系统生物学——21世纪生物学的主流研究方法

随着还原论的现代医学从器官、细胞、基因乃至分子一步步解析研究的深入,20世纪的生物学也经历了从宏观到微观的不断发展过程,然而人们在为医学科技飞速发展取得的成就不断欢欣鼓舞的同时。面对海量的研究数据以及现代医学的实际困境,迷惑和疑问也与日俱增——人们曾经寄予厚望的基因研究并没有能够真正解开疾病的奥秘,分析和还原的研究思路正在受到越来越多的质疑,此时,系统生物学作为对现代还原的一个“反动”诞生了,系统生物学的产生源于目前生物学研究本身固有的局限性。很快受到了各国科学家的重视。     

生态系统生态学研究的关键问题及趋势——从“整体论与还原论的争论”看

在生态学领域中,存在着生态系统整体论与还原论的争论。Tansley A.G.提出,生态系统是"准有机体"。Odum兄弟提出的"生态系统能量说"被广泛接受,但也受到质疑,称其为"还原论者的整体论"。基于对上述质疑的回应以及对生态系统整体论的追求,Patten B.C.等提出"生态网络理论",运用"网络‘环境子’分析"方法,试图从物理层面分析解决生物层面的"涌现性"问题。不过,这一理论也受到批判,认为其在探究符号化的现象对生态系统的动态影响时,陷入了还原论困境。Jrgensen S.E.等更进一步,提出"系统论"的生态系统生态学,试图从系统科学的角度研究生态系统的"物质-能量-信息-网络"系统。这一理论受到生态学界高度重视,但是也存在着在具体研究过程中如何平衡能量视角和生物地球化学视角的问题。由上述争论可见,生态系统生态学研究的趋势是从"物质实体"到"能量流动",再到"网络信息",最后到"开放系统"层层递进。目前面临的关键问题是:如何在更好地定义生态系统整体性的基础上,采取相应的能够体现生态系统整体性的方法,去获得更多、更好的生态系统整体性的认识。     

奥德姆的生态思想是整体论吗?

奥德姆的生态思想是妥协的整体论,有还原论的一面。把生态系统看作是功能性整体、承认生态系统各层次的涌现属性属于整体论,把生态关系简化为能量关系、把生态系统看作是物理系统的分析方法则是还原论的。这种矛盾的生态思想决定了其方法论的先天不足:生态模型的内在逻辑关系没有理顺;较少考虑生态系统的进化;生态研究方法的排它性等。但是,它并不妨碍奥德姆的生态思想在夯实生态学的本体论基础、促进理论生态学和生态工程学的形成、协调生态整体论与还原论分歧、奠定生态系统服务功能研究基础等方面发挥重要作用。要超越生态整体论与还原论,繁荣发展生态复杂性理论也许是最好的选择。     

传统中国医药与现代系统生物学研究理论的殊途同归

系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成与组分之间相互关系的学科,近年来,系统生物学作为后基因组学时代研究的一个重要内容,已广泛深入到生命科学和医药学的各个领域。而作为中国传统医学而言,似乎与之相去甚远,然而当我们对这两个新老学科基础理论进行比较时,我们发现:传统中国医药与现代系统生物学研究理论的殊途同归。有鉴于此,本文论述了系统生物学和中医学的思想起源、相互联系,基于系统生物学的发展、研究思路和方法,阐述了生物学由还原论的研究方法过渡到系统论的研究方法,强调对生命现象从系统和整体的层次进行研究和把握,对传统中医学研究方法的变革起到了推动作用,最后对系统生物学在中医药学未来发展进行了评价。     

卷首语:复杂与永续

<正>过去的150年,现代生态学在从微观到宏观的不同层次、不同分支学科中都取得了长足的进展,生态学的多学科交叉和整体论渊源及其与社会可持续发展紧密相关的学科特点使其成为一门当代最有潜力也最具挑战的朝阳学科。生态学被认为是应付全球变化挑战、改善人与自然关系、惠荫人类福祉、推进地球永续发展的重要理论和方法依据及规划、建设与管理的系统     

展望数学生态学与生态模型的未来

首先简要回顾了２０世纪数学生态学发展的历史,特别是半２个世纪以来在中国的发展。然后指出了生物学的进步为数学生态学的发展提供了机遇。作者列出了当前数学生态学和生态模型研究的几个热点：⑴非线性动力学;⑵种群的时空动态：包括异质种群动态,源－汇理论以及种群对时、空变化的响应等;⑶多样性和稳定性的关系;⑷行为的动态模型;⑸基于个体的模型。最后指出,生态学中混沌现象,可能表明多年来理论生态学家寻找的种群动态     

从大肠埃希菌rRNA合成调控模型的建立看系统生物学

传统还原论的研究方法难以解决生物系统层次的问题.系统生物学以假设为驱动,整合不同层次的生物信息建立系统模型,设计干涉实验以检测并修正模型,不断重复实验与修正模型直到模型预测结果与实验结果吻合.本文以大肠埃希菌rRNA合成调控模型的建立为例,详细说明系统生物学的研究策略.     

用生态学思维重构传统农学学科:生产生态学的角色

传统农学学科与专业源于近代试验科学的还原论思维,并在工业革命巨大成功的推动下不断分化,失去了对农业生物与资源环境关系即农业生态系统机制的整体把握;而且,由于过多依赖外源化石能源的投入和若干高产作物品种的单一种植,不断丧失农业内部可持续性,使人类面临粮食安全和食品安全的双重危机.因此,农学学科及其教育体系的重构日益迫切.将农学与生态学联姻,建立以农业生态学为核心理论、农业生态系统管理为核心技术,特别是创建“生产生态学”,以之融合农学学科下属2个二级学科“作物栽培学与耕作学”与“作物遗传育种学”之间的鸿沟,将从意识论和方法论上为真正地实施农业可持续发展战略奠定学科、科学和教育基础.