分子生物学（二）

因此，这种“进展分子”的过程通常使用来自分子生物学的实验方法来检查分子水平的复杂现象（是IT基因调节，行为或进化）。 许多领域的分子化向哲学家推出了一系列感兴趣的问题。 从模型生物中概括研究结果的实践提出了关于基础科学和临床研究中外推推论的验证，限制和潜在缺陷的问题（参见第3.3节）。 和分子生物学的还原技术提出了关于科学调查是否应始终努力降低较低和下层的问题（参见第3.1节）。

1.4进入基因组和后基因组

在20世纪70年代，正如许多领先的分子生物学家都迁移到其他领域，分子生物学本身就会发生基因组（参见基因组学和后明源的进入）。 该基因组是生物体细胞内的核酸碱对的集合（含有胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）的腺嘌呤（a）对与鸟嘌呤（g））。 碱基对的数量在物种之间差异很大。 例如，引起嗜血杆菌的感染（第一个细菌基因组）在其基因组中具有大约110百万个碱基对（Fleischmann等，1995），而感染伴随的Homo Sapiens携带在其基因组中超过30亿基对（国际人类基因组测序联盟2001，Venter等人2001）。 基因组学的历史是开发和使用新的实验和计算方法，用于生产，存储和解释这种序列数据（Ankeny 2003; Stevens 2013）。

Frederick Sanger在启动这种发展方面发挥了明亮作用，在20世纪50年代和1960年代创造了有影响力的DNA测序技术（Saiki等，1985;对于历史治疗，请参阅Sanger 1988; Judson 1992; 1995年的截止日期; Rabinow 1996; Morange 1998; De Chadarevian 2002;小2003; Garcia-Sancho 2012;在其他互联网资源中的DNA测序Sanger方法）。 同样重要的是Edwin Southern的开发方法检测DNA样品中DNA的特定序列（南部1975）。 南方印迹，如众所周知，首先将一股DNA消化为许多小型DNA片段开始; 然后将这些片段分离（在称为凝胶电泳）的过程中，基于尺寸，放置在滤纸上，将DNA片段“呈现给新培养基，然后用DNA探针化学标记; 然后探测器允许鉴定和可视化DNA片段（另请参见其他因特网资源中的南部印迹）。 播放“南方”同音异起喻，随后检测RNA和蛋白质的印迹技术被称为Northern印迹和Western Blotting。

在20世纪80年代中期，在开发测序技术后，美国能源部（DOE）起源于序列人类基因组（最初作为更大的计划的一部分，以确定辐射对广岛诱导的人类基因组的影响。长崎爆炸）。 由DOE和美国国家卫生院（NIH）共同管理的由此产生的人类基因组项目（HGP）利用现有的排序方法和引入新的（Kevles和Hood 1992，也可以参见人类基因组项目的条目）。 虽然人类基因组项目受到大部分公众的关注，但数千个基因组迄今为止，包括猫（Pontius等，2007），小鼠（Waterson等，2002），米饭（Goff等，2002）和一群鸟基因组（Zhang等人。2014）。 对测序基因组的增加鼓励了几个学科“Go Genomic”，包括行为遗传学（Plomin等人2003），发育生物学（Srinivasan和Sommer 2002），细胞生物学（Taniguchi等人。2002年），进化生物学（Ohta和Kuroiwa 2002）。 更重要的是，基因组学由教科书（Cantor和Smith 1999）和期刊，如基因组生物学和基因组研究。 人类基因组项目本身将其注意力从标准化的人类基因组中引起了人类基因组多样性倡议（Gannett 2003），HapMap项目（International HapMap Consortium 2003）和1000个基因组的形式的基因组之间的变化项目（Siva 2008）。

基因组测序项目的最令人惊讶的结果之一是生物体中发现的基因总数（在本文中定义为代码的DNA的延伸）。 人类基因组含有20,000至25,000个基因，猫含有20,285个基因，小鼠24,174和水稻32,000至50,000。 与早期的假设相比，事实证明，食物链上的有机态复杂性也不是基因数（Baedke 2018; Brigandt，Green和O'Malley 2017;绿色2017）（参见入门基因组学与后核科学。 相关挑战是遗传相似性要求的意义。 例如，如何解释人和南瓜基因组的发现相似75％？ 这一发现是否告诉我们对南瓜的整体相似性的任何东西（Piotrowska 2009）？ 这些挑战使许多研究人员更紧密地关注非编码调节序列和基因组表达调节，作为有机体复杂性的替代解释（Morange 2006）。 这种“后基因组”方法利用基因组学提供的序列信息，但随后将其与参与转录机制（转录组织），法规（正规论），新陈代谢（代谢组学）的所有其他实体和活动的分析中的分析。和表达（蛋白质组学）。 （参见编码项目2012; Germain等人。2014;（另见系统和合成生物学的哲学进入）。

除了DNA结合蛋白外，未转录成蛋白质产品的RNA分子在蛋白质编码基因的调节中起重要作用，以及保护基因组免受病毒和转座子。 RNA干扰（RNAi）是选择性地结合其他RNA分子的短单链RNA，抑制它们的翻译成蛋白质。 类似的小型非编码RNA是防御机制的一部分，称为CRISPR，可保护细菌免受入侵病毒。 非编码RNA已成为一个极其强大的实验工具，允许研究人员具体而可逆地灭活任何感兴趣的基因。 特别是，CRISPR系统已经适用于真核细胞，其中它们已成为基因组操作的选择方法（Doudna和Charpentier 2014）。 在概念层面上，发育复杂性与非编码序列的增加相关的事实与蛋白质编码序列相反，一些作者得出结论，“遗传信息的原始概念缺乏并且大多数基因在复杂生物中的大多数基因指定监管RNA”（Mattick 2023）。

基因组学的进展在很大程度上取决于新技术的发展，其中一些资本化在分子生物学中产生的发现，而其他人则从其他学科进口知识。 在20世纪70年代在20世纪70年代将RNA转化为DNA的病毒逆转录酶将RNA转化为DNA，探讨了互补DNA或cDNA，含有DNA的文库的开发方式转入mRNA的序列。 该技术不仅彻底改变了对基因组的研究，而且还提供了对后来成为RNOMICS的首次见解，或者研究细胞的全局转录谱的研究。 由Kary B.Mullis于1983年开发的聚合酶链式反应（PCR），使用热稳定的DNA聚合酶从嗜热细菌中克隆DNA体外，大大简化和加速克隆方法。 逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）结合了两种技术，目前用于监测基因表达，克隆，诊断和取证。 第二代测序技术将荧光标记与传统的异氧化序列相结合同样有乐曲在基因组项目的增殖中。 这些新技术显着降低了成本和时间，将分子生物学推进到“大数据”领域（Leonelli 2016）。 最后，随着测序基因组的数量增加，增加了生物信息学的需求和兴趣以及基因组注释技术的发展（Griffiths和Stotz 2013）。

发展中的基因组学和后基因组学有引发了一个数字的哲学问题关于分子生物学。 由于基因组需要大量的其他机制来促进蛋白质产品的产生，可以真正应优先考虑的DNA（见2.3节）？ 类似地，在面对转录，调节和表达中涉及的相互依赖机制，可以单独使用DNA作为遗传信息的持票人，或者是在所有这些实体和活动中分布的信息（参见第2.2节）？ 将其他物种基因组的信息从关于人类基因组如何运行的信息外推（参见第3.3节），是合适的吗？

1.5最近的实验和概念发展

除了实现可能的大规模“OMIC”项目的实验和计算技术，许多其他创新是最近的分子生物学研究。 与需要晶体样品的X射线晶体术不同，新开发的核磁共振谱（NMR）和冷冻电子显微镜（Cryo-EM）技术允许研究人员阐明溶液中分子的三维结构。 用于研究生物分子的结构的多种方法以及不同方法产生的结果之间的偶尔分歧，为探索多元化的问题与科学宗教士（Mitchell和Gronenborb 2017; Mitchell）提供了一个有趣的案例研究2009年; Bolinska 2022; Vallejos-Baccelliere和Vecchi 2024;另请参阅多元化[链接到进入“多元化”）。 这些新技术还揭示了许多蛋白质含有相对大的非结构化或低复杂性域。 许多这样的域的进化保守的事实表明它们具有生物学上相关的功能，例如在细胞的特定区域中提供用于结合和浓缩生物分子的柔性支架。 一些脚手架结构可以形成膜状体细胞器，或者与具有固定化学计量和几何形状的大分子机（Alberts 1998）不同，模拟缩聚物，其具有动态和变量的更像液体构成和几何形状（Banani等，2017）。

干细胞研究标有受媒体广泛覆盖的重大突破。 1958年，约翰·戈登（John Gurdon）成功地使用核移植技术克隆了一只青蛙。 从分化细胞提取并移植到Enucleated卵中的核发生成明显正常的生物体LED科学家得出结论，由于曾经认为，细胞分化是不可逆转的，但是分化细胞可以“重新编程”进入全能的细胞和多能干细胞。 与“遗传编程”不同，“细胞编程”不涉及编码序列的改变，而是负责激活胚胎临界基因的转录因子的过度表达（Fagan 2013,2021）。

虽然已经怀疑，但由于支撑它们的分子机制的随机性，但是通常认为细胞必须最小化分子噪声，以便可靠地产生确定性行为，因此通常假设细胞行为是本质的概率。通过研究大量的细胞群观察。 然而，这种假设是通过越来越多的研究挑战，证明在同一环境中生长的细胞的甚至是均匀的细胞群可以显示表型差异。 例如，编码相同类型的神经元中的离子通道的基因的表达水平可以在细胞和个体之间急剧差异，导致突触和膜导电的值（Marder和Taylor 2011）的可测量差异。 这和其他类似的现象与外推的问题有关，尽管这一时间涉及对个人或奇异行为的推论给予人口级别统计数据。 例如，虽然细胞群体的研究支持细胞以刺激的分级方式响应的结论，但实际上，每个细胞都可能采用分类，“开启”或“关”响应表型。

最后，虽然生物学的许多分支有“消失的分子”，但分子生物学本身拥有数学建模。 数学建模是许多生物分支的常见做法，包括经典和临床遗传学，生态学，流行病学，系统生物学以及化学和生物化学。 相比之下，分子生物学传统上依赖于激发机制的各种哲学特征的定性描述（参见第2.1节）。 这在过去的二十年中发生了变化，最新版本的广泛使用的细胞教科书（Alberts等，2022，Ch.8）的实质性部分致力于生物学功能的数学分析，意味着补充生化和分子分析方法。 分子机制的动态性质经常通过从化学，控制论，机械工程和计算机科学借用的数学建模方法来研究。 同样，在体外重建实验中[用于讨论体外重建实验，参见（Weber 2005; Matlin 2022）]在用于产生证据的硅实验中，原则上，原则上的机制足以产生一个兴趣现象（Bechtel 2011; Braillard＆Maloterre 2015）[虽然这种模拟不能证明所提出的机制实际上对该现象（Craver 2006）]。

分子生物学和相关领域的解释方法，新的实验技术的发展数学和微妙的转变，以及与外部和外部的其他学科的实验和理论交流对科学哲学家的兴趣引入了新的问题。生物学。 其中包括有关机制性质的问题（第2.1节）和机械解释的完整性（第3.2节），减少和整合（第3.1节），外推到各个生物系统（第3.3节）和实验（第3.4节）。

2.分子生物学的概念

机制，信息和基因的概念在分子生物学史上非常突出。 反过来，哲学家纷纷关注这些概念的大量关注，以了解它们是如何使用的。

2.1机制

传统上，科学哲学家取得了成功的科学解释，从自然法则中推导出来（HEMPEL和OPPENHEIM 1948;有关自然法律和科学解释的条目）。 生物学的哲学家批评这种传统分析与生物学中不适用，特别是分子生物学。 （有关进一步讨论，请参阅Beatty 1995; Brandon 1997; Lange 2000; Mitchell 1997; Smart 1963; Sober 1997; Waters 1998; Weber 2005）。

在Wesley Salmon（1984年，1998年）开创的因果机传统，哲学家转向了解机制阐明作为生物学科学解释的大道（Bechtel和Abrahamsen 2005; Bechtel和Richardson 1993; Craver 2007; Darden 2006a; Glennan 2017; Machamer，Darden和Craver 2000; Sarkar 1998; Schaffner 1993;伍德沃德2002，2010）。 多年来出现了一种机制的若干特征（Bechtel和Abrahamsen 2005; Glennan 2002; Machamer，Darden和Craver 2000）。 Stuart Glannan总结了机制的基本特征，如下所示：

现象的机制由实体（或零件）组成，其活动和互动组织，以便负责该现象。 （Glennan 2017：17）[类似表征查看（Illari和Williamson 2012：120）]

例如，考虑DNA复制的现象。 DNA的双螺旋（具有组织的实体）向后展开DNA螺旋的两部分展开（活动）和新的组件（实体）键（一项活动）。 DNA是由几个子部分组成的核酸：糖磷酸盐骨架和核酸碱。 当DNA展开时，碱基表现出薄弱的电荷，所以由分子中的轻微不对称导致的性质。 这些弱电荷允许DNA基础及其补充，从事形成氢气（弱极）化学键的活性; 该活动的特异性是由于碱的子部分中弱极性电荷的拓扑布置。 最终，具有极性电荷的实体使得氢键形成的活性能够。 在互补碱基对齐之后，通过更强的共价键合，骨架形式。 该机制继续展开和绑定在一起（活动）新部分，以产生两个母螺旋（或多或少忠实）母螺旋的副本（新成立的实体）。 （这种“半保守复制”的过程和证实它的MESELSON-STAHL实验在第3.4节中更详细地讨论。）

理解分子生物学中的科学解释有几种因果机械方法。 对于一个，在生物解释时，它是最真实的。 分子生物学家很少描述他们的实践和成就作为新理论的发展; 相反，他们描述了他们的实践和成就作为分子机制的阐明（Baetu 2019;蔓越，2001; Machamer，Darden，Craver 2000; [这里链接到进入“科学中的机制”）。 其次，知识的机制展示了什么作品：阐明的机制提供了理解。 第三，因果机械方法捕获了对规律性和变异的生物解释。 与物理学不同，在科学家假设电子是电子是电子的情况下，生物学家通常恰好将一个人与另一个人不同的东西，或者从另一个人的人口不同，或者从另一个物种（嵌入图2009; Tabery 2009,2014）。 最后，机制的知识可能允许人们介入改变机制产生的内容，以操纵其部件以构建实验工具，或修复破碎的患病机制。 简而言之，阐明的机制知识提供了理解，预测和控制。

2.2信息

信息语言通常出现在分子生物学中。 据说基因作为碱基的线性DNA序列携带“信息”以产生蛋白质。 在蛋白质合成期间，将信息“转录”从DNA到信使RNA，然后从RNA“翻译”到蛋白质。 关于遗传，通常表示，从一代到接下来的内容是基因中的“信息”，即沿互补DNA链的碱的线性排序。 自介绍以来，生物学的历史学家已经跟踪了信息 - 在分子生物学中的信息谈判（KAY 2000）。

生物学哲学家的问题是对信息概念的分析是否可以捕获分子生物学中使用概念的各种方式（例如，Maynard Smith 2000）。 在沟通的数学理论中的使用过于贫困以捕获分子生物学使用，因为DNA中的编码序列大于具有可能或可能不准确传播的一些比特的信号（Sarkar 1996b，c; Sterelny和Griffiths 1999; Shannon和Weaver 1949）。 相反，可以谈论认知神经科学的用途（例如，克里克1988），因为DNA中的编码序列也没有据说在它们内部的综合体内（Kölv2020）或甚至蛋白质的结构（Darden 2006b）。 没有定义“信息”，因为它在分子生物学中使用的是生物学哲学家的广泛支持。

Stephen Downes（2006）有助于区分三个职位，就信息与自然世界之间的关系：

信息存在于DNA和其他核苷酸序列中。 其他蜂窝机制不包含任何信息。

信息存在于DNA中，在其他核苷酸序列和其他细胞机制中，例如细胞质或细胞蛋白质; 在许多其他媒体中，例如，有机体更广泛的环境的胚胎环境或组件。

DNA和其他核苷酸序列不包含信息，也不包含任何其他细胞机制。

可以在本地性地或启发性地阅读这些选项。 例如，（1）的启发式阅读观察分子生物学中信息的谈判在提供谈话和指导研究方面有用。 因此，在不对本体地位（Sarkar 2000）的任何承诺的情况下，可以捍卫信息概念的启发式利益。 事实上，人们可能会争辩说，模糊和开放的信息使用信息对于启发式目的是有价值的，特别是在早期发现阶段在开发领域。

哲学家对生物学信息概念的讨论也集中在本体论阅读。 三种不同的信息账户作为拖欠三大类的平方例。 Ulrich Stegmann（2005）提供了拖欠的第一类的例子，并通过他对模板为导向的合成分析。 （Stegmann确实明确允许核苷酸序列以外的组件可能包含他所谓的教学信息。然而，他唯一的例子是涉及沿着膜线性排序的酶的思想实验;已知存在或甚至很可能存在。）stegmann称之为序列化视图。 STEGMANN的遗传信息的教学账户要求携带信息的组件满足以下条件：如果执行步骤，则产生确定结果的步骤的进程和顺序。 在他的账户上，DNA符合用于复制，转录和翻译的教学信息载体。 碱基序列提供了订单。 特定碱基和遗传码之间的氢键合提供了具体的步骤。 以及复制，转录和翻译的机制产生某些结果：DNA双螺旋，mRNA和氨基酸线性顺序的副本。 此外，因为DNA进行特定结果的信息，所以当机制操作以产生该结果时，可能会发生错误; 因此，STEGMANN的账户允许错误和纠错机制（例如纠正DNA突变的证明机制）。 有关此主题的更多信息，请参阅生物信息的条目。