及时章 生物学总论

及时节 生物学的战略地位

生物学是研究生命现象和生命活动规律的学科，是生命科学各领域的基础和核心。生物学的研究对象包括所有有生命的个体、群体及生物之间，生物与环境之间的相互作用。因此，生物学研究是人类探索自然规律和生命现象的主要手段之一。生物学研究更是解决世界范围内长期以来存在的农业、医学和环境问题的需要，在培育高效、品质、抗逆农业新品种，探索新的疾病诊断和治疗手段，延长人类寿命，保护生物多样性及自然环境等方面发挥关键作用。生物学研究还将为防治人类重大传染病、生物防卫和反恐等提供科学基础和方法，因而是维护国家安全和社会稳定的需要。鉴于生物学研究的重要性，一些发达国家将基础研究的重点放在生物学，投入了大量的科研经费，促使生物学在过去几十年中得到了突飞猛进的发展，成为21世纪自然科学领域无可争议的领头学科。据统计，生命科学已连续多年占据美国期刊Science评选的世界十大科技进展六成以上的份额；在美国科学院和英国皇家科学院的院士中，与生物学相关的院士占院士总人数的40%以上；根据美国科学情报研究所(ISI)2008年的统计，影响因子前20位的期刊中，生命科学期刊有16种，物理学期刊有2种，其他2种为综合性期刊Nature和Science；近10年的时间里，美国投入基础研究的经费中50%以上用在了生命科学领域。近年来，以生物学为基础的生命科学得到了我国政府和学术界的高度重视。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006―2020年)》中，将生物技术列入国家科技发展的5个战略重点之一。在国家“十一五”基础研究发展规划中，也将生命科学列入了重点支持领域。长期以来，生物学的进展推动了其他自然科学和技术领域的进步，如仿生学、人工智能等。生物学与数学、化学、物理学、光学和电子学等自然科学和工程技术领域的交叉融合，又催生了一批具有重大理论和应用前景的新兴交叉学科。在可以预见的未来，生物学研究仍将是自然科学中最活跃、最前沿、最需要发展的领域，将在研发高产、品质、抗逆、抗病农作物和畜牧产品，研发新的医药产品和治疗手段，提高人口素质，改善和保护自然环境，维护国家安全和社会稳定等方面发挥重要作用。

第二节生物学的发展规律与发展态势

生物学的研究范围非常广泛。根据研究对象的不同，生物学可以分为植物学、动物学、微生物学等分支学科；根据研究的生物学问题的不同，可以分为进化生物学、免疫学、神经生物学等分支学科；根据研究的角度和层次的不同，生物学又派生出了分类学、形态学、生态学、分子生物学、细胞生物学、发育生物学、遗传学、生理学等众多不同的分支学科。生物学与自然科学及技术领域其他学科的结合，衍生了一些交叉学科，如生物化学、生物物理学、生物数学、生物信息学等。

生物学的发展依赖于技术手段的革新及与其他学科的交叉融合。早期的生物学研究受知识积累和研究手段的限制，主要以形态描述和现象观察为主，如对动物、植物、微生物的分类鉴定，对动物胚胎发育过程中形态建成的描述，以及对动物行为的观察。高分辨率显微镜以及一系列生物化学研究方法的问世，使生物学研究进入了微观世界，对细胞的组成成分及亚细胞结构和功能等有了比较深入的了解，直接促进了细胞生物学、生物化学等学科的发展；X射线晶体衍射对DNA双螺旋结构的测定、各种先进设备用于和高通量的基因测序、数学和计算机技术对基因组序列和其他生物学实验数据的整合和分析都极大地推动了遗传学和分子生物学的发展，使人类开始有能力解读基因“天书”和细胞内复杂的生物信息网络；超分辨率(单分子)成像、低温电子显微镜三维成像、分子标记等技术的运用，使科学家们可以从不同的时空角度观测细胞内的生物大分子、分子复合物和亚细胞结构的动态变化及行使功能的结构基础，直观地了解生理状态下细胞生命活动的精细调节机制。另外，在传统研究的基础上引入先进的分子、计算机、遥测等技术，大大促进了宏观方向上生态学的发展。

生物学的发展还依赖于概念上的重大突破。达尔文生物进化理论的提出，为研究生物起源、演化和物种多样性建立了基础；孟德尔揭示的三大遗传规律、摩尔根揭示的连锁与互换规律、沃森和克里克提出的DNA双螺旋结构，开创了遗传学、分子生物学等学科的新纪元，为人类进一步了解生物的遗传、变异、进化机理及以重组DNA技术为核心的现代生物技术的诞生奠定了基础。

生物学已经从描述性研究进入对生命现象机理和生命活动规律的探索，并利用对这些机理和规律的了解来服务人类的阶段。随着新技术和新方法的建立，生物学研究更加趋于系统化、规模化和数字化。目前生物学研究的特点是利用多学科的知识和手段，从分子、细胞、器官、个体、群体及环境等多层次进行整合研究，注重生理及不同环境、病变条件下生命现象的机制和生命活动规律。生物学各传统分支学科的界限已经难以划分，微观生物学和宏观生物学之间相互渗透和融合，衍生了一大批新的学科前沿和生长点。

近年来，生物学继续成为自然科学中发展最快的领域之一，建立了一些具有重要影响的新技术和新方法，取得了一些概念上的创新。这些突出的新进展包括如下几个方面。

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