PAGE1PAGE121世紀是生命科學的世紀摘要：以近20年(1989-2008)諾貝爾生理學或醫學獎以及化學獎中與生命科學有關的獎項資料[1,2]為依據論述了21世紀生命科學在自然科學中的領頭地位。同時,對21世紀生命科學的幾個重要研究領域進行了評述,其中包括人類基因組計劃、基因組學與發育生物學的關系、基因組學與生物進化及生命起源的關系、生物信息學的作用和地位,以及現代生物技術的開發應用對21世紀人類生活的影響。關鍵詞：生命科學;生物技術;基因組計劃;生物信息學;基因組學1世紀之交,生命科學在自然科學中的地位決定了21世紀是生命科學的世紀20世紀是自然科學發展史上最輝煌的時代。進入20世紀以來,科學技術的發展無論在深度還是廣度上,都遠遠超過了過去幾千年的總和。其間,相對論、量子理論的提出及其產生的影響,使得人們不得不承認20世紀是物理學的世紀。然而,在20世紀50年代初所建立的DNA雙螺旋結構模型的指導和引發下,近50年來生命科學在分子水平上取得了長足發展。特別是在20世紀的最后20年中,生命科學的迅猛發展更加令世人矚目。正在運行中的人類基因組計劃標志著生命科學已進入大科學時代,已成為當前全球關注的熱點;1997年宣布的體細胞克隆綿羊多利的克隆成功是20世紀自然科學最激動人心的科研成果之一[3];利用基因技術培育的轉基因食品已擺上了普通百姓的餐桌;基因療法已開始用于挽救患者的生命,隨著生命科學的發展,在不久的將來,世界還將會有更多的奇跡出現。[4]美國科學信息研究所出版的ScienceWatch每年都要公布一次全世界最熱門的研究項目。1995年和1996年中,除各有一項外全為生命科學項目,1997年所列的16個項目則全部為生命科學所囊括。作為反映當今世界科學進展的權威刊物,美國的Science周刊每年都要評出本年度世界十大科學進展,同時對下年度的科學發展作出預測。在1997、1998和1999年的評選結果中,共有一半以上的成果被生命科學領域占據。其中,干細胞研究更是雄居1999年度榜首。作為反映科學研究水平的權威統計,SCI(ScienceCitationIndex,科學引文索引)共收錄全世界4623種科技刊物,其中,影響因子最高的前50種刊物就有43種(占86%)為生命科學刊物。在20世紀的前半葉,由于物理學和化學向生命科學領域的滲透,極大地推動了生命科學的發展,使生命科學由器官、組織、細胞水平發展到分子水平,而20世紀后半葉,分子生物學的飛速發展又反過來為物理學、化學、計算機科學和眾多的應用科學提供了用武之地,一個以生命科學為核心,多學科協同攻關的自然科學新時代已經來臨[5]。因此,許多世界著名的科學家紛紛發表評論,公認21世紀是生命科學的世紀、人類已經走進生命科學世紀。21世紀生命科學的幾個重要研究領域2.1人類基因組計劃是21世紀生命科學的敲門磚人類基因組計劃(HumanGenomeProject,HGP)是20世紀生命科學中最宏偉的計劃,其全稱是人類基因組作圖和測序計劃。其總的目的是以美國為主,通過國際合作,在15年(1990-2005年)內由美國政府投資30億美元,完成人基因組23對染色體上約10萬個基因的作圖(包括遺傳圖和物理圖)和DNA全長的測序,并進一步研究生物學和醫學上有重要意義的基因的結構和功能[6]。該計劃自1990年正式實施以來,通過全球科學家的努力,取得了出乎意料的迅速發展。1996年,人類基因組遺傳圖和物理圖已基本完成,并進入大規模測序階段。到1999年6月已完成了人類基因組5%的測序,1999年底,由美、英、日三國科學家組成的研究小組測定了人體第22對染色體所有堿基對的準確位置。該對染色體是人體23對染色體中最小的一對,上面共有大約6000萬個堿基對,存在與神經纖維肉瘤等遺傳性疾病有關的基因。破譯出它的遺傳密碼,將有助于找到一些遺傳性疾病的治療方法。這一激動人心的研究進展一經公布,立即引起生物學界的歡呼雀躍,被中國科學家評為1999年度世界十大科技進展之首。另據2000年2月20日5科學時報報道,1999年9月,中國科學院遺傳研究所人類基因組中心獲準參與HGP,負責測定人類基因組全部序列的1%,具體是第3號染色體上約30萬個堿基對的序列。這使我國成為參與這一計劃的唯一發展中國家。至今,測序任務已經完成過半,已將1400萬個堿基對的數據遞交給國際基因數據庫。據報道,由于國際學術界的共同努力,2001年公布了人類基因組圖譜及初步分析結果[7]。在對人類基因組進行大規模測序的同時,新基因,特別是有關重大疾病基因和重要功能基因的分離、鑒定的工作也在緊鑼密鼓地開展起來。一些重要功能基因和重大疾病基因(如神經性耳聾基因、糖尿病基因、腫瘤基因、衰老相關基因等)已被克隆。隨著人類基因組作圖和測序計劃的完成,更為艱巨的任務是闡明基因組功能。這首先需要了解細胞的全部基因表達譜和蛋白質譜及其調控機制。分子生物學研究的重點也將從基因組轉到蛋白質組。在方法學上也需要很大的突破,創造出高效、快速、能同時檢測成千上萬的基因活動的方法。在這種形勢下,已經有人提出生物學已進入后基因組時代或功能基因組時代。如果把人類基因組的核苷酸序列全部打印出來,就將達百萬頁之多[7],將相當于幾百卷百科全書的厚度,如果進一步將其中最重要的編碼人體的蛋白質(約十萬種)的所有基因全部都鑒定出來,再進一步分析、測定所有蛋白質的結構和功能,這將需要幾代人甚至十幾代人的不斷奮斗,這將是人類歷史上無與倫比的偉大壯舉。這一宏偉工程的完成,將揭示有關人體生長、發育、衰老、患病和死亡的秘密,最終將對人類社會產生不可估量的影響。此外,值得一提的是,我國參加HGP國際合作的時間雖晚,承擔的任務不大,但在科學界的倡議下,國家自然科學基金委員會先后在1993年和1998年組織了中華民族基因組中若干位點基因結構的研究等兩項國家自然科學基金重大項目。國家863計劃以及國家重點基礎研究發展規劃也從不同的角度對中國的HGP進行了資助,已經制訂了根據中國人群資源優勢的特點,突出基因組多樣性和疾病基因識別,并圍繞這兩方面目標引進和發展人類基因組研究新技術的基本戰略,成立了以上海醫科大學附屬瑞金醫院陳竺教授為首的國家人類基因組南方研究中心,建立了全國性的遺傳資源收集、保存網絡,引進和建立了包括遺傳和物理作圖,較大批量DNA測序、基因定位、克隆、突變檢測和生物信息學等在內的較完整的基因組研究體系。在人類基因組多樣性方面,大規模地采集了我國多民族人群的DNA樣品,對包括臺灣高山族在內的中國南、北方30個不同民族、人群的源流關系進行了系統分析,并與國際上的15個參考人群進行了比較,得出了中華民族