生命科学研究中的整体观【ZT】

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生命科学研究中的整体观
            
在生命科学研究中，近代的研究工作主要体现了还原论的思想，人们试图从组成生物体的各种各样的生物大分子的结构和功能的角度入手去寻找生命的本质。而随着研究的深入，人们认识到，仅仅用还原论的思想去研究生命的本质并不能够真正的找到问题的答案，因为复杂的生命体不是靠基本分子的简单堆积形成的，例如生命体表现出的自组织特性等并不能用简单的还原论解释。所以目前在生命科学的研究中整体观的思想被越来越多地引入。下面，我就简单地谈一下我对生命科学研究中所体现出来的整体观的一点认识。
一 基因组学、蛋白质组学是整体观的最基本内涵
最重要的生物大分子是蛋白质和核酸。对于最简单的病毒而言，仅有蛋白质和核酸已经足够。但是对于更为复杂的生物而言，除了蛋白质和核酸以外，还有更多的更加丰富的物质组成。如何了解各种分子间相互作用模式与图景，是未来生物学研究的发展方向。当然，对于各种分子之间的偶联，尤其各种分子之间的相互作用模式的的研究已经越来越为人们所重视，然而对于生命这样一个复杂而有序且无序的高度优化的系统而言，这样的研究应该算是刚刚起步而已。
对于核酸而言，我们已经建立了相对比较完善的技术体系，比如大规模的基因组测序，基因工程等，用于研究DNA与RNA的作用，尤其是基因的在染色体上的位置以及相互关系，从而试图建立一个关于基因的网络，已涵盖所有的遗传信息。而对于蛋白质的研究也是如此，这几年兴起的蛋白质组学就是试图研究清楚组成生物体的各种蛋白质的作用以及它们之间的相互关系。作为生命的必不可说的两大基本物质，核酸和蛋白质的研究是我们试图构建生命整体的基础。
二 细胞信号转导是由还原观到整体观转型的关键
作为生命体结构与功能的基本组成单位的细胞，是连接生物大分子与生命体本身的中介环节。如果我们从信息论的角度考虑，基因组学和蛋白组学仅是生物大分子结构与功能的单纯的研究，是两个独立的信号体系，而生命体不是单独的信号体系的叠加，而且各种信号体系的有机组合，包括信号的相互指导，影响，协同，触发，熄灭等。从单纯的信号通路研究转向信号网络研究，不仅对信号的转导机制进行研究，同时也将信号的淬灭机制加入以构成复杂的环路，再通过将不同信号系统组成信号模块，研究生命体是如何将不同模块有机的组装成系统，从而构建出细胞内信号系统的复杂网络。了解这一网络的一维（相互关系）、二维（互动）、三维（空间、时间上合理分配协作）特性从而去理解生命的网络，这就是我们目前的细胞信号转导研究所致力的方向，关键在于在细胞的水平上将各种信号分子整合成网络。当然，这是一个浩瀚的工程，同时还需要其他学科的介入。
三  结构与功能间整体统一
对于所有的生命体而言，都体现着经过进化而得来的精确的结构与功能的适应特性。而解决蛋白质、基因、甚至某些大的结构的作用的空间机制和特性，这是统一结构和功能的关系必经途径。基因组学，蛋白质组学，甚至于细胞信号转导的研究虽然都或多或少地将功能的研究融入了结构的研究中，但是鉴于目前我们对于生命中的基因表达的动态表达谱系，以及蛋白质的自组装，信号转导的专一性和整合性等的研究还不够深入，所以真正意义上的结构和功能的最终整合还需要有进一步的研究成果的出现和生命科学领域对于生物大分子自组织等研究方面的大的突破。但是，我们也应该看到，就目前的研究成果而言，我们还是得到了一些有意义的结果的。例如， 神经科学就得益于这种整体的研究，尤其是对大脑高级功能模拟的人工智能的出现就是整体观研究方法的有效体现。
而对于结构和功能整合的研究而言，生物信息学是关键。随着基因组和蛋白质组技术的成熟与规模化，我们能够获得大量的信息，而这些信息的整合需要我们借助生物信息学的方法，从而在计算机上模拟出这些信息所体现的细胞内和机体内的生化代谢过程，以获得对生命现象的进一步认识。所以说，对生物信息的整合将是未来生物学研究的最重要的方向。
四  生命的时空观是整体观的最终内涵
生命不仅是空间结构的范畴，更是时间的范畴，千千万万种物质的时空组合和演变，构成复杂而完美的动态生命体。生命的本质具有时空性、混沌性，一次体现它的整体性。可以认为生命的整体性包括：（1）时间上整体，即生命活动的高度有序性；（2）空间上整体，即生命结构和物质相互作用、相互影响形成网络状整体。而到目前为止，我们在生命科学研究中整合思想的应用还是刚刚开始，尤其是生命现象的时间和空间的整合性的研究相对还处于萌芽阶段。当然，如何解决生命的本质，不仅仅是生物学的问题，还需要多学科的介入和辅助。
生物科学的研究经过还原论到整合论的发展体现了我们对生命认识的逐步深入。生命的时空观作为整体观的最终内涵，是我们对于生命现象认识的最终目标，对于这一复杂系统的研究，混沌学、甚至分形学等的融入无疑会给生命科学的研究带来新的思想和研究手段，从而使它能够达到更深的层次。当然，要想彻底了解生命意义，路还很长很长。