|
日前網(wǎng)上流傳著：教育部：2021級新高一選科重大變化！超90%理科專業(yè)強制物理+化學。高中生物學到了可有可無的地步嗎？ 21世紀是生命科學的世紀。為什么這樣講呢？施一公說：“可以先用3個數(shù)據(jù)從側面來說明這個問題，第一，美國科學院有1900多位院士，其中1100多位院士從事的是生命科學領域的研究；第二，美國最大的工業(yè)是現(xiàn)代生物制藥業(yè)，美國民間投資最多的工業(yè)也是現(xiàn)代生物制藥業(yè)；第三，美國聯(lián)邦政府用于資助科學研究的預算中，其中有一半以上用于生命科學的研究?！?/span> 生物科學與數(shù)學 生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)不同，生命系統(tǒng)在不同層次上呈現(xiàn)無序和有序相互轉(zhuǎn)化的復雜行為，如何準確地描述它們的結構和運轉(zhuǎn)機制是對數(shù)學的一一個挑戰(zhàn)。人類基因組全部DNA序列像一部由“ATCG”四個字母寫成的卷帙浩繁的“天書”。 數(shù)學將在迎接未來生物學的挑戰(zhàn)中，豐富其研究內(nèi)容并產(chǎn)生新的分支和支叉領域(生物拓撲學、生態(tài)幾何學、腦及神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)學模型等)。隨著人類基因組研究的進展，目前已出現(xiàn)了一門新的交叉學科基因組信息學。 基因組信息學的任務是結合數(shù)學、邏輯學、計算機科學和生物學，綜合研究基因組圖譜,DNA序列和蛋白質(zhì)序列，以闡明這些數(shù)據(jù)資料的生物學意義，并破譯“遺傳語言。 物理學與未來生物學 復雜系統(tǒng)(生命現(xiàn)象和宇宙)是非線性的，非線性理論的發(fā)展，正促使自然科學在方法論上發(fā)生，從分析式思維到整體式思維的轉(zhuǎn)變。牛頓以來,物理世界和生命世界之間曾被視為不可逾越的鴻溝正開始打破，物理科學和生命科學之間的傳統(tǒng)界限也正開始消失。 未來一段間，生命系統(tǒng)中非線性問題將成為物理學家和生物學家共同關心的活躍領域。理論物理學將向物質(zhì)運動的復雜性和高級形式的方向發(fā)展:研究生命的起源、生物進化的動因，自我復制的物理機制以及腦功能活動的動力學等生物學中最基本的問題?？傊锢韺W將在對生命系統(tǒng)及其進化的探索中，不斷地開拓新的研究領域，改變自己的思維方式，改進和完善自己的研究方法，并朝向把物理世界和生命世界的規(guī)律統(tǒng)一起來的目標進展。 化學與未來生物學 近幾十年來，生物學的發(fā)展主要受到化學的影響。化學向生物學的滲透產(chǎn)生了生物化學和分子生物學。在未來30年中，分子生物學仍將是化學與生物學的主要結合點。然而，隨著對生命現(xiàn)象研究的深入，現(xiàn)有的化學理論和方法已不夠用。對生命過程中化學問題的研究正成為化學未來發(fā)展的主要方向之一，并將引起化學的重大革新。 生物有機化學、生物物理化學、膜化學、生物無機化學以及催化理論(酶催化、光催化)等分支學科將在研究生命現(xiàn)象的過程中得到發(fā)展。生物大分子及大分子復合物的組裝和功能的研究將有可能按其原理制造高效能的生物元件和功能材料;分子聚集物理化學的進展將有助于闡明生命起源;對幾十億年前原始地球表面條件下，有機物合成的模擬實驗將可能發(fā)現(xiàn)只需在緩和條件下，通過簡單步驟合成生物活性分子的新路線;利用生物學原理生產(chǎn)人類所需的一系列化學制品的化學生物工程將可能出現(xiàn)。 地球科學與未來生物學 地球是生物和人類的生存條件。1986 年，聯(lián)合國提出《國際地圈生物圈計劃》( IGBP)的目的是把地球科學與生物學、化學等學科結合起來，研究地球系統(tǒng)，特別是圈層之間的相互作用及其引起的全球變化，包括人類活動引起的全球變化( 如氣候與生物分布的相互作用)，人類活動引起的全球擾動(如溫室效應，臭氧層破壞等)，以防止地球環(huán)境的進一 步惡化，改善人類的生存條件。 技術科學與未來生物學 生物學與技術科學的關系將越來越密切。一方面，隨著對各種生命現(xiàn)象研究的深入，理論和技術儲備的增加，生物學內(nèi)部出現(xiàn)基因工程、細胞工程、生態(tài)工程等新技術。生物工程正開始形成新的生產(chǎn)力，并將使工農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥業(yè)發(fā)生根本的變革。另一方面，對生物功能物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換功能與信息加工功能的研究必將為信息科學、材料科學和計算機科學提供新的概念、原理和模型，并對它們的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。 總之，在21世紀，未來生物學與其他基礎學科之間的相互作用和相互滲透，無論在深度和廣度上都將得到空前的發(fā)展。在復雜系統(tǒng)理論和非線性科學、人與自然系統(tǒng)、生命過程中的數(shù)學、物理和化學問題以及智能科學等交叉領域?qū)⒊霈F(xiàn)各主要基礎學科競相參與、滲透和融合以及爭奇斗艷的繁榮局面。這預示著自然科學在21世紀將出現(xiàn)大綜合和大發(fā)展的形勢。 未來生物學發(fā)展的另一特點是與技術科學聯(lián)系加強，用生物學工程原理來改造舊的工業(yè)技術，創(chuàng)造新型的工業(yè)技術模式。隨著生態(tài)學、腦科學、行為科學和認知科學的發(fā)展，未來生物學還將通過這些橋梁，溝通與社會科學的聯(lián)系，促進自然科學與人文科學的統(tǒng)一 。 另外，種子和技術上“卡脖子”。種子是硬技術，現(xiàn)代種業(yè)廣泛研究和應用生物工程技術。隨著轉(zhuǎn)基因工程技術的出現(xiàn)，自然物種資源在人類工業(yè)化、城市化浪潮中加速滅亡的同時，要警惕農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源的加速消亡。然而，在“轉(zhuǎn)基因手術刀”面前，這些優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源顯得不堪一擊，經(jīng)不起“刀割”。相關部門對究竟有多少轉(zhuǎn)基因物種如果“底數(shù)不清”，這對農(nóng)業(yè)的安全性、農(nóng)產(chǎn)品的安全性、人類生存與生育的安全性值得評估和警醒。 智能農(nóng)業(yè)上被“卡脖子”。農(nóng)業(yè)的信息化、自動化、智能化是發(fā)展的必然趨勢。我國精細農(nóng)業(yè)以及農(nóng)業(yè)效率的提高都有賴于技術進步，特別是農(nóng)業(yè)智能化，在機械技術、核心部件、智能控制、數(shù)字化應用等方面亦出現(xiàn)“卡脖子”現(xiàn)象，我們既要在無人機應用農(nóng)業(yè)等方面強優(yōu)勢，更應補足這些方面的短板。 生物實驗儀器——測序儀可能被卡脖子；生物實驗命脈——數(shù)據(jù)庫可能被卡脖子。不止是科研設備，包括我們正在在使用的NCBI，TCGA，KEGG，LINCS，CMap等數(shù)據(jù)庫方面，我們也被卡著脖子。雖然我們發(fā)的國際期刊文章很多，但是有影響力的數(shù)據(jù)庫還是很少，如果其他國家將這些具有重大影響力的數(shù)據(jù)庫關閉了，我們的科研工作幾乎要停滯，這也是我們被'卡脖子’的地方。 生物實驗輔助——作圖軟件。還有一些科研作圖軟件，包括R、python、matlab，AI、PS等。現(xiàn)在我們基本都是使用國外的軟件，這些科研軟件都是在他國掌握下，我們的軟件開發(fā)還是不足，這個也很重要。今年美國禁用了國內(nèi)高校哈工大matlab的使用，就是在這一方面的體現(xiàn)。 思考題：生物學在未來的科學、社會、經(jīng)濟發(fā)展中你覺得哪些方面也比較重要？歡迎留言補充 部分數(shù)據(jù)資料來源網(wǎng)絡 |
|
|
