现代生物科学的发展趋势与对策

现代生物科学的发展趋势与对策

现代生物科学的发展趋势与对策^[1]

近年来，围绕“生物工程”在全国范围内展开了一场规模空前的讨论。几乎与此同时，不少高等院校相继成立生物工程专业或系、所；生物学系优秀生大多数报考生物工程或相近专业的研究生；许多生物学类研究所纷纷上马相应的科研项目。

生物工程在我国得到重视，完全应该。但是，要谨防一哄而起，一哄而散，或赶潮头、学时髦的错误。现在已有一种倾向，好像分子水平的生物学才算得上现代生物科学。因此，在某些层次（特别个体水平）的生物学不但得不到应有的重视，反而被削弱。如果处于决策地位的各级领导，尤其是高教系统领导，被这种偏见所左右，那么，势必对我国生物科学的长远发展带来重大损失。因此，我们认为很有必要提出自己的看法，并展开讨论，以期获得正确的认识。

一、现代生物科学是多层次的科学体系

“生物学”一词从19世纪初才开始使用。1839年，德国的戴奥多·施旺提出“细胞学说”，一般认为这是现代生物学的开端。

现在，人们对生物的组织层次的认识已远为深入。如图1所示，基因、细胞、器官、有机体、种群和群落是生物的几个主要层次。每一层次和环境的相互关系产生了具有不同特性的功能系统。

在上面的“生物学谱”中，我们可得到以下认识：第一，“谱”中没有界线分明的断裂，所以是个连续谱。例如，个体不能没有它的种群而长期生存，基因也不能独立于细胞之外而单独发挥作用。美国鲁里亚教授指出：“在一个细胞中，基因的功能受（内部）环境调节，包括在同一细胞中的其他基因的作用，来自其他细胞的化学信息，也受到例如食物和温度等外部环境的调节。”可见，基因工程的成败也取决于能否处理好基因与较高层次以及与“环境”之间的协调关系。第二，较低层次的知识只能部分地说明较高层次的特点，而不能预测较高层次的所有特性。因为，随着层次的升高，势必附加新的性质。正如我们只知道氢和氧的性质还不能推测水的性质一样。

图1　生物的组织层次谱

因此，尽管基因水平的生物学吸引了大家的注意力，但是，现代生物学绝不只是微观生物学问题。从基因到群落的所有层次，乃至可能发现的新层次，都是生物科学应该研究的对象。只有通过这个多层次的生物科学体系，人类才可能获得有关生物界较为完整的认识。

二、现代生物科学朝着微观和宏观两个方向迅速发展

20世纪三四十年代，一批有远见卓识的物理学家、化学家转向研究复杂的生命现象。学科间的“碰撞”最终导致50年代初DNA的双螺旋结构的发现，从而使微观生物科学突飞猛进。在宏观方面，目前人口爆炸、环境恶化以及资源枯竭等问题，严重地限制了可供人类选择的前途，因此，生态学不仅成为现代生物科学最活跃的前沿学科之一，而且受到世界各国的普遍重视。国际组织方面，除了联合国教科文组织设有生态司外，据我们目前所知，属于生态学领域的多国非政府组织（NGO）就达20个以上。再以美国为例，几乎所有著名大学都设有生态学专业和研究机构；据统计，到1983年初，美国从事生态学工作的人员中约有6　000人具有博士或硕士学位；在美国生物学教育工作者的调查中，有人把包括在生物学导论性质的课程里110个重要概念汇成一表册，由专门小组按重要性将这些概念作了分级排列，其中35个概念被列为最重要一级，有55%是属于生态学的，而全部概念的1/3以上实质是属于生态学范畴的。而在我国高校中，到1983年底，几乎还无一院校开设“普通生态学”课程，至今尚无一本自编“普通生态学”教材，生态学教师奇缺，学生的生态学知识极为贫乏。

事实上，生物工程总的来说只是一个潜在生产力（谈家桢，1984），在短期内不可能创造出巨大的经济效益。现在，我们要争取在20世纪实现翻两番的宏伟目标，迫切需要短期内可获得巨大经济效益的科研成果，迫切需要保护和合理利用我国的生物资源，迫切需要对每项大规模建设项目可能产生的生态后果进行预测。

三、现代生物科学的成果被迅速地转化为生产力

由于现代生物科学技术本身具有极为重要的优点，如节省能源、连续生产、简化生产步骤、缩短生产周期、降低成本和减少环境污染等，它的应用范围已广泛深入到医药、食品、化工、能源、农业、矿业和环境治理等各个行业。西方生物技术公司的创建者很多是大学或研究所的教授，他们深知这是一条生财之道。例如，1977年美国一些著名科学家用合成的基因进行遗传工程生产出人脑激素——生长素释放抑制素（简称SS），以前需用10万只羊的下丘脑才能提取1毫克SS激素，现在价格在300美元以下。再如，单克隆抗体自1975年建立以来发展很快。单抗是一种非常灵敏的测试手段，不仅在免疫学、医学方面，而且在农业、畜牧业和化学方面都已获得广泛应用。我国是1980年开展这项工作的，中国农科院对番茄病毒的防治，就是用单抗作早期诊断，仅此一项就减少损失几千万元。

美国正在酝酿一项新的计划，促使大学实验室的遗传工程技术加速转移到工农业生产中去。有的国家正在筹建“大学－研究所－生产”联合体，这一联合体的建立旨在缩短现代生物科学最新成果转移到生产中去的周期。

四、现代生物科学将逐渐趋向于以人类（尤其人脑）为主要研究对象

尽管在医学生物学中，以人为研究对象，但都以传统目的——疾病防治为主。将来现代生物科学将运用其成果来改变人类特性或进化过程，换言之，人类将控制和改造自身。那时，人类可能具有前所未有的生物学特性。

亚尔多斯·赫胥黎在著名的《勇敢的世界》一书中写道：“仅仅借助于生命科学，生命的质量才能发生根本性变化。”我们进而认为：仅仅借助于人的科学，人的质量才能发生根本性变化。许多人对此可能产生的恶果十分惧怕，他们宁愿对人的科学一无所知。但是，正如原子能一样，导致危险的不是科学技术的新发展，而是社会对它们如何处置。

我们对现代生物科学的发展趋势的看法，还有待于讨论而深化。现在，先在此基础上，提出我们的一些对策性建议。

（一）应采取“重点跨越式”战略

我们主张“重点跨越式”战略，理由有：①跨越西文现代生物科学的一些发展阶段，直接进入其前沿学科是可能的，关键在于尽快采用最先进的技术；②全面跨越不可能，因为我们不能不考虑到我国现代生物科学基础较差，经济与技术实力不足的现状。

（二）教育改革必须放在首位

（1）加强中、小学生物学教学。目前，中、小学里生物学不但是副课，学时也难以得到保证。生物学教师质量很差，甚至在有些学校由其他学科老师兼任。高考中，生物学只以50%计入总分，势必削弱其在中学各门课中的地位。

（2）在综合性大学里，要鼓励和提供方便让物理学、化学、数学和计算机科学系的学生选修或转学生物学，增加研究生中非生物学类的本科毕业生的比重。

（3）生物系存在着专业越分越细的倾向。基础课（如植物学、动物学等）被削弱，学生知识面越来越窄，毕业后难以适应工作（所谓不对口）；某些重点综合性大学生物系中，原先力量很强的动、植物学教研室竟到了无立锥之地的地步；专业设置也极不合理，甚至标新立异成立名不符实的新专业。这样下去，学分子生物学、遗传学的学生连动、植物都会搞不清楚了。建议：①加强动物学、植物学、生态学等基础学科的教学；②学生到三年级才分专业，前两年着重打基础。

（4）有条件的生物系要积极培养双科硕士生和博士生。

（三）要加强研究、保护和利用我国极为丰富的生物种质资源，尽快建立我国种质资源中心

“控制种质资源的人就能控制世界”，这是国外流行的一个观点。日本以及欧美一些国家已将控制和掠取世界生物种质资源作为长远发展本国现代生物科学与经济的重要战略之一。我们认为，无论怎样强调种质资源的重要性都不算过分。

例如，马来西亚精心培育的橡胶品种，每株最高年产生胶8～10千克。1980年，有人在亚马逊河地区发现年产生胶100千克的野生植株。这种宝贵的野生种质资源，有可能使世界橡胶生产突飞猛进。再如，1976年菲律宾水稻突发丛矮病毒病，在收藏的7　000多份种质材料中寻找抗病类型，结果毫无收获，最后还是靠水稻野生近缘的种质材料才培育出一系列抗丛矮病的水稻新品种。在这一些例子中，可见生物分类学的重要性。动、植物的科学分类系统是包罗万象的信息存取系统，它不但为科学寻找种质资源提供线索和方法，也可十分方便地在这个信息存取系统中获得早先存入的全部研究成果。

我国生物种质资源极为丰富，仅种子植物就有约3万种，仅次于马来西亚和巴西而居世界第三位。从现代生物科学角度讲，我国拥有一个巨大的基因库，这一基因库将为未来的遗传工程提供最原始、最宝贵的材料。在这里，我们还要强调个体水平的研究的重要性：①基因存在于个体之中，换言之，个体同样可看做基因的载体，没有个体，何来基因？②利用某个基因，实际上是为了利用它在个体上表达出来的某个性状，如不知某个基因控制哪个性状，就根本谈不上利用这个基因；③人工合成基因，也是以自然界存在的基因为基础的，并以可利用性状为寻找需要合成基因的线索。

另外，人类面临丧失大量物种的危险。据权威估计，到2000年，将有50万个物种由于环境的破坏而从地球上消失。在长期野外考察中，我们深感到我国生物种质资源面临着严重威胁。

因此，建立我国种质资源中心是战略性大事，刻不容缓。“中心”可有两种类型：名符其实的自然保护区和种子库。

（四）在部分综合性大学以及中国科学院尽快开展人类生物学的研究

全国试办若干个人类生物学专业。

作者后记

本文是根据第一作者在“武汉大学现代生物科学研讨会”第一次会议上的发言整理而成。1981年起，“文化大革命”后毕业的研究生开始留校任教，当时有我、郭友好、李瑜成、李康、李国民、桂建芳、洪云汉等，其中有的还在在职攻读博士学位，这些人都住在武汉大学湖边单身宿舍，有充裕的业余时间。在我的提议下我们组织了“现代生物科学研讨会”，主要着重对国际上生命科学发展的大趋势和热点进行讨论，每月一两次。由于“研讨会”有一定影响，《武汉大学报》专门作了报道。后来多位青年教师先后出国，“研讨会”不久停止。值得庆幸的是其中好几位已在学术界有重要贡献。而我个人从“研讨会”中获益匪浅，学会了如何主持学术研讨会的方法，而撰写此文时形成的观点至今还深刻地影响着我和我主持的研究所。

【注释】

[1]＊发表于《生物科学动态》（1986年，第4期：13－15），作者陈家宽、郭友好。