自然界的共生

    共生最早由Heinrich Anton de Bary 于 1879 定义为“生活在一起的不同的生物”，目前主要指不同生物间具有的一种紧密、长期的关系。共生是自然界普遍存在的现象，从低等的微生物到高等的人类、从陆地生物到海洋生物都有共生体的存在。互惠共生能使双方获利，具备更强的生存能力。例如：

    小丑鱼居住在海葵的触手之间，这些鱼可以使海葵免于被其他鱼类食用，海葵有刺细胞的触手，可使小丑鱼免于被掠食，而小丑鱼本身则会分泌一种黏液在身体表面，保护自己不被海葵伤害。

　　珊瑚礁生态系统是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一。珊瑚中共生着大量的虫黄藻，虫黄藻可以从珊瑚宿主代谢废物中获得氮、磷等营养；同时虫黄藻利用溶解在海水中的CO2，通过光合作用为宿主提供有机物。此外藻类还为珊瑚提供氧气和能源，使珊瑚具备造礁条件。

　　海绵是最古老、最原始的多细胞动物，已经在地球上生存了约6.4亿年。海绵体内共生着种类丰富（细菌、放线菌、古菌、真菌、藻类等）、数量巨大的共生微生物（可以达到其体积的40%以上）。海绵与微生物形成了紧密的共生关系。例如：海绵宿主可为共生微生物提供稳定安全、富营养的生存环境；反过来，共生微生物为海绵宿主提供营养与能量、化学防御来抵御捕食者和致病菌；还能为海绵宿主降解氨、尿素等代谢废物。

　　共生不仅使一些生物得以生存，而且使它们的生活更美好。例如：藻类赋予了珊瑚、海绵五颜六色的美丽外表；共生也造就了美好的“爱情”传说。幼体俪虾成双结对地经偕老同穴海绵的筛孔进入中央腔，取食流入的海水中的有机物，同时为海绵清除有机废物。当俪虾长大后，不能再通过筛孔而游出海绵，于是便成双结对生活在偕老同穴的腔中，与偕老同穴合为一体，白头到老。由于偕老同穴海绵结构类似花篮，被称为“女神维纳斯的花篮”，作为吉祥之物送给新婚的朋友。

　　共生利于生物进化和功能完善。美国生物学家Lynn Margulis于1970年在出版的《真核细胞的起源》一书中正式提出内共生学说。根据这个学说，真核生物细胞中的细胞器，线粒体和叶绿体起源至内共生于真核生物细胞中的原核生物。可见共生推动了多细胞生物的进化。复杂共生体系（例如海绵共生体）的不同组分间在长达几亿年时间内形成了紧密的关系，并可能通过水平基因转移等途径，实现宿主与共生微生物间以及共生微生物间的协同进化。由共生推动的进化与达尔文的进化论并不矛盾。共生能使生物具备更完善的功能，更好地适应环境变化，从而在自然选择中生存下来。

　　2001年至今我一直从事海洋共生微生物的研究，对于自然界的共生有了较深入的了解。自然界共生的科学内涵是“互利”与“进化”。从社会学与哲学角度，“共生”会带给我们很多启迪，例如：对于人类与社会需要而言，需要“合作”与“共赢”、“和谐”与“发展”。下面重点从科研创新、社会和谐、人与自然三个方面谈一下“共生”所给予的启示。

　　科研创新需要“共生”

　　古人云：“三人行，必有我师焉”，讲的是要互相学习。俗话说：“三个臭皮匠赛过诸葛亮”，“众人拾柴火焰高”，提倡的是团队合作。学科交叉与团队协作是现代科学研究的大趋势。许多科学前沿的重大突破以及重大原创性科研成果都是学科交叉融合的结果。例如：迄今诺贝尔自然科学奖的300多项成果中，近半数的项目是多学科交叉融合取得的。一个最好的例子就是DNA分子双螺旋结构的确认，它是物理学、生物学、化学交叉融合的重大发现。学科交叉是科研创新的一个重要途径。以生物学为例，单纯的生物学技术手段已经不足以应对复杂的生物系统或科学问题。生物学需要与化学、生态学、地学、物理、数学（统计学）、材料、信息、计算机等科学紧密交叉融合。21世纪的重要新兴交叉学科化学生物学，就是化学与生物学和医学交叉渗透的产物。化学的工具和方法被用于研究生物和医学问题，分子生物学的手段也被用于解决化学问题，包括化学遗传学、生物体系的小分子调控、分子识别和分子间相互作用的化学基础研究、分子进化和生物合成基本规律等。

　　然而，多学科交叉融合与团队协作不是一件容易的事情。正如美国斯坦福大学教育和经济学教授马丁·卡诺依博士的观点：跨学科交叉研究的确很重要，但是现行学术体系不鼓励这种交叉。可能的原因包括：

　　一是，PI制适合自由探索的基础研究，但由于其体量小，知识结构与学科单一，不利于承担国家重大科研项目和进行集体攻关。科研“个体户”使得资源难以共享，科学研究低水平重复，做不大、做不强。

　　二是，学科、同行间彼此封闭，喜欢各自为政，互不往来，不利于学科交叉。

　　三是，现有科研评价体系不利于学科交叉与团队协作，例如：在评价一个多学科交叉、多单位共同完成的成果时非常不科学，过于强调第一完成单位和第一通讯作者的贡献。

　　四是，现有科研体制也一定程度上束缚了学科交叉的大团队科研。例如：缺乏政策支持，存在资源分配、人员编制限制等。

　　目前我国高校或科研院所的学科交叉多是为项目申报而产生的自发组合，效率和成功率较低，而且队伍不稳定，不利于长期高效合作，攻克重大科学问题。因此，改革或优化我国现有的科研运行与评价体系，推动学科交叉的团队协作，构建合作与共赢的“共生圈”非常迫切。

　　科技强国需要源头创新，学科交叉是源头创新的一个重要途径。只有多学科交叉合作，才能形成大团队、承担大课题、解决大问题、做出大成果，只有多学科交叉、团队协作，通过共赢实现个人的大发展。许多世界知名大学都高度重视和推动多学科交叉融合。例如：麻省理工学院的跨学科研究中心和实验室已近70个；斯坦福大学实施了“生物学交叉学科”研究计划，跨越文理学院、工程学院和医学院三大学院；哈佛大学、密西根大学等普遍设立了合作基金，或建立学科交叉专家委员会等机构，以推动学校学科的交叉融合与发展。这些举措对于我国的科研体制改革具有重要参考价值。

　　社会和谐需要“共生”

　　和谐社会指的是一种和睦、融洽且各阶层齐心协力的社会状态，是人类孜孜以求的一种美好社会。儒家思想的“仁”、“礼”等要素，是古代中国构建和谐社会的基本国家信仰。2004年9月19日，中共十六届四中全会正式提出了“构建社会主义和谐社会”的任务，预计到2020年形成“全体人民各尽其能、各得其所而又和谐相处的局面”。社会就是一个大的共生体，每一个人、每一个集体或单位都是社会共生体的重要组成。“海纳百川、有容乃大”。不同种族、不同肤色、不同宗教、不同文化、不同党派、不同阶层的人们能够友好共处、共同发展是和谐社会一个主要特征。

　　根据胡守钧的《社会共生论》，“社会共生”是处在同一社会中的人们为了生存，必然要建立的共生关系；社会共生的三要素包括主体、资源和约束条件。主体（人或组织）围绕资源而结成各种共生关系。然而，因为资源的稀缺性，人或组织间会有互斥性。此时就需要约束条件（主要是法律、道德、宗教和意识形态等）来维持主体间的共生关系。因此，和谐社会构建必须要以人为本，完善法制，道德引领。一种理想的社会共生关系不仅能在一定程度上满足不同主体（即共生各方）的需求，更能促使现有的资源增加或创造新资源。个人或组织以“合作、共赢”为目的的互利互惠、相互依存的“共生圈”形成，利于社会的和谐与发展。

　　人与自然需要“共生”

　　快速的经济发展与工业化进程、盲目的过度开发消耗了大量的资源，不仅引起了较严重的环境污染问题，而且造成了大量生物灭绝。例如：由于江水污染，在地球上生存了两千多万年的长江白鳍豚于2007年8月8日正式宣告绝种；被誉为植物“大熊猫”的我国特有的四合木正因热电厂排出的粉煤灰污染而面临灭绝。仅以四川省为例，因矿山开发、森林砍伐和植被破坏、环境污染等原因，近几十年来，川西北地区约5%的生物种类已经灭绝，约10—20%的种类也面临濒危境地。近年来，因环境损坏、污染排放而引起的灾难事件也日益增加。温室气体排放会引起气候变暖、海水酸度增加。例如：仅在过去的20世纪，大气中增加的CO2使海水温度增加了0.74℃，海平面增加17cm，pH降低0.1单位（正常海水pH=8.2）。据预测，到2150年海水酸度将达到pH7.4，这样珊瑚礁会被溶解，由此地球生物多样性最丰富的生态系统之一的珊瑚礁生态系统面临消失的危险。因此，如何做到“环境友好型、资源节约型”的可持续性发展是当今必须要面对的一个课题。

　　我最近被一部 “与海共生”的纪录片深深打动。主人公一家与大自然合二为一、简单而宁静的生活，以及那种令人惬意的和谐是那么令人神往。带着“人定胜天”理念，人类已经创造了一个又一个的奇迹；但是同时也在破坏着我们唯一的美丽的地球。作为自然界的一员，人类必须学会与自然和谐共处。自然需要我们怀着一颗敬畏之心去尊敬；善待自然必将得到自然更多的回报。

　　学者小传

　　李志勇，上海交通大学生命科学技术学院教授，博士生导师，海洋生物技术研究室负责人。华南理工大学博士，美国加州大学圣地亚哥分校SCRIPPS海洋研究所访问学者。曾获上海市科技启明星（2004）、教育部新世纪优秀人才 （2006）、上海市高校优秀青年教师（2008）称号，上海交通大学首届SMC优秀青年教师奖（2008），上海交通大学优秀教师一等奖（2010）、特等奖（2012）。

　　研究方向为海洋共生微生物，重点针对海绵、珊瑚共生微生物进行研究。主持了国家重大科学发展计划课题、863计划、国家自然基金等十多项课题研究。以第一或通讯作者发表SCI论文30余篇；已授权专利10项，公开专利6项。参编专著5部，其中英文专著2部。创建并负责“细胞工程国家级精品课程”。主编出版教材6部，其中2部入选“十一五”国家级规划教材，荣获上海市优秀教材一、二等奖。

　　任Blue Biotechnology Journal、中国海洋药物杂志编委；中国生物化学与分子生物学会海洋生化与分子生物学分会理事；中国微生物学会海洋微生物专业委员会委员；上海市微生物学会海洋微生物专业委员会副主任；上海市药学会海洋药物专业委员会委员。任国家自然基金、863计划、国际科技合作项目、教育部百篇优博论文等评审专家。