基因科学中的学科交叉

基因科学中的学科交叉

这几年来，基因科学获得了飞速的进展，而且随着基因知识的普及，人们越来越多地认识到基因科学与我们的日常生活有着千丝万缕的联系，同时，可以利用自己的基因知识来武装好自己。

纵观基因科学的发展历史，在基因科学逐步取得成就的过程中离不开学科交叉，相信基因科学在未来的发展中还会更平凡地出现学科交叉。

其中，比较著名的案例就是沃森和克里克构建的DNA双螺旋结构模型，最先给他们启发的是威尔金斯在一次在意大利举办的生物大分子结构会议上展示的一张DNA的X射线衍射的幻灯片，物理学家出生的克里克对衍射图谱的分析十分熟悉，能够帮助沃森理晶体学的原理，而沃森可以帮助克里克理解生物学的内容，他们由DNA衍射图谱推断出DNA分子呈螺旋结构，后来在得知A与T配对，C与U配对后，构建了双螺旋结构模型，当他们吧这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现两者完全相符。

这就是基因科学与物理科学完美结合的实例。

当孟德尔做豌豆杂交试验的时候，为了研究控制不同性状的遗传因子的遗传规律的时候，巧妙地运用了数学上的统计学，才发现不同性状的豌豆种子比例为3:1或9:3:3:1，就这样，他总结出了基因的遗传定理和自由组合定理，为遗传学的发展奠定了基础。

近年来，全世界都在致力于人类基因组测序，有了人类基因组图谱，我们就可以了解人类几万个基因的全部档案，如某个基因在那条染色体的什么位置，这个基因的结构怎样，功能是什么。这样一来，人类对自身就有比较全面的了解。了解了基因，就能够找到新的诊断和治疗疾病方法。一个新生儿出世时，如果法律允许，父母可以拿到孩子的基因图组，这张图，将记录着一个新生命的全部遗传奥秘。此外，人类基因组研究还会对生命科学其他领域内的研究产生重大影响。

近年来，随着“人类基因组计划”的实施，生命科学进入了一个“后基因组”时代。在这样一个时代，生命科学关注的范围越来越广，涉及的问题越来越复杂，采用的技术也越来越先进。这一切使得科学界兴起了一个潮流——数学、物理学、化学、工程学、计算机科学等非生物学科与生命科学相互交叉的潮流；出现了一批新型的多学科交叉的研究机构，如美国斯坦福大学的Bio－X中心。同时，在这个过程中诞生了许多新的交叉学科。

无独有偶，这种非生物学与生物学交叉的潮流在上个世纪初也出现过。19世纪末到20世纪初，物理学和化学有了很大的发展和完善。那时的科学家相信，自然界存在着统一的规律，一切事物都应该遵循，生命也不例外。在这些物理学家和化学家的眼里，生命和非生命一样，都可以通过物理学和化学的定律来研究和解释；生物体不存在什么不能被还原为物理化学描述的属性或特征。

1940年代，奥地利物理学家薛定谔写下了《生命是什么》一书，从物理学的角度对生命现象进行了详细的阐述。今天生命科学中的许多重要概念如“遗传密码”，就是在那本书中首次提出的。在那段时间里，许多著名物理学家、化学家和数学家纷纷转入生命科学研究领域，如美国化学家鲍林和物理学家德尔布吕克。这种不同学科的交叉融合结出了许多硕果，其中最重要的也许是德尔布吕克的学生沃森和英国晶体学家克里克在1953年提出的DNA双螺旋模型。从此生命科学由过去的描述性学科转变成为实验科学，并形成了许多新的分支学科。比较两次围绕着生命科学兴起的多学科交叉潮流，可以看到许多相似之处，也可以发现明显的不同。也许一个最重要的区别，便体现在对新兴学科的命名上。在前基因组时代，围绕生命科学的交叉学科是以表示数学、物理、化学等学科的名词作为词干“X”，结合上一个代表生命的前缀bio－而成，即Bio－X。而在后基因组时代诞生的新学科，则是以生物学作为词干，以其他非生物学科作为形容词来组成一个复合名词，即X-Biology。

在科学家认识发展的基础上，在20世纪末又一次兴起了与生命科学相关的多学科交叉的潮流。但这一次唱主角的不再是物理学或化学，而是生物学。一种新的命名方式随即出现，即“X Biology”——“biology”成了词干，而其他学科都成了“形容词”。

这一表达方式一方面强调生命是一个特定的研究对象，不再是物理学或化学等学科的附属品；另一方面，它也强调了非生命学科对生命科学研究的重要性。当前的生物学研究越来越定量化，需要的技术也越来越复杂。由于新技术的引进常常会带来研究上巨大的突破，所以目前这些新兴的交叉学科，其核心是从技术的层面引入非生物学学科。例如，过去的遗传学研究依赖于对单个基因突变的分析，而今天的化学遗传学，则试图利用组合化学产生的巨量小分子化合物去研究基因的功能。这门学科的创始人之一、美国哈佛大学教授斯耐伯曾这样说过：“我们的目标是为每一个基因找到相应的小分子化合物，用它们来分析细胞和有机体的功能.

有意思的是，在这一次生命科学与其他学科交叉的潮流中，许多重要角色都是从事生命科学的研究人员。他们推动了生命科学的进步，也深切感受到了20世纪实验生物科学的局限性。正如美国科学院院长、生物学家阿尔伯特在一篇评述文章中所说：“对控制生命系统的热力学和动力学因子的深刻理解，以及把化学和物理学的最新发展作为恰当工具的能力，将是成功的关键。”

由此可以断言，这两种对生命科学相关的交叉学科的命名方式，体现出了人们对生命现象的不同理解，也体现出了对研究生命的方法的不同要求。

作为一个计算机专业的学生，我深知基因科学的发展越来越离不开计算机，现在努力打好计算机的基础，如果将来能都从事基因科学这一行业，一定会大有帮助。

三肥胖基因与人类健康

基因又称为遗传因子，是DNA（脱氧核糖核酸）分子上的具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。是编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位。一般来说，基因都是通过编码蛋白质或RNA来表现遗传信息的，这种表现成为性状，基因通过自我复制把特定的遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲本相类似的形状。

基因是有遗传效应的DNA片段，有着特定的遗传效应，我们知道，一个DNA分子的基本骨架是由脱氧核苷酸和磷酸交替连接而成的，骨架内侧4种碱基的排列顺序却是可变的，因此构成了DNA分子的多样性，而碱基的特定排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性，而DNA分子的多样性和特异性正是生物多样性和特异性的基础，而基因就是分布在DNA分子上的有遗传效应的片段。

那么，基因到底是如何起作用的呢？

一般来说，性状的形成离不开蛋白质（特别是酶）的作用，可想而知，基因是通过指导蛋白质的合成来控制性状，这一过程就称为基因的表达。

在DNA和蛋白质之间还有一种物质充当信使，它就是RNA。RNA一般是单链，而且比DNA短，因此能够顺利通过核孔，把遗传信息传递到细胞质中。首先，DNA双链解开，其中的碱基暴露出来，游离的核糖核苷酸（RNA基本单位）

随机地和这些碱基碰撞，按照碱基互补配对原则以氢键结合，这样，在RNA聚合酶的作用下，游离的碱基渐渐合成信使RNA,之后RNA从DNA链上释放出来，DNA又恢复双链。接着，通过核孔进入细胞质中，游离在细胞质中的各种氨基酸，以RNA为模板在核糖体上合成具有一定氨基酸序列的蛋白质。