的科学技术的诞生。而科技一直是人类的专利，也是人类智慧的结晶。这几乎是人类的共识，但也会偶然出现一些另类思考：科技是自然界自人类出现后以人为载体的另类进化，是自然界进化的外在体现。科技的进步涉及诸多方面，它使得人类对自然的态度发生改变。人类通过认识自然，进而适应自然，并逐渐向更高阶层进步。当前，全球流行的新冠病毒让世界陷入巨大的恐慌，对人们的生活也造成了严重的影响，世界各国人民都在积极思考并制定应对措施。病毒这种特殊的微生物也因为这次全球公共卫生事件再次引起了人类的重视，成为人们关注的焦点之一。病毒属于细分到一定层次，与非生命体之间的界线已十分模糊的物质。笔者结合自己近些年在电化学方面的研究，通过思考和深入分析生物信息传导模式方面的理论知识，解读了一些与生命科学有关的现象，最后得出的结论是：电化学理论不仅是腐蚀与防护学科的重要基础理论，也是生命科学的重要基础理论。同时，量子电化学在生物信息领域的创新应用，加深了人类对自然的认识。1 病毒为什么要变异？2022年9月24日，中科院高福院士在上海发表了题为人类、病菌与疫苗的演讲，其中谈到，病毒是地球上比人类生存时间更久的微生物，新冠病毒将可能会与人类长期共存。因此，研发抗病毒疫苗将是一个关乎人类健康生存的重要命题。同时，由于病毒的不断变异，人类需不间断地研发针对变异病毒的新型疫苗。这时，不禁就有一些疑问，病毒为什么会发生变异？它又为什么要发生变异？这是一个值得深入探讨的问题。想象一下，趟若物质没有进化意识，那宇宙大爆炸时产生的光子等微粒就不会生成氢、氦、锂、铍、铀等90多个自然元素，且这些元素核外层电子数各不相同，呈现出完全不同的物理和化学性质。正是这些元素的产生，使得地球慢慢演变出五彩斑斓的自然面貌，尤其是在人类这样的高等智慧生命诞生以后，地球更是发生翻天覆地的巨变。但当我们细究所有物质时，我们会发现，它们的最基本构成都是分子和原子，有的甚至是更细小的微粒。同样，自然界的生命体无论通过进化演变出多少种形态和类别，它们最基本的构成仍然是原子和分子。即便这些生命体当前仍一直在不断进化，生物的基本构成元素一直未变。我们知道，一旦生物所处的生存环境发生巨大变化，许多生命会因为不能适应这种突然的巨变而慢慢消逝。但自然界中，总会有一部分“幸运儿”因自身体内发生的某种基因突变，生成新的身体结构或形态，适应人类长期生活在自然中，熟悉了解自然界中各种各样的物质。自然界的物质一般可分为有机物和无机物两大类，后面又出现了生命体和非生命体的分类。自然界中的无机物与有机物有着本质上的区别，同样，生命体和非生命体之间也有着根本的不同。随着人类对自身及其他生物组织结构的不断探究，人们逐渐发现，在某些微观层面上，生命体和非生命体之间的界线已不再清晰，两者之间也没有十分明显的区别。当细究到分子和原子的层级时，自然界中所有物质之间的区别就仅仅是原子核外电子数的不同了。病毒变异是一个涉及生物学与哲学的问题。生物学有一个著名的理论，即生物进化论。进化论阐述的观点是自然界的生物会随着生存环境的改变而进化，以确保在新的环境下能够继续生存，这个进化过程是渐进的。考古学证明，有些生物个体有时候并没有遵循渐变的规律（目前还没有找到哪种生物化石可证实渐变的所有阶段均存在），而是发生不同寻常的基因突变，产生某些奇特的变化并生存了下来，即我们所说的突变论。病毒作为自然界的生物，遵循进化论，为适应生存环境而改变。但其中也会偶然出现一些特殊的例子，即基因突变，这也是新冠病毒短时间出现了各种各样变异株的原因。但是，病毒是比细菌还低层次的生物，它没有完整的细胞结构，无法独立生活，只有寄生在宿主的体内才能生存。当它侵入宿主细胞后，会开始不断复制自己，在复制的过程中，变异就可能发生。然而，当我们以分子和原子的角度观察生物时，不禁会发现所有生物都只是不同分子和原子的组合体。著名生物学家颜宁教授曾说：“分子层面利用冷冻电镜能看到埃（0.1 nm）的尺度，细胞层面用超分辨技术能对活细胞成像，看到100 nm左右的尺度，这两个尺度之间的细胞内部世界还没有稳定的科学仪器可以观察。”并且她还说，“在这个视角下，对于生命活动的认知还是个黑洞。”（来源：科技日报)。因此，从某种意义上来说，挑战这个“黑洞”，正是当代分子生物学界的使命。分子和原子也是构成物质的基本粒子，那物质也会有进化的意识吗？答案是肯定的，物质也具有进化意识。深度2022年第6期总第127期7深度 特约专栏In-Depth Column特约专栏Column In-Depth 了新的生存环境而存活下来，而这就是自然生物的进化。对于一些与人类不利的生物进化，我们通常会称之为变异，但其本质上仍然是一种适应环境的进化。早期，大多数病毒主要寄生在野生动物的身体中。但随着人类对自然环境的过度开发和占用，野生动物的生存空间迅速减少，许多珍稀动物因为适应不了环境的变化而快速消亡，最终使得野生动物的数量急剧减少。可寄生宿主数量的减少，导致病毒为生存逐渐开始向人类的身体入侵。而人类恰好有食用野生动物的习惯，这使得某些原寄生在野生动物体内的病毒有了进入人体的途径。在侵入人类这种新的宿主身体后，病