Biology 版 (精华区)

发信人: Ingrid (灵儿), 信区: Biology
标  题: 世纪之交生物学发展大趋势 
发信站: 紫 丁 香 (Sat Aug 28 19:52:13 1999), 转信

发信人: zel (雨), 信区: biology 
标 题: [转载] 世纪之交生物学发展大趋势 (转载) 
发信站: 饮水思源站 (Tue Jul 6 11:29:47 1999) , 站内信件 

【 以下文字转载自 LS 讨论区 】 
【 原文由 cly 所发表 】 
王亚辉 

　　1992年中国科学院编写的《走向21世纪的生物学---未来生物学（1991－ 
2020年）预测》 
曾指出"未来生物学发展的大趋势是对生命现象的研究不断深入和扩大，向宏观 
和微观，最基本 
的和最复杂的两极发展"。"未来生物学面临一个理论上的大综合和大发展的时 
期"。此后几年 
来，生物学沿着这一趋势，以惊人的速度向前发展，未来世纪生物学的轮廓和特 
征也更加清晰可 
见了。 

　　从目前到21世纪初，生物学在其本身发展和其他基础学科的影响下，正经历 
着巨大的转变。 
一方面，从80年代末期以来，分子生物学在微观层次对生物大分子（受体、离子 
通道、间隙连接、 
光合中心等）的结构和功能，特别是基因研究上取得重大突破后，正深入到分子 
水平对细胞、发 
育和进化以及脑功能的探索。基因、细胞、发育和进化以及脑的研究正形成未来 
生物学研究的一 
条主线。正如同在上一个世纪之交时，对各种生命现象（生长、分化、发育和遗 
传等）的奥秘都 
要从细胞的结构和功能中寻求解答一样，目前对细胞生命活动的奥秘又要从基因 
和基因组的结构 
和功能中寻求解答。另一方面，复杂系统理论和非线性科学的发展，正促使生物 
学思想和方法论 
发生从分析式思维到整体式思维的转变。或者，更确切地说向分析和综合相结合 
的方式转变。生 
物学从而也可望从历史上机械论和生机论的长期困扰中解脱出来。这些巨大变化 
的主要内部推动 
力则是《人类基因组计划》。 

　　《人类基因组作图和测序计划》是20世纪生命科学最宏伟的计划。其总目的 
是以美国为主， 
通过国际合作在15年内，由美国政府投资30亿美元，完成人基因组24条染色体上 
约10万个基因的 
作图（包括遗传图和物理图）和DNA全长的测序，并进一步研究生物学和医学上 
有重要意义的基因 
的结构和功能。为配合这一计划，需要改进基因组作图、大规模测序和信息处理 
等方面的技术， 
并开展模式生物和高等植物的基因组研究。该计划自1990年正式实施以来，通过 
全球科学家的努 
力，取得了意想不到的迅速进展。1996年，人基因组遗传图和物理图已基本完 
成，计划已转入大 
规模测序阶段。同时，新基因，尤其是重大疾病基因和重要功能基因的分离、鉴 
定的速度大大加 
快了。面对这些辉煌成就、乐观前景和新基因的巨大商业利润，许多大药厂、生 
物技术公司争先 
恐后地参与人基因组研究，私人投资大大超过了政府投资，有的公司甚至声称只 
需两年时间就可 
以完成人基因组全部测序。在逼人的形势下，美国政府去年修改了原定计划目 
标，提前到2003年 
底完成人基因组DNA全部测序，并增加了功能基因组方法学、比较基因组等方面 
的新内容。 

　　人基因组研究在方法和技术上的进步，推动了其他生物基因组研究的进展。 
模式生物方面已 
完成了十几种原核生物、古核生物和一种真核生物的全基因组序列测定。1998年 
底美国出版的 
《科学》杂志又发表了第一个多细胞动物线虫基因组DNA全序列，为20世纪生物 
学树起了一座里程 
碑。动植物育种思想随基因组研究的进展发生了革命性的变化，从表型育种到分 
子育种的转变。 
应用已有的基因组知识和数量性状作图基因座（QTL），发现农作物和家畜的性 
状（包括数量性状） 
是由少数基因决定的并可根据它们在染色体上的位置和对性状形成的贡献指导育 
种实践，以达到 
高效地创造高产、优质和抗逆的新品种的目的。目前已在低产野生稻中发现两个 
基因，将它们引 
入我国现有的高产杂交水稻，每个基因还可望使原有杂交稻再增加17％左右的产 
量。 

　　《人类基因组计划》在下世纪初完成后，更为艰巨的任务是阐明基因组的功 
能。这首先需要 
了解细胞的全部基因表达谱和蛋白质谱及其调节控制。分子生物学研究的重点也 
将从"基因组转 
到蛋白质组"。在方法学上也需要很大的突破，创造出高效、快速地能同时检测 
基因组成千上万 
的基因活动的方法。在这种形势下，已有人提出生物学已进入"后基因组时代" 
或"功能基因组 
时代"。 

　　《人类基因组计划》的成就，大大加速了新基因及其功能发现的速度。这对 
生物医学和生物 
技术产业发生的影响和带来的巨大利益是显而易见的。然而，从基础生物学看 
来，更为广泛和深 
刻的影响是生物学思想和方法论的改变。未来生物学将从基因组而不是个别基因 
的结构和功能， 
从不同生物基因组的比较研究来重新探讨生物的遗传、发育和进化，生物与环境 
的关系以及脑的 
功能活动等基本生物学问题。从当前发展趋势看，下世纪初在基因组结构和功能 
研究的带动下， 
以下领域将会有很大发展。 

　　1、遗传、发育和进化的综合研究 

　　基因组可看作是生物遗传信息的"总词典"、控制发育的"总程序"和生物 
进化历史的"总 
档案"。目前正在兴起的分子进化发育生物学正是从各种典型生物基因组和发育 
模式的比较研究 
来揭示形态发育和进化规律的。未来生物学正在这一新基础上回复到古典生物学 
的比较、进化的 
传统，更加重视遗传、发育和进化的综合研究。对进化上处于不同位置的生物基 
因组和发育模式 
的比较将揭示控制发育的遗传程序（或遗传语言），进一步阐明形态进化的规 
律，从而最终在分 
子水平上解决魏斯曼在100年前提出的遗传、发育和进化统一的理论问题。 

　　2、基因组结构和遗传语言 

　　人和动物的基因组是在长期进化中形成的，其功能需要在个体发育中才能全 
部显现出来。因 
此，基因组结构和遗传语言的研究必须结合细胞功能活动、发育和进化的研究进 
行方能奏效。目 
前酵母、线虫基因组DNA全序列均已发表，为基因组结构和遗传语言研究提供了 
起步的条件。对这 
两种单细胞和多细胞典型生物基因组DNA全序列的比较研究结果提示细胞生命的 
核心功能是由共有 
的同源基因担负的，而多细胞动物特有的信号传导和发育控制的基因是新出现 
的，并可能在动物 
界普遍存在。可以预计，基因组结构和遗传语言研究在下世纪初将发展为生物 
学、非线性科学探 
索生命复杂性的主题和多门学科汇集的焦点。 

　　3、脑功能研究 

　　人脑是最复杂的系统。学习、记忆和思维等脑的高级功能是系统的行为。这 
正是以往分子生 
物学研究脑功能时在方法学上遇到的难以克服的困难。"后基因组时代"生物学 
思想和方法的转 
变，将强调基因组和系统整体功能研究，并开始发展对基因组功能活动进行快 
速、全系统分析的 
手段，无疑将推动从分子、细胞和个体不同水平对脑功能进行综合研究的进展。 
目前除利用定位 
克隆脑功能或神经、精神疾病相关基因，用基因剔除研究对行为的影响外，还可 
以用DNA芯片等新 
技术全面监测与脑功能活动或疾病相关的基因组表达谱和蛋白质谱的变化。脑功 
能实时成像技术 
的发展应用，恢复了对古典神经生理学条件反射活动研究的兴趣。 

　　4、生物对环境的适应关系 

　　研究生物与环境关系的生态学在20世纪有很大发展，并对唤醒全球生态意识 
起了很大的作用。 
然而，生态学的宏观研究和对生命的微观研究却是脱节的。生物对环境适应的 
微观机制（包括信 
号传导、反应和调控等）还很少了解。生物学中对生命的微观与宏观认识的冲突 
非常尖锐；在分 
子水平和个体水平之间更是如此。 

　　著名理论物理学家李政道在"展望21世纪科学发展前景"一文中指出，20世 
纪物理学中占主 
导地位的还原论思想还影响了生物学的发展，"要知道生命就应该研究基因，知 
道基因就可能会 
知道生命"；"我觉得……仅是基因并不能解开生命之谜，生命是宏观的"。的 
确，生命是宏观 
的，对环境起反应的单位是个体，进化的单位是物种。他还指出："20世纪的文 
明是微观的，我 
认为21世纪微观与宏观应结合成一体。"这些思想对生物学同样有启发意义。在 
对作为复杂系统 
的生命的探索中，微观与宏观相结合是21世纪生物学必由之路，而未来生物学也 
将在微观与宏观 
的接合部取得许多重大的突破。 

　　总之，以基因组研究为核心，在方法学上分析与综合的结合，微观与宏观的 
结合，以实现遗 
传、发育和进化理论的大综合并阐明脑高级功能活动原理，将是下世纪初期生物 
学最大的理论任 
务。 

（作者单位：中国科学院上海细胞生物学研究所） 

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