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学者孙作东质疑美国生物学教科书 中国高中《生物》教材也存在问题

2019-10-15 14:45:26 23928

我国学者、黑龙江省亚欧脑科学研究院孙作东研究员在脑科学基础理论研究方面又取得重大突破,日前在美国医学科学期刊Journal of US-China Medical Science(UCMS)上同期发表了三篇论文:Potassium channel Origami windmill Model(钾离子通道“折纸风车”模型)、 Interpretation of Action Potential Generation Mechanism in Cells by Potassium Channel "Origami Windmill" Model (用钾离子通道“折纸风车”模型阐释细胞动作电位发生机制)、 Revision and Supplement of the Theory of Dove-like Particles (鸠子论的修订与补充)。

其中论文——钾离子通道“折纸风车”模型,正文不足千字,恰如当年沃森和克里克发表的著名“DNA螺旋结构模型”论文一样简洁。借助此模型原理,孙作东合理阐释了动作电位发生全过程:动作电位上升相——去极化过程,相当于细胞在“放电”,由特殊离子通道旋入的钠离子所主导,即旋入的钠离子、溢出的钾离子、多出的正电荷的比例为3:2:1;动作电位下降相——复极化过程,相当于细胞在“充电”,由特殊离子通道旋入的钾离子所主导,即旋入的钾离子、挤出的钠离子、多出的负电荷的比例为2:3:1。

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这种解释,与膜学说、离子学说的核心观点,以及霍奇金、赫胥黎对动作电位、静息电位发生机制的理解“背道而驰”,否定了麦金农等建立的选择性过滤器原子模型和船桨模型,提示“钠-钾泵”或“Na+-K+ATP酶”主要功能与作用不是承担细胞内外Na+ 、K+的转运和维持细胞膜电位,细胞的离子进与出通道是分别独立的,可能多数通道与其它无机阳离子和有机分子“同向共享”;关系到了是否有助于从源头上回答人类健康和疾病的基本生物学问题,涉及到了阿尔茨海默症、帕金森病乃至癌症等世界性医学难题的科研方向和治疗方法。孙作东据此对美国生物学教科书提出质疑,认为美国将这些尚存异议的理论当成“公认理论”传授给了大学生和中学生,可能构成一种严重的误导,这样的误导恐将传布到全世界。

孙作东介绍,之前关于动作电位、静息电位产生机制的解释,即细胞膜 “内负外正”静息电位的形成是由于K+外流相应的负电荷仍留在细胞内所致,已被世界各国当成公认的基础理论写入了高等与中等教育的生物学教科书中,如美国布朗大学(Brown University)神经科学教授Mark F.Bear,Barry W. Connors和Michael A.Paradiso担任主编的Neuroscience:Exploring the Brain (神经科学:探索脑), 第1篇(基础篇)第3章(静息态的神经元膜)、第4章(动作电位);由美国学者Alton Biggs(奥尔顿·比格斯)等著的BIOLOGY The Dynamics of Life(科学发现者.生物 生命的动力)第36章(神经系统)第1节(静息状态下的神经元、神经冲动的传递过程)。Neuroscience:Exploring the Brain被当成一部优秀生命科学教材在美国及世界范围使用,而BIOLOGY The Dynamics of Life是美国高中主流理科教材,都涉及到了霍奇金、赫胥黎动作电位与静息电位产生机制和钠—钾泵的作用,“当刺激兴奋神经元时,细胞膜上关闭的钠通道就会开放,钠离子大量进入细胞内。而大量带正电的钠离子的进入,使得细胞内的电位比细胞外要高。这种细胞膜上荷电性的变化称为去极化。当去极化失效后,钠离子通道关闭,通过钠—钾泵的工作,使细胞回复到静息状态,即细胞内带负电,细胞外带正电”。这说明,美国已将这些尚存异议的理论当成“公认理论”传授给了大学生和中学生,这很可能会影响到他们的一生,特别是对今后要专职从事学术研究的,可能是一种严重的误导,这样的误导会影响到全世界。

孙作东认为,中国的高中《生物》教材编写的比美国谨慎和客观,如人教版2019年高中《生物》必修3第2章第1节,虽涉及到了动作电位与静息电位,但对其产生机制没有做出解释,编写者的这种求是的学风值得肯定。孙作东同时也指出,由教育科学出版社出版的2020版《曲一线科学备考》系列中《5年高考3年模拟:人教版.高中生物.3:必修》第2章第1节第1课时“知识清单练”“基础过关练”“能力提升练”中的相关练习题,不应该出现在高考试卷中。

将好的科学方法介绍给高中生。《生物》必修3第24页的科学方法:“提出新的假说往往需要大胆的质疑和丰富的想像。有时,不同的假说都能在一定程度上解释某一科学事实,哪一个假说能够成为公认的理论,取决于进一步的观察和实验”,孙作东对此表示赞同。他说,当一个假说不能合理解释某一科学事实时,就应该存疑,就不应该当成“公认的理论”写入教科书。另外,孙作东也指出了《生物》必修3《科学 技术 社会》提到的“2018年中国脑计划正式启动”、克隆猴“中中”“华华”等不确定、不能代表“中华”先进水平的内容,也包括必修1、2、3的开篇“科学家访谈”,建议再版时从教科书中移除。同属于2007年1 月第2版的内容应一致。

对自己已经公开发表过的《鸠子论》进行修订与补充,孙作东谈了自己的观点。他说,此次修订也是基于前二篇论文发现的问题,Aβ假说误导了脑科学家们攻克阿尔茨海默病的研究方向,涉及到了“范式转移”,必须从战略高度与学术层面彻底否定和摒弃假说,试图对其修修补补、免强维持,不科学也无现实意义

以上论文正面提到了14位国际知名学者的工作,其中包括五位诺贝尔奖获得者——艾伦·劳埃德·霍奇金(Alan Lloyd Hodgkin)、安德鲁·赫胥黎(Andrew Fielding Huxley)、罗德里克·麦金农(Roderick MacKinnon)、伯纳德·卡茨(Bernard Katz)、延斯·克里斯蒂安·斯科(Jens Christian Skou)。其他九位中有七位是华人学者,均为美国科学院院士。

脑细胞激活论、鸠子论等相关论文的中文版也已在中国科技论文在线、中科院科技论文预发布平台、中国脑科学网等平台上发布。(那边  爱丽)

新闻链接1:孙作东简介

孙作东,1966年生,研究员,博士后合作导师,“鸠子论”、“脑细胞激活论”的创立者,脑科学π计划执笔人,世界首台帕金森治疗仪、阿尔茨海默治疗仪、脑功能康复治疗仪、抑郁症治疗仪发明人;享受国务院政府特殊津贴,“新世纪百千万人才工程”国家级人选,“中国青年五四奖章”获得者;黑龙江省“生物医学电子学”领军人才梯队带头人,黑龙江省脑病康复治疗设备工程技术研究中心负责人;奥博医疗创始人,黑龙江省亚欧脑科学研究院院长。自1994年至今,一直从事脑科学基础理论研究与重大脑病康复治疗设备的研发工作,他的脑科学系列研究成果,从重大脑病的发病原因、发病机制到治疗方法、治疗机理,经历了实践--理论--再实践--再理论的过程,现已自成体系。

新闻链接2:钾离子通道“折纸风车”模型

钾离子通道“折纸风车”模型,是应用物理生物学原理揭示钾离子通道的运行机制,由孙作东研究员创建,原理:钾离子等阳离子与通道螺旋内带正电荷的氨基酸残基形成的排斥力推动“风齿”后退、“风车”旋转,而钾离子通道孔径大小随着“风车”转速的快慢而变化,决定着通道孔相对于钾离子的“开放”与“关闭”,特点是四条通道螺旋形成一个独立功能单位,同步单方向旋转,或顺时针或逆时针,但一个通道“风车”只能按一个方向旋转,转运钾离子方式是被动单向只进不出,对ATP没有依赖性。应用此模型能够合理解释细胞静息电位、动作电位发生全过程:动作电位上升相,由特殊离子通道旋入的钠离子所主导;动作电位下降相,由特殊离子通道旋入的钾离子所主导。


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