21世紀(jì)生命科學(xué)的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì).doc

21世紀(jì)生命科學(xué)的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)摘要：20世紀(jì)后半葉，生命科學(xué)各領(lǐng)域所取得的巨大進(jìn)展，特別是分子生物學(xué)的突破性成就，使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的位置起了革命性的變化。過去生命科學(xué)曾得益于引入物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的概念、方法與技術(shù)而得到長足的發(fā)展，那么，未來生命科學(xué)將以特有的方式向自然科學(xué)的其他學(xué)科進(jìn)行積極的反饋與回報(bào)。本文通過回顧生命學(xué)科的發(fā)展歷程，對(duì)生命科學(xué)的前沿發(fā)展進(jìn)行了展望，并進(jìn)一步闡述了生命科學(xué)在21世紀(jì)的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵字：生命科學(xué) 研究進(jìn)展 發(fā)展趨勢(shì) 分子生物學(xué) 遺傳學(xué) 細(xì)胞生物學(xué) 神經(jīng)生物學(xué) 生態(tài)學(xué)生命科學(xué)的重大進(jìn)展回顧20世紀(jì)50年代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)，隨后遺傳信息傳遞“中心法則”的確立與DNA重組技術(shù)的建立使生命科學(xué)的面貌起了根本性的變化。分子生物學(xué)與遺傳學(xué)的結(jié)合用10-15年測(cè)定出人類基因組30億個(gè)堿基對(duì)（遺傳密碼）的全序列，人體細(xì)胞約有10萬個(gè)基因。人類基因組的“工作草圖”迄今20的測(cè)序已達(dá)99.99%的準(zhǔn)確率和完成率，今后將要繼續(xù)發(fā)現(xiàn)與闡明大量新的重要基因，諸如控制記憶與行為的基因，控制細(xì)胞衰老與程序性死亡的基因，新的癌基因與抑癌基因，以及與大量疾病有關(guān)的基因。將利用這些成果去為人類健康服務(wù)。 70年代后，分子生物學(xué)的發(fā)展，以基因工程為代表的生物工程的出現(xiàn)，生物技術(shù)通過對(duì)DNA鏈的精確切割與有目的地重組，使有目的地改良生物的性狀與品質(zhì)成為可能。迄今生物工程所取得的成就已在生產(chǎn)上顯示出誘人的前景，盡管還存在有不少爭(zhēng)議的問題，但很有可能成為21世紀(jì)的新興產(chǎn)業(yè)。 RNA分子既有遺傳信息功能又有酶功能的發(fā)現(xiàn)，為數(shù)十年踏步不前的難題“生命如何起源”的解決提供了新的契機(jī)。在21世紀(jì)，人們還要試圖在實(shí)驗(yàn)室人工合成生命體。人們己有可能利用生物技術(shù)將保存在特殊環(huán)境中的古生物或凍干的尸體的DNA擴(kuò)增，揭示其遺傳密碼，建立已絕滅生物的基因庫，研究生物的進(jìn)化與分類問題。 神經(jīng)科學(xué)的崛起，預(yù)示著生命科學(xué)又一個(gè)高峰的來臨。腦是含有1011細(xì)胞的無比復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)體系，21世紀(jì)初從分子到行為水平的各個(gè)層次對(duì)腦功能的研究都將有重大突破，在闡明學(xué)習(xí)。記憶。思維。行為與感情機(jī)理等方面也將有重大進(jìn)展。腦機(jī)能在理論上的進(jìn)展將會(huì)促進(jìn)新一代智能計(jì)算機(jī)的研制，這可能成為未來生命科學(xué)對(duì)自然科學(xué)與技術(shù)科學(xué)回報(bào)的最好例子。 21世紀(jì)初生命科學(xué)的重大分支學(xué)科和發(fā)展趨勢(shì)80年代有遠(yuǎn)見的生物學(xué)家把分子生物學(xué)（包括分子遺傳學(xué)）、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)與生態(tài)學(xué)列為當(dāng)前生物科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科，無疑是正確地反映了現(xiàn)代生命科學(xué)的總趨勢(shì)。遺傳學(xué)（主要是分子遺傳學(xué)）不僅當(dāng)前是生物科學(xué)的帶頭學(xué)科，在今后多年還將保持其在生命科學(xué)中的核心作用。 分子生物學(xué)分子生物學(xué)是在分子水平上研究生命現(xiàn)象本質(zhì)與規(guī)律的學(xué)科。核酸與蛋白質(zhì)（有人認(rèn)為還有糖）是生命的最基本物質(zhì)，因此核酸與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究今后仍然是分子生物學(xué)研究的主要內(nèi)容。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，幾乎一切生命活動(dòng)都要依靠蛋白質(zhì)（包括酶）來進(jìn)行。蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的研究除了要闡明由氨基酸形成的并有一定順序的肽鏈結(jié)構(gòu)外，今后將特別重視肽鏈拆疊成的特定的三維空間結(jié)構(gòu)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)生物功能與它的空間構(gòu)型關(guān)系極為密切，核酸是遺傳信息的攜帶者與傳遞者，遺傳信息由DNARNA一蛋白質(zhì)的傳遞過程，稱為遺傳信息傳遞的“中心法則”，是分子生物學(xué)（分子遺傳學(xué)）研究的核心。其基本問題己比較清楚，當(dāng)前研究的重點(diǎn)是： 約經(jīng)1015年，人類基因組30億個(gè)堿基對(duì)全序列（遺傳密碼）可以測(cè)出，這是具有里程碑意義的工作； 真核生物基因表達(dá)過程在各層次上調(diào)節(jié)的研究仍然是今后相當(dāng)長一段時(shí)間的任務(wù)。 分子生物學(xué)的概念、方法與技術(shù)和各學(xué)科的滲透，正在形成很多新的學(xué)科，諸如分子遺傳學(xué)、細(xì)胞分子生物學(xué)、神經(jīng)分子生物學(xué)、分子分類學(xué)、分子藥理學(xué)與分子病理學(xué)等等。因此分子生物學(xué)在生命科學(xué)中的主導(dǎo)作用還將要持續(xù)下去。 遺傳學(xué)遺傳學(xué)比分子生物學(xué)更具有自己獨(dú)立的學(xué)科體系。但現(xiàn)代遺傳學(xué)與分子生物學(xué)是不可分割、相互交叉的兩個(gè)學(xué)科，且很難截然分開。 有些著名的遺傳學(xué)家把遺傳學(xué)概括稱為基因?qū)W，因?yàn)楝F(xiàn)代遺傳學(xué)主要是研究生物體遺傳信息傳遞與表達(dá)的學(xué)科。基因攜帶的信息是由基因的結(jié)構(gòu)所決定，信息的表達(dá)是由基因的功能實(shí)現(xiàn)的，因此遺傳學(xué)研究的是基因的結(jié)構(gòu)與功能。從遺傳學(xué)的角度看，所有生命現(xiàn)象的機(jī)制，追根究底都會(huì)與基因的結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)。因此遺傳學(xué)在今后較長時(shí)間仍然是生命科學(xué)的核心學(xué)科和推動(dòng)力。 有人估計(jì)人體細(xì)胞內(nèi)約有10萬個(gè)基因，迄今弄清楚的不到5，所以與重要生命活動(dòng)有關(guān)與疾病有關(guān)的新基因的發(fā)現(xiàn)與闡明將是今后幾十年的重要任務(wù)。 細(xì)胞生物學(xué)著名生物學(xué)家威爾遜（Wilson）早在20世紀(jì)20年代就提出一句名言“一切生物學(xué)關(guān)鍵問題必須在細(xì)胞中找尋”，至今還有著很深的內(nèi)涵。魏斯曼與摩爾根都曾先后試圖在細(xì)胞研究的基礎(chǔ)上建立遺傳、發(fā)育與進(jìn)化統(tǒng)一的理論，雖然當(dāng)時(shí)沒有找到具體解決的途徑，但關(guān)于細(xì)胞的知識(shí)在生物科學(xué)中的重要性是顯而易見的。細(xì)胞是一切生命活動(dòng)結(jié)構(gòu)與功能的基本單位，細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞生命活動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。細(xì)胞代謝、細(xì)胞遺傳、細(xì)胞的增殖與分化，細(xì)胞信息的傳遞與細(xì)胞的通訊等是細(xì)胞生物學(xué)主要研究內(nèi)容。雖然今后細(xì)胞生物學(xué)研究的內(nèi)容是全方位的，但概括起來可能是兩個(gè)基本點(diǎn)： 一是基因與基因產(chǎn)物如何控制細(xì)胞的重要生命活動(dòng)，如生長、增殖、分化與衰老等，在此要涉及到一個(gè)全新的問題，細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)如何傳遞；二是基因產(chǎn)物一一蛋白質(zhì)分子與其他生物分子如何構(gòu)建與裝配成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，并行使細(xì)胞的有序的生命活動(dòng)。 今后20多年，以下一些問題可望取得重要進(jìn)展與突破： 遺傳信息的儲(chǔ)存、復(fù)制與表達(dá)的主要執(zhí)行者染色體的結(jié)構(gòu)與功能可能在不同的結(jié)構(gòu)層次上得到闡明。 細(xì)胞骨架（包括核骨架與染色體骨架）的研究將得到全方位的進(jìn)展。 細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)、遺傳學(xué)的結(jié)合，將在細(xì)胞分化機(jī)理研究方面有重要突破，為發(fā)育生物學(xué)快速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 細(xì)胞衰老與細(xì)胞程序化死亡的機(jī)理將在更深層次上闡明。 以細(xì)胞分子生物學(xué)為骨干學(xué)科與其他學(xué)科結(jié)合，人工裝配生命體的理想可能逐步 實(shí)現(xiàn)。 神經(jīng)科學(xué)（或腦科學(xué)）神經(jīng)科學(xué)是研究人與動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)（主要是腦）的結(jié)構(gòu)與功能，在分子水平、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水平、整體水平乃至行為水平闡明神經(jīng)系統(tǒng)特別是腦的活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科群。腦的結(jié)構(gòu)與功能是無比復(fù)雜的高級(jí)體系，含有10 11細(xì)胞。它是感覺、運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)、記憶、感情、行為與思維的活動(dòng)基礎(chǔ)。大腦細(xì)胞，口何指導(dǎo)人與動(dòng)物的行為是未來生物學(xué)中最富潛力與最吸引人的領(lǐng)域；神經(jīng)科學(xué)的崛起，預(yù)示著生命科學(xué)又有一個(gè)高峰的來臨。神經(jīng)科學(xué)或腦科學(xué)必然在下世紀(jì)促進(jìn)認(rèn)知科學(xué)與行為科學(xué)的興起。因此各國政府投入巨資支持這一課題，包括美國總統(tǒng)簽署的“命名1990年1月1日為腦的10年”不是沒有道理的。 在今后幾十年內(nèi)可以預(yù)示到的神經(jīng)科學(xué)突破性的進(jìn)展可能包括： 在分子到行為的各層次上闡明學(xué)習(xí)、記憶與認(rèn)知等活動(dòng)的基礎(chǔ)； 很快會(huì)發(fā)現(xiàn)與闡明一系列與記憶、行為有關(guān)的基因與基因產(chǎn)物； 神經(jīng)細(xì)胞的分化與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育研究會(huì)有重大進(jìn)展； 腦機(jī)能在理論上的進(jìn)展與突破（如模式識(shí)別、聯(lián)想記憶、思維邏輯機(jī)理的闡明）會(huì) 促進(jìn)新一代智能計(jì)算機(jī)與智能機(jī)器人的研制； 一系列神經(jīng)性疾病與精神病的病因可望在神經(jīng)生物學(xué)研究中得到解釋。 生態(tài)學(xué)（包括物種多樣性保護(hù)研究）生態(tài)學(xué)是研究有機(jī)體與周圍環(huán)境包括非生物環(huán)境與生物環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)。 由于生態(tài)學(xué)理論與應(yīng)用是與世界環(huán)境保護(hù)。資源合理開發(fā)與保護(hù)，以至人類本身在地球上繼續(xù)生存緊密相關(guān)的，尤其是地球環(huán)境日益惡化的情況下，生態(tài)學(xué)的重要性就變得十分突出。未來生態(tài)學(xué)的主要任務(wù)是協(xié)調(diào)人類活動(dòng)與環(huán)境的關(guān)系。所以生態(tài)學(xué)經(jīng)典學(xué)科的概念與研究內(nèi)容必然要適應(yīng)人類生存環(huán)境的保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的要求而不斷改變。 今后生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)可能表現(xiàn)在以下方面： 生態(tài)群落的多樣性、穩(wěn)定性與演變規(guī)律與人類活動(dòng)的關(guān)系； 全球氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響； 生物多樣性的保護(hù)和永續(xù)利用也是保護(hù)人類自身生存環(huán)境尤其是拯救瀕臨絕滅的 生物種類更加具有緊迫性； 城市生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)將迅速發(fā)展； 生態(tài)工程與生態(tài)技術(shù)將在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮作用。 21世紀(jì)初生命科學(xué)最有可能突破的領(lǐng)域人類基因組的全序列（遺傳密碼）將在10一15年測(cè)定完畢，為全部遺傳信息的破譯奠定基礎(chǔ)。 與生命活動(dòng)有關(guān)的重要基因與重要疾病有關(guān)的基因?qū)⒈魂懤m(xù)發(fā)現(xiàn)，其中特別引人注目的是控制記憶與行為的基因、控制衰老與細(xì)胞程序性死亡的基因、控制細(xì)胞增殖的系列基因、胚胎發(fā)育多層次網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)基因。新的癌基因與抑癌基因的發(fā)現(xiàn)與其生物學(xué)功能的釋明將大大提高對(duì)生命本質(zhì)的了解。 人與動(dòng)物的高級(jí)生命活動(dòng)：感知、思維、記憶、行為與感情的發(fā)生與活動(dòng)機(jī)制在腦科學(xué)研究突破的基礎(chǔ)上，有更深的認(rèn)識(shí)。 癌癥的治療將有全面的突