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生命科学前沿问题的探讨

摘要：生命科学前沿主要是对必威体育精装版的科研技术的综合探讨。随着人类基因组计划的完

成和生物信息学蓬勃

发展，当今医学和生命科学发生了新的革命性变化。必威体育精装版科研技术与临床的结合成为

现今的必要，科研是人类认识世界的一种理性方法，人理解万物最终是为了能够满足更好

的生活需要，如果科研仅仅停留在理论阶段无法实验，或者最终无法用于临床治疗，那

么科学研究就丧失了它的本质。其二，大多数医学科研的初衷都是为了探讨致病机理、药

物作用以及疾病疗等层次，如果最终无法与临床结合，那就脱离了最初的治病这个宗旨，

也就丧失了研究的意义。

近年来生命工程的研究热点已转向基因水平、分子水平，在微观层面上的细微改变最

终引起的是量变。因此研究这些微观反映的机制及其宏观的表达就成为了科学高峰。在研

究方法上有通过基因层面如基因扩增、基因沉默的探讨，也有通过对中医药提取物进行纯

化分析发现的奇特疗效等等。在研究内容上，有部分研究仍然停留在动物模型阶段，也有

一部分已在临床开始投入实验并取得了一定成效。

1、生物信息学

人类基因组计划（HumanGenomeProject,HGP），是美国于1985年率先提出的，这

是一项人类最伟大的生命工程[1]。它是继曼哈顿计划、阿波罗计划之后的又一个伟大计

划，其目标是用15年的时间对人类基因组3.0×109个核苷酸进行测序，总共发现50000

个人类基因，为解释生命的奥秘、揭示遗传性疾病的发生以及发展规律奠定了基础。随着

人类科学研究的不断深入，产生了大量有价值的科研结果，从而促使了生物信息学

（Bioinformatics）的诞生。生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法研究生

命现象的一门学科。1.1大规模核苷酸序列测定

DNA由A、T、C、G四个碱基组成，这四个碱基的排列顺序千变万化，决定了生物的多

样性。为了揭示生命的奥秘，科学家们首先对人类基因组进行了大规模的测序[2]。测序

的方法经历了以凝胶电泳为基础的自动测序技术，毛细管电泳测序技术和基于全基因组的

鸟枪法测序技术等。随着投入的不断增加，研究队伍的不断扩大和大规模的自动化测序技

术的采用，使得人类基因组计划提前完成。1.2基因序列的拼接

随着生物信息学的发展，提供了自动高效拼接序列的算法，根据Lander-Waterman模

型利用鸟枪法进行测序，随后将大量随机序列片段用计算机进行自动拼接。这种技术不仅

避免

了亚克隆排序所需要的大量繁琐的工作，还可以保证序列中每个碱基的准确性。

2、脑学科

对脑和心智的研究已成为21世纪最前沿的科学研究，和信息科学进行交叉研究已成

为脑科学研究的一个重要趋势。人脑是一种有1011个神经元和1015个突触联系的多层次

系统。脑不仅能认识其外部世界，也能在某种程度上认识自己的内部世界，在已知的宇宙

中再也没有比这更复杂的系统了，因此对脑及其功能的研究已经成了现代科学最大的挑战。

没有哪一种单独的方法可以完全揭开脑功能之谜，每一种方法都只能揭示脑的某一个方

面，因此多学科研究脑和心智已成为脑研究的一种重要趋势[3]。现在人们普遍认同，脑

就其功能上来说，本质上是一种信息处理系统，因此以信息科学的思想、方法和技术来

研究脑已成为多学科脑研究的主流之一。建立数学模型和计算机仿真也成了综合多层次

信息，认识其机制的最重要的工具。2.1计算神经科学

20世纪30年代，英国生理学家霍奇金(AlanLloydHodgkin，1914一l998)(图2)一

直对神经脉冲的产生机制感兴趣。当时流行的膜理论认为神经脉冲的产生是由于当神经

受到刺激时，消除了膜对两侧离子的隔离，因此使原来内负外正的膜电位差减小了，但

是它不能解释为什么神经脉冲的峰值会超射到一个很大的正值。由于霍奇金在学生时代选

修了数学和物理，而他的学生和合作者赫胥黎(AndrewFieldingHuxley)学的是数理

科学，因此他们运用物理学思想把神经细胞膜等效为一个阻容的并联电路，其中的每个

电阻就相当于允许某种离子通过的一个通道。这在当时还只是一种假设，从实验上真

正看到这种通道差不多是半个世纪以后的事了。不过关键的一点是他们认为当

有神经脉冲发生时，不仅膜不再阻挡钾离子流过膜，而且在一瞬问有大量的钠离子从

外界涌入细胞内，然后又自动关闭。因此这些