數理生物學的發展和生物拓撲學

張一方

(云南大學 物理系，云南 昆明 650091)

1 引言

當今生物學的三大熱點是：分子、細胞、神經生物學，是量子、分子、細胞、復雜體的生物學.它們正在蓬勃發展.現代生物學是分子生物學，研究電子結構，如酶.其特點是：形態發展到結構，宏觀發展到微觀，定性發展到定量，描述性發展到解析性.

生物系統是以相對簡單的物理作為基礎而產生出結構復雜性(structural complexity)或組分復雜性(compositioal complexity)，并形成功能復雜性(functional complexity)[1].但是這些復雜系統，作為單個相同個體的集合都應該符合統計規律.20世紀后期科學的主旋律是一種自組織的自然趨向，一種從無序到有序、從機遇到規律、從混沌到結構涌現的更高級復雜系統的自然動力學(natural dynamics)[1].

基于生物系統的不可分割性和互相關聯性，非線性和整體性是生物的兩個密切相關的基本特性，筆者提出過非線性整體生物學及其4個基本定理[2～4].由此可以統一生物學中的還原論和整體論，統一結構主義和功能主義，而且可以創立和開拓非線性整體生物學的各種領域，例如非線性整體醫學.此外，還具體應用環量子理論討論過肺的結構和呼吸系統的疾病等[2,4].進一步，筆者基于Ashtekar環理論，提出蛋白質折疊的一種新的量子引力理論.由此可以應用已知的結果，并獲得4種新的近似結論：蛋白質結構是量子化的，其空間區域有限，各種奇點相應于折疊點和交叉點，存在不同的突變類型.可以結合Gambini的定義，討論分形；結合可微動力學，獲得分叉；結合規范理論，導出折疊的相變.最后探討了蛋白質折疊的三種可能起源.這是非線性整體生物學的一種具體機制[4,5].

生物系統的一個主要特點是非線性，由此筆者討論了分形生物學、混沌生物學和生物學中的孤子.然后研究非線性整體生物學及其應用.由某些非線性方程具有孤子-混沌雙重解又聯系于生物學中具有的量子和波-場二象性.在生物物理中，基于已知的量子理論，推廣得到泛量子生物學，并探索量子引力理論在生物學中的應用[6].本文討論生物中的熱力學、拓撲學、量子統計等在數學物理方面的某些發展.

2 生物學的數理發展

筆者認為生物學和物理學之間存在某些對應關系，生物系統和相應力學互相聯系.運動(骨骼)系統對應結構力學.血液循環是一種非定常周期性流動，對應流體力學；呼吸系統對應空氣動力學；二者聯系于極限環，周期、準周期，由分岔-混沌導致分形，推廣到復數，又導致Julia集.消化系統對應熱力學.生殖系統對應電動力學；卵對應原子核，精子對應電子，都在運動；Pauli原理對應愛情自私，一夫一妻.神經系統可能對應量子力學；分形、孤子；腦綜合各種系統反饋的結果，非線性相互作用，混沌導致產生信息.其余還有內分泌系統、泌尿系統.視覺對應光學，但不形成系統.

身體9個系統各司其職，又互相關聯，但有主有次，對應協同學的伺服原理.如此有9個相關方程組，也可以表現為初始條件的影響.經絡可能類似神經系統，是調節各個系統功能的非線性系統、耦合量系統，耦合點是穴位.它們組成中醫網絡，穴位是點，經絡是線，周天是有向圖.這些系統的周期功能等耦合、共振、鎖定、降維.例如對一個系統，加上非線性相互作用項就可以描述彼此的影響.非線性可以解釋各種相互作用和特異功能.特別符合中醫、中國哲學，對應非線性相互作用、天人感應.

物理已經包含生物的結構層次.物理理論用于生物學可能有一些特殊性，原因可能是生物有特殊組成結構，特殊復雜性等.徐京華等試圖用分子手性物理學解釋目的現象[7]，方程有超前部分dS/dt≤0.這是對稱性破缺，可能與Higgs或動力學破缺有關.手性對應于PCT，是鏡像異構，對應活性輸運(如膜).

筆者提出協同學可以成為老莊哲學、易經、中醫、氣功及互助論等和諧、統一哲學的數理基礎[8].進而由協同學定量導出陰陽互變的Lorenz模型，由此說明生命、宇宙都在于混沌中的協同[9].總之，生物學、生理學和醫學可以結合系統論，進一步結合信息論、控制論和耗散結構理論、協同學、混沌、分形、超循環理論等.1995年馬學海討論了一種公理化生物學的嘗試[10].

生命系統不同于物理自組織系統的原因有二：對環境的適應性和自復制性.二者是進化和遺傳的基礎.加上環境的嚴酷選擇就導致進化.進化的物理機制在于進化瞬態的穩定(有此才有遺傳)和失穩(有此才有變化)之間的轉換.量子理論中的EPR效應是空間相關，時間相關及回顧、預言等，二者統一描述即四維時空相關.可以開展廣義相對論、等價原理的生物學檢驗.在引力場和慣性力之間比較種子發芽和生物的各種習性，包括對二者，人的生理指標.可能對太空種子與等價系的對照組等.

1994年鄭文嶺和馬文麗提出細胞精密的通訊機制，細胞語言學[11].已知蛋白質和核酸是構成生命現象的主要物質基礎.而蛋白質由20種氨基酸構成，類似英語中的26個字母.這樣就可以用計算機，并可以拼出各種單詞、句子、文章，其中有些有意義，有些沒有意義.筆者認為類似于此可以發展基因語言等，基因只有4～5個字母AT(U)GC，更簡單.而且可以結合符號動力學[12]，64個三聯體遺傳密碼對應64卦[13,14].

已知細菌具有語言，可以互相溝通，改變行為；彼此協同，共同進化.這是信息(一種相互作用)導致熵減，對應佛場、特異功能.其他動、植物更有語言.

生物力學特別骨骼力學具有很多模糊性，可以應用模糊數學.進而發展一般的模糊生物學.已經有幾何、物理、化學群，應該發展生物群.如生物大分類，花瓣、葉的對稱群，2足、4足，兩翼動物，蔣春暄的穩定性理論，結合Haken的行為理論，生態群.這是群論、對稱性及其破缺在生物學中的應用.

3 生物熱力學和膜

物質、化學和生物大分子的結構不同，則能量、熵不同.艾根(M.Eigen)[15]提出對于非線性系統，在進化期間Wm(選擇價值)的絕對值必須增加，這種說法并不普遍正確.出現信息載體之中的內部耦合，與環境的變化是等價的.而且，次要的變化(例如污染)可以引起所有的選擇價值普遍減少.進化則仍然由Wm系列來表征，每一個Wm都表征著一個具有最優行為的物種或集合；不過，這種系列不必是單調的.它也可以由于環境變化而減少，但是隨后它將推動此系統向更大信息量方向進化.為在環境變化中生存，或為了取得它自己的優勢而改變環境，則需要更多的信息.所以進化可以包括提高選擇價值和利用更大的信息量.

膜結構是生物體的基本結構之一.代謝活動旺盛的膜，蛋白是主要成分；神經細胞的外周膜，磷脂是主要成分.膜結構上有少量糖和RNA，糖與細胞間的識別與信息傳遞有關.細胞、神經生物學中的許多問題都和膜-蛋白體系密切相關.信息傳遞通過細胞表面的一類受體蛋白進行.生物膜會自動選擇，其對應液晶，可以類比決定二者的熱力學和熵.Helfrich證明生物膜間存在與距離三次方成反比的熱斥力.在生物學及物理中開始研究修復過程.生物膜應該有單向性，其與生物自適應應該與熵減、有序等相關[16～19].Samal和Geckeler研究了水稀釋時DNA等生物溶質意外的凝聚，這違反熱力學第二定律[20].

半導體類似生物膜，有控制電流的功能.二者可以類比研究.膜類似半導體，則可以用類似理論、方法，如此膜可能有相應的熱效應、光、電、磁及類Hall效應等.半導體導電可以是電子或空穴，故R=Aeα/T可正可負.各種生物膜對應勢壘貫穿及非線性勢壘貫穿.生物膜是二維，與能量轉換、信息傳遞等密切相關，又與熵有關.

分子鐵電性導致生物自行撓曲，再得到能量、熵改變.dS=dU/T，T不變時內能減小，如液體收縮為球體時，熵減小.生物系統，可能一般系統，起碼在一段時期可以經相互作用而使熵減小.如細胞、動物冬眠等.應該研究新陳代謝的定量化及其與熵的關系.

柴立和等討論了生物熱力學及熱力學第一定律[21]，并提出生物界面能E=Sσ，界面面積S=8πrD，D為分維.

進一步應該研究生物熵，研究熵與新陳代謝的一般關系.生物靠負熵生存，而熵對應溫度.每種生物都有一種特別適應的溫度，如人為37C.冬眠似乎是生物處于封閉狀態時熵值經體內調節降低的有序態[19].人的冰凍態應該是對熵增的一種實驗挑戰.生物及人類的產生、自組織都是靠自相互作用，如米勒實驗.因為對地球僅僅靠太陽不能自發產生生物，起碼不能演化.

生物中的吸能、放能條件，其的熵增或熵減[16～19].討論生物中的線粒體、葉綠素、酶的巨大功能.生物等中的自催化反應，討論它們的熱力學，特別是孤立系統的相互作用和熵.

生命個體的產生、形成更多的是內部相互作用.試管嬰兒在試管中的發育就是一個典型的孤立系統.許多生物、化學在試管中的變化都是孤立系統.

熱力學第二定理本來是科學，不應該成為信仰[17,22].生命發展階段必然是無序變有序，信息增大；生命衰亡階段是有序變無序，熵增大；在中間階段是耗散結構，熵不變，保持平衡.生命的起源從無序到有序必須熵減[16～19]，有相互作用.這是熵減與生命科學的關系，是總的原則.沒有相互作用就沒有生物，而相互作用的數學表示就是非線性.

生物系統熵減可以有不同層次：膜、酶、分子馬達、ATP(adenosine triphosphats).生物能力學(bioenergetics)的基礎是細胞膜.這就是一種重要的類似于Maxwell妖的生物物質.

在此提出人體健康的熵指標，dS/dt最小，甚至在一段時間內，經過調身、調息、調心，使dS/dt<0.這就是

(1)

(2)

這是熵S從正數擴大到可以是正負數的整個實數軸，S (+R,0)→(+R,-R).

現代醫學實驗表明限制熱量攝入會減少癌癥的患病率.限食可以加強細胞對DNA的修復能力，降低自由基的生成，增加抗氧化酶、過氧化物酶和超氧化物岐化酶的活性.總之，限食使細胞處于還原狀態，緩解氧化脅迫.dS=dU/T，T=37C基本不變.所以dU小則dS也?。籨U<0則dS<0.這也相應于辟谷.

現代醫學證實各種疾病主要源于三類原因：遺傳、環境和感染.治療癌的基本方法應該是促進其中的死亡基因.

生命能量主要源于光合作用，用光能合成ATP，再轉化為化學能.ATP的水解等是放能作用(exergonic reaction)，糖酵解(glycolysis)反應過程中可以再產生ATP，這是吸熱過程.

細胞膜是一個具有選擇性和通透性的屏障，不斷將細胞所需代謝底物輸入，將代謝產物排出.ATP提供能量，導致生物呈現宏觀有序化，這必然是熵減.細胞膜上存在離子通道(ion channel).

生命體在長期進化過程中形成一個非線性、多層次、復雜而又完備的系統.分子馬達(molecular motor)在維持生物系統中高度有序性方面起到非常重要的作用[19].dS<0對應分子馬達，其中細胞化學能量轉化為機械能，能量轉化率幾乎達到100%.它們可以確定定向運動，復制遺傳密碼，增加有序性.微管(microtubule)相當于細胞內物質運輸的路軌.其中的馬達蛋白質有兩大類：驅動蛋白(kinesin)和動力蛋白(dynein).它們的運動方法是hand-over-hand[23].驅動蛋白(kinesin)完全類似小人[24]，其將細胞核的物質移向細胞膜，動力蛋白將細胞膜的物質移向細胞核，它們的輸運方向相反，但并不發生競爭.而且多個馬達可以同時工作，產生10倍于個體馬達的速率.這就是有序的協同作用.

旋轉分子馬達(rotary motor)由生物大分子構成，體積小，能量轉化率高，運轉效率幾乎接近100%，而且可以逆向旋轉.其典型是ATP合酶.細胞生長代謝的整個過程需要能量，絕大多數情況下能量由ATP水解釋放的化學能獲得，而ATP又是由ATP合酶(ATPase)合成.ATP合酶是生物體能量轉化的核心酶.ATP合酶的分子馬達既能水解ATP，又能合成ATP.這類似膜和Maxwell妖.

我們可以對神經生物學非線性的Hodgkin-Huxley方程和FitzHugh-Nagumo方程等應用定性分析理論.噪聲作用下單個FitzHugh-Nagumo神經元動力學方程為：

(3)

(4)

ξ(t)表示Gauss白噪聲.

(5)

4 生物電磁理論，生物場和生物拓撲學

從18世紀Galvani發現生物電現象以后，生物電磁學已經取得重大進展.生物從個體有心電、腦電、神經電、皮膚電、肌肉電等一切器官和組織活動，到細胞、基因、大分子都要產生生物電.同時產生生物磁.這些形成生物電磁場.支配生物過程的相互作用是電磁相互作用，特別是靜電庫侖力和VdW力.超弱發光每秒幾個至幾十個光子，對應生命現象，是相干發射.細胞在各個分裂過程中發射不同光子.這可以用于醫學等.動物，包括人的一切興奮過程都會伴隨以肌肉和神經中產生電流.而食蟲植物的葉子也有生物電通過.由此可以結合光譜學在癌的檢測中的可能應用[25].進而電磁廣義相對論[26,27]也許可以發揮作用.

1978年Rich就討論過生物場[28].國際上進行一種“整體治療”(Holistic health care).70年代英國的謝多雷克提出形態形成場，互相可以共鳴，而產生相似的結果.這可以聯系于生物集體的電磁場，對應意念場；甚至非生物.所以世界是一個相互聯系的整體，對應非線性整體生物學[2～4]和Laszlo理論[29].Rubik研究了生物場假設的生物物理基礎和在醫學中的作用，其是復雜的非常弱的生物體電磁場，并且與生物電磁學和非線性動力學的非平衡生命系統是一致的[30].Rein討論了超出生物電磁學的生物場中的生物信息[31].而各種生物場的理論及其定義還有所不同，應該研究各種生物場的共性和可能的差異，及與物理場的異同.由此可以確定用哪些場方法描述.對狹義場，類似物理場；廣義場，如信息、醫學生物場、空氣診斷技術甚至胃等等.

方程統一的規范場方程及方程組可以用于生物分子及折疊等各種問題.研究生物規范場及其中涉及的各量的意義.對肺矢量A似乎是網絡，源是電荷對應節點.肺規范場及一般非線性方程的解有混沌、分形、孤子、瞬子、半子等的意義.

1966年Marvin和Schaller就討論了DNA的拓撲學[32].1986年Kamp和Roelofsen總結了生物拓撲學(biotopology)的過去、現在和未來[33].Baumgartner等認為生物方法可以得到最佳結構拓撲學[34].

拓撲生物學(Topobiology)研究發育中的胚胎里的細胞間“決定于位置”的各種相互關系，其可以任意變形.生物組成的各個結構層次都可以應用分子拓撲學方法[35].把結構化為圖.如細胞拓撲學，骨骼拓撲學等.

生物數量分類學中引入比親緣關系更廣泛的概念，相似性.其數值稱為相似性系數，有距離系數、相關系數、聯合系數、信息系數、模糊系數五種.這些就與拓撲學相關.生物分類的各種方法可以推廣應用于人.而各類人有各種自己的愛好、利益等.這又可以結合血液，各種循環及氣功等等.與分子生物學結合就是生物分子拓撲學，及生物拓撲學(如蛋白質折疊[5])，生態拓撲學.先是結構圖，后是反應圖.拓撲已經聯系于高分子生物物理學.生物膜還與拓撲學有關.它們又聯系于結構熵.

流行病的數學研究已經進行了許多年[36,37]，其中包括SIR模型和SIS模型，它們的數學方程組分別是：

(6)

(7)

理論上這些都是非線性方程，但積分結果是非常簡單的等式s=-i-r+C,s=-i+C.

1989年筆者提出中醫理論的基礎是嚴格的數學對稱群，其中陰陽理論是一種最簡單的二元對稱群，五行理論是五元旋轉群[38,39].中醫是五臟六腑和十二經絡、奇經八脈組成的復雜的網絡結構.閔家胤基于系統論提出系統科學可以作為中醫的科學基礎，因為中醫治病已經暗合系統科學的系統狀態調節原理.他相信中醫控制論是中醫建立科學基礎的正確方向，特別是灰色系統理論[40].

5 記憶的探索和生物大分子的量子統計

1994年D.S.Wilson和E.R.Sober研究行為和大腦科學時重提集體選擇理論.最新研究指出，記憶是一種化學反應.

記憶可以是A)銘刻型.記憶經視覺等傳導對應孤子，傳感不變，由突觸(synapse)刻印在腦細胞上.這就是刻骨銘心.由此得到唯象規律：1)作用時間長，刻印深，則記憶時間長；反之則記憶時間短.2)注意力集中，刻印深.3)兒童細胞膜薄軟，刻印深，記憶力強；二者經突觸等結構互相結合.老人細胞膜厚硬，記憶力弱，所以“思想僵化”.4)細胞膜薄軟者，記憶力好；反之記憶力差，但也有一定保護作用.5)反復記憶相應于孤子不斷脈沖，反復刻印.6)細胞有一定彈性，遺忘即恢復.這涉及膜、模型、彈性系數、體內意念場，塑性強弱對應記憶.

B)連接型.記憶即連接方式不同.聯想即結構之間的連接，起碼對應短期記憶.并且神經科學-計算機科學-認知科學互相聯系.

已知組成蛋白質的氨基酸幾乎都是左旋L型；RNA和DNA只由右旋D型核糖組成.L型氨基酸比D型氨基酸、D型核糖比L型核糖具有更低的能量.Salam提出Z相互作用結合玻色凝聚態理論，在某臨界低溫(～250K)時有可能引起氨基酸由D型向L型的二級相變.這是對稱性自發破缺[41].

脈沖、孤子和突觸都是量子化的，它們可以相應于泛量子理論[42～44].量子生物學的重要本質是生物系統的結果不是唯一的、完全確定的，具有幾率性.量子生物學結合、應用熱力學和熵，應該對應量子統計.大量粒子組成的生物體是FD或BE統計，或一種新的統計.蛋白質中除甘氨酸外其余氨基酸都是手征分子，即它可以成對(如正反粒子)組成玻色子.氨基酸結構是9個原子加R基團.對甘氨酸R=H，共10個.丙氨酸R=H3C，共13個.玻色子起碼在s=0時無自旋手征性.在生命系統中所有氨基酸只有一種形式(左手性的L)，都使線性偏振光反時針旋轉.反之，糖使旋轉順時針.這類似宇宙中正粒子為主.有旋的生物分子可能符合廣義的FD或BE統計及廣義Pauli不相容原理.

量子理論生物學，一般為宏觀唯象的生物泛量子論[45,6].這相應于費米子，是Grassmann代數.同時還應該有相應于玻色子及其代數的生物體.而且費米子生物應該更基本，其組成玻色子生物.筆者認為核苷酸大分子類似費米子；并且1).它們兩兩配對(G-C，A-T或A-U)，才能組成DNA和RNA，形成鏈，表示費米子對構成玻色子.2).所有密碼子都是三聯體，故仍是費米子.3).DNA，RNA和氨基酸都有螺旋性，并且氨基酸和密碼子間存在指配關系.

核酸以(A-T，G-C)為基礎，所有構成核酸中核苷酸的核糖和脫氧核糖都是右旋的.蛋白質以(A-U，G-C)為基礎，所有構成蛋白質的氨基酸都是左旋的.DNA左、右旋都有.生物手性對應于行星和粒子都有左、右旋.類比于中微子，則左、右旋各相應于粒子和反粒子.可能這源于地球自轉的長期效應.

溫元凱等的理論生物學試圖提出一種數學以解釋兩段DNA分子序列的拼接是T+T=TT.其實物理上這類似費米子，由于它們彼此不相容，故不能占據相同的量子態；數學上應該是一個群：T1+T2=T1T2∈G，(T1+T2)+T3=T1T2T3=T1+(T2+T3)，單元定義為0，T+0=T，T+(-T)=0.

這對應費米統計.費米子的自旋相應于DNA的螺旋結構.此時螺距對應于h.這是生命量子論的發展，是生命費米子理論.FD統計可以化為反對易算符運算.

偶數個原子的氨基酸多.C、N、O都是偶數核子，H是奇數核子，但H仍是有奇數或偶數.所以氨基酸可能有類似費米子和玻色子等.A-T有30個分子，11H；G-C有29個分子，10H；DNA共21H.A-U有27個分子，9H；RNA共19H.二者都類似費米子.組蛋白和DNA中都含有電荷.氫鍵的位置G有5個，A4個，C3個，U(T)2個，逐漸遞減.

生物大分子、DNA、遺傳密碼等有自旋，但自旋是否量子化？這應該是量子生物學和泛量子論的一個方面.并且自旋可以作為研究、治療癌的一種可能途徑.促進癌細胞或其更深結構轉化為費米子，則它們互不相容就能分解.目前其是相容的，類似BE凝聚等.

Davydov孤立子在生理溫度310K左右的壽命太短(約10-12-10-13s).吳光敏,周凌云用螺旋線作為模型，研究α螺旋蛋白質螺旋鏈的雙孤立子效應[47].費米子成對相容，可以說明DNA雙螺旋結構；說明人、生物等的對偶性、對稱性.如果男女，雄雌各相應于正反或自旋等特性不同的費米子，則可以說明同性相斥，異性相吸.但是高能、高壓(如地震等)時相容.可能手征性對應費米性，自旋性.

生物分子一般都導電，可能是由離子組成.而離子可以是費米子或玻色子.氨基酸等各種生命序列也許類似各種光譜線蘊含著新的量子力學，起碼其量子數是ACGT(U)四(五)種量子，分別是h1,h2,h3,h4[42～44].應該研究其波粒二象性.但是這更可能是雙重(A-C，G-T互相置換)-統計二象性等新的特征.

諾貝爾獎獲得者、量子化學的創立者Pauling在正分子醫學(orthomolecular medicine)中提出：“人之所以生病是由于體內化學分子構成失調.”這與中醫認為陰陽不平衡導致生病是一致的.

6 生物進化論和生物協同學

已有太陽生物學，進而是天文生物學，天文災害學.生物種群大規模起伏共有12個峰值，其中8個的周期非常接近2600萬年.而巖漿中有約2600萬年的活動周期.因此有人推測巖漿突變是生物滅絕的原因.筆者相信這起碼是重要原因之一.

寒武紀生物大爆發應該發展為從分子生物學到各個生物層次的進化突變論.1893年法國古生物學家道羅(L.Dollo)提出道羅定律：生物進化的過程是不可逆的，所以生物物種的滅絕是不可逆的(不可再生的).所以人應該吸取恐龍滅絕的啟示：如果人的欲望越來越大，破壞生命圈的各種平衡，人就可能類似恐龍，最后導致自身滅亡.

社會生物學研究自然環境優越的生物基礎.近年研究的昆蟲與植物的協同進化突出表現為昆蟲的寄主選擇行為和植物的抗蟲防御體系.更一般是環境科學和生態學中的協同進化觀點，包括混沌對生態系統的研究，及生物的介入進化論，例如外星生命的介入對應開放系統.

發育生物學家發現，在某些條件下社會性動物阿米巴蟲會放棄自由生活，而組合起來形成遷徙性的“鼻涕蟲”，然后生成帶柄的，能產生孢子的身體[48].這是一種自動有序、組合；可以結合互助論、協同學，聯系于熵減.遺傳聯系會限制欺騙行為的成功，并保護集體利益.

由協同學方程[49]出發，筆者可以描述種群的大遷徙.由此能夠導出Lorenz模型，它可以描述兩種種群的變化關系.當取絕熱近似時，還可以導致種群動力學的不同模型，并指出保護瀕危物種的兩條出路.因此，生物協同學能夠深刻揭示不同物種之間，既競爭又協同的復雜的非線性關系[50].互助協作包括主動、善意的合作和被動、惡意的互相依存，如Lotka-Volterra模型.這構成一種生態平衡，互補性.否則純粹競爭導致恐龍越來越大，最后自身滅絕.結合微觀基因、分子及細胞生物學，由生物協同學可以發展為微觀生物學.結合有不同特性的個體生物學，由生態協同學也可以發展另一種微觀生物學.

動物是完全自主的，特別對非群居的單個或少量動物，在一定程度也是完全自由的.這即是它們能獨立生活的基礎，也是生物進化為許多動物的主要特征.而哺乳動物進化為猿猴和人又具有群居性，由此喪失了完全的自主性和自由.但人仍然保留了相當的自主性，這也是孔子的“三十而立”.

按照基因還原論(genetic reductionism)：“一切盡在基因中(It is all in the genes)”.已知地球上所有生物的基因都由4種核苷酸AGCD的DNA組成，它們彼此經非線性相互作用組成一個整體，才能形成地球上豐富多彩的生命.由于基因存在于每個活細胞的片段中，DNA的不同組合就決定了一個人的一切行為.這就是基因決定論(genetic determinism)，即基因主義(geneticism)，基因宿命論(genetic fatalism).這是E.O.威爾遜(Wilson)的社會生物學和行為遺傳學(behavioral genetics)的微觀基礎.而反對者提出基因加環境的二元決定論，或者再加人的自我的三元決定論.現代研究動物行為已經證實，拉馬克的獲得性遺傳在某些方面是成立的.

經由內穩態(坎農)發展到反饋(維納)再發展到艾什比：微分方程的穩定平衡點就相應于內穩態.由此可以解釋生物適應性，系統生存和目的性等.生物分子進化數.應該有一些關鍵分子、幾個關鍵指標.分子進化可能只是進化的一個方面.分子進化分支可以類比于在一定條件下各種凝聚的結果.演化、躍遷的哪些數值是最優的？可以結合素數定理、易等.生物等的進化可能就是復雜性增加，維數變大.中華民族的重新分類應該基于基因等生物學基礎.

7 時間序生物學、藥物學和物理醫學

時間(序)生物學、藥物學聯系于人-藥協同學.已知人的體力、情緒、智力分別有23,28,33天的周期T.如以出生為起點列為正弦波，則 365.2422×年數(或365×年數+潤年數)+當年多余天數除以T=整數商…余數.以余數為起點，T=(5.75,7,8.25)為峰，T’=(11.5,14,16.5)為臨界點，T’’=(17.25,21,24.75)為谷.這是內部條件.同時考慮人體及其各種波的節律，并結合子午流注.由此治療疾病時藥物能發揮最大效用.這如果準確，還可以決定比賽、談判、進攻等的時間.這類似古代咒人的巫術，和根據周期性的算命.

進一步是人體、生命科學與數論.凡2,4,8,16等都可以聯系于陰陽學說.而素數都可能對應于素數原理.混沌的雞心臟方程發展后可以表示心臟的各種不同狀態及各種心臟病.

對分形醫學和生理學，部分分維與人無關，對應標度不變性、普適性.健康人、成人D基本不變.而成人的D大于胎兒的D.

日本學者研究植物發音器，植物可以發出各種聲音.這是各種植物的語言，或僅是一種振動發音？進一步研究它與動物發音、音樂的異同，并且各種、同種植物是否可以互相通訊.DNA連續時間行走方法，有內含和無內含的曲線不同，用Fourier方法，可以聯系于音樂.

研究聲音醫學及更一般的共振醫學.可以聯系已有的中西醫、氣功、特異功能和咒語等.1985年Goldberger提出正常的、健康的動力學特性是“混沌的”，而疾病倒是與周期性性態關聯[51,52].1994年D.S.Wilson和E.R.Sober研究行為和大腦科學時重提集體選擇理論.并且神經科學-計算機科學-認知科學互相聯系.2019年4月著名科學家哈肯和Tschacher剛完成了一本新書《心理療法的過程(The Process of Psychotherapy)》，其中專門探索了心理療法及其各種應用，基于Fokker-Planck方程模擬依據實驗的時間系列，原因和機遇作為具有統計思想的動力系統的統一方法等章.

現代醫學趨向具有預測性(predictive)、預防性(preventive)、個體性(personalized)和參與性(participatory)的4P醫學.這與中醫、養生是完全一致的.

納米磁性靶向藥物(生物導彈)可用于癌、結石等.對野生和家生的植物、動物，對不同地點的植物、藥物，王志符教授提出雖然它們是同種，但是可能因為微量元素不同而療效有差異.這可以由儀器檢驗.

總之，各種數學、物理方法不斷應用于生物學的各個領域必將極大地促進其深入發展.