二十世纪生物学经历了由宏观到微观的发展过程

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内容摘要：

二十世纪生物学经历了由宏观到微观的发展过程二十世纪生物学经历了由宏观到微观的发展过程,由形态及表型的描述逐步到研究生物体的各种分子及其功能.五十多年前(1953年) Francis Crick 和 James Watson 提出DNA双螺旋模型,开启了分子生物学的时代;70年代出现的基因工程技术加速了分子生物学的发展;1990年人类基因体计画开启了生命科学史上第一个大科学工程,因而开始了对生物全面及系统的探索;2003年完成了人类及各种模式生物基因体的解码,於是将生物学带入了系统生物学的时代(请参阅附件一).
系统生物学是研究一个生物系统中所有的组成份的构成,以及在特定条件下这些组成份相互关系的学科(美国科学院院士Leroy Hood的定义).系统生物学与以往的实验生物学(只关心个别的基因和蛋白质)不同的是它要研究所有的基因,所有的蛋白质,组 成份间所有的关系如基因网路和蛋白质和蛋白质间交互作用;并利用计算生物学及生物资讯学来定量描述和预测生物功能,表型和行为.系统生物学将在基因体序列的基础上完成由生命密码到生命过程的研究,这是一个逐步整合的过程,可能需要一个世纪或更长的时间,因此常把系统生物学称为21世纪的生物学.
基因体分析等研究为我们累积了巨量的数据,而生物资讯学可协助我们利用这些数据加速做新的观察,也因此有机会从整体的,合成的角度检视生物学,而建立所谓的系统生物学.未来的生物学会由传统的描述性科学,转变成一种可定量,可分析及具有预测性的生物学,所以需要借助数理工程领域的研究方法,如此才能使得生物学如物理科学般有数学模型的理论基础,这些理论是由有定量化的实验证据而建立的,不但可用来解释实验观察到的生物现象,而且可进一步预测其它可能的生物反应.此概念可以广泛地应用到生物多样性,生理,内分泌,神经,生态,形态,基因体等各个生物学领域,甚至包含农业,生化工程,生物技术,医学以及其他综合性的领域(请参阅附件二).
Leroy Hood博士於 2000年1月与Alan Aderem及Ruedi Aebersold等人在美国华盛顿州西雅图市创立全世界第一个系统生物学研究所.有关系统生物学的研究在2001年Ideker等学者在Science发表以酵母菌利用半乳糖的代谢过程的应用实例.2002年3月Kitano等学者亦在Science期刊有一系列的报导,并开宗明义地提到:如果对当前流行的,时髦的关键词进行分析,就会发现"系统"高居排行板.由此可见系统生物学的研究对未来生物学的发展是非常重要的.
系统生物学领域在世界上正蓬勃地发展,目前全世界各主要大学及研究机构陆续成立专门研究系所.除上述Leroy Hood博士於 2000年创立的系统生物学研究所外,麻省理工学院於 2003年成立跨院的Computational and Systems Biology Initiative(请参阅附件三).哈佛大学亦於 2003年Department of Systems Biology(请参阅附件四).在邻近地区则有北京清华大学设立生物资讯与系统生物研究所,中国科技大学设立系统生物学系,上海交通大学成立系统生物医学研究所,以及台湾中央大学设立生物资讯与系统生物研究所.
麻省理工学院校长C.M. Vest认为"The interplay of sophisticated experimental measurements with advanced computational modeling will advance our basic understanding of living systems and ultimately aid the transfer of that knowledge to medical practice".而哈佛大学Department of Systems Biology主任Kirschner教授认为:「如果研究者能在分子以及细胞层级上花下更多的努力,再将这些知识整合,最终必能将生物之生理现象以分子之间的关系重建出来,如此之知识应能使未来之药物开发事半功倍.为了达成整合遗传学以及分子生物学之发展目标,对师资及学生背景之要求是以跨领域之人才为优先考量,聘请来自生物学,物理学,数学,化学,电脑科学,工程学以及医学跨领域的人才.新系也合聘了医学院,理学院,基因体研究及癌症研究机构之教授」.而麻省理工学院 Department of Electrical Engineering and Computer Science主任Guttag教授则认为"Biology will impact engineering in the 21st century much the same way that p ·上一篇：微观粒子运动的量子力学性质
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