生物信息

　　生物信息（bioinformation），调节和控制生命活动的信号。与物质、能量一起成为构成生物体三大要素。生物信息的范围很广，如遗传物质，激素，神经传导的电冲动，生物体发出的声音、气味、颜色及生物的行为本身都含有信息，它们都对生物个体、群体及其他类群产生影响，与生物的生存和进化密不可分。

　　生物信息的特点是消耗极小的能量和物质即可产生极大的生物效应。生物信息一般可分为遗传信息、化学信息、神经感觉信息。虽然遗传信息和神经感觉信息的载体都属于化学物质，但通常所指的化学信息是除以上两类物质以外的化学物质所携带和传递的信息。高等生物所产生的激素及昆虫分泌到体外的激素都属于这一类。

　　遗传信息　存在于DNA(脱氧核糖核酸)或RNA（核糖核酸）上。各种生物都有由特异碱基序列构成的DNA或RNA。这些遗传物质有一定的化学结构和特殊的空间结构。每个DNA分子都由两条长链盘旋成为规则的双螺旋结构。这两条长链的外侧由脱氧核糖和磷酸组成，长链之间的每个横档由一对碱基组成。每对碱基通过氢键相连并相互对应，即腺嘌呤（A）一定与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）一定与胞嘧啶（C）配对。这些碱基严格的配对的规律以及它们在长链上的有序排列蕴藏了全部遗传信息。由于碱基对排列顺序不同，就构成了DNA分子的多样性。DNA通过复制转录合成互补的RNA，把遗传信息的编码在mRNA的碱基序列中，进而通过细胞的蛋白质合成机构把mRNA翻译成特异的蛋白质。虽然每个多细胞生物所有的细胞都来自同一个细胞!!!S1094_1受精卵，具有同样的遗传信息，却可以有肝细胞和神经细胞等的分化，这是由于在发育过程中遗传信息在转录和翻译上严密有序的调节控制形成的。同样也可由DNA、RNA的碱基序列的突变选择和积累演化出形形色色的生物种类。

　　化学信息　靠核酸以外的化学物质携带和传递。例如在真核细胞中被合成的蛋白质通过细胞膜运送是一个典型的化学信息过程。蛋白质的跨膜运送有两种类型。一种是通过内质网膜——在这个过程中信号肽、信号识别蛋白、停靠蛋白等物质起重要作用；另一种是通过线粒体膜、叶绿体膜或核膜——在这个过程中导肽起主要作用。昆虫分泌到体外的化学物质（称昆虫信息素）也是化学信息的一种，它能引起同种或异种昆虫的生理或行为反应。因此昆虫信息素也叫社会激素。不仅昆虫具有信息素，哺乳动物和鱼虾类也产生信息物质，信息素有多种生物活性，例如交配、产卵、迁移、集结、分散、自卫、示踪以及生长、发育。

　　神经感觉信息　靠神经系统电脉冲和神经递质携带和传递。神经系统的功能是接收、传递内外环境中的信息，加以处理、分析，从而控制和调节机体各部功能，对环境作出适当的反应。因此，神经信息对于有机体的生存以及正常生活起着至关重要的作用。

　　①感觉信息的处理。感觉系统是神经系统中直接与内外环境联系的部分。感觉系统的终端是感受器。感觉器实现能量转换，把外界刺激变换为神经电活动。感受器输出的信息，经过多次神经交换，最后投射到大脑皮层，形成不同的感觉区。刺激感官就可引起大脑皮层相应感觉区的电变化，称为皮层诱发电位。感觉器官向中枢提供的有关外界环境和体内功能状态的信息量，每秒可达109比特。有机体只接收其中最有用、最重要的信息，并用最经济、最有效的办法处理。感受细胞对于刺激的时间变化十分敏感，感受器脉冲发放率与刺激强度及强度变化率有关。刚给予刺激或刺激突然增大时，在电生理仪器上可以记录到密集的神经脉冲。如果刺激强度保持不变，则感受器电位逐步降低，脉冲频率也将逐渐变稀疏。这种现象在神经生理中称为适应现象，是感觉适应的生理基础。

　　感光细胞一般呈密集的阵列状排列，在视网膜上除了感光细胞以外，还有数量众多的其他各种类型的细胞，相互之间存在错综复杂的联系。因此，视神经纤维向中枢传递的信息不仅仅是单个感受细胞所受到的刺激值，而且还与邻近感受细胞的状态有一定关系。如鲎眼中光感受细胞之间存在抑制性相互联系。相互抑制作用在其他感觉系统，如听觉、触觉中也存在，而且在不同层次的神经网络中也可观察到。

　　②神经网络的信息处理。神经网络是由大量神经元构成的具有一定功能的复杂系统。因为神经元之间有大量的突触联系，所以可以把神经元看作是一个多输入多输出单元。神经元具有时空总和、阈值、不应期、适应性及可塑性等特性。根据这些性质先后提出不少数学模型并用电子线路或电子计算机进行了模拟。由于神经系统极度复杂，从生物原型、数学模型和电子模拟上研究，都仅能模拟神经系统的某些功能，而对于揭示大脑的本性还相差甚远。人类大脑的结构形态是左右对称的，但在功能上并非对称。人脑左右两半球在处理信息的内容和能力上是有分工的。左半球擅长于处理抽象信息，如语言、逻辑和数学，而右半球善于处理形象信息，如艺术、美术等。

　　在个体发育中和学习过程中神经系统内部结构可变。环境因素对神经系统结构和功能的影响，称为神经系统的可塑性。可塑性在生物出生后的某段时间内特别大，称为关键期。探索神经系统处理和存贮信息的特点（平行、集体、动态等特性），并试图用电子器件实现这些功能。目前已开拓出神经计算机这样一种高技术产业。