6、免疫生态与免疫信息学：免疫系统的网络设计原则

免疫生态与免疫信息学：免疫系统的网络设计原则

1. 引言

大多数免疫学家都认同免疫系统是一个由相互作用的元素构成的复杂网络，但很少有人认真思考过这一事实的生物学意义。免疫系统的网络特性对其影响深远，它由大量分散、多样的组件组成，这些组件之间存在广泛的非线性连接。免疫系统具有高度的动态性，能够在压力下保持连贯性、适应变化并学习。然而，免疫学家尚未解决一些关键问题，例如免疫系统如何实现这些功能、如何在受到干扰时避免陷入混乱以及如何应对自身的复杂性。

在深入探讨免疫生态这一概念之前，我们需要了解免疫系统网络的一些基本特征。人类习惯以线性、逐步的方式思考，并在研究中不自觉地施加这种模式。但网络是多因素、非线性的交互元素阵列，这让人类感到困惑。此外，人类还倾向于赋予研究对象人类的特质和价值观，这往往会掩盖免疫系统网络的本质。

白细胞是没有大脑的自动装置，通过群体行动而非个体努力来完成任务。每个白细胞独立地对来自其直接环境的综合信号做出可预测的、基因预编程的反应。免疫反应本质上是白细胞群体功能，这些群体功能在不断变化的局部条件下发生，因此具有不可预测性。

免疫生态学家面临两个主要挑战。一是确定白细胞群体能够执行的任务范围、决定这些任务是否执行的环境信号以及白细胞群体如何影响局部环境。二是了解免疫系统如何控制其群体功能的进化，避免混乱和无序。传统的基于免疫管弦乐队或免疫民兵的拟人化范式在这方面并不适用，我们将探索一种新的前提，即免疫系统网络的控制选项由网络设计和功能的固有原则提供。

2. 网络设计原则

免疫系统的网络设计至少有四个基本原则，为其提供了广泛的控制选项，分别是系统发生分层、并行处理、动态参与和可变连接性。