我國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)新型非編碼核糖核酸(生物起源的環(huán)境是什么)

記者23日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校單革教授實(shí)驗(yàn)室近期發(fā)現(xiàn)了一種新型的環(huán)狀非編碼核糖核酸（rna），為進(jìn)一步揭示人類生命原理，以及未來(lái)解釋并防治一些重大疾病提供參考。該研究成果日前發(fā)表在國(guó)際知名雜志《自然－結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)》上。

核糖核酸（rna）是存在于生物細(xì)胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體，而非編碼rna通常因不能編碼蛋白質(zhì)，在20世紀(jì)90年代之前被認(rèn)為是不具有生命意義的“雜信號(hào)”“垃圾rna”。近年來(lái)，隨著研究的不斷深入，國(guó)際學(xué)界發(fā)現(xiàn)非編碼rna具有一些生物學(xué)作用，它的突變或表達(dá)異常與許多疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

近期，中國(guó)科技大學(xué)單革教授實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了一類新型的環(huán)狀非編碼rna，它具有獨(dú)特的外顯子－內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，既不同于學(xué)界此前集中研究的線形rna分子，也與其他完全由外顯子形成的環(huán)形rna的細(xì)胞質(zhì)定位不同。他們還發(fā)現(xiàn)，這種新型環(huán)狀非編碼rna可以調(diào)控其自身所在基因的表達(dá)，并研究了它促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理。

近年來(lái)，國(guó)際學(xué)界陸續(xù)發(fā)現(xiàn)非編碼rna具有基因調(diào)控作用，對(duì)癌癥、抑郁癥、睡眠障礙等疾病的產(chǎn)生有一定影響。有學(xué)者預(yù)測(cè)，非編碼rna研究將成為一種防治疾病的新型工具。中科大發(fā)現(xiàn)的這種環(huán)狀非編碼rna，有望對(duì)探索生物進(jìn)化進(jìn)程，以及未來(lái)人類防治重大疾病產(chǎn)生積極作用。

生物起源的環(huán)境是什么

生命的起源
地球在宇宙中形成以后，開(kāi)始是沒(méi)有生命的。經(jīng)過(guò)了一段漫長(zhǎng)的化學(xué)演化，就是說(shuō)大氣中的有機(jī)元素氫、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各種能源（如閃電、紫外線、宇宙線、火山噴發(fā)等等）的作用下，合成有機(jī)分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氫、氨、磷酸等等）。這些有機(jī)分子進(jìn)一步合成，變成生物單體（如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等）。這些生物單體進(jìn)一步聚合作用變成生物聚合物。如蛋白質(zhì)、多糖、核酸等。這一段過(guò)程叫做化學(xué)演化。蛋白質(zhì)出現(xiàn)后，最簡(jiǎn)單的生命也隨著誕生了。這是發(fā)生在距今大約36億多年前的一件大事。從此，地球上就開(kāi)始有生命了。生命與非生命物質(zhì)的最基本區(qū)別是：它能從環(huán)境中吸收自己生活過(guò)程中所需要的物質(zhì)，排放出自己生活過(guò)程中不需要的物質(zhì)。這種過(guò)程叫做新陳代謝，這是第一個(gè)區(qū)別。第二個(gè)區(qū)別是能繁殖后代。任何有生命的個(gè)體，不管他們的繁殖形式有如何的不同，他們都具有繁殖新個(gè)體的本領(lǐng)。第三個(gè)區(qū)別是有遺傳的能力。能把上一代生命個(gè)體的特性傳遞給下一代，使下一代的新個(gè)體能夠與上一代個(gè)體具有相同或者大致相同的特性。這個(gè)大致相同的現(xiàn)象最有意義，最值得我們注意。因?yàn)檫@說(shuō)明它多少有一點(diǎn)與上一代不一樣的特點(diǎn)，這種與上一代不一樣的特點(diǎn)叫變異。這種變異的特性如果能夠適應(yīng)環(huán)境而生存，它就會(huì)一代又一代地把這種變異的特性加強(qiáng)并成為新個(gè)體所固有的特征。生物體不斷地變異，不斷地遺傳，年長(zhǎng)月久，周而復(fù)始，具有新特征的新個(gè)體也就不斷地出現(xiàn)，使生物體不斷地由簡(jiǎn)單變復(fù)雜，構(gòu)成了生物體的系統(tǒng)演化。
地球上早期生命的形態(tài)與特性。地球上最早的生命形態(tài)很簡(jiǎn)單，一個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)個(gè)體，它沒(méi)有細(xì)胞核，我們叫它為原核生物。它是靠細(xì)胞表面直接吸收周?chē)h(huán)境中的養(yǎng)料來(lái)維持生活的，這種生活方式我們叫做異養(yǎng)。當(dāng)時(shí)它們的生活環(huán)境是缺乏氧氣的，這種喜歡在缺乏氧氣的環(huán)境中生活的叫做厭氧。因此最早的原核生物是異養(yǎng)厭氧的。它的形態(tài)最初是圓球形，后來(lái)變成橢圓形、弧形、江米條狀的桿形進(jìn)而變成螺旋狀以及細(xì)長(zhǎng)的絲狀，等等。從形態(tài)變化的發(fā)展方向來(lái)看是增加身體與外界接觸的表面積和增大自身的體積。現(xiàn)在生活在地球上的細(xì)菌和藍(lán)藻都是屬于原核生物。藍(lán)藻的發(fā)生與發(fā)展，加速了地球上氧氣含量的增加，從20多億年前開(kāi)始，不僅水中氧氣含量已經(jīng)很多，而且大氣中氧氣的含量也已經(jīng)不少。細(xì)胞核的出現(xiàn)，是生物界演化過(guò)程中的重大事件。原核植物經(jīng)過(guò)15億多年的演變，原來(lái)均勻分散在它的細(xì)胞里面的核物質(zhì)相對(duì)地集中以后，外面包裹了一層膜，這層膜叫做核膜。細(xì)胞的核膜把膜內(nèi)的核物質(zhì)與膜外的細(xì)胞質(zhì)分開(kāi)。細(xì)胞里面的細(xì)胞核就是這樣形成的。有細(xì)胞核的生物我們把它稱為真核生物。從此以后細(xì)胞在繁殖分裂時(shí)不再是簡(jiǎn)單的細(xì)胞質(zhì)一分為二，而且里面的細(xì)胞核也要一分為二。真核生物（那時(shí)還沒(méi)有動(dòng)物，可以說(shuō)實(shí)際上也只是真核植物）大約出現(xiàn)在20億年前。性別的出現(xiàn)是在生物界演化過(guò)程中的又一個(gè)重大的事件，因?yàn)樾詣e促進(jìn)了生物的優(yōu)生，加速生物向更復(fù)雜的方向發(fā)展。因此真核的單細(xì)胞植物出現(xiàn)以后沒(méi)有幾億年就出現(xiàn)了真核多細(xì)胞植物。真核多細(xì)胞的植物出現(xiàn)沒(méi)有多久就出現(xiàn)了植物體的分工，植物體中有一群細(xì)胞主要是起著固定植物體的功能，成了固著的器官，也就是現(xiàn)代藻類植物固著器的由來(lái)。從此以后開(kāi)始出現(xiàn)器官分化，不同功能部分其內(nèi)部細(xì)胞的形態(tài)也開(kāi)始分化。由此可見(jiàn)，細(xì)胞核和性別出現(xiàn)以后，大大地加速了生物本身形態(tài)和功能的發(fā)展。
生命的起源
關(guān)于生命起源的問(wèn)題，很早就有各種不同的解釋。近幾十年來(lái)，人們根據(jù)現(xiàn)代自然科學(xué)的新成 就，對(duì)于生命起源的問(wèn)題進(jìn)行了綜合研究，取得了很大的進(jìn)展。
根據(jù)科學(xué)的推算，地球從誕生到現(xiàn)在，大約有46億年的歷史。早期的地球是熾熱的，地球上的一切元素都呈氣體狀態(tài)，那時(shí)候是絕對(duì)不會(huì)有生命存在的。最初的生命是在地球溫度下降以后，在極其漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，由非生命物質(zhì)經(jīng)過(guò)極其復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，一步一步地演變而成的。目前，這種關(guān)于生命起源是通過(guò)化學(xué)進(jìn)化過(guò)程的說(shuō)法已經(jīng)為廣大學(xué)者所承認(rèn)，并認(rèn)為這個(gè)化學(xué)進(jìn)化過(guò)程可以分為下列四個(gè)階段。
從無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)生成有機(jī)小分子物質(zhì) 根據(jù)推測(cè)，生命起源的化學(xué)進(jìn)化過(guò)程是在原始地球條件下開(kāi)始進(jìn)行的。當(dāng)時(shí)，地球表面溫度已經(jīng)降低，但內(nèi)部溫度仍然很高，火山活動(dòng)極為頻繁，從火山內(nèi)部噴出的氣體，形成了原始大氣(下圖)。一般認(rèn)為，原始大氣的主要成分有甲烷（CH4）、氨 原始地球的想象圖
(左)原始大氣(右)有機(jī)物形成
（NH3）、水蒸氣（H2O）、氫（H2），此外還有硫化氫（H2S）和氰化氫（HCN）。這些氣體在大自然不斷產(chǎn)生的宇宙射線、紫外線、閃電等的作用下，就可能自然合成氨基酸、核苷酸、單糖等一系列比較簡(jiǎn)單的有機(jī)小分子物質(zhì)。后來(lái)，地球的溫度進(jìn)一步降低，這些有機(jī)小分子物質(zhì)又隨著雨水，流經(jīng)湖泊和河流，最后匯集在原始海洋中。
關(guān)于這方面的推測(cè)，已經(jīng)得到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。1935年，美國(guó)學(xué)者米勒等人，設(shè)計(jì)了一套密閉裝置(下圖)。他們將裝置內(nèi)的空氣抽出，然后模擬原始地球上的大氣成分，通入甲烷、氨、氫、水 米勒實(shí)驗(yàn)的裝置
蒸氣等氣體，并模擬原始地球條件下的閃電，連續(xù)進(jìn)行火花放電。最后，在U型管內(nèi)檢驗(yàn)出有氨基酸生成。氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，因此，探索氨基酸在地球上的產(chǎn)生是有重要意義的。
此外，還有一些學(xué)者模擬原始地球的大氣成分，在實(shí)驗(yàn)室里制成了另一些有機(jī)物，如嘌識(shí)、嘧啶、核糖，脫氧核糖，脂肪酸等。這些研究表明：在生命的起源中，從無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物的化學(xué)過(guò)程，是完全可能的。
從有機(jī)小分子物質(zhì)形成的有機(jī)高分子物質(zhì) 蛋白質(zhì)、核酸等有機(jī)高分子物質(zhì)，是怎樣在原始地球條件下形成的呢？有些學(xué)者認(rèn)為，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有機(jī)小分子物質(zhì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，相互作用，在適當(dāng)條件下（如吸附在粘土上），通過(guò)縮合作用或聚合作用，就形成了原始的蛋白質(zhì)分子和核酸分子。
現(xiàn)在，已經(jīng)有人模擬原始地球的條件，制造出了類似蛋白質(zhì)和核酸的物質(zhì)。雖然這些物質(zhì)與現(xiàn)在的蛋白質(zhì)和核酸相比，還有一定差別 ，并且原始地球上的蛋白質(zhì)和核酸的形成過(guò)程是否如此，還不能肯定，但是，這已經(jīng)為人們研究生命的起源提供了一些線索；在原始地球條件下，產(chǎn)生這些有機(jī)高分子的物質(zhì)是可能的。
從有機(jī)高分子物質(zhì)組成多分子體系 根據(jù)推測(cè)，蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)高分子物質(zhì)，在海洋里越積越多，濃度不斷增加，由于種種原因（如水分的蒸發(fā)，粘土的吸附作用），這些有機(jī)高分子物質(zhì)經(jīng)過(guò)濃縮而分離出來(lái)，它們相互作用，凝聚成小滴。這些小滴漂浮在原始海洋中，外面包有最原始的界膜，與周?chē)脑己Ｑ蟓h(huán)境分隔開(kāi)，從而構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的體系，即多分子體系。這種多分子體系已經(jīng)能夠與外界環(huán)境進(jìn)行原始的物質(zhì)交換活動(dòng)了。
從多分子體系演變?yōu)樵忌?從多分子體系演變?yōu)樵忌?，過(guò)是生命起源過(guò)程中最復(fù)雜和最有決定意義的階段，它直接涉及到原始生命的發(fā)生。目前，人們還不能在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證這一過(guò)程。不過(guò)，我們可以推測(cè)，有些多分子體系經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷地演變，特別是由于蛋白質(zhì)和核酸這兩大主要成分的相互作用，終于形成具有原始新陳代謝作用和能夠進(jìn)行繁殖的原始生命。以后，由生命起源的化學(xué)進(jìn)化階段進(jìn)入到生命出現(xiàn)之后的生物進(jìn)化階段。
關(guān)于生命起源的化學(xué)進(jìn)化過(guò)程的研究，雖然進(jìn)行了大量的模擬實(shí)驗(yàn)，但是絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)只是集中在第一階段，有些階段還僅僅限于假說(shuō)和推測(cè)。因此，在對(duì)于生命起源，問(wèn)題還必須繼續(xù)進(jìn)行研究和探討。
蛋白質(zhì)和核酸是生物體內(nèi)最重要的物質(zhì)。沒(méi)有蛋白質(zhì)和核酸，就沒(méi)有生命。1965年，我國(guó)科學(xué)工作者人工合成了結(jié)晶牛胰島素（一種含有51個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)）。1981年，我國(guó)科學(xué)工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（核糖核酸的一種）。這些工作反映了我國(guó)在探索生命起源問(wèn)題上的重大成就。

生物 ……誰(shuí)來(lái)幫幫忙

20世紀(jì)生命科學(xué)取得了兩次革命性進(jìn)展，第一次是孟德?tīng)栠z傳定律的再發(fā)現(xiàn)和摩爾根的基因論，第二次是沃森和克里克的DNA雙螺旋模型及隨后分子生物學(xué)飛速發(fā)展。分子生物學(xué)的成熟和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，使人類有能力破譯自身的全部密碼，由此于1990年啟動(dòng)了“人類基因組計(jì)劃”。它和“曼哈頓工程”和“阿波羅登月計(jì)劃”并稱20世紀(jì)綿三大科學(xué)計(jì)劃。到2003年，人類基因組30億個(gè)堿基的序列將全部被測(cè)定，接著人類將進(jìn)入破譯遺傳密碼、研究5-10個(gè)基因功能的后基因組時(shí)代。那時(shí)，包括人自身在內(nèi)的生命活動(dòng)的最本質(zhì)的過(guò)程和規(guī)律將被闡明。生物信息學(xué)不僅在破譯遺傳密碼中發(fā)揮了根本作用，還將對(duì)蛋白質(zhì)等生物大分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和藥物設(shè)計(jì)。在21世紀(jì)生命活動(dòng)的基本過(guò)程和規(guī)律已經(jīng)澄清，這為生物技術(shù)的騰飛提供了原動(dòng)力。正在發(fā)展的生物信息技術(shù)、生物芯片技術(shù)、胚胎干細(xì)胞等關(guān)鍵技術(shù)，加上已經(jīng)成熟的克隆技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等不僅使生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)成為21世紀(jì)最重要的產(chǎn)業(yè)，也將深刻改變?nèi)祟惖尼t(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、人口和食品狀況，同時(shí)生命科學(xué)生物技術(shù)的發(fā)展也向人類社會(huì)和倫理道德提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
生命科學(xué)是研究生命活動(dòng)的過(guò)程、規(guī)律以及生命體與環(huán)境相互作用規(guī)律的科學(xué)
二、生物學(xué)
分子生物學(xué)本身在下世紀(jì)仍將繼續(xù)保持蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭。結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)將從生物大分子到細(xì)胞之間的層次切入。單個(gè)生物大分子功能自組裝和操縱的研究，將與納米技術(shù)、生物芯片技術(shù)等高新技術(shù)匯集起來(lái)，模擬天然細(xì)胞器的功能，發(fā)展各種用途分子機(jī)械。細(xì)胞的兩個(gè)信息系統(tǒng)，即染色體上的遺傳信息系統(tǒng)與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)（受體、信號(hào)傳遞分子）之間的關(guān)系和相互作用將研究細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和功能活動(dòng)的焦點(diǎn)，并得到迅速發(fā)展。
20世紀(jì)生物學(xué)最宏偉的《人類基因組計(jì)劃》從1990年起的順利實(shí)施，大大加速了生命科學(xué)各方面的發(fā)展。下世紀(jì)初，人和其他模式生物（微生物、線蟲(chóng)、果蠅、斑馬魚(yú)、擬南芥菜、水稻等）基因組作圖和測(cè)序?qū)㈥懤m(xù)完成。分子生物學(xué)研究的重點(diǎn)也將從基因組擴(kuò)展到蛋白質(zhì)組。在這種發(fā)展形勢(shì)下，生物學(xué)正進(jìn)入“后基因組時(shí)代”（postgenome era），或者說(shuō)功能基因組時(shí)代。
從總體看來(lái)，以基因組研究為核心，在方法學(xué)上分析與綜合想結(jié)合，比較和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，微觀與宏觀相結(jié)合，來(lái)探討生命的本質(zhì)和起源，遺傳、發(fā)育和進(jìn)化的理論大綜合，以及闡明腦高級(jí)功能活動(dòng)，將是下一世紀(jì)生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究的大趨勢(shì)。
我國(guó)生物學(xué)在某些方面達(dá)到了世界先進(jìn)水平，如人工合成有活性的胰島素和tRNA等。改革開(kāi)放20年來(lái)，發(fā)展速度更為空前。在學(xué)科布局和專業(yè)設(shè)置上，新建了分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、生物技術(shù)等一批新學(xué)科和專業(yè)，并創(chuàng)辦了相應(yīng)的研究所（室），為國(guó)家培養(yǎng)了大量研究和教學(xué)人才。1987年開(kāi)始實(shí)施的《國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃，生物技術(shù)領(lǐng)域》（簡(jiǎn)稱“863”計(jì)劃）對(duì)促進(jìn)大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室裝備現(xiàn)代化和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展也起了很大作用。面對(duì)下世紀(jì)世界將進(jìn)入全球化知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的形勢(shì)，我國(guó)政府在1997年提出《國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃》（簡(jiǎn)稱（“973”規(guī)劃），加大了對(duì)基礎(chǔ)研究投入。瞄準(zhǔn)國(guó)家目標(biāo)和國(guó)際前沿，在農(nóng)業(yè)、人口與健康、資源和環(huán)境等方面逐步實(shí)施一批與生物學(xué)有關(guān)的重大項(xiàng)目。
然而，我國(guó)生物學(xué)基礎(chǔ)研究總體上落后的狀況，并沒(méi)有得到根本的改善。面對(duì)國(guó)際生命學(xué)已進(jìn)入后基因組時(shí)代，我國(guó)生物學(xué)基礎(chǔ)研究與國(guó)際的差距還有更加拉大的危險(xiǎn)。
重點(diǎn)發(fā)展方向展望
21世紀(jì)初期對(duì)我國(guó)生物學(xué)在下世紀(jì)的發(fā)展具有重要的意義?；蚪M和腦研究將是下世紀(jì)初國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
(1)基因組研究
人類基因組計(jì)劃預(yù)計(jì)在2003年獲得完全序列圖。屆時(shí)，人類10萬(wàn)個(gè)基因的信息及相應(yīng)的染色體位置將被闡明，成為醫(yī)學(xué)和生物制藥產(chǎn)業(yè)知識(shí)和技術(shù)創(chuàng)新的源泉。這是人類自實(shí)現(xiàn)登月以來(lái)的又一偉大科學(xué)創(chuàng)舉。目前該計(jì)劃已揭開(kāi)了新的面：從基因組與環(huán)境相互作用的高度闡明基因組的功能，亦即功能基因組學(xué)。為此，需要發(fā)展能夠在基因組整體水平獲取功能信息大規(guī)模、并行化分析技術(shù)，如生物芯片，以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、分析、加工和傳輸?shù)纳镄畔W(xué)?；蚪M研究的重點(diǎn)將會(huì)是：
①人類和模式生物的基因組DNA測(cè)序。
②功能基因組學(xué)研究：基因組多樣性研究；基因組的表達(dá)調(diào)控和蛋白產(chǎn)物的功能；比較基因組研究；疾病基因組學(xué)研究；作物基因組學(xué)研究。
(2)遺傳語(yǔ)言破譯
生物信息學(xué)是適應(yīng)人類基因組信息分析的需要而出現(xiàn)的一門(mén)與信息科學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等交叉的新興學(xué)科。《人類基因組計(jì)劃》在完成基因組全部序列（30億堿基對(duì)）測(cè)序后，下一步更艱巨的任務(wù)是讀懂基因組的工作語(yǔ)言--遺傳語(yǔ)言破譯。這是下世紀(jì)自然科學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。其前沿研究領(lǐng)域有：
1、人基因組信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜性；序列（特別是非編碼區(qū)）信息分析；
2、基因組結(jié)構(gòu)與遺傳語(yǔ)言：語(yǔ)法和詞法分析；
3、大規(guī)?；虮磉_(dá)譜分析，相關(guān)算法、軟件研究；基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究；
4、基因組信息相關(guān)的蛋白質(zhì)功能分析；
5、生物信息學(xué)中新理論、新方法、新技術(shù)和新軟件研究。
在當(dāng)前基因組信息爆發(fā)的時(shí)代，建立超大規(guī)模計(jì)算系統(tǒng)，發(fā)展全新的生物信息學(xué)的理論、方法，分析這些數(shù)據(jù)，從中獲得生物體結(jié)構(gòu)、功能的相關(guān)信息基因組研究取得成果的決定性步驟。
(3)生物大分子的功能與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和活性的最主要負(fù)責(zé)分子。生物大分子之間的相互作用是基因復(fù)制和表達(dá)調(diào)控、信息傳遞、蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞器組裝等的基礎(chǔ)。闡明生物大分子的功能與結(jié)構(gòu)將從分子水平深入了解細(xì)胞生命活動(dòng)的分子基礎(chǔ)，進(jìn)而更深入的闡明生命的本質(zhì)。
1、酶、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子、細(xì)胞骨架蛋白、病毒蛋白等重要蛋白質(zhì)，特別是膜蛋白、糖蛋白及多分子體系的結(jié)構(gòu)與功能；
2、光合中心的結(jié)構(gòu)與光合作用超快過(guò)程；
3、RNA功能多樣性及其結(jié)構(gòu)特性；
4、生物大分子相互識(shí)別的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)-核酸；蛋白質(zhì)-復(fù)合糖類）；
5、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分子設(shè)計(jì)；
6、大分子自裝配與細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)體系的自組織。
(4)細(xì)胞活動(dòng)的分子機(jī)制及遺傳控制
（一）細(xì)胞信息系統(tǒng)及其調(diào)控
染色體構(gòu)造在細(xì)胞周期和發(fā)育過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化控制著基因按程序表達(dá)，由此調(diào)節(jié)細(xì)胞的生命活動(dòng)。另方面，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)（受體、信號(hào)傳遞分子等）又將來(lái)自內(nèi)外環(huán)境的信號(hào)傳遞到核內(nèi)，反饋調(diào)節(jié)染色質(zhì)的構(gòu)造和基因的活動(dòng)。細(xì)胞的這兩個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的相互作用是細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和功能活動(dòng)的關(guān)鍵。
1、基因組DNA荷載的遺傳程序，在染色體上的構(gòu)建方式和操作規(guī)則；
2、染色體（質(zhì)）在間期核和發(fā)育中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與基因的功能活動(dòng)；
3、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的修飾（DNA甲基化，組蛋白乙酸化、異染色質(zhì)化）與基因表達(dá)程序的組
編和重組編（精、卵細(xì)胞的“印跡”、分化和去分化、全能性的改變和恢復(fù)）；
4、細(xì)胞發(fā)育、分化的信號(hào)分子和信號(hào)傳遞通路，以及細(xì)胞內(nèi)各種信號(hào)通路（生長(zhǎng)、分化、
凋亡、衰老和變等）的整合。
（二）發(fā)育的細(xì)胞和分子機(jī)制及遺傳控制
高等動(dòng)物的構(gòu)造和功能無(wú)論如何復(fù)雜，其發(fā)育的基本環(huán)節(jié)仍可歸為細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和凋亡。發(fā)育過(guò)程的特點(diǎn)是按嚴(yán)格時(shí)空秩序進(jìn)行的一連串細(xì)胞間相互作用的因果鎖鏈。而細(xì)胞生長(zhǎng)、分化的基礎(chǔ)是細(xì)胞專一的基因的表達(dá)調(diào)控。發(fā)育研究既是生物學(xué)問(wèn)題，又是醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)問(wèn)題。對(duì)于生育控制、畸胎和腫瘤發(fā)生及組織再生以及農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)都有重要意義。
1、細(xì)胞周期和生長(zhǎng)的調(diào)控；
2、精子和卵的發(fā)生、成熟、受精、著床的分子機(jī)制和基因控制；
3、圖式形成、形態(tài)發(fā)生、誘導(dǎo)作用和器官發(fā)生的基因控制；
4、胚胎干細(xì)胞全能性和定向分化的誘導(dǎo)；
5、植物發(fā)育（育性、形態(tài)發(fā)生和株形等）的分子機(jī)制和基因控制。
（三）生物防御系統(tǒng)的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)
由于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)上的重要性，哺乳動(dòng)物和人的免疫系統(tǒng)的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)已有很深入的研究，分子和細(xì)胞免疫已成為目前生物學(xué)前沿的熱點(diǎn)。植物對(duì)病毒、真菌和昆蟲(chóng)等有害生物的侵襲也表現(xiàn)出不同程度的防御能力。但目前國(guó)際上對(duì)植物防御系統(tǒng)的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)的研究還很初步，缺乏系統(tǒng)的了解。這方面的基礎(chǔ)研究對(duì)植物保護(hù)和抗性育種等農(nóng)業(yè)問(wèn)題重要性是顯而易見(jiàn)的。
1、免疫細(xì)胞的發(fā)育、凋亡和調(diào)控；
2、新的功能性免疫分子及其受體（包括分化抗原、粘附分子、細(xì)胞因子、拮抗因子等）；
3、自身免疫病發(fā)病機(jī)理及防治基礎(chǔ)研究；
4、植物防御系統(tǒng)：外源分子的識(shí)別，信號(hào)傳遞和防御分子；
5、防御基因（抗真菌等）的分離和抗性育種的基礎(chǔ)研究。
(5)腦研究
腦研究是生命科學(xué)的重大前沿，受到各政府和社會(huì)的高度重視。當(dāng)前研究的前沿和主要趨勢(shì)是在分子、細(xì)胞和整體水平對(duì)腦功能和疾病進(jìn)行綜合研究，并從腦的發(fā)育過(guò)程了解腦的構(gòu)造原理。腦影象學(xué)技術(shù)（PET/fMRI等）能實(shí)時(shí)顯示腦功能活動(dòng)各部位間的時(shí)空關(guān)系，對(duì)從整體上了解腦功能活動(dòng)也有重要作用。
1、視覺(jué)、痛覺(jué)、神經(jīng)信息傳遞、加工、整合及調(diào)控；
2、腦功能活動(dòng)的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)，包括突觸可塑性的分子基礎(chǔ)，各種腦細(xì)胞的基因表達(dá)譜和蛋白質(zhì)譜等；
3、腦的發(fā)育和老化；中樞神經(jīng)的再生和修復(fù)；神經(jīng)元的變性和凋亡；
4、腦的高級(jí)功能（學(xué)習(xí)、記憶、語(yǔ)言、行為）的腦機(jī)制及其影象學(xué)研究；
5、腦復(fù)雜性的計(jì)算生物學(xué)、建模及腦功能的非線性動(dòng)力學(xué)研究
(6)生物多樣性及其可持續(xù)利用
生物多樣性是人類賴以生存的基礎(chǔ)，突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一涉及人類生存環(huán)境，第二涉及生物資源的可持續(xù)利用。其重點(diǎn)研究領(lǐng)域是：
1、我國(guó)動(dòng)植物和微生物基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)的采集和編研；
2、生物資源的動(dòng)態(tài)變化和可持續(xù)利用的對(duì)策；
3、生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能；
4、受損生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能及恢復(fù)和重建的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)；
5、極端環(huán)境下生物物種（動(dòng)植物和微生物）的適應(yīng)機(jī)理；
6、我國(guó)瀕危動(dòng)植物保護(hù)的理論和方法；
7、種質(zhì)庫(kù)、DNA庫(kù)和NDA文庫(kù)的建立和長(zhǎng)期保存的科學(xué)問(wèn)題。
(7)生命起源和進(jìn)化
生命起源和進(jìn)化是哲學(xué)和生物學(xué)共同關(guān)心的大問(wèn)題。目前正在舉的進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)對(duì)各門(mén)典型動(dòng)植物的基因組和發(fā)育機(jī)制的比較研究將闡明形體結(jié)構(gòu)圖式形態(tài)進(jìn)化機(jī)制，微進(jìn)化與巨進(jìn)化的關(guān)系，在分子水平促進(jìn)遺傳、發(fā)育和進(jìn)化的理論綜合。
1、前生命化學(xué)進(jìn)化中核酸和蛋白質(zhì)的共起源；
2、真核細(xì)胞起源問(wèn)題；
3、動(dòng)、植物形態(tài)發(fā)育的分子機(jī)制與形態(tài)進(jìn)貨；
4、基因組進(jìn)貨機(jī)制和規(guī)律；
5、動(dòng)、植物分子進(jìn)化和分子系統(tǒng)學(xué)；
6、進(jìn)化過(guò)程和機(jī)制--進(jìn)化論的研究。
三、農(nóng)學(xué)
90年代以來(lái)，上的動(dòng)植物育種已進(jìn)入分子水平。朝著快速改變動(dòng)植物基因型的方向發(fā)展，動(dòng)植物育種的一次新的革命正在到來(lái)。根據(jù)美英等西文發(fā)達(dá)國(guó)家政府和世界糧農(nóng)組織的預(yù)測(cè)，21世紀(jì)全球農(nóng)業(yè)的90%品種將通過(guò)分子育種手段育成，而品種對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率亦將超過(guò)50%。
80年代興起了對(duì)作物--土壤系統(tǒng)的水肥運(yùn)行的作用機(jī)理及其調(diào)控的研究。國(guó)際土壤學(xué)會(huì)將“優(yōu)化水分養(yǎng)分循環(huán)，減少水肥投入，提高資源利用效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展”列為重要基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。近年來(lái)，人們已開(kāi)始研究營(yíng)養(yǎng)素對(duì)特異生物活性物質(zhì)基因表達(dá)各環(huán)節(jié)的作用。研究營(yíng)養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)作用是當(dāng)今動(dòng)植物營(yíng)養(yǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究前沿。
病原茵的致病機(jī)理和植物抗病機(jī)理的研究是植物保護(hù)研究中一大特點(diǎn)，近來(lái)有關(guān)防衛(wèi)體系的研究集中在防衛(wèi)基因的表達(dá)調(diào)控上。
土地資源生產(chǎn)能力持續(xù)利用研究是90年代響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而開(kāi)展起來(lái)的?？沙掷m(xù)土地利用的核心是現(xiàn)代土地利用方式對(duì)土地資源生產(chǎn)潛力的影響。在研究草原退化，土地荒漠化方面，國(guó)際上非常重視選擇可對(duì)比類型進(jìn)行長(zhǎng)期定位觀測(cè)。
針對(duì)中國(guó)21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展和食物安全以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，以科學(xué)、合理地利用農(nóng)業(yè)資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力為主要目標(biāo)，增強(qiáng)我國(guó)農(nóng)業(yè)科技自身發(fā)展的后勁，使我國(guó)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)達(dá)到同期世界先進(jìn)水平。
未來(lái)的基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科前沿主要是分子生物學(xué)和生物信息學(xué)。隨著現(xiàn)代遺傳學(xué)和信息論的發(fā)展，以及分子生物技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)的不斷改進(jìn)，將促進(jìn)以NDA全序列測(cè)定為主的基因組學(xué)研究的重大突破；在基因組水平上，以特定生命活動(dòng)為目標(biāo)，深入探討相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因的表達(dá)與調(diào)控、信息網(wǎng)絡(luò)與傳遞等生命科學(xué)問(wèn)題將成為基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科新的前沿和熱點(diǎn)。
基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科的主要發(fā)展方向是：
1、標(biāo)記、分離、克隆與生殖發(fā)育相關(guān)的重要產(chǎn)量性狀基因、重要品質(zhì)性狀基因以及與抗逆相關(guān)的功能基因，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的新型動(dòng)植物品種（系）；
2、研究動(dòng)植物養(yǎng)分高效利用的代謝生理及分子生物學(xué)基礎(chǔ)；
3、動(dòng)植物病蟲(chóng)害防御技術(shù)體系；
4、研究不同農(nóng)、林、牧、漁業(yè)生態(tài)區(qū)的資源優(yōu)化配置與合理布局，解析不同生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建的原理與途徑。
優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域：
1、動(dòng)植物重要經(jīng)濟(jì)性狀的功能基因組學(xué)與比較基因組學(xué)；
2、動(dòng)植物雜交與雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)；
3、動(dòng)植物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆和養(yǎng)分高效利用的遺傳學(xué)基礎(chǔ)；
4、動(dòng)植物遺傳資源核心種質(zhì)構(gòu)建、新基因發(fā)掘與有效利用；
5、作物抗逆性與水分、養(yǎng)分高效利用；
6、植物病蟲(chóng)害致致害性變異與寄主防衛(wèi)分子機(jī)制；
7、重要疫病病原致病性深化的分子機(jī)制和宿主免疫機(jī)理；
8、農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境和生態(tài)的系統(tǒng)模型及優(yōu)化治理；
9、土壤質(zhì)量演變規(guī)律與土地資源的持續(xù)利用。
四、醫(yī)學(xué)
近幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的發(fā)展不斷由現(xiàn)象向本質(zhì)，由宏觀向微觀深入。但是，近年來(lái)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，要了解人體這一自然界中最復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅需要“分析”，而且需要“綜合”。正是這種分析與綜合一致的思維和學(xué)科間滲透交叉推動(dòng)著基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的發(fā)展。
重大疾病，如惡性腫瘤、心腦血管疾病、感染性疾病、神經(jīng)精神病、創(chuàng)傷和消化系統(tǒng)疾病等一直是醫(yī)學(xué)研究的方向與重點(diǎn)。另外，機(jī)體正常結(jié)構(gòu)、功能（健康狀態(tài)）的維持與調(diào)節(jié)機(jī)制也是未來(lái)醫(yī)學(xué)研究的重要方面。
建國(guó)以來(lái)，我國(guó)醫(yī)學(xué)發(fā)展舉世矚目，平均預(yù)期壽命已從35歲增至69歲。自50年代以來(lái)，從沙眼病毒分離到針刺鎮(zhèn)痛，從多型肝炎病毒克隆到疾病基因組學(xué)研究，無(wú)一不浸透著我國(guó)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)工作者的心血。但不可否認(rèn)，我國(guó)醫(yī)學(xué)研究距國(guó)際先進(jìn)水平還有差距。隨著發(fā)達(dá)國(guó)家在本領(lǐng)域投入不斷加大，這種差距可能還會(huì)加大。
前沿與學(xué)科發(fā)展優(yōu)先領(lǐng)域
（一）腫瘤、心腦血管病等重大疾病發(fā)生發(fā)展及其干預(yù)措施的分子與細(xì)胞機(jī)制
1、重要功能基因與重大疾病相關(guān)基因結(jié)構(gòu)、功能與表達(dá)調(diào)控的研究；
2、重大疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)組學(xué)和蛋白、多防結(jié)構(gòu)與功能的研究；
3、生物信息學(xué)、基因芯片、基因治療及組織工程等高新技術(shù)在重大疾病診斷、治療中的應(yīng)用；
4、干細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞、造血干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞等）的建系及分化。
（二）神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)系統(tǒng)在健康狀態(tài)維持與疾病發(fā)生發(fā)展中的作用
5、神經(jīng)損傷與功能紊亂的病理機(jī)理及干預(yù)措施；
6、神經(jīng)退行性疾病病因?qū)W與診斷、治療技術(shù)區(qū)；
7、重要免疫細(xì)胞發(fā)育分化及其在免疫耐受與免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)中的作用；
8、新型免疫調(diào)節(jié)分子的發(fā)現(xiàn)及功能研究：
9、神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)失調(diào)與疾病的關(guān)系。
（三）自然與社會(huì)因素對(duì)健康的影響及其致病機(jī)理
1、重要感染性疾病病原體致病機(jī)理相關(guān)的基因組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)；
2、新病原體致病機(jī)理與干預(yù)措施；
3、外源性化學(xué)物的致病機(jī)理及監(jiān)測(cè)、預(yù)防與診治技術(shù)；
4、社會(huì)-心理因素與健康。
（四）藥物在分子、細(xì)胞與整體調(diào)節(jié)水平的作用機(jī)理
1、藥物基因組與蛋白組學(xué)研究；
2、以細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑為靶點(diǎn)的創(chuàng)新藥物研究；
3、多糖、類脂、核酸等生物大分子與藥物相互作用研究；
4、新的內(nèi)源性活性物質(zhì)的藥理學(xué)研究
（五）中醫(yī)藥學(xué)理論體系與實(shí)踐方法的發(fā)展研究
1、中醫(yī)學(xué)理論在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生物學(xué)研究中的應(yīng)用；
2、中草藥復(fù)方活性成份的藥理學(xué)研究
五、生物技術(shù)
本世紀(jì)70年代在生命科學(xué)領(lǐng)域取得了兩項(xiàng)對(duì)人類生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有深刻影響技掃術(shù)突破，一個(gè)是重組DNA技術(shù)，一個(gè)是淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)。這兩項(xiàng)革命性技術(shù)的出現(xiàn)，帶動(dòng)了生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，逐步形成了一個(gè)全新的現(xiàn)代生物技術(shù)群及新興產(chǎn)業(yè)。
自1982年世界上第一個(gè)基因工程藥物重組人胰島素上市以來(lái)，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，世界范圍的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在蓬勃興起，作為高效益、高風(fēng)險(xiǎn)的新興產(chǎn)業(yè)，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在猛烈的沖擊著世界經(jīng)濟(jì)，并產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。生物技術(shù)本身可以發(fā)展成為具有巨大市場(chǎng)前景的新興產(chǎn)業(yè)，同時(shí)可通過(guò)提供源頭技術(shù)和產(chǎn)品，對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
世界生物技術(shù)本身發(fā)展的總體趨勢(shì)是：生物技術(shù)在經(jīng)歷了第一次浪潮（醫(yī)藥和保健領(lǐng)域）后，迎來(lái)了第二次浪潮，即重點(diǎn)發(fā)展：（1）農(nóng)業(yè)生物技術(shù)；（2）環(huán)境生物技術(shù)；（3）生物制造和生物處理工藝及能源研究；（4）海洋生物技術(shù)研究。目前生物技術(shù)的應(yīng)用已遍及農(nóng)業(yè)食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、化工環(huán)保、生物資源、能源和海洋開(kāi)發(fā)等各個(gè)領(lǐng)域，顯示了它對(duì)解決人類所面臨的食品、健康、資源、能源和環(huán)境等重大問(wèn)題的巨大作用和市場(chǎng)潛力。
我國(guó)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在較大差距，大約為5-10年。但值得指出的是，我國(guó)生物技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)已在兩系法雜交稻、抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因棉花和玉米、基因工程藥物和疫苗、人血液代用品、人重大疾病相關(guān)基因研究和動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器、農(nóng)作物組織培養(yǎng)和基因轉(zhuǎn)移、家畜胚胎分隔和試管牛、羊等方面形成自己的特色和優(yōu)勢(shì)，并具備與世界發(fā)達(dá)國(guó)家整體競(jìng)爭(zhēng)與抗衡的能力。
但是，我國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新，基本屬于仿制，極易喪失發(fā)展后勁。因此，我國(guó)應(yīng)高度重視產(chǎn)品和技術(shù)的創(chuàng)新，搶占二十一世紀(jì)生命科學(xué)的制高點(diǎn)。我們必須深刻認(rèn)識(shí)到生命科學(xué)的發(fā)展和生物技術(shù)的發(fā)展是相鋪相成的，為了迎接生命科學(xué)世紀(jì)的挑戰(zhàn)。更好地參與新世紀(jì)激烈的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，必須大力發(fā)展關(guān)鍵的生物技術(shù)，如，
（1）基因組學(xué)技術(shù)；
（2）生物信息技術(shù)；
（3）基因克隆、重組、表達(dá)技術(shù)；
（4）動(dòng)植物體細(xì)胞克隆技術(shù)；
（5）生物芯片技術(shù)、微陣列技術(shù)（Microarray）和生物傳感器的基礎(chǔ)研究；
（6）人工組織與器官研制技術(shù)。
并帶動(dòng)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、醫(yī)藥生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)、海洋生物技術(shù)和工業(yè)生物技術(shù)的高速發(fā)展。
六、結(jié)語(yǔ)
生命科學(xué)由于其對(duì)科學(xué)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有極其重要的作用，在20世紀(jì)得到了空前的重視，取得了豐碩的成果。面向2l世紀(jì)，“人類基因組計(jì)劃”的完成和深入發(fā)展，將有可能從更深層次上了解人體生長(zhǎng)、發(fā)育、正常生理活動(dòng)和各種疾病的病因及發(fā)病機(jī)理，并提出防治策略、途徑和方法。全球生態(tài)環(huán)境和生物多樣性的保護(hù)和利用，對(duì)人類生存和世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有關(guān)鍵的意義，成為我國(guó)賴以實(shí)行可持續(xù)發(fā)展國(guó)策和“中國(guó)2l世紀(jì)議程”的科學(xué)基礎(chǔ)。生命科學(xué)的研究也與國(guó)家安全緊密相關(guān)，比如基因武器將可能對(duì)人類造成不堪設(shè)想的危害。生命科學(xué)的進(jìn)步也向數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)以及技術(shù)科學(xué)提出許多新問(wèn)題、新概念和新的研究領(lǐng)域。生命科學(xué)與信息科學(xué)、材料科學(xué)等的交叉，產(chǎn)生的智能科學(xué)和技術(shù)，將在下世紀(jì)推動(dòng)智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。建議國(guó)家和有關(guān)部門(mén)制定相應(yīng)的政策和措施，使我國(guó)在生命科學(xué)世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)中占有越來(lái)越重要的地位。
（1）基本科學(xué)資料的積累、整理和現(xiàn)代化管理；
（2）制定全國(guó)基因組研究和應(yīng)用的整體規(guī)劃并加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)；
（3）建立農(nóng)業(yè)重大科學(xué)工程中心；
（4）保護(hù)醫(yī)學(xué)資源和建立支持條件平臺(tái)；
（5）加快建立生物技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)制和加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)；
（6）加強(qiáng)生物安全性的研究與管理。

DNA計(jì)算機(jī)開(kāi)山之作“推銷員問(wèn)題”的解決是怎么一回事啊，有木有人知道啊，求具體的操作過(guò)程？

與由芯片和電路組成的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同計(jì)算機(jī)的原材料是人工制作的片斷傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成和后再進(jìn)行處理而計(jì)算機(jī)則是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成堿基序列傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)依靠電信號(hào)來(lái)控制而計(jì)算機(jī)則通過(guò)控制分子間的生化反應(yīng)來(lái)完成運(yùn)算。 由以色列魏茨曼研究所研制的這種計(jì)算機(jī)只有幾個(gè)納米大它能察覺(jué)到細(xì)胞中信使核糖核酸的異常。信使的作用是充當(dāng)生成蛋白質(zhì)的中間媒介傳遞遺傳信息。在試管實(shí)驗(yàn)中該計(jì)算機(jī)對(duì)與肺癌和前列腺癌相關(guān)的異常信使非常敏感。在發(fā)現(xiàn)異常的信使后它便釋放出由控制生成的抗癌藥這種藥物能抑制與腫瘤相關(guān)的基因表達(dá)。計(jì)算機(jī)的研制尚處起步階段要將其應(yīng)用到臨床可能還需要等待數(shù)十年。但是美國(guó)威斯康星大學(xué)的計(jì)算機(jī)專家勞埃德·史密斯說(shuō)“這種新型計(jì)算機(jī)是第一種使用做原料并釋放藥物的計(jì)算機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出的生物化。這就意味著它能夠與活的生物系統(tǒng)相融合。” 目前這種計(jì)算機(jī)只能在特殊的鹽溶液中發(fā)揮作用。研究人員指出要用它來(lái)真正診治癌癥還必須解決許多難題其中最重要的就是使其在生物環(huán)境中持續(xù)工作。研究人員預(yù)測(cè)未來(lái)的計(jì)算機(jī)要比目前這種樣機(jī)復(fù)雜得多。它應(yīng)該能夠識(shí)別與癌癥相關(guān)的多種分子而不僅是信使。另外它還能釋放多種藥物而不只限于藥品。在這種計(jì)算機(jī)真正用于臨床之前還必須進(jìn)行組織培養(yǎng)液、低等生物、哺乳動(dòng)物和人體試驗(yàn) 上海交通大學(xué)生命科學(xué)研究中心和中科院上海生命科學(xué)院營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所最近于試管中完成了DNA計(jì)算機(jī)的雛形研制在實(shí)驗(yàn)上把自動(dòng)機(jī)與表面DNA計(jì)算結(jié)合到了一起。這在中國(guó)乃屬首次相關(guān)論文已發(fā)表在中國(guó)《科學(xué)通報(bào)》49卷第1期的英文版上。 據(jù)介紹這一DNA計(jì)算機(jī)采用雙色熒光標(biāo)記對(duì)輸入與輸出分子進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)用測(cè)序儀對(duì)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用磁珠表面反應(yīng)法固化反應(yīng)提高可控性操作技術(shù)等以至最終在一定程度上完成模擬電子計(jì)算機(jī)處理0.1信號(hào)的功能將來(lái)通過(guò)計(jì)算芯片技術(shù)把電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能進(jìn)行本質(zhì)上的提升在理論上和潛在的應(yīng)用上都有重大意義。 近年來(lái)利用遺傳物質(zhì)DNA分子中蘊(yùn)含的計(jì)算能力開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)大功能的DNA計(jì)算機(jī)成為計(jì)算機(jī)科學(xué)家和生物學(xué)家的夢(mèng)想。1994年埃德曼用DNA分子解決了電子計(jì)算機(jī)原則上不能解決的“郵遞員問(wèn)題”揭開(kāi)了DNA計(jì)算機(jī)研究的新紀(jì)元。2001年由以色列魏茨曼研究所首先完成的基于DNA分子的自動(dòng)機(jī)模型被評(píng)選為當(dāng)年的國(guó)際十大新聞。 上海交通大學(xué)生命科學(xué)研究中心主任賀林教授認(rèn)為目前的DNA計(jì)算機(jī)尚處在襁褓階段還不具商業(yè)運(yùn)用價(jià)值但是其強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力和以生物分子為計(jì)算物質(zhì)的特征是傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)所不具備的。 賀林教授說(shuō)在不久的將來(lái)DNA計(jì)算機(jī)可被用來(lái)開(kāi)發(fā)新一代的基因分型技術(shù)處理基因組的信息或用注入到人體內(nèi)的DNA計(jì)算機(jī)進(jìn)行基因治療。如果DNA代表生命科學(xué)計(jì)算機(jī)代表信息科學(xué)DNA計(jì)算機(jī)這個(gè)典型的交叉課題或許是后基因組時(shí)代生命學(xué)科與信息學(xué)科大融合、大碰撞的一個(gè)縮影。編輯王秀 埃胡德教授以及以色列魏茲曼學(xué)院的研究人員在數(shù)年前就建造了最小的生物分子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中他們已經(jīng)能夠使它分析生物信息發(fā)現(xiàn)和治療前列腺癌和肺癌。埃胡德說(shuō)我們已經(jīng)給它增加了輸入/輸出系統(tǒng)它能夠診斷出疾病并在試管中制造出相應(yīng)的藥物。 這種計(jì)算機(jī)的尺寸非常地小一滴水中就可能包含有1成億個(gè)計(jì)算機(jī)。它的輸入/輸出模塊以及軟件都是由DNA分子構(gòu)成的。 這一技術(shù)能夠給癌癥等疾病在未來(lái)的診治帶來(lái)革命性的變化無(wú)需再進(jìn)行切片檢查DNA計(jì)算機(jī)能夠在人體內(nèi)的組織中診斷疾病。埃胡德說(shuō)我們的醫(yī)療計(jì)算機(jī)可能被看作一種藥物由血液帶到全身的各處檢查每個(gè)細(xì)胞是否已經(jīng)發(fā)生了病變。 它能夠使醫(yī)生在腫瘤形成前治療癌癥如果疾病已經(jīng)擴(kuò)散到身體的其它部分它會(huì)向“頑固的”細(xì)胞釋放藥物。不同的輸入模塊能夠診治不同的疾病。 現(xiàn)在生物計(jì)算機(jī)還只能在鹽溶液中工作要把它應(yīng)用到實(shí)際的疾病診斷中還有很多障礙需要突破。既要確保計(jì)算機(jī)能夠在人體內(nèi)的生物環(huán)境下繼續(xù)正常工作又不能對(duì)人體自身的免疫系統(tǒng)造成混亂即要做到絕對(duì)安全這顯然是非常必要的夏皮羅說(shuō)。 它們也應(yīng)該比現(xiàn)在的原型要復(fù)雜不僅僅是辨認(rèn)跟癌癥有關(guān)的RNA還要分配各種藥物也不僅僅是DNA療法。它們需要接受在細(xì)胞環(huán)境、組織、單個(gè)器官和動(dòng)物體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)最終才能用在人身上。 試管中參與生化反應(yīng)的分子很多相當(dāng)于大批的DNA計(jì)算機(jī)在同時(shí)工作盡管生化反應(yīng)有時(shí)需要很長(zhǎng)的時(shí)間但極其大量一個(gè)摩爾的DNA溶液含有10的23次方個(gè)分子每個(gè)分子都是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的DNA計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)算運(yùn)算速度能達(dá)到每秒10億次的高速。而且DNA計(jì)算機(jī)的能耗非常低耗能只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一而它的存儲(chǔ)密度卻大約是人們通常使用的磁盤(pán)存儲(chǔ)器的10000億倍這些都是DNA計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)?！?夏院士對(duì)記者說(shuō)“但DNA計(jì)算機(jī)也存在兩大缺陷由于生化反應(yīng)本身存在一定的隨機(jī)性所以這種運(yùn)算的結(jié)果也就不完全精確。另外參與運(yùn)算的DNA分子之間不能像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)行通訊只能‘各自為戰(zhàn)’這對(duì)于DNA計(jì)算機(jī)今后處理一些大型計(jì)算也是一種缺陷?！?“最主要的是DNA計(jì)算機(jī)面對(duì)的這些障礙現(xiàn)在看來(lái)都是‘難以逾越的’所以除了針對(duì)一些特定問(wèn)題DNA計(jì)算機(jī)在實(shí)際應(yīng)用上還不如納米計(jì)算機(jī)更有希望。”夏院士最后強(qiáng)調(diào)說(shuō)。 新浪科技訊 據(jù)美國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站美國(guó)東部時(shí)間8月18日北京時(shí)間8月19日消息 世界第一臺(tái)可運(yùn)行游戲程序的DNA計(jì)算機(jī)現(xiàn)已面世。該系統(tǒng)命名為“MAYA”是目前第一個(gè)互動(dòng)式DNA計(jì)算處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以生化酶為計(jì)算基礎(chǔ)來(lái)運(yùn)算簡(jiǎn)單游戲。 DNA計(jì)算機(jī)是美國(guó)南加州大學(xué)萊昂納德-阿德?tīng)柌┦坑?994年提出的奇妙構(gòu)思DNA計(jì)算機(jī)通過(guò)控制DNA分子間的生化反應(yīng)來(lái)完成運(yùn)算。DNA分子之間的反應(yīng)可取代CPU進(jìn)行計(jì)算處理 。目前的DNA計(jì)算技術(shù)都必須將DNA溶于試管液體中。 該DNA計(jì)算系統(tǒng)是由美國(guó)哥倫比亞大學(xué)米蘭-斯托賈諾維克Milan Stojanovic和新墨西哥大學(xué)達(dá)克-斯蒂芬維克Darko Stefanovic研制開(kāi)發(fā)的。以色列魏茨曼科學(xué)研究所科比-貝尼桑Kobi Benenson稱“用復(fù)雜的DNA分子反應(yīng)作為邏輯通道進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并實(shí)現(xiàn)具體的游戲程序是DNA計(jì)算處理技術(shù)上的一個(gè)里程碑?！?通過(guò)生化酶不同的反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)比井字游戲更為復(fù)雜的計(jì)算處理。但是斯托賈諾維克和斯蒂芬維克表示“盡管DNA計(jì)算機(jī)可順利運(yùn)行而無(wú)需人為性干預(yù)。但是DNA計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)不及硅芯片計(jì)算機(jī)因?yàn)樵谌藱C(jī)交互處理中人為操作與DNA計(jì)算機(jī)的交互不能像硅芯片計(jì)算機(jī)那樣很好地結(jié)合在一起?！蹦壳昂苌儆腥四軕?zhàn)勝M(fèi)AYA斯托賈諾維克已經(jīng)輸給MAYA100多次。他指出“我們應(yīng)該改動(dòng)游戲程序讓電腦輸幾次使玩家感受到勝利的喜悅?！?倫敦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家彼得-本特利Peter Bentley說(shuō)“這是一項(xiàng)非常有趣的研究成果。但是該系統(tǒng)只是一個(gè)新奇的事物目前僅限于井字游戲尚不能拓展至更廣闊的 新華網(wǎng)華盛頓3月18日電記者毛磊美國(guó)科學(xué)家利用簡(jiǎn)單的DNA計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)中為一個(gè)有24個(gè)變量、100萬(wàn)種可能結(jié)果的數(shù)學(xué)難題找到了答案。這是迄今利用非電子化計(jì)算手段解出的最復(fù)雜數(shù)學(xué)問(wèn)題表明DNA計(jì)算機(jī)研制又邁出了重要一步。 美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)教授阿德勒曼將這一研究成果發(fā)表在新一期美國(guó)《科學(xué)》雜志上。 DNA脫氧核糖核酸是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)它通過(guò)4種核苷酸的排列組合存儲(chǔ)生物遺傳信息。將運(yùn)算信息排列于DNA上并通過(guò)特定DNA片段之間的相互作用來(lái)得出運(yùn)算結(jié)果是DNA計(jì)算機(jī)工作的主要原理。 阿德勒曼教授是DNA計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域的先驅(qū)。他于1994年在實(shí)驗(yàn)中演示DNA計(jì)算機(jī)可以解決著名的“推銷員問(wèn)題”首次論證了這種計(jì)算技術(shù)的可行性?！巴其N員問(wèn)題”用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)是要求在7個(gè)城市間尋找最短的路線這一問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單心算就可以給出答案。 但這次阿德勒曼教授用DNA計(jì)算機(jī)演示新問(wèn)題難度就大多了靠人腦的計(jì)算能力基本無(wú)法處理。這一邏輯問(wèn)題名叫“NP完全3-SAT問(wèn)題”聽(tīng)起來(lái)不知所云但可以形象化地表述如下 假設(shè)你走進(jìn)一個(gè)有100萬(wàn)輛汽車(chē)的車(chē)行想買(mǎi)一輛稱心的車(chē)。你向銷售員提出了一大堆條件如“想買(mǎi)一輛4座和自動(dòng)檔的”“敞蓬和天藍(lán)色的”寶馬車(chē)等等加起來(lái)多達(dá)24項(xiàng)。在整個(gè)車(chē)行中能滿足你所有條件的車(chē)只有一輛。從理論上說(shuō)銷售員必須一輛輛費(fèi)勁地找。傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)采用的就是這種串行計(jì)算的辦法來(lái)求解。 阿德勒曼等設(shè)計(jì)的DNA計(jì)算機(jī)則對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了并行處理。他們首先利用DNA片段編碼了100萬(wàn)種可能的答案然后將其逐一通過(guò)不同容器每個(gè)容器都放入了代表24個(gè)限制條件之一的DNA。每通過(guò)一個(gè)容器滿足特定限制條件的DNA分子經(jīng)反應(yīng)后被留下并進(jìn)入下一個(gè)容器繼續(xù)接受其它限制條件的檢驗(yàn)不滿足的則被排除出去從解決這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中可以看出理論上DNA計(jì)算機(jī)的運(yùn)算策略和速度將優(yōu)于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)。阿德勒曼教授說(shuō)雖然他們的新實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步提高了DNA計(jì)算機(jī)模型的運(yùn)算能力但總的來(lái)說(shuō)DNA計(jì)算機(jī)錯(cuò)誤率還是太高要真正超越電子計(jì)算機(jī)還需要在DNA大分子操縱技術(shù)等方面有大的突破。 人們正在探索將光電子學(xué)和生物工程這兩個(gè)最尖端的技術(shù)引入計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研制超小型、超高速、超大容量的新型計(jì)算機(jī)并對(duì)此充滿信心。人們對(duì)光子計(jì)算機(jī)的設(shè)想是1根據(jù)光學(xué)空間的多維特性為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)新的邏輯結(jié)構(gòu)和運(yùn)算原理。2充分利用光子元件體積小傳送信息速度快的特點(diǎn)用超高速大容量的光子元件替代目前計(jì)算機(jī)中使用的硅化學(xué)元件用光導(dǎo)纖維或光波代替普通金屬導(dǎo)線。 仿生計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思路與光子計(jì)算機(jī)有異曲同工之妙1通過(guò)對(duì)生物的腦和神經(jīng)系統(tǒng)中信息傳遞、信息處理等原理的進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)全新的仿生模式計(jì)算機(jī)并與人工智能的研究相互借鑒、共同發(fā)展。2模擬生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和酶等物質(zhì)的產(chǎn)生過(guò)程制造出仿生集成芯片來(lái)替代目前計(jì)算機(jī)中使用的半導(dǎo)體元件。 50年前年輕的美國(guó)科學(xué)家詹姆斯·沃森和英國(guó)科學(xué)家弗朗西斯·克里克正式提出了DNA脫氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。DNA結(jié)構(gòu)這一分子生物學(xué)中最基本的謎團(tuán)揭開(kāi)后釋放出了驚人的能量。這50年來(lái)因?yàn)镈NA的研究而涌現(xiàn)出來(lái)的基因克隆、基因組測(cè)序、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等技術(shù)直接促進(jìn)了現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起?？梢哉f(shuō)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)代基因工程奠定了基礎(chǔ)。 事實(shí)上DNA的影響力遠(yuǎn)不止于生物領(lǐng)域它直接啟發(fā)了區(qū)別于傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)計(jì)算模式的DNA計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)。1994年DNA計(jì)算機(jī)誕生于南加利福尼亞大學(xué)萊昂那多·阿德萊曼Leonard Adleman教授的試管中據(jù)說(shuō)這一設(shè)想是受到沃森所著的《基因分子生物學(xué)》教科書(shū)的啟發(fā)。雖然在9年之后的今天DNA計(jì)算機(jī)還只是科學(xué)之樹(shù)的“嫩枝”科學(xué)界對(duì)其態(tài)度也見(jiàn)仁見(jiàn)智。但在“尋找硅的替代物”已成為一場(chǎng)如火如荼的運(yùn)動(dòng)的今天DNA計(jì)算依然是值得探索的方向。 DNA啟發(fā)計(jì)算。與傳統(tǒng)的硅電子計(jì)算機(jī)“看得見(jiàn)、摸得著”并有著越來(lái)越精致的外型不同的是目前的DNA計(jì)算機(jī)還都只是躺在試管里的液體。之所以會(huì)構(gòu)造出如此古怪的計(jì)算機(jī)其原因在于科學(xué)家普遍認(rèn)為目前計(jì)算機(jī)的縮微化已接近極限。摩爾定律告訴我們芯片制造商大約每18個(gè)月就會(huì)把擠在指甲蓋那么大的硅片里的晶體管數(shù)量增加一倍而事實(shí)的確如此。物理學(xué)定律則認(rèn)為這種成倍增長(zhǎng)的速度不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。最終晶體管會(huì)變得非常小小到只有幾個(gè)分子那么大。在這樣小的距離里起作用的將是古怪的量子定律電子會(huì)從一個(gè)地方跳到另外一個(gè)地方而不穿過(guò)這兩個(gè)地方之間的空間就像破漏的消防水管中的水這時(shí)的電子會(huì)越過(guò)導(dǎo)線和絕緣層從而產(chǎn)生致命的短路。因此人們需要掌握能制造出體積更微小的計(jì)算機(jī)的技術(shù)目前談得較多的DNA計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)就是這一領(lǐng)域主要的探索方向。 就現(xiàn)在的情況下還難以預(yù)測(cè)下一代計(jì)算機(jī)將會(huì)是什么樣的或許未來(lái)的計(jì)算機(jī)芯片是一滴溶液?？汕f(wàn)別小看這一滴溶液阿德萊曼當(dāng)年就是用一滴溶液解決了著名的“推銷員問(wèn)題”即哈米爾頓Hamilton的路徑問(wèn)題要求在7個(gè)城市間尋找最短路線雖然這一問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單人類的心算就可以解決但這是對(duì)DNA計(jì)算技術(shù)可行性的首次論證。去年阿德萊曼又利用簡(jiǎn)單的DNA計(jì)算機(jī)為一個(gè)有著24個(gè)變量、100萬(wàn)種可能結(jié)果的數(shù)學(xué)難題這一邏輯問(wèn)題名為“NP完全3-SAT問(wèn)題”找到了答案而這樣的計(jì)算就連傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)都不易做到。其實(shí)DNA計(jì)算機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其驚人的存貯容量和運(yùn)算速度。一立方厘米的DNA上存儲(chǔ)的信息比一萬(wàn)億張光盤(pán)存儲(chǔ)的還多十幾小時(shí)的DNA計(jì)算就能相當(dāng)于所有電腦自問(wèn)世以來(lái)的總運(yùn)算量。 更重要的是DNA計(jì)算機(jī)的能耗非常低只有電子計(jì)算機(jī)的一百億分之一。雖然目前單個(gè)DNA計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)慢得多但由于它能夠同時(shí)執(zhí)行大量的運(yùn)算如一根試管可容納一萬(wàn)億個(gè)DNA計(jì)算機(jī)這些計(jì)算機(jī)可以同時(shí)并發(fā)運(yùn)算如此看來(lái)“稚嫩”的DNA計(jì)算機(jī)至少非常適合于解決那些需要窮盡各種計(jì)算結(jié)果的“組合問(wèn)題”。 何時(shí)突破“試管”一些科學(xué)家預(yù)計(jì)十到二十年后DNA計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段。當(dāng)然也有不少科學(xué)家對(duì)此提出了質(zhì)疑。畢竟九年的時(shí)間對(duì)于看清楚可能會(huì)對(duì)未來(lái)產(chǎn)生重大影響的技術(shù)的前途來(lái)說(shuō)實(shí)在太短。不說(shuō)別的可自動(dòng)運(yùn)行的DNA計(jì)算機(jī)也才誕生了不足兩年早先的DNA計(jì)算機(jī)需要研究人員的一點(diǎn)“手工”推動(dòng)如改變溫度或添加化學(xué)物。 這臺(tái)世界上首次在輸入、輸出系統(tǒng)及軟硬件均由生物分子制成的自動(dòng)編程運(yùn)算式DNA計(jì)算機(jī)誕生在以色列的魏茨曼學(xué)院該學(xué)院的埃胡德·沙皮羅教授在發(fā)表這項(xiàng)成果的同時(shí)表示“目前這種計(jì)算機(jī)的功能尚顯單一在現(xiàn)實(shí)生活中不能馬上應(yīng)用而且太小了人們每次無(wú)法僅使用其中的一臺(tái)。”另外參與運(yùn)算的DNA分子之間并不能像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)行通訊只能“各自為戰(zhàn)”。DNA計(jì)算機(jī)的弊端還不僅如此。當(dāng)年阿德萊曼的“試管計(jì)算機(jī)”在幾秒內(nèi)得出了所有可能的哈米爾頓路徑后卻不得不再花費(fèi)數(shù)周去揀出那些正確的答案。阿德萊曼在演示了其DNA計(jì)算機(jī)是如何解決“NP完全3-SAT問(wèn)題”后也表示雖然他們的新實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步提高了DNA計(jì)算機(jī)模型的運(yùn)算能力但總的來(lái)說(shuō)DNA計(jì)算機(jī)錯(cuò)誤率還是太高要真正超越電子計(jì)算機(jī)還需要在DNA大分子操縱技術(shù)等方面有大的突破。盡管如此種種的不足并沒(méi)有阻礙DNA計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展尤其是其商業(yè)化的腳步。 2002年年初奧林巴斯公司與東京大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了全球第一臺(tái)能夠真正投入商業(yè)應(yīng)用的DNA計(jì)算機(jī)用于基因的診斷。該計(jì)算機(jī)由分子計(jì)算組件和電子計(jì)算部件兩部分組成前者用來(lái)計(jì)算分子的DNA組合以實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)搜索并篩選出正確的DNA結(jié)果而后者則對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行分析并且能將原來(lái)人工分析DNA需要的3天時(shí)間縮短為6個(gè)小時(shí)。除了在醫(yī)療領(lǐng)域外如新材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域也在探討DNA計(jì)算機(jī)的應(yīng)用力圖通過(guò)有效的配置分子達(dá)到生產(chǎn)出新材料的目的。這些足以說(shuō)明DNA計(jì)算機(jī)正試圖走出只能解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的有限用途真正開(kāi)始深入產(chǎn)業(yè)。 更令人期待的是一旦微小的計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)這些“理想”如巨型計(jì)算機(jī)裝在口袋里嵌入衣服里的計(jì)算機(jī)會(huì)告訴洗衣機(jī)應(yīng)當(dāng)用什么水溫洗滌衣服筆芯中的墨水即將用完時(shí)嵌在筆中的計(jì)算機(jī)能提醒更換筆芯等等都能成真。 四進(jìn)制與生物計(jì)算機(jī)。如果計(jì)算機(jī)采用了四進(jìn)制會(huì)有什么好處其中最大的好處是能立即節(jié)省一半的運(yùn)算單元并能提高系統(tǒng)的整體運(yùn)算速度。如果某臺(tái)電腦需要二十萬(wàn)個(gè)運(yùn)算單元在采用了四進(jìn)制后只需十萬(wàn)個(gè)運(yùn)算單元就能發(fā)揮相同的效果。相對(duì)于電子計(jì)算機(jī)生物電腦的運(yùn)算元件絕對(duì)不可能是集成電路或電子管這些與生物特性完全不相干的東西就像DNA計(jì)算機(jī)其本身依靠DNA中的A、T、G、C四個(gè)獨(dú)立堿基構(gòu)成先天性的形成了一個(gè)四進(jìn)制組合這與目前半導(dǎo)體開(kāi)合動(dòng)作所形成的二進(jìn)制一樣。 事實(shí)上目前最可能成為生物計(jì)算機(jī)運(yùn)算單元的也就是DNA或RNA核糖核酸。當(dāng)然生物電腦仍存在很難突破的瓶頸。僅以運(yùn)算元件來(lái)說(shuō)DNA或RNA分子的控制畢竟不如集成電路容易況且是控制數(shù)以十萬(wàn)、百萬(wàn)計(jì)的DNA或RNA分子更別提如何辨別這些分子。不過(guò)正如當(dāng)年的核融合技術(shù)在真正實(shí)現(xiàn)以前也曾遭遇過(guò)種種困難最終在海森堡、奧本海默、費(fèi)曼等物理學(xué)家的努力下還是取得了成功一樣相信隨著人類科技的飛速發(fā)展待生物科技成熟后具有人工智能的、能為人類造福的全新計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)誕生。

基因包括非編碼區(qū)的脫氧核糖核苷酸序列嗎？

基因包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)。
圖中有三個(gè)基因，這三個(gè)基因中間的部分是非基因區(qū)段，如果這些區(qū)段發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或替換，不屬于基因突變。
而如果a、b、c這三個(gè)基因中無(wú)論是編碼區(qū)還是非編碼區(qū)發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或替換，才屬于基因突變。

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