人类对生命的探索

第三节人类对生命的探索

一、未来生物学的发展趋势

在当代自然科学发展的大趋势下，人类对生命的研究将呈现如下发展趋势：（一）分子生物学将向纵深发展，继续保持其繁荣的势头

分子生物学的兴起和发展，对蛋白质、核酸这些生物大分子的结构和功能的研究，揭示了生物的遗传、生长、分化、神经传导和免疫等许多生命现象的奥秘，使人们对生命现象的跃进到一个崭新的阶段，并带动生物学的各分支学科向分子水平发展。基因工程是人类进入一个按照自己的需要改造和创造新的蛋白则分子和新的物种的时代。生物大分子的三维结构不久将陆续得到解决。蛋白质工程将设计和制造各种改变结构的蛋白质以供功能分析。反向生物学采用从基因的结构和功能来推导蛋白质的结构和功能的方法，将从脑和其他组织中发现一大批用其他方法无法发现的新的蛋白质、多胎以及基因调控元件。从分子水平建立遗传、发育和净化的统一理论，将成为未来生物学最大的理论任务之一。

（二）微观和宏观两极发展

分子生物学在试图解决脑和发育这样复杂的问题时，传统分析方法已经不够用了，需要借助于新物理学整体思维的理论和方法。从分子、细胞和整体水平对脑和神经系统进行综合研究的神经生物学可能会成为未来生物学发展的一个高峰。向宏观方向发展的有综合生态学，包括自然系统生态学、医学生态学、工程生态学和普通生态学。生态学正在成为指导未来全球经济可持续发展和调整发达和发展中国家的经济关系的准则和科学依据。

（三）高度分化和高度综合的辩证统一

生命现象极其复杂多样，因此研究这些复杂生命现象的生物科学也产生了越来越多的分支学科，形成了现代生物学发展的高度分化。但另一方面，各学科之间，以及生物学与数、理、化诸学科之间的相互渗透、融合也越来越深入。这种渗透又产生了一系列的新的学科或边缘学科，如物理学渗透到生物学中来，产生的生物物理学、生物力学；量子力学渗透到生物学的研究中，就产生了量子生物学，从电子水平来解释生命现象。

（四）未来生命科学研究路线图

美国国立卫生研究院(National Institutes of Health, NIH)是世界上从事生命科

学研究最重要的研究机构。随着人类基因组计划的完成和后基因组时代的到来，生命科学走到了一个新的十字路口，NIH也面临着新的抉择。什么是当前最紧迫的挑战？前进道路上的障碍是什么以及如何去克服？NIH应该采取什么样的努力？针对这三个关键问题，来自美国学术机构、政府部门和私人团体的300多名生物医学权威人士，在一年多的时间内进行了一系列的讨论，并由此形成了一个通向生命科学未来的“中长期发展规划”——国立卫生研究院路线图（NIH Roadmap）。

1、向“大”生物学进军

作为一个指示未来的路线图，首要任务是确定方向和目标。在过去的50多年内，实验生命科学的主要目标是寻找特定的基因或蛋白质，从而在分子水平上根据个别的基因或蛋白质行为来解释生命活动。随着生命科学的进步和后基因组时代的到来，人们逐渐认识到，过去得到的图景过于简单，生命实际上是一个由成千上万种基因、蛋白质和其他化学分子相互作用构成的复杂系统；对于高等生物而言，除了分子层面的复杂行为外，还有着细胞、组织和器官等不同层面的复杂活动；生命现象是这样一种复杂系统的整体行为。基于以上认识，NIH路线图提出，其主要目标是研究和理解复杂生命系统。

2、生命科学的定量化

经过近一个世纪的努力，生命科学已成为一门实验科学并取得了很大的成绩，但是它尚未成为一门像物理学或化学那样的精密科学，因为生命科学的大多数研究都是定性的。NIH路线图的另一个战略目标，就是要获取关于生命活动和过程的定量的知识。除了发展用于定量研究的新技术和新方法外，加强大规模处理数据和信息的能力也是未来生命科学定量化研究的必要保障。

3、工具和手段优先

要实施生命科学的“大科学”研究和定量化研究的战略目标，经典的生物学实验手段显然难以满足，开发新技术和新方法必然成为NIH路线图要考虑的内容。从NIH路线图的第一个主题——通向发现的新途径（New Pathways to Discovery）来看，路线图制定者的战略重点正是发展新技术和新的研究策略，而不是研究具体的生命现象或生物医学问题

4、鼓励冒险和交叉

NIH的管理者设立一种新的资助方式——所长创新者基金，来解决具有原始创新性的申请存在风险的问题。这种基金将鼓励那些富有创造性的、不受现行理论和观念束缚的思想家提出和探索关于生命科学的独创性理念。“所长创新者基金”的管理一改传统的做法，申请人将通过一个严格的推荐程序，以便判定其理念可能对生命科学研究产生的“重大影响”和申请人从事该项研究的能力。申请人将不被要求提交详细的研究计划；他们可以围绕着其想法进行。

当前生命科学研究的广泛性和复杂性不仅需要科学家的冒险精神，而且要求科学家走出自己的专业领域。NIH路线图在鼓励多学科交叉方面也下了很大的工夫。首先，NIH将建立若干个多学科交叉中心，这些中心试图打破传统的研究所的“围墙”，着重支持那些不同于经典研究方法的新型研究策略和手段。其次，为了组建多学科交叉的研究队伍，路线图专门设立了培训多学科交叉研究人员的基金，使每一个研究所或中心都来支持与自己研究目标相关或不直接相关的队伍建设，让不同学科的研究人员相互交流和沟通。

5、从实验室到临床

科学在过去主要是被研究者个人的兴趣所推动的，很少涉及社会的需求。但是，随着科学研究的规模化和社会化，今天的科学发展已经远离个人的喜好。仅仅从对科学研究的投入而言，科学研究就不可能不考虑公众和政治家的意愿。从某种意义来说，经费投入是当前生命科学研究的基础。例如NIH在1998年的预算是136亿美金，到2003年时已翻了一番，达到273亿美金。因此，NIH一直把防治疾病和为健康服务作为NIH所有研究活动的根本目的，甚至把现代生命科学的大多数学科如分子生物学、细胞生物学和遗传学等，都纳入到生物医学（biomedicine）的范畴。1990年代末期，NIH为了进一步加强生物医学研究和临床的结合，提出了一个被称为“从实验台到床前”（From Bench to Bedside）的计划。而NIH路线图在这种结合方面则提出了更为宏大的设想。

路线图的制定者认为，美国的临床研究已经跟不上基础科学的迅速发展，如何使临床研究适应和满足生命科学的进步已成为未来最困难和最具挑战性的任务。为此，路线图的第三个主题就是“临床研究体系的重建工程”（Re-Engineering the Clinical Research Enterprise）。这一工程的核心内容是，在患者、医生和科研人员之间建立新型合作关系，通过这些努力使公众更广泛地参与到临床研究的过