分子生态学的原理和方法
1 分子生态学使生态学的实验研究进入分子水平
生物与环境之间的相互经，是地球上的生命出现以来就普遍存在的一种自然现象。但生态学自1866年诞生以来，人类对其规律性的认识则经历了一个由浅入深，由片面到全面的较长历史过程。表现在方法上，从逐渐摆脱直接观察的“猜测思辨法”，到野外定性描述的“经验归纳法”，再到野外定位定量测试与室内实验相结合的“系统综合法”。上述方法虽然有力地推动生态学取得了长足发展，但其研究视野仍局限在宏观水平上，因而表现出外貌或形态相同的生命有机体，由于所处的环境条件不同，其生理功能也不相同；亲代外貌、形态和生理功能相同的生命有机体，子代却由于所处的环境条件不同而产生新的变异，因此，宏观生态现象的多样性需要用微观的室内实验分析来揭示其生态本质的一致性也就成为生态学宏观与微观相结合发展的必然趋势。分子生物学原理和技术应用于生态学研究而形成的生态学新的分支科学――分子生态学，使生态学的实验研究一跃进入分子水平。
分子生态学的兴趣，首先建立在组成生命有机体的基本物质――核酸和蛋白质等生物大分子以及环境对这些基本物质的影响上。生命有机体遗传信息的携带者是核酸。遗传信息通过DNA分子半保留复制而代代相传。遗传信息由DNA到RAN再到多肽链合成蛋白质的过程称之为中心法则。合成的蛋白质作为一切生命活动的承担者，实现了生命有机体新陈代谢，生长发育以及对外界环境变化的反应，并调控着信息的传递和表达。虽然糖类不像核酸直接参与生命现象的延续，也不像蛋白质那样直接承担生命活动的体现，但它与分子之间的相互识别有密切的关系，因而在生命有机体信息传递中发挥着重要作用（邹承鲁，1996）。
携带蛋白质所需信息的DNA片段称为基因（gene），它是DNA上决定生命有机体外部形态、内部结构和生理功能的基本单位，按功能分为可被转录形成mDNA，进而转译成多肽，构成各种结构蛋白和催化各种生化反应的酶和激素等的结构基因以及可调节控制结构基因表达的基因的调节基因。基因由丹麦遗传学家Johansen W于1909年提出以称谓“孟德尔因子”或孟德尔自己使用的“性状单位（Character unit）”或“单位因子（Unit factor）”，而现代定义则为“遗传信息的结构和功能单位”。每个DNA分子含有很多因基因，基因的复制过程就是4种碱基按A配T，G配C的互补配对原则进行。因DNA分子是由两条多核苷酸组成双螺旋结构，故复制时，DNA在酶的催化作用下，原来的两条链先解旋成单链，然后各条链以自己为模板，配成相应的新链。这样，1个母DNA分子便复制成两个完全相像的分子，它说明了为什么子代和亲代想像的道理，即遗传的实质是碱基序列的复制过程。
基因最重要的特征是其从亲代到子代相似的复制能力，以保证生命有机体遗传的稳定性。然而，如果遗传信息始终不变，就不可能有新的生命有机体类型的产生。事实上，地球上生物多样性的存在已充分证明了遗传信息携带者的基因具有变化的特征，即基因突变（Mutation）。所有发生在基因的DNA序列中是由碱基替代（Base substitution）、碱基插入（Base insertion）和碱基缺失（Base deletion）等改变引起的，可以通过复制而遗传的任何持续性改变改变都叫基因突变，它可发生在生殖细胞，也可发生在体细胞。其中，碱基数量的变化是基因突变的一个重要原因。因为在不同的生命有机体类型之间，碱基的数量是不同的，DNA以其加倍的4个符号，可以编译成的MM蓝本是无限的，说明基因突变是无限的。其次，碱基的内容不同，也会导致基因突变，如ACA和UCA，虽只一个碱基之差，但含义是不同的。另外，碱基排列次序的变化，也是导致基因突变的一个，如UCA和CUA，CGG和GGC，他们的碱基完全相同，只是排列次序不同，因而其含义也不同。
基因是遗传信息的携带者，而生命活动的执行者却是蛋白质，即基因表达的产物。然而，生命有机体中的基因并非同时全部表达，其表达程度也各不相同。只有按一定的表达模式表达的基因，才能使遗传信息与生命活动之间建立直接的联系。因此，真正执行生命活动的蛋白质是在基因调控下不断变化的（王志珍，邹承鲁，2000）。此外，蛋白质分子，除有以氨基酸组成的并有一定顺序的肽链结构外，还具有肽链在空间的卷曲折叠而形成的三维空间结构，也只有处在这种特定的三维结构中的蛋白质分子，才能真正发挥生物功能。因此，即使肽链的氨基酸序列不变，只要空间结构被破坏，就会导致蛋白质功能的丧失。
分子生物学在其迅速发展中起来越深刻地认识到基因与环境的相互作用是产生基因突变和基因多态的源泉。因此，分子生物学对分子生态学最本质的贡献是阐明了外界环境对以中心法则为基础的基因突变，基因表达和蛋白质活性施以深刻的影响，因此生命有机体随着外界环境和内部生理状态的不同而表现出不同的基因突变、基因表达和蛋白质活性差异，且这种差异存在着严格的时空特异性。依据这一分子生物学原理，我们即可在分子水平上研究和揭示生命有机体和环境之间相互作用的分子基础和分子机理。
既然分子生物学规范意义上的分子水平是核酸和蛋白质等生物大分子，分子生态学规范意义上的分子水平也应该是核酸和蛋白质等生物大分子。因此，无机分子，有机分子，除核酸和蛋白质等生物大分子以外的生物分子或生物活性分子，都不是分子生态学规范意义上的分子水平。就其环境而言，从微观的核内超微环境，到中观的体内环境，再到宏观的体外环境，直至到宇观的全球环境，都对基因突变、基因表达和蛋白质活性施以深刻的影响，但限于目前的实验手段有对宏观的体外环境参数进行精确的定量测试，因此除膜电位以外，中观和微观环境因子 对基因突变、基因表达和蛋白质活性影响的精确定量测试目前尚在努力的探索之中。
