物理與生命演化課件

物理與起源李弘謙中央大學物理系暨生命科學系(Google:HCLee)2005秋季系列演講展望200511月25日臺大應力所物理與起源李弘謙2005秋季系列演講展望200511月251物理與生命演化課件2愛因斯坦（1879-1955）1879誕生於瑞士190015歲退學，18歲進蘇瑞士聯(lián)邦技術學院。1900年畢業(yè)，成積平平。失業(yè)兩年之後找到專利審查員的工作。1905「神奇的一年」。發(fā)表三篇偉大的科學鉅作：光電效應；發(fā)現(xiàn)光子，催生量子力學布朗運動；建立微觀熱力學創(chuàng)相對論；給「時空」全新的詮釋1911蘇瑞士大學助理教授，1912回蘇瑞士聯(lián)邦技術學院任正教授，1915往首都柏林1915

創(chuàng)廣義相對論；給予物質(zhì)和萬有引力之間的關係一個全新、正確的瞭解愛因斯坦（1879-1955）1879誕生於瑞士3“SubtleistheLord,butmaliciousHeisnot”

主是誨澀的，但是牠並無惡意。

-Einstein1914-1918一次大戰(zhàn)期間極力反戰(zhàn)。1919星光受太陽的引力影響而折射的預測被實驗證實，愛因斯坦一夕之間全球知名。1920之後周遊列國。全力研究「統(tǒng)一場論」，終究沒有成功。終生不相信量子力學。1933希特勒取得政權，愛氏離德往美1939鼓勵美國羅斯?？偨y(tǒng)發(fā)展原子彈

以低制德國。但戰(zhàn)後反核武。1955在普林斯頓家中逝世?！癝ubtleistheLord,butmalic4什麼是物理？目標：瞭解宇宙萬物自然現(xiàn)象方法：觀察、分析自然現(xiàn)象，再用數(shù)學和基本的邏輯推理導出能解釋這些自然現(xiàn)象的最簡單的、普適的基本定理

物理研究的自然現(xiàn)象的特性

新的、基礎的、可以簡化的如：宇宙起源、時空性質(zhì)、物質(zhì)結構、運動法則

什麼不是純物理？

主要由人為因素決定，如社會、經(jīng)濟、政治複雜度很高又不易簡化，如生物、醫(yī)學基本定理的例行應用，如工程（可以很複雜）從物理長出來的新專業(yè)，如化學什麼是物理？目標：瞭解宇宙萬物自然現(xiàn)象5牛頓最早教我們怎麼瞭解自然ISAACNEWTON(1642-1727)自然的數(shù)學定律(1686)牛頓最早教我們怎麼瞭解自然ISAACNEWTON自然的數(shù)6物理學不受時空限制物理學涵蓋的實物非常廣泛最新的─奈米材料、永續(xù)能源最老的─宇宙起源、生命起源最快的─資訊傳遞、粒子遽變最慢的─宇宙演化、生命演化最大的─宇宙探詢最小的─基本粒子、分子生物最熱的─星球燃燒、激光（百萬度以上）最冷的─超導現(xiàn)象、波塞-愛因斯坦現(xiàn)象（百萬分之一度以下）物理學不受時空限制物理學涵蓋的實物非常廣泛7物件的大小是相對的(公尺)1026

類星體1021 銀河1016 星雲(yún)1013 太陽系109 太陽107 地球103 小鎮(zhèn)100 人10-2 眼珠10-5 紅血球10-7 病毒10-10 原子10-14 質(zhì)子物件的大小是相對的(公尺)8宇宙、起源

二十世紀初之前宇宙被認為是靜態(tài)的宇宙動態(tài)觀的大突破來自愛因斯坦的E=mc2宇宙、起源二十世紀初之前宇宙被認為是靜態(tài)的9愛因斯坦為大霹靂理論播了種子E=Mc2

能量與物質(zhì)等價光、電可互換不同的物質(zhì)可互換光電作用g量子力學大闢靂理論細節(jié)廣義相對論g黑洞理論等力牛頓-萬有引力，天體運行法則愛因斯坦(1905)E=MC2愛因斯坦(1915)廣義相對論勒梅特(1927)大霹靂假設哈伯(1929)宇宙在膨脹1930宇宙原始論科學化1937-1960無線電望遠鏡快速發(fā)展，探索宇宙深處1960發(fā)現(xiàn)宇宙溫度、脈沖星、類星體、黑洞等1960量子粒子物理理論成熟、大霹靂快速發(fā)展愛因斯坦為大霹靂理論播了種子E=Mc2能量與物10大霹靂GLeMaitre(1894-1966)BigBangTheory1927EHubble(1889-1953)Observedrecedinguniverse1929哈伯勒梅特大霹靂GLeMaitre(1894-1966)EH11這種研究要很多數(shù)據(jù)，也要做很多計算這種研究要很多數(shù)據(jù)，也要做很多計算12很多重要的科學成就是許多科學家齊心協(xié)力合作的結果很多重要的科學成就是許多科學家齊心協(xié)力合作的結果13現(xiàn)況地球約於38億年前開始有生命太陽系約50億年前形成大霹靂約137億年前發(fā)生大霹靂10-30秒之後的歷史大致瞭解現(xiàn)況14生命、起源、演化十九世紀中葉以前物種之間的關係是靜態(tài)的只有宗教觀、沒有科學觀達爾文：物種演化薛定格：生命科學有數(shù)碼基礎克立克與華生：生物的基礎是分子生命、起源、演化十九世紀中葉以前物種之間的關係是靜態(tài)的15CharlesDarwin

1809-1882物種起源(1859)達爾文把生命起源帶入科學範疇CharlesDarwin

1809-1882物種起源(16物種的特徵：同質(zhì)、極多樣、無所不有

達爾文：它們由一個（或一小群）共同祖先經(jīng)由「天擇」慢慢演化而來物種的特徵：同質(zhì)、極多樣、無所不有

達爾文：它們由一個（或17量子物理創(chuàng)始者薛定格

預言數(shù)碼化的遺傳機制生命是什麼？1944ErwinSchroedinger1887-19611926年創(chuàng)量子力學量子物理創(chuàng)始者薛定格

預言數(shù)碼化的遺傳機制生命是什麼？Erw18DNA結構的解密是現(xiàn)代生命科學的開端華生Watson1928-克立克FrancisCrick

1916-2004

克立克原本是物理學者所以看得懂X-光繞射圖DNA結構的解密是現(xiàn)代生命科學的開端華生克立克克立克原本是物19生命科學原本與數(shù)理科學少有重疊最簡單的現(xiàn)代生物也是超複雜的全自動工廠在新世紀這個情況有極大的改變生命科學原本與數(shù)理科學少有重疊最簡單的現(xiàn)代生物也是在新世紀這20新世紀的生物：整合生物、數(shù)理、電腦、微電機工程，分析、多物件、高通量上世紀的生物：傳統(tǒng)的生物，濕實驗室，觀察、單一物件、低通量新世紀的生物是整合的高通量科學新世紀的生物：整合生物、上世紀的生物：新世紀的生物是整合的高21生命的起源和演化是未解的大謎一切證據(jù)顯示生物有一個（或一小組）共同祖先。生命如何開始？生命如何演化？生命的起源和演化是未解的大謎一切證據(jù)顯示生物有一個（或一小組22同樣要收集數(shù)據(jù)資料，用數(shù)學物理的方法分析、用理論與模型同數(shù)據(jù)做反覆驗證觀察、分析、歸納、假設、理論、驗證但是所用的數(shù)據(jù)、理論與模型大大不同一個用天文及粒子物理數(shù)據(jù)，萬有引力，量子理論一個用基因圖譜和化石，達爾文進化論（及其推廣）和宇宙起源與演化一樣，

生命的起源與演化也受制於物理定律沒想到還有這麼多步要走吧？同樣要收集數(shù)據(jù)資料，用數(shù)學物理的方法分析、用理論與模型同數(shù)據(jù)23在生命演化過程愈早期

基本物理原理的角色愈重要基本物理原理的範疇是簡單或被簡單化的系統(tǒng)現(xiàn)代的生命體非常複雜細膩數(shù)據(jù)、現(xiàn)像可以權宜性的理論瞭解基本的理論不易導出愈早期的生命愈簡單、愈容易用基本物理原理探索基因圖譜是生命密碼，也涵蓋了大部分生命演化的數(shù)碼表現(xiàn)在生命演化過程愈早期

基本物理原理的角色愈重要基本物理原理的24從胚胎到成年，每個物種都會把演化再走一遍魚蠑螈龜雞豬牛兔人

不同的物種，胚胎愈早期越相似這暗示基因圖譜裡載了很多演化的痕跡從胚胎到成年，每個物種都會把演化再走一遍魚蠑螈龜25人類基因圖譜在二十一世紀初完成測序人類基因圖譜在二十一世紀初完成測序26基因圖譜(Genome)由四種鹼基：A腺漂呤C胞嘧啶G鳥漂呤T胸腺嘧啶串成的雙螺旋DNA序列組成也就是由ACGT四個「字母」編的生命密碼手冊每個物種有自己獨特的基因圖譜基因圖譜是全自動工廠的藍圖基因圖譜(Genome)基因圖譜是全自動工廠的藍圖27基因圖譜是最微小的超高密度資料庫每一個生物的每一個細胞裡都有一套那種生物的完整的基因組（圖譜）。人類的基因組載在23對染色體內(nèi)。每一個人的演化歷史和生長藍圖都寫在他的基因組上。人類基因組長約1.5米，直徑約10奈米。從全世界60多億人每一個人身上各取一條基因組，能搓成一條1.5米長、約頭髮一般粗的繩子?；驁D譜是最微小的超高密度資料庫每一個生物的每一個細胞裡都有28不同物種之間的基因圖譜相似性很大人與人之間的基因圖譜約有千分之一的差別。人與大猩猩之間的基因圖譜約有百分之一、二的差別。貓的基因圖譜搬動一百多次之後和人類的大體相同。果蠅和人類的基因圖譜各約有兩萬個基因，這兩組基因大致重疊。細菌一般有大約三、四千個基因，這些基因絕大多數(shù)人類都有。不同物種之間的基因圖譜相似性很大人與人之間的基因圖譜約有千分29比較不同物種的基因圖譜能夠找出它們之間的親緣樹部分脊椎動物親緣樹比較不同物種的基因圖譜能夠找出它們之間的親緣樹部分脊椎動物30比較幾百種物種若干基因所得的「生命樹」真細菌古細菌真核生物比較幾百種物種若干基因所得的「生命樹」真細菌古細菌真核生物31我們也大體知道演化至今走了多久40億年前現(xiàn)在真細菌古細菌真核生物我們也大體知道演化至今走了多久40億年前現(xiàn)在真細菌古細菌真核32從完整基因圖譜

探索起源與演化漫談我們自己最近的一些工作從完整基因圖譜

探索起源與演化漫談我們自己最近的一些工作33為什麼生命演化的這麼快？基因圖譜演化的實質(zhì)是增加資訊含量資訊是有序的，是無序的相反然而演化事件絕大多數(shù)是隨機且不可逆的熱力學第二定律：不可逆的事件使熵增加熵是無序的量化表示熵增加，序就減少，資訊就減少所以隨機的演化不容易導致資訊的增加即：基因圖譜演化的過程看似是逆勢而行為什麼生命演化的這麼快？基因圖譜演化的實質(zhì)是增加資訊含量34基因圖譜與隨機序列基因圖譜是A、C、G、T四種化學「字母」排成的序列因為有資訊，所以有一定的秩序可以視為一（長）篇（看不懂的）文章文章的特性：不同的字出現(xiàn)次數(shù)多寡不一把字母打亂，就成隨機（無序）序列、無意義的亂碼隨機亂碼的特性：不同的字出現(xiàn)次數(shù)相近基因圖譜與隨機序列基因圖譜是A、C、G、T四種化學「字母」排35簡單一點的序列：丟銅板5：55：54：67：32：8：面：背簡單一點的序列：丟銅板5：55：54：67：32：8：面：背36統(tǒng)計學知道各種組合出現(xiàn)的機率(%)100806040200012345678910

01030507090100

02505007501000

如果是隨機的丟，丟的次數(shù)愈大（即序列愈長），面、背各半的機會愈大，偏離各半的機會愈小。序列愈長，機率分佈圖愈窄統(tǒng)計學知道各種組合出現(xiàn)的機率(%)01237對基因圖譜也可做類似分析基因圖譜很長、細菌的有幾百萬個「字母」，人類的染色體有幾億個「字母」。所以字串出現(xiàn)機率分佈圖應該非常窄。對基因圖譜也可做類似分析基因圖譜很長、細菌的有幾百萬個「字母38

1tgctgagaaaacatcaagctgtgtttctccttccccaaagacacttcgcagcccctcttg

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AstretchofgenomefromtheXchromo-someofHomosapienhttp:///entrez/viewer.fcgi?val=2276452&db=Nucleotide&dopt=GenBankThecompletegenomehas2,000,000suchPagesGenomesareBIG1tgctgagaaaacatcaagctgt39實際分析之後發(fā)現(xiàn)不然(%)100806040200

05000001000000以為會這樣02505007501000

05000001000000發(fā)現(xiàn)是這樣比預期的寬非常多

實際分析之後發(fā)現(xiàn)不然(%)40全基因圖譜給我們的驚奇我們分析了所有資料庫裡的全基因圖譜序列（約300條）之後發(fā)現(xiàn)，不論全基因序列有多長（幾十萬至幾億個「字母」），它們：的字串出現(xiàn)機率分佈圖的寬窄不會隨序列的增長而變窄，卻維持大致不變寬窄與約一千個字母的隨機序列一樣全基因圖譜給我們的驚奇我們分析了所有資料庫裡的全基因圖譜序41基因圖譜的主要生長機制是「最高度隨機片段複製」小型隨機突變大部分的圖便是中性的（不好不壞）天擇對演化影響非常大，但是對的生長只有微調(diào)的影響隨機片段複製的生長機制在基因圖譜很短時–不及500『字母』長–就已經(jīng)開始當時應該是生命最早期的『RNA世界』時代（許多工作之後的）幾個推論總結基因圖譜的主要生長機制是（許多工作之後的）幾個推論總結42我們的生長模型與絕大部分基因圖譜的大尺度結構現(xiàn)像吻合所有物種的基因都可分類為十幾個「同源」（有相同的原始備份）家族基因圖譜各處都有片段複製的痕跡基因圖譜的大尺度重組現(xiàn)像基因圖譜的自相似性基因圖譜字串的位置分部的隨機性基因圖譜是自然界的原始自我抄襲者我們的生長模型與絕大部分基因圖譜的大尺度結構現(xiàn)像吻合基因圖譜43拷貝文件、程式是我們累積資訊最有效的方法隨機片段複製是基因圖在無意識主導的情況下自動譜累積資訊最有效的方法或許，今天我們能在這兒談天，是因為我們的共同祖先在30多億年前，像「瞎子造錶」一般，做了一些複製機（核糖脢），淘汰了那些沒有複製機的異類生命體，走上了以隨機片段複製快速生長和演化的路。『基因圖譜為什麼長得這麼快？』

也許有部分解答拷貝文件、程式是我們累積資訊最有效的方法『基因圖譜為什麼長得44我們對宇宙和生命演化知道了不少，但是不知道的更多。我們對宇宙和生命的起源點幾乎一無所知。很多人在努力儘量往起源點推進。瞭解來源和歷史，可以幫助我們選擇如何向前邁進。我們對宇宙和生命演化知道了不少，但是不知道的更多。45人類有特別發(fā)達的大腦只有人類會想起源的問題只有人類會用數(shù)學、邏輯只有人類會體會文學、藝術只有人類會想要瞭解自己只有人類會欣賞自然界其他的物種只有人類知道他們和其他物種共有同一祖先讓我們善用自己的特別幸運也讓我們珍惜我們與其他物種共享的宇宙人類是很特別、幸運的物種人類有特別發(fā)達的大腦人類是很特別、幸運的物種46一起工作的年輕朋友(2003)

一起工作的年輕朋友(2003)47謝謝大家！歡迎到中央大學訪問我的網(wǎng)頁

.tw/~hclee/或Google

“HCLee”謝謝大家！48時間的長短也是相對的(秒)1018

140億年前宇宙誕生，40億年前生命開始1015 恐龍1.4億年前死亡1011 上次冰河期（1萬年前）109 人類一世代106

一個月102 一分鐘100 一秒10-4 人耳可聽到最高音的週期10-8 FM波週期10-11 可見光週期10-15 電子繞氫原子一週時間10-20

g-射線週期10-24 最短粒子壽命時間的長短也是相對的(秒)49物件的質(zhì)量也有很大的差別宇宙太陽地球人大腸桿菌氫原子物件的質(zhì)量也有很大的差別宇宙太陽地球人大腸桿菌氫原子50人類的

二十四

種染色體人類的

二十四

種染色體51在需要的時候，細胞裡有微機器把

特訂的基因解碼、製造成特訂的蛋白質(zhì)轉錄至轉譯至（蛋白質(zhì)）在需要的時候，細胞裡有微機器把

特訂的基因解碼、製造成特訂的52有百萬種以上的蛋白質(zhì)，每個都是一個自然生成的有特定功能的自動微奈米機器蛋白質(zhì)是一個自然生成的有特定功能的自動微奈米機器，自然界有百萬種有百萬種以上的蛋白質(zhì)，每個都是一個自然生成的有特定功能的自動53人類第一染色體基因編碼解讀二億四千五百萬鹼基長編碼二千六百一十個基因人類第一染色體基因編碼解讀二億四千五百萬鹼基長54物理與起源李弘謙中央大學物理系暨生命科學系(Google:HCLee)2005秋季系列演講展望200511月25日臺大應力所物理與起源李弘謙2005秋季系列演講展望200511月2555物理與生命演化課件56愛因斯坦（1879-1955）1879誕生於瑞士190015歲退學，18歲進蘇瑞士聯(lián)邦技術學院。1900年畢業(yè)，成積平平。失業(yè)兩年之後找到專利審查員的工作。1905「神奇的一年」。發(fā)表三篇偉大的科學鉅作：光電效應；發(fā)現(xiàn)光子，催生量子力學布朗運動；建立微觀熱力學創(chuàng)相對論；給「時空」全新的詮釋1911蘇瑞士大學助理教授，1912回蘇瑞士聯(lián)邦技術學院任正教授，1915往首都柏林1915

創(chuàng)廣義相對論；給予物質(zhì)和萬有引力之間的關係一個全新、正確的瞭解愛因斯坦（1879-1955）1879誕生於瑞士57“SubtleistheLord,butmaliciousHeisnot”

主是誨澀的，但是牠並無惡意。

-Einstein1914-1918一次大戰(zhàn)期間極力反戰(zhàn)。1919星光受太陽的引力影響而折射的預測被實驗證實，愛因斯坦一夕之間全球知名。1920之後周遊列國。全力研究「統(tǒng)一場論」，終究沒有成功。終生不相信量子力學。1933希特勒取得政權，愛氏離德往美1939鼓勵美國羅斯?？偨y(tǒng)發(fā)展原子彈

以低制德國。但戰(zhàn)後反核武。1955在普林斯頓家中逝世?！癝ubtleistheLord,butmalic58什麼是物理？目標：瞭解宇宙萬物自然現(xiàn)象方法：觀察、分析自然現(xiàn)象，再用數(shù)學和基本的邏輯推理導出能解釋這些自然現(xiàn)象的最簡單的、普適的基本定理

物理研究的自然現(xiàn)象的特性

新的、基礎的、可以簡化的如：宇宙起源、時空性質(zhì)、物質(zhì)結構、運動法則

什麼不是純物理？

主要由人為因素決定，如社會、經(jīng)濟、政治複雜度很高又不易簡化，如生物、醫(yī)學基本定理的例行應用，如工程（可以很複雜）從物理長出來的新專業(yè)，如化學什麼是物理？目標：瞭解宇宙萬物自然現(xiàn)象59牛頓最早教我們怎麼瞭解自然ISAACNEWTON(1642-1727)自然的數(shù)學定律(1686)牛頓最早教我們怎麼瞭解自然ISAACNEWTON自然的數(shù)60物理學不受時空限制物理學涵蓋的實物非常廣泛最新的─奈米材料、永續(xù)能源最老的─宇宙起源、生命起源最快的─資訊傳遞、粒子遽變最慢的─宇宙演化、生命演化最大的─宇宙探詢最小的─基本粒子、分子生物最熱的─星球燃燒、激光（百萬度以上）最冷的─超導現(xiàn)象、波塞-愛因斯坦現(xiàn)象（百萬分之一度以下）物理學不受時空限制物理學涵蓋的實物非常廣泛61物件的大小是相對的(公尺)1026

類星體1021 銀河1016 星雲(yún)1013 太陽系109 太陽107 地球103 小鎮(zhèn)100 人10-2 眼珠10-5 紅血球10-7 病毒10-10 原子10-14 質(zhì)子物件的大小是相對的(公尺)62宇宙、起源

二十世紀初之前宇宙被認為是靜態(tài)的宇宙動態(tài)觀的大突破來自愛因斯坦的E=mc2宇宙、起源二十世紀初之前宇宙被認為是靜態(tài)的63愛因斯坦為大霹靂理論播了種子E=Mc2

能量與物質(zhì)等價光、電可互換不同的物質(zhì)可互換光電作用g量子力學大闢靂理論細節(jié)廣義相對論g黑洞理論等力牛頓-萬有引力，天體運行法則愛因斯坦(1905)E=MC2愛因斯坦(1915)廣義相對論勒梅特(1927)大霹靂假設哈伯(1929)宇宙在膨脹1930宇宙原始論科學化1937-1960無線電望遠鏡快速發(fā)展，探索宇宙深處1960發(fā)現(xiàn)宇宙溫度、脈沖星、類星體、黑洞等1960量子粒子物理理論成熟、大霹靂快速發(fā)展愛因斯坦為大霹靂理論播了種子E=Mc2能量與物64大霹靂GLeMaitre(1894-1966)BigBangTheory1927EHubble(1889-1953)Observedrecedinguniverse1929哈伯勒梅特大霹靂GLeMaitre(1894-1966)EH65這種研究要很多數(shù)據(jù)，也要做很多計算這種研究要很多數(shù)據(jù)，也要做很多計算66很多重要的科學成就是許多科學家齊心協(xié)力合作的結果很多重要的科學成就是許多科學家齊心協(xié)力合作的結果67現(xiàn)況地球約於38億年前開始有生命太陽系約50億年前形成大霹靂約137億年前發(fā)生大霹靂10-30秒之後的歷史大致瞭解現(xiàn)況68生命、起源、演化十九世紀中葉以前物種之間的關係是靜態(tài)的只有宗教觀、沒有科學觀達爾文：物種演化薛定格：生命科學有數(shù)碼基礎克立克與華生：生物的基礎是分子生命、起源、演化十九世紀中葉以前物種之間的關係是靜態(tài)的69CharlesDarwin

1809-1882物種起源(1859)達爾文把生命起源帶入科學範疇CharlesDarwin

1809-1882物種起源(70物種的特徵：同質(zhì)、極多樣、無所不有

達爾文：它們由一個（或一小群）共同祖先經(jīng)由「天擇」慢慢演化而來物種的特徵：同質(zhì)、極多樣、無所不有

達爾文：它們由一個（或71量子物理創(chuàng)始者薛定格

預言數(shù)碼化的遺傳機制生命是什麼？1944ErwinSchroedinger1887-19611926年創(chuàng)量子力學量子物理創(chuàng)始者薛定格

預言數(shù)碼化的遺傳機制生命是什麼？Erw72DNA結構的解密是現(xiàn)代生命科學的開端華生Watson1928-克立克FrancisCrick

1916-2004

克立克原本是物理學者所以看得懂X-光繞射圖DNA結構的解密是現(xiàn)代生命科學的開端華生克立克克立克原本是物73生命科學原本與數(shù)理科學少有重疊最簡單的現(xiàn)代生物也是超複雜的全自動工廠在新世紀這個情況有極大的改變生命科學原本與數(shù)理科學少有重疊最簡單的現(xiàn)代生物也是在新世紀這74新世紀的生物：整合生物、數(shù)理、電腦、微電機工程，分析、多物件、高通量上世紀的生物：傳統(tǒng)的生物，濕實驗室，觀察、單一物件、低通量新世紀的生物是整合的高通量科學新世紀的生物：整合生物、上世紀的生物：新世紀的生物是整合的高75生命的起源和演化是未解的大謎一切證據(jù)顯示生物有一個（或一小組）共同祖先。生命如何開始？生命如何演化？生命的起源和演化是未解的大謎一切證據(jù)顯示生物有一個（或一小組76同樣要收集數(shù)據(jù)資料，用數(shù)學物理的方法分析、用理論與模型同數(shù)據(jù)做反覆驗證觀察、分析、歸納、假設、理論、驗證但是所用的數(shù)據(jù)、理論與模型大大不同一個用天文及粒子物理數(shù)據(jù)，萬有引力，量子理論一個用基因圖譜和化石，達爾文進化論（及其推廣）和宇宙起源與演化一樣，

生命的起源與演化也受制於物理定律沒想到還有這麼多步要走吧？同樣要收集數(shù)據(jù)資料，用數(shù)學物理的方法分析、用理論與模型同數(shù)據(jù)77在生命演化過程愈早期

基本物理原理的角色愈重要基本物理原理的範疇是簡單或被簡單化的系統(tǒng)現(xiàn)代的生命體非常複雜細膩數(shù)據(jù)、現(xiàn)像可以權宜性的理論瞭解基本的理論不易導出愈早期的生命愈簡單、愈容易用基本物理原理探索基因圖譜是生命密碼，也涵蓋了大部分生命演化的數(shù)碼表現(xiàn)在生命演化過程愈早期

基本物理原理的角色愈重要基本物理原理的78從胚胎到成年，每個物種都會把演化再走一遍魚蠑螈龜雞豬牛兔人

不同的物種，胚胎愈早期越相似這暗示基因圖譜裡載了很多演化的痕跡從胚胎到成年，每個物種都會把演化再走一遍魚蠑螈龜79人類基因圖譜在二十一世紀初完成測序人類基因圖譜在二十一世紀初完成測序80基因圖譜(Genome)由四種鹼基：A腺漂呤C胞嘧啶G鳥漂呤T胸腺嘧啶串成的雙螺旋DNA序列組成也就是由ACGT四個「字母」編的生命密碼手冊每個物種有自己獨特的基因圖譜基因圖譜是全自動工廠的藍圖基因圖譜(Genome)基因圖譜是全自動工廠的藍圖81基因圖譜是最微小的超高密度資料庫每一個生物的每一個細胞裡都有一套那種生物的完整的基因組（圖譜）。人類的基因組載在23對染色體內(nèi)。每一個人的演化歷史和生長藍圖都寫在他的基因組上。人類基因組長約1.5米，直徑約10奈米。從全世界60多億人每一個人身上各取一條基因組，能搓成一條1.5米長、約頭髮一般粗的繩子?；驁D譜是最微小的超高密度資料庫每一個生物的每一個細胞裡都有82不同物種之間的基因圖譜相似性很大人與人之間的基因圖譜約有千分之一的差別。人與大猩猩之間的基因圖譜約有百分之一、二的差別。貓的基因圖譜搬動一百多次之後和人類的大體相同。果蠅和人類的基因圖譜各約有兩萬個基因，這兩組基因大致重疊。細菌一般有大約三、四千個基因，這些基因絕大多數(shù)人類都有。不同物種之間的基因圖譜相似性很大人與人之間的基因圖譜約有千分83比較不同物種的基因圖譜能夠找出它們之間的親緣樹部分脊椎動物親緣樹比較不同物種的基因圖譜能夠找出它們之間的親緣樹部分脊椎動物84比較幾百種物種若干基因所得的「生命樹」真細菌古細菌真核生物比較幾百種物種若干基因所得的「生命樹」真細菌古細菌真核生物85我們也大體知道演化至今走了多久40億年前現(xiàn)在真細菌古細菌真核生物我們也大體知道演化至今走了多久40億年前現(xiàn)在真細菌古細菌真核86從完整基因圖譜

探索起源與演化漫談我們自己最近的一些工作從完整基因圖譜

探索起源與演化漫談我們自己最近的一些工作87為什麼生命演化的這麼快？基因圖譜演化的實質(zhì)是增加資訊含量資訊是有序的，是無序的相反然而演化事件絕大多數(shù)是隨機且不可逆的熱力學第二定律：不可逆的事件使熵增加熵是無序的量化表示熵增加，序就減少，資訊就減少所以隨機的演化不容易導致資訊的增加即：基因圖譜演化的過程看似是逆勢而行為什麼生命演化的這麼快？基因圖譜演化的實質(zhì)是增加資訊含量88基因圖譜與隨機序列基因圖譜是A、C、G、T四種化學「字母」排成的序列因為有資訊，所以有一定的秩序可以視為一（長）篇（看不懂的）文章文章的特性：不同的字出現(xiàn)次數(shù)多寡不一把字母打亂，就成隨機（無序）序列、無意義的亂碼隨機亂碼的特性：不同的字出現(xiàn)次數(shù)相近基因圖譜與隨機序列基因圖譜是A、C、G、T四種化學「字母」排89簡單一點的序列：丟銅板5：55：54：67：32：8：面：背簡單一點的序列：丟銅板5：55：54：67：32：8：面：背90統(tǒng)計學知道各種組合出現(xiàn)的機率(%)100806040200012345678910

01030507090100

02505007501000

如果是隨機的丟，丟的次數(shù)愈大（即序列愈長），面、背各半的機會愈大，偏離各半的機會愈小。序列愈長，機率分佈圖愈窄統(tǒng)計學知道各種組合出現(xiàn)的機率(%)01291對基因圖譜也可做類似分析基因圖譜很長、細菌的有幾百萬個「字母」，人類的染色體有幾億個「字母」。所以字串出現(xiàn)機率分佈圖應該非常窄。對基因圖譜也可做類似分析基因圖譜很長、細菌的有幾百萬個「字母92

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