世纪生命科学的发展方向

世纪生命科学的发展方向 The latest revision on November 22, 2020

21世纪生命科学的发展方向

在讲生命科学的发展方向之前，我要先讲讲生命科学的发展情况，再讲它在21世纪的发展方向。第一，讲述生命科学的概况；第二，生命科学研究的对象；第三，讲述生命科学在20世纪的主要研究成就；第四，就是讲述生命科学在21世纪的发展方向或趋势。

第一，生命科学的概况。生命科学是系统地阐述与生命特性有关的重大课题的科学。生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类生命科学与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学。生命科学研究不但依赖物理、化学知识，也依靠后者提供的仪器，如光学和电子显微镜、蛋白质电泳仪、超速离心机、X-射线仪、核磁共振分光计、正电子发射断层扫描仪等等，生命科学学家也是由各个学科汇聚而来。学科间的交叉渗透造成了许多前景无限的生长点与新兴学科。

生命科学所涉及的学科领域包括生物各学科，也包括农、林、牧、渔、医药、卫生等相关学科。它还包括许多工程和应用技术学科，如现代电子技术、生物工程等。生命科学研究运用的理论和技术除了生物学、农学、医学等理论和技术外，还需要数学、物理学、化学、化学工程以及电子信息科学等理论和技术。

第二，生命科学研究的对象。生命科学研究的对象，是整个的生物界，及其与环境的关系，也就是研究生物体生长发育成熟、消亡、物质代谢、能量代谢、遗传、进化、分布的规律，以及和外界环境相互作用的关系，也就是和气圈、水圈、原始圈的相互的关系。生命科学要从有机体的不同层次，原子、分子、细胞、基因组、个体、群体、生态系统、生态圈结构乃生命现象的本质来揭示生命的奥秘，揭示新的原理和探索新的技术，进行多学科的交叉和渗透，并广泛用生命科学的理论和方法，去解决当今人们面临的食物、人口、健康、资源、环境、能源、信息和材料等问题。世界人口和资源的严峻挑战，迫使人类把利用自然资源的范围，扩大到我们世代生息的地球之外，空间生命科学应运而生，研究太空特殊生命条件下，特殊生命活动的规律，是空间生命科学的主要任务。

第三，20世纪生命科学的巨大研究成果。在20世纪生命科学得到很大的发展，生命科学也受到各方面的重视。20世纪生命科学有两个重大突破，第一个重大突破是孟德尔学说的再被承认和摩尔根的基因论。第二个重大突破，由美国的沃森和英国的克尼克建立了DNA双螺旋结构的分子模型，沃森是生物学家，克尼克是物理学家，他们结合起来建立了双螺旋分子模型，这个是生命科学发展的里程碑。双螺旋分子模型的建立促进了分子生物学的发展，而且促进了生命技术的发展。由于分子生物学的发展，由于科学技术的发展，由于信息科学的发展，计算机的发展，人类才有可能来识破本身的遗传密码。在20世纪末就启动了人类基因组计划，人类基因组计划是当代三大人类科学计划之一：阿波罗登月计划、曼哈顿计划、人类基因组计划。人类基因组计划不仅包括人类基因组的测列测序，也包括有关动物和植物的基因组，例如水稻基因组的测

序。生命科学是基因组的时代，人类基因组基本测序完成，特别是粳稻在国际上的测序已经完成，籼稻我们国家也已经完成了，还有不少的微生物和有关动物的基因测序已经完成。当代已经进入后基因组的时代，后基因组时代就要研究基因的功能，而基因功能表达的相应蛋白质功能，只有在蛋白质结构的功能揭示之后才能更好解释生命现象。由于20世纪生命科学的发展，使生命科学在自然科学中的地位，也越来越显着。

第四，21世纪生命科学的发展方向或趋势。 21世纪生命科学要向宏观和微观两个方向发展，这两个方面将最后紧密结合起来。一是宏观方面的发展，从研究生物体的器官、整体到研究种群、群落和生物圈，生态学为典型代表；二是微观方面的发展，如“细胞生物学”“分子生物学”“量子生物学”的发展的等，分子生物学为另一个典型代表。

现代生态学的定义是研究生物有机体与生活场所之间的相互关系的科学，亦有人称之为研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学。其目的是指导人与生物圈，即自然资源与环境的协调发展。现代生态学的发展具有几个特点：首先是整体观的发展，动植物生态学由分别的单独研究走向多分支的统一研究，即生态系统的研究，已成为主流研究方向。其次是生态学研究的对象的多层次性更加明显，小至分子生态，大至全球生态。第三是生态学的研究由于涉及全球，具有国际性。第四是生态学到目前为止发展成为一个庞大的科学体系，包括许多分子学科，如个体生态学（又称生理生态学）、种群生态学和生态系统生态学。生态学在研究及应用中运用了许多相邻学科的理论和方法，正式由于相邻学科取得的成就促进了生态学的发展，生态学的发展又促进了遗传学、生理学、行为学、进化生物学等学科的发展，从而是生命科学的研究进入到一个崭新的阶段。

分子生物学(molecular biology)，从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学，研究内容包括各种生命过程如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系 (中心是分子遗传学)和蛋白质-脂质体系（即生物膜）。分子生物学是生命科学的主导力量，分子生物学将进一步推动生命科学各分支学科的研究，向分子水平深入发展，因而产生了分子遗传学，分子细胞生物学，分子神经生物学，分子生理学，分子分类学，分子生态学等，也就是在分子水平上，对细胞的活动、生长发育、消亡、物质和能量代谢、遗传、老的活动进化和分布等重要生命活动进行探索。21世纪的生命科学讲师在对生命活动本质统一认识下的真正统一的生物学，可以说分子生物学将是21世纪生物学的核心，分子生物学对科学和人类生活的全面影响，完全可以与20世纪物理学所引起的变化相比。科学家们预测：21世纪将是统一的生物学世纪。

生命科学总的趋势与特点。生命科学仍将是向对基本最复杂的微观和宏观两级发展，但最终必须要把宏观和微观整合起来，把在原子、分子、细胞、个体、群体、生态系统等生命不同层次，作为一个有机系统来进行深入的研究。生命学家对生命的思考和认识有了新的角度，由于基因组真题性研究方法的出现以及复杂系统理论和对线性科学技术的发展，使生物学家思想和方法都在发生改变，从局部观发展到整体观，从线性思维发展到复杂性的思维，从注重分析发展到分析与综合相结合。生命科学基础研究与应用研究的结合越来越紧密，研究成果向产业化转化的速度也越来越快，在分子生物学研究的初期，可