【#我国抑郁症就诊率不到20%# 】你为什么抑郁？可能因为睡得太太太晚了！你每天几点入睡？
——早睡一小时，抑郁风险下降23%。
今年，JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry不约而同发文，通过多达几十万人的大样本研究，探讨晚睡与精神健康尤其是抑郁障碍之间的关系。
（见图1：MolecularPsychiatry发表的关于晚睡与精神健康的论文）
[星星] 你的睡觉时间不一定符合身体需求
在百万年的进化中，人类的生物钟为了适应自然的昼夜节律，会在一个相应的时间段内（比如24小时左右）震荡。而我们的身体代谢——包括神经内分泌——会根据这个生物钟来运作，比如在某个时间段分泌某种激素或释放某种化学因子，来帮助或者促使我们完成神经活动以及其他代谢活动。
在这个层面，目前研究发现，人类当中有两种类型的生物钟，一种是早睡早起“百灵鸟”型，一种是晚睡晚起“夜猫子”型。前者的生物节律更加接近自然节律，与正常日照循环的相位差不太大。而后者的生物节律相位较长，导致与自然节律出现了相位差，因而容易产生一些问题。
当然，“夜猫子”型的节律并不是夸张到了昼伏夜出或者半夜两三点还在蹦跶，现有研究发现，一般情况下，晚睡型和早睡型之间的相位差大约是2小时。【所以如果长期半夜两三点没有睡觉，并不是因为昼夜节律是夜猫子型，可能是出现了严重的生物节律异常，需要治疗】。
除了生物节律之外，在大规模电气化的当代社会，还存在着社会节律——普遍存在的夜间光照让原本的自然光照时间大幅度延长，过去日出而作日落而息的节律被打乱。这种状态使得生物节律和社会节律之间出现了时间差，这样的时差导致了相当多的睡眠问题——尤其对晚睡型节律者。
[星星] 早睡型节律的人精神健康更好
JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry发布的两篇研究得出了同一个结论——早睡型生物节律的人，精神健康情况更好，后者的研究提示，这一类人群比晚睡型健康程度高29%。
在JAMA Psychiatry的研究中，研究者通过两家大型基因库的84万例样本数据进行统计分析，发现拥有早睡型基因的人，其发生抑郁障碍的风险较平均水平下降23%，统计数据显示，这部分人睡眠时间中位点每提早1小时（该研究全人群睡眠中位时间点为3点，平均睡眠时间段为夜间11点到次日早晨6点），风险因素可下降为原先的0.77（95%置信区间：0.63-0.94）。研究者将研究范本缩小为获得抑郁障碍（Major Depression Disorder，MDD）临床诊断的患者之后，这一趋势依然奏效。
这篇文章的研究结论认为，拥有早睡型基因的人，发生MDD的风险更低一些。
在Molecular Psychiatry的研究中，这个结论得到了进一步的细化。这份研究中，研究者调研了449660基因数据库样本，其中62.6%为早睡型。在这份调研种，早睡型人群的特征显示为性别女、较低的BMI、吸烟者较少。
研究者统计发现，早睡型人群与晚睡型人群相比，抑郁症状出现的风险为0.79（95%置信区间：0.77-0.81），抑郁障碍风险为0.84（95%置信区间为0.82-0.88），Composite International Diagnostic Interview (CIDI)和Patient Health Questionnaire(PHQ) 9诊断标准下的抑郁障碍严重性出现下降，焦虑障碍（Generalised Anxiety Disorder，GAD）发生风险为0.83（95%置信区间：0.79-0.87），焦虑障碍严重性也同样下降。
也就是说，早睡型的人群，抑郁、焦虑的风险较晚睡型更低，发生疾病后其病情严重性也更低。
另有研究发现，晚睡型人群发生精神分裂症和ADHD的风险更高。
[星星] 为什么晚睡型的人精神健康风险高
晚睡型生物节律者，本身其节律相位就比自然节律更长，也就是如果要适应其自身的生物节律，那么他的作息会和自然光照节律产生一定量的错位。而同时自然光照节律又影响人类的代谢调节。
（见图2）
也就是说，晚睡型节律者其生物节律和自然节律之间本身存在着矛盾，而不像早睡型节律者，生物节律基本与自然节律吻合。在这种错位之下，晚睡型节律者的精神健康风险因素本就已经升高。
【目前的社会节律总体要求早起，这一节律更适应早睡型节律者的需要，使得晚睡型节律者被迫早起，形成一种强制的时间差，甚至出现严重的睡眠不足，形成睡眠债务，导致发生睡眠障碍以及种种情绪障碍甚至精神病性疾病。】如果晚睡型节律者尝试在周末补眠，偿还睡眠债务，则会在之后的工作日进一步导致节律紊乱。研究人员发现，周末补眠的晚睡型人员可与工作日形成3小时的时差，且睡眠时间远高于工作日。
（见图3：社会节律和生物节律在晚睡者当中形成的时差可达到3小时）
比较幸运的是，总人群当中，早睡型人群数量偏多，且随着年龄的改变，人类的生物节律会发生改变，一些青春期或青年期为晚睡型的个体，在年龄增长之后，生物节律会逐渐转向早睡型。有研究表明，晚睡型人群当中，男性占比更高，因此总人群统计显示，男性睡眠类型通常比女性晚，但是到40-50岁以后，这个差异会消失。
但是，对于早睡型人员来说，如果被迫晚睡，同样也会发生精神健康受损的风险。
目前，临床上已经观察到，睡眠和生物钟中断或紊乱，将会导致认知功能下降，人的警觉性、注意力、记忆力、反应能力和决策等高级执行功能会受损。昼夜节律受损，将会影响神经代谢，导致参与情绪调节的神经递质系统的节律活动发生改变，从而引发情绪障碍。【而由于部分精神疾病，比如抑郁障碍、焦虑障碍、精神分裂症等本身与失眠高度相关，反过来又将进一步破坏昼夜节律和睡眠节律，使得神经内分泌进一步受到影响，发生恶性循环，加重疾病。】
中国睡眠研究会2016年公布的睡眠调查结果显示，中国成年人失眠发生率高达38.2%，超过3亿中国人有睡眠障碍，且这个数据仍在逐年攀升中。2019年发表于Lancet Psychiatry的研究显示，中国人当中精神病的终生患病率为16.6% (95%置信区间：13.0–20.2），尽管相对较低，但在庞大的人口基数面前，患者数量巨大，达到了2亿3千多万。其中焦虑障碍终生患病率7.6%（95%置信区间：6.3–8.8），抑郁障碍终生患病率6.8%（95%置信区间：5.8-7.8），都在1亿左右。
精神健康与环境和人类行为有较大关系，社会节律要如何更适应人群的生物节律，来保障大多数人的健康，甚至是超越了医学范畴的庞大课题。
参考文献
[1] Jacques Taillarda,, Patricia Sagaspea, PierrePhilipa, St´ephanie Bioulac. Sleep timing, chronotype and social jetlag: Impacton cognitive abilities and psychiatric disorders.
[2]Daghlas I, Lane JM, Saxena R, Vetter C.Genetically Proxied Diurnal Preference, Sleep Timing, and Risk of MajorDepressive Disorder. JAMA Psychiatry. Published online May 26,2021.doi:10.1001/jamapsychiatry.2021.0959
[3]JessicaO’Loughlin,FrancescoCasanova,SamuelE.Jones,SaskiaP.Hagenaars,RobinN.Beaumont,RachelM.Freathy,EdwardR.Watkins,UsingMendelianRandomisation methods to understand whethe rdiurnal preference iscausally related to mental health
[5]Yueqin Huang, Yu Wang, Hong Wang, ZhaoruiLiu, Xin Yu, Jie Yan, Yaqin Yu, Changgui Kou, Xiufeng Xu, Jin Lu, ZhizhongWang, Shulan He, Xiangdong Du, Yue Wu. Prevalence of mental disorders in China:a cross-sectional epidemiological study. Lancet Psychiatry 2019;6: 211–24
——早睡一小时，抑郁风险下降23%。
今年，JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry不约而同发文，通过多达几十万人的大样本研究，探讨晚睡与精神健康尤其是抑郁障碍之间的关系。
（见图1：MolecularPsychiatry发表的关于晚睡与精神健康的论文）
[星星] 你的睡觉时间不一定符合身体需求
在百万年的进化中，人类的生物钟为了适应自然的昼夜节律，会在一个相应的时间段内（比如24小时左右）震荡。而我们的身体代谢——包括神经内分泌——会根据这个生物钟来运作，比如在某个时间段分泌某种激素或释放某种化学因子，来帮助或者促使我们完成神经活动以及其他代谢活动。
在这个层面，目前研究发现，人类当中有两种类型的生物钟，一种是早睡早起“百灵鸟”型，一种是晚睡晚起“夜猫子”型。前者的生物节律更加接近自然节律，与正常日照循环的相位差不太大。而后者的生物节律相位较长，导致与自然节律出现了相位差，因而容易产生一些问题。
当然，“夜猫子”型的节律并不是夸张到了昼伏夜出或者半夜两三点还在蹦跶，现有研究发现，一般情况下，晚睡型和早睡型之间的相位差大约是2小时。【所以如果长期半夜两三点没有睡觉，并不是因为昼夜节律是夜猫子型，可能是出现了严重的生物节律异常，需要治疗】。
除了生物节律之外，在大规模电气化的当代社会，还存在着社会节律——普遍存在的夜间光照让原本的自然光照时间大幅度延长，过去日出而作日落而息的节律被打乱。这种状态使得生物节律和社会节律之间出现了时间差，这样的时差导致了相当多的睡眠问题——尤其对晚睡型节律者。
[星星] 早睡型节律的人精神健康更好
JAMA Psychiatry和Nature旗下的Molecular Psychiatry发布的两篇研究得出了同一个结论——早睡型生物节律的人，精神健康情况更好，后者的研究提示，这一类人群比晚睡型健康程度高29%。
在JAMA Psychiatry的研究中，研究者通过两家大型基因库的84万例样本数据进行统计分析，发现拥有早睡型基因的人，其发生抑郁障碍的风险较平均水平下降23%，统计数据显示，这部分人睡眠时间中位点每提早1小时（该研究全人群睡眠中位时间点为3点，平均睡眠时间段为夜间11点到次日早晨6点），风险因素可下降为原先的0.77（95%置信区间：0.63-0.94）。研究者将研究范本缩小为获得抑郁障碍（Major Depression Disorder，MDD）临床诊断的患者之后，这一趋势依然奏效。
这篇文章的研究结论认为，拥有早睡型基因的人，发生MDD的风险更低一些。
在Molecular Psychiatry的研究中，这个结论得到了进一步的细化。这份研究中，研究者调研了449660基因数据库样本，其中62.6%为早睡型。在这份调研种，早睡型人群的特征显示为性别女、较低的BMI、吸烟者较少。
研究者统计发现，早睡型人群与晚睡型人群相比，抑郁症状出现的风险为0.79（95%置信区间：0.77-0.81），抑郁障碍风险为0.84（95%置信区间为0.82-0.88），Composite International Diagnostic Interview (CIDI)和Patient Health Questionnaire(PHQ) 9诊断标准下的抑郁障碍严重性出现下降，焦虑障碍（Generalised Anxiety Disorder，GAD）发生风险为0.83（95%置信区间：0.79-0.87），焦虑障碍严重性也同样下降。
也就是说，早睡型的人群，抑郁、焦虑的风险较晚睡型更低，发生疾病后其病情严重性也更低。
另有研究发现，晚睡型人群发生精神分裂症和ADHD的风险更高。
[星星] 为什么晚睡型的人精神健康风险高
晚睡型生物节律者，本身其节律相位就比自然节律更长，也就是如果要适应其自身的生物节律，那么他的作息会和自然光照节律产生一定量的错位。而同时自然光照节律又影响人类的代谢调节。
（见图2）
也就是说，晚睡型节律者其生物节律和自然节律之间本身存在着矛盾，而不像早睡型节律者，生物节律基本与自然节律吻合。在这种错位之下，晚睡型节律者的精神健康风险因素本就已经升高。
【目前的社会节律总体要求早起，这一节律更适应早睡型节律者的需要，使得晚睡型节律者被迫早起，形成一种强制的时间差，甚至出现严重的睡眠不足，形成睡眠债务，导致发生睡眠障碍以及种种情绪障碍甚至精神病性疾病。】如果晚睡型节律者尝试在周末补眠，偿还睡眠债务，则会在之后的工作日进一步导致节律紊乱。研究人员发现，周末补眠的晚睡型人员可与工作日形成3小时的时差，且睡眠时间远高于工作日。
（见图3：社会节律和生物节律在晚睡者当中形成的时差可达到3小时）
比较幸运的是，总人群当中，早睡型人群数量偏多，且随着年龄的改变，人类的生物节律会发生改变，一些青春期或青年期为晚睡型的个体，在年龄增长之后，生物节律会逐渐转向早睡型。有研究表明，晚睡型人群当中，男性占比更高，因此总人群统计显示，男性睡眠类型通常比女性晚，但是到40-50岁以后，这个差异会消失。
但是，对于早睡型人员来说，如果被迫晚睡，同样也会发生精神健康受损的风险。
目前，临床上已经观察到，睡眠和生物钟中断或紊乱，将会导致认知功能下降，人的警觉性、注意力、记忆力、反应能力和决策等高级执行功能会受损。昼夜节律受损，将会影响神经代谢，导致参与情绪调节的神经递质系统的节律活动发生改变，从而引发情绪障碍。【而由于部分精神疾病，比如抑郁障碍、焦虑障碍、精神分裂症等本身与失眠高度相关，反过来又将进一步破坏昼夜节律和睡眠节律，使得神经内分泌进一步受到影响，发生恶性循环，加重疾病。】
中国睡眠研究会2016年公布的睡眠调查结果显示，中国成年人失眠发生率高达38.2%，超过3亿中国人有睡眠障碍，且这个数据仍在逐年攀升中。2019年发表于Lancet Psychiatry的研究显示，中国人当中精神病的终生患病率为16.6% (95%置信区间：13.0–20.2），尽管相对较低，但在庞大的人口基数面前，患者数量巨大，达到了2亿3千多万。其中焦虑障碍终生患病率7.6%（95%置信区间：6.3–8.8），抑郁障碍终生患病率6.8%（95%置信区间：5.8-7.8），都在1亿左右。
精神健康与环境和人类行为有较大关系，社会节律要如何更适应人群的生物节律，来保障大多数人的健康，甚至是超越了医学范畴的庞大课题。
参考文献
[1] Jacques Taillarda,, Patricia Sagaspea, PierrePhilipa, St´ephanie Bioulac. Sleep timing, chronotype and social jetlag: Impacton cognitive abilities and psychiatric disorders.
[2]Daghlas I, Lane JM, Saxena R, Vetter C.Genetically Proxied Diurnal Preference, Sleep Timing, and Risk of MajorDepressive Disorder. JAMA Psychiatry. Published online May 26,2021.doi:10.1001/jamapsychiatry.2021.0959
[3]JessicaO’Loughlin,FrancescoCasanova,SamuelE.Jones,SaskiaP.Hagenaars,RobinN.Beaumont,RachelM.Freathy,EdwardR.Watkins,UsingMendelianRandomisation methods to understand whethe rdiurnal preference iscausally related to mental health
[5]Yueqin Huang, Yu Wang, Hong Wang, ZhaoruiLiu, Xin Yu, Jie Yan, Yaqin Yu, Changgui Kou, Xiufeng Xu, Jin Lu, ZhizhongWang, Shulan He, Xiangdong Du, Yue Wu. Prevalence of mental disorders in China:a cross-sectional epidemiological study. Lancet Psychiatry 2019;6: 211–24
经济的自然原理（8）
关于自然界的基本知识（4）
一、自然进化的过程及原理（3）
地球上所有活的生物主要由4种化学元素构成：氢、氧、碳和氮，其它元素加在一起还不及活的生物总质量的1%。这四种元素全都出现在了宇宙中最多的六种元素名单中，它们属于化学特性最活跃的元素，其中氧是地球上最多的四种元素之一。地球上的生命体为什么没有充分利用地球上其它几种较丰富的元素，而选择了碳、氧、氢？也许并非是因为某些偶然的原因促成了这样的结果，其中可能存在一定的必然性。我们知道，生命的构造首先需要形成结构复杂的有机分子。氢原子只能与一个其它原子结合，氧原子能与一、两个其它原子结合，而碳原子能够与四个其它原子结合。高度活跃状态的碳原子可以很快地和氢、氮、氧、磷及硫等元素结合，产生许多不同的物质。所以，碳成了所有生命体内分子的骨干，如蛋白质和糖。碳与其它原子的结合很脆弱，很容易破裂，使得碳基分子相互碰撞和相互作用，很容易形成新型的分子。这是生命新陈代谢活动中至关重要的部分。而硅原子虽然能与四个其它原子结合，但它的活跃性非常低，所形成的化合物结合得十分牢固，无法再形成新型的分子。这些特征体现了有机分子在构造过程中所需要的客观条件，这些条件既包含了一定的稳定性，同时也包含一定的活跃度，只有在相对适中的状态下才有利于有机分子结构的进化。除此之外，液体也是有机分子相互结合的理想环境。因为固体则将原子和分子锁定在一个地方，它们能够碰撞和相互作用的机会要少得多；而在气体里，分子运动较液体环境更加自由，碰撞和相互结合的概率也较低。我们不能指望生命在冰层中产生，或者在水蒸气中产生，因为大量分子通过相互碰撞并稳定结合在一起才是生命形成的基本环境。生命结构是在适应环境的过程中产生和进化的，它会利用每一种可以利用的环境和物质。地球上贮藏丰富的固体、液体和气体都是生命体可以直接利用的物质，但有些贮藏量很大的元素却因为它们的化合物过于稳定而难以被利用。生命进化对外部环境和自身结构都有一定的要求，它既需要一个条件适度的环境，自身结构又不能缺少灵活性、适应性以及整体的稳定性。当外部环境发生了变化，一些结构不完善、适应性不强的生命体就会率先遭到打击。因此，在生命进化的漫长路途中充满了无数的风险和挑战，一不小心就会成为环境变化的牺牲品。
有机分子的出现向我们展示了不可逆结构更复杂的一面——不同的元素通过电磁力的相互作用结合在一起，形成多种元素平行连接的“平行结构”。这些物质在各种严酷的自然环境中经受着不同程度的考验，有些分子结合得很脆弱，它们难以长久保持结构的完整；有些分子结合得很牢固，一旦生成化合物便难以被分解；还有很多物质处于中间状态。有机物进化的时间越长，结构就越复杂，对周围环境的依赖性也越大，它们需要更频繁地从环境中获取物质和能量。有机体的生存模式是从其它无机物或有机物中获取它们所携带的物质或者能量，它们的生存能力取决于如何善加利用这些物质和能量。本质上，从有机分子到单细胞生物，从动植物到人类社会，它们的生存方式都是一致的——高效地从周围环境中获取物质或者能量，维持结构的稳定，并获得进化的机会。
有机分子结构的进化除了受到分子间相互作用力的约束之外，很大程度上还是适应外界环境的结果。环境因素对有机物质的形态造成了很大的影响，它的多样性促使物质进化的路径持续地分化。造成这种分化的根本原因在于，有机物必须努力地适应变化的生存环境，而生存环境受制于不可预见的随机性变得难以预料。正是因为有机物对独特环境的努力适应，使得它们与环境之间的相关性越来越大，依赖性越来越高。当我们把这一逻辑进一步延伸到更广泛的领域时，我们会发现人类社会的进化路径同样是不可逆的、不可复制的，而且它们与生存环境是不可分割的。
碳分子同氢、氧、氮、硫等分子通过化学键的形式结合在一起，形成了各种结构的有机分子。有机化合物都是含碳的化合物，同时还有含碳的无机化合物，碳元素的地位具有几乎不可替代的作用。因为碳原子结构的独特性，使它可以与多种原子尝试不同的组合方式，从而成为组成有机物和生命体的基本物质。有机物数目众多，可达几千万种，而无机物却只发现数十万种，因为碳原子的结合能力非常强，可以互相结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是一、两个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物（聚合物）甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象（化合物具有相同的分子式而有不同的原子排列）非常普遍，这也是有机化合物数目繁多的原因之一。有机分子没有选择类似星系的“核心结构”，而是选择了更开放的“平行结构”。也许是因为“平行结构”更容易组合，具有更高的灵活性。再有，分子之间的相互作用依靠的是电磁力，其强度远不如强核力，无法构建像原子一样稳固的“核心结构”，因而就“因地制宜”地采用平行的方式。虽然“平行结构”的稳定性较差，但它所具有的灵活性、复杂性是“核心结构”不能替代的。假如所有的大分子都采用“核心结构”来构造，就不会出现如此丰富多彩的世界，也很难出现如此复杂的生命构造。显然，两种结构各有所长，它们在自然界中相互补充、扬长避短，以达到某种平衡的状态。
所有的生命系统除病毒以外都是由细胞构成的，细胞是最简单的生命形态。细胞中有机物达几千种之多，它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。有机物则主要由四大类分子所组成，即蛋白质、核酸、脂类和糖。在形成简单的细胞之前，必须形成类似于蛋白质和核酸这样的有机化合物，它们就像宇宙中的原子一样成为了生命构成的基本物质。当这些有机物质大量生成以后，生命的萌发就开始了。最先出现的生命形态是由脂质、蛋白质、碳水化合物和水构成的、由半透膜包裹的囊，这样的原始细胞被称为“异养生物”——即在同化作用的过程中，不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质并储存了能量。最小细胞的直径只有氢原子的1000倍，它们通过漂浮在海洋表面或者接近表面的地方，捕获海水中丰富的酸基和碱基，从而找到能量的来源。蓝藻是另一种类型的原始单细胞生物，也是最早出现的“自养生物”。它们以阳光作为能量来源，制造出生长所需的食物和蛋白质。在很长一段时间之后，自养生物不仅变成了很多种类的细菌，而且还变成了如今遍布地球表面的植物。
关于自然界的基本知识（4）
一、自然进化的过程及原理（3）
地球上所有活的生物主要由4种化学元素构成：氢、氧、碳和氮，其它元素加在一起还不及活的生物总质量的1%。这四种元素全都出现在了宇宙中最多的六种元素名单中，它们属于化学特性最活跃的元素，其中氧是地球上最多的四种元素之一。地球上的生命体为什么没有充分利用地球上其它几种较丰富的元素，而选择了碳、氧、氢？也许并非是因为某些偶然的原因促成了这样的结果，其中可能存在一定的必然性。我们知道，生命的构造首先需要形成结构复杂的有机分子。氢原子只能与一个其它原子结合，氧原子能与一、两个其它原子结合，而碳原子能够与四个其它原子结合。高度活跃状态的碳原子可以很快地和氢、氮、氧、磷及硫等元素结合，产生许多不同的物质。所以，碳成了所有生命体内分子的骨干，如蛋白质和糖。碳与其它原子的结合很脆弱，很容易破裂，使得碳基分子相互碰撞和相互作用，很容易形成新型的分子。这是生命新陈代谢活动中至关重要的部分。而硅原子虽然能与四个其它原子结合，但它的活跃性非常低，所形成的化合物结合得十分牢固，无法再形成新型的分子。这些特征体现了有机分子在构造过程中所需要的客观条件，这些条件既包含了一定的稳定性，同时也包含一定的活跃度，只有在相对适中的状态下才有利于有机分子结构的进化。除此之外，液体也是有机分子相互结合的理想环境。因为固体则将原子和分子锁定在一个地方，它们能够碰撞和相互作用的机会要少得多；而在气体里，分子运动较液体环境更加自由，碰撞和相互结合的概率也较低。我们不能指望生命在冰层中产生，或者在水蒸气中产生，因为大量分子通过相互碰撞并稳定结合在一起才是生命形成的基本环境。生命结构是在适应环境的过程中产生和进化的，它会利用每一种可以利用的环境和物质。地球上贮藏丰富的固体、液体和气体都是生命体可以直接利用的物质，但有些贮藏量很大的元素却因为它们的化合物过于稳定而难以被利用。生命进化对外部环境和自身结构都有一定的要求，它既需要一个条件适度的环境，自身结构又不能缺少灵活性、适应性以及整体的稳定性。当外部环境发生了变化，一些结构不完善、适应性不强的生命体就会率先遭到打击。因此，在生命进化的漫长路途中充满了无数的风险和挑战，一不小心就会成为环境变化的牺牲品。
有机分子的出现向我们展示了不可逆结构更复杂的一面——不同的元素通过电磁力的相互作用结合在一起，形成多种元素平行连接的“平行结构”。这些物质在各种严酷的自然环境中经受着不同程度的考验，有些分子结合得很脆弱，它们难以长久保持结构的完整；有些分子结合得很牢固，一旦生成化合物便难以被分解；还有很多物质处于中间状态。有机物进化的时间越长，结构就越复杂，对周围环境的依赖性也越大，它们需要更频繁地从环境中获取物质和能量。有机体的生存模式是从其它无机物或有机物中获取它们所携带的物质或者能量，它们的生存能力取决于如何善加利用这些物质和能量。本质上，从有机分子到单细胞生物，从动植物到人类社会，它们的生存方式都是一致的——高效地从周围环境中获取物质或者能量，维持结构的稳定，并获得进化的机会。
有机分子结构的进化除了受到分子间相互作用力的约束之外，很大程度上还是适应外界环境的结果。环境因素对有机物质的形态造成了很大的影响，它的多样性促使物质进化的路径持续地分化。造成这种分化的根本原因在于，有机物必须努力地适应变化的生存环境，而生存环境受制于不可预见的随机性变得难以预料。正是因为有机物对独特环境的努力适应，使得它们与环境之间的相关性越来越大，依赖性越来越高。当我们把这一逻辑进一步延伸到更广泛的领域时，我们会发现人类社会的进化路径同样是不可逆的、不可复制的，而且它们与生存环境是不可分割的。
碳分子同氢、氧、氮、硫等分子通过化学键的形式结合在一起，形成了各种结构的有机分子。有机化合物都是含碳的化合物，同时还有含碳的无机化合物，碳元素的地位具有几乎不可替代的作用。因为碳原子结构的独特性，使它可以与多种原子尝试不同的组合方式，从而成为组成有机物和生命体的基本物质。有机物数目众多，可达几千万种，而无机物却只发现数十万种，因为碳原子的结合能力非常强，可以互相结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是一、两个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物（聚合物）甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象（化合物具有相同的分子式而有不同的原子排列）非常普遍，这也是有机化合物数目繁多的原因之一。有机分子没有选择类似星系的“核心结构”，而是选择了更开放的“平行结构”。也许是因为“平行结构”更容易组合，具有更高的灵活性。再有，分子之间的相互作用依靠的是电磁力，其强度远不如强核力，无法构建像原子一样稳固的“核心结构”，因而就“因地制宜”地采用平行的方式。虽然“平行结构”的稳定性较差，但它所具有的灵活性、复杂性是“核心结构”不能替代的。假如所有的大分子都采用“核心结构”来构造，就不会出现如此丰富多彩的世界，也很难出现如此复杂的生命构造。显然，两种结构各有所长，它们在自然界中相互补充、扬长避短，以达到某种平衡的状态。
所有的生命系统除病毒以外都是由细胞构成的，细胞是最简单的生命形态。细胞中有机物达几千种之多，它们主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。有机物则主要由四大类分子所组成，即蛋白质、核酸、脂类和糖。在形成简单的细胞之前，必须形成类似于蛋白质和核酸这样的有机化合物，它们就像宇宙中的原子一样成为了生命构成的基本物质。当这些有机物质大量生成以后，生命的萌发就开始了。最先出现的生命形态是由脂质、蛋白质、碳水化合物和水构成的、由半透膜包裹的囊，这样的原始细胞被称为“异养生物”——即在同化作用的过程中，不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质并储存了能量。最小细胞的直径只有氢原子的1000倍，它们通过漂浮在海洋表面或者接近表面的地方，捕获海水中丰富的酸基和碱基，从而找到能量的来源。蓝藻是另一种类型的原始单细胞生物，也是最早出现的“自养生物”。它们以阳光作为能量来源，制造出生长所需的食物和蛋白质。在很长一段时间之后，自养生物不仅变成了很多种类的细菌，而且还变成了如今遍布地球表面的植物。
【向红豆杉“取经”如何高效合成抗癌明星药】要想高效合成分子结构复杂的抗癌明星药紫杉醇，人类还得向珍惜濒危植物红豆杉“取经”。7月15日，中国农业科学院（深圳）基因组研究所（以下简称基因组所）和湖南农业大学等合作，于《自然—植物》在线发表了南方红豆杉染色体级别的高质量参考基因组，并全面解析了紫杉醇生物合成的遗传基础。
△ 难以为继：抗癌明星药高度依赖珍稀濒危植物
“植物大熊猫”红豆杉是我国一级珍稀濒危保护植物，还被全世界42个国家称为“国宝”。
图1：红豆杉果实
图2：南方红豆杉基因组特征与紫杉醇合成基因簇结构
由红豆杉产生的独特的二萜类化合物紫杉醇，上世纪60年代首次从红豆杉树皮中分离鉴定。1992年首款紫杉醇注射液上市。
目前，作为已知疗效最好的植物源明星抗肿瘤药物，紫杉醇能够特异性调控微管蛋白从而抑制肿瘤细胞的异常分裂增殖，被广泛应用于各种实体瘤的临床治疗，是癌症化学药物治疗的“主力军”。
据悉，紫杉醇的化学结构极其复杂，含有47个碳原子，11个立体中心，多个的手性中心和官能团，化学全合成的生产成本依然很高，难以满足工业化生产需要。现阶段，紫杉醇类原料药主要依赖人工种植的红豆杉植物提取和化学半合成。
“但是，紫杉醇在红豆杉中含量非常低，加之红豆杉生长十分缓慢，造成当前的紫杉醇供需矛盾。”基因组所研究员闫建斌告诉《中国科学报》，通过合成生物学和生物多组学等技术联用，开发高产紫衫醇的植物或微生物反应器，是降低紫杉醇生产成本和保护红豆杉自然资源的必由之路。
“但是，缺乏红豆杉基因组数据的指导，尚未完全解析紫杉醇生物合成通路，这些问题正制约着该领域的发展。”闫建斌说。
△ 成功组装南方红豆杉染色体级别基因组
全世界有11种红豆杉，在我国主要分布着中国红豆杉、南方红豆杉、东北红豆杉、云南红豆杉和曼地亚红豆杉。
基因组所研究员熊兴耀介绍，南方红豆杉主要分布于长江流域以南各省区，在我国南方省份多有分布，河南和陕西也有其身影。由于其紫杉醇含量较高，是人工种植红豆杉的主要物种之一。
该团队选取南方红豆杉的单倍型胚乳材料进行全基因组测序，成功组装了染色体级别的高质量参考基因组。
“红豆杉的基因组大且复杂，选取南方红豆杉的单倍型胚乳材料进行全基因组测序，可以避开复杂基因组的杂合片段，从而有效提升基因组组装质量。” 熊兴耀说。
同时，“团队在番茄和黄瓜上的多组学研究体系，为解析紫杉醇代谢通路提供了有力的工具。”基因组所研究员黄三文说。
研究发现，南方红豆杉基因组经历了一次古代的全基因组复制事件，并且其基因组中的重复序列经历了长期而连续的插入过程。
闫建斌解释说，“全基因组复制和重复序列连续插入现象的发现，在一定程度上解释了红豆杉在进化过程中基因组变大的原因。同时，在漫长的进化过程中，与其他裸子植物相比，红豆杉进化形成了独特的Gypsy和Copia转座子家族，从基因组角度体现了红豆杉作为‘植物大熊猫’的遗传独特性。”
△ 揭示紫杉醇生物合成遗传基础
不仅如此，红豆杉还进化出独有的紫杉醇生物合成相关基因家族。
“紫杉醇仅能在红豆杉中合成，这与其独特的基因家族有密切关系。”闫建斌说，该研究系统分析了紫杉醇合成相关基因的定位与协同表达调控，绘制了多个相关基因家族的位置图谱，特别揭示了细胞色素P450家族，尤其是紫杉醇合成相关P450亚家族（CYP725A）的基因组分布和调控规律。
“紫杉醇合成酶基因在基因组上是否存在协同分布和调控，此前一直未知。”闫建斌说，他们的研究进一步发现了紫杉醇合成相关基因在红豆杉染色体上存在聚集分布和受植物激素茉莉素协同调控的趋势，鉴定了红豆杉特有的CYP725A家族和首个紫杉醇生物合成基因簇由六个基因串联组成，并主要负责着催化紫杉醇生物合成的前两步。
中国科学院院士邓子新教授高度评价了该研究进展，从紫杉醇被发现开始，科学家们经过半个多世纪的研究，完成了对其构效关系、药物剂型、药物来源、临床应用、作用机制等方面的研究工作。如今，我国科学家完成南方红豆杉基因组测序和组装，为解决“红豆杉如何合成紫杉醇”的关键科学问题提供了重要基石。
“该项研究所发现的紫杉醇生物合成基因的分布与调控规律，基于多组学分析获得的候选基因，对于指导红豆杉遗传育种和种质资源的高效利用，具有重要意义；而且能够为我国的紫杉醇合成生物学生物制造提供生物数据保障，加快紫杉醇异源合成底盘的设计和开发，为下一步开发绿色环保、可持续生产的紫杉醇生物合成策略提供关键基础。”邓子新说。https://t.cn/A6fjHY4h
△ 难以为继：抗癌明星药高度依赖珍稀濒危植物
“植物大熊猫”红豆杉是我国一级珍稀濒危保护植物，还被全世界42个国家称为“国宝”。
图1：红豆杉果实
图2：南方红豆杉基因组特征与紫杉醇合成基因簇结构
由红豆杉产生的独特的二萜类化合物紫杉醇，上世纪60年代首次从红豆杉树皮中分离鉴定。1992年首款紫杉醇注射液上市。
目前，作为已知疗效最好的植物源明星抗肿瘤药物，紫杉醇能够特异性调控微管蛋白从而抑制肿瘤细胞的异常分裂增殖，被广泛应用于各种实体瘤的临床治疗，是癌症化学药物治疗的“主力军”。
据悉，紫杉醇的化学结构极其复杂，含有47个碳原子，11个立体中心，多个的手性中心和官能团，化学全合成的生产成本依然很高，难以满足工业化生产需要。现阶段，紫杉醇类原料药主要依赖人工种植的红豆杉植物提取和化学半合成。
“但是，紫杉醇在红豆杉中含量非常低，加之红豆杉生长十分缓慢，造成当前的紫杉醇供需矛盾。”基因组所研究员闫建斌告诉《中国科学报》，通过合成生物学和生物多组学等技术联用，开发高产紫衫醇的植物或微生物反应器，是降低紫杉醇生产成本和保护红豆杉自然资源的必由之路。
“但是，缺乏红豆杉基因组数据的指导，尚未完全解析紫杉醇生物合成通路，这些问题正制约着该领域的发展。”闫建斌说。
△ 成功组装南方红豆杉染色体级别基因组
全世界有11种红豆杉，在我国主要分布着中国红豆杉、南方红豆杉、东北红豆杉、云南红豆杉和曼地亚红豆杉。
基因组所研究员熊兴耀介绍，南方红豆杉主要分布于长江流域以南各省区，在我国南方省份多有分布，河南和陕西也有其身影。由于其紫杉醇含量较高，是人工种植红豆杉的主要物种之一。
该团队选取南方红豆杉的单倍型胚乳材料进行全基因组测序，成功组装了染色体级别的高质量参考基因组。
“红豆杉的基因组大且复杂，选取南方红豆杉的单倍型胚乳材料进行全基因组测序，可以避开复杂基因组的杂合片段，从而有效提升基因组组装质量。” 熊兴耀说。
同时，“团队在番茄和黄瓜上的多组学研究体系，为解析紫杉醇代谢通路提供了有力的工具。”基因组所研究员黄三文说。
研究发现，南方红豆杉基因组经历了一次古代的全基因组复制事件，并且其基因组中的重复序列经历了长期而连续的插入过程。
闫建斌解释说，“全基因组复制和重复序列连续插入现象的发现，在一定程度上解释了红豆杉在进化过程中基因组变大的原因。同时，在漫长的进化过程中，与其他裸子植物相比，红豆杉进化形成了独特的Gypsy和Copia转座子家族，从基因组角度体现了红豆杉作为‘植物大熊猫’的遗传独特性。”
△ 揭示紫杉醇生物合成遗传基础
不仅如此，红豆杉还进化出独有的紫杉醇生物合成相关基因家族。
“紫杉醇仅能在红豆杉中合成，这与其独特的基因家族有密切关系。”闫建斌说，该研究系统分析了紫杉醇合成相关基因的定位与协同表达调控，绘制了多个相关基因家族的位置图谱，特别揭示了细胞色素P450家族，尤其是紫杉醇合成相关P450亚家族（CYP725A）的基因组分布和调控规律。
“紫杉醇合成酶基因在基因组上是否存在协同分布和调控，此前一直未知。”闫建斌说，他们的研究进一步发现了紫杉醇合成相关基因在红豆杉染色体上存在聚集分布和受植物激素茉莉素协同调控的趋势，鉴定了红豆杉特有的CYP725A家族和首个紫杉醇生物合成基因簇由六个基因串联组成，并主要负责着催化紫杉醇生物合成的前两步。
中国科学院院士邓子新教授高度评价了该研究进展，从紫杉醇被发现开始，科学家们经过半个多世纪的研究，完成了对其构效关系、药物剂型、药物来源、临床应用、作用机制等方面的研究工作。如今，我国科学家完成南方红豆杉基因组测序和组装，为解决“红豆杉如何合成紫杉醇”的关键科学问题提供了重要基石。
“该项研究所发现的紫杉醇生物合成基因的分布与调控规律，基于多组学分析获得的候选基因，对于指导红豆杉遗传育种和种质资源的高效利用，具有重要意义；而且能够为我国的紫杉醇合成生物学生物制造提供生物数据保障，加快紫杉醇异源合成底盘的设计和开发，为下一步开发绿色环保、可持续生产的紫杉醇生物合成策略提供关键基础。”邓子新说。https://t.cn/A6fjHY4h
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