[转帖]系统生物学综述

王不留行

系统生物学综述
系统生物学综述
  系统生物学作为现今生物学发展得主要理论基础，在早期，经历了复杂而且简单得发展过程。
  在科学发展早期，人们认为物理学是揭示万物奥秘得钥匙，在之后又受到笛卡尔哲学，机械唯物主义影响，很多人认为人是机器。其中代表人物是拉美斯特利，他发表了一本《认识机器》得小册子，虽然后来有人称他接着发表了一本《人不是机器》得小册子，但是我们仍能从中看出，生物学并没有摆脱物理学得影响。早期得这种对生命认识的理论被称为机械论，机械论认为人体和机器一样，细胞，器官，系统之间得作用，和机器得齿轮作用一样，这种机械论观点，有着深远影响，在施莱登和施旺提出细胞学说时，细胞学说还是多多少少受到了机械论的影响，把有机整体简单得看成是无数细胞组成得。受到这种机械论观点影响，有人认为癌细胞是无限增殖得，从而认为只要认清了癌细胞无限增殖得原因，就可以大大延长人体得寿命，这种观点是十分可笑并且幼稚的。
  在之后，虽然物理学已经摆脱了宗教影响，但是生物学仍然出于宗教重压之下，加上莱布尼茨的单子论的影响，活力论便产生了。活力论把生命的奥秘解释成另一种神秘的东西，这对于科学研究来说是消极的，活力论把生命的本质概括为隐德来希，而实际上，隐德来希正是我们要发现的，要解决的问题。活力论给出生命问题的答案仍是一个X。
  这两种理论长期并存，相互影响，在之后，路德维希·冯·贝塔朗菲同时否定了这两种理论，提出了一般系统论，建立了系统生物学。
  系统生物学认为人体是一个整体，所有细胞相互作作用，所有器官相互作用，所有系统共同作用，共同构成生物体。生物体是一个不可分割的整体，不能简单的看成由细胞之间简单联系构成的。
  系统生物学同样认为人体是流动的，生命的流动特性，可以等同为耗散结构和自组织系统。在克劳修斯提出熵的概念后，热力学第二定律有了新的表述，但是随着对生命本质的研究，耗散结构的提出，生物学完善了热力学第二定律。耗散结构从生命的宏观整体上给出了生命本质问题的答案，生命是出于一个偏离平衡状态的高能状态，生命体不断从外界摄取能量，抵消自身的熵增，维持自身的有序度，这完全是因为生命本身所处状态的需求，没有这种对平衡状态的偏离，没有势能，生命也就无法做功。耗散结构在宏观上给出了生命本质问题的一个很好的答案。但是这对于生命问题的研究，还是远远不够的。
  系统生物学认为生命个体内存在等级秩序，人体从一个受精卵，发育成一个有机整体，从干细胞分化为无数功能特定的细胞，就是这种等级秩序的最好证明。
  路德维希·冯·贝塔朗菲建立的系统生物学，是一种宏观上的系统生物学，这里和贝塔朗菲当时沃森和克里克尚未发现DNA分子结构，分子生物学尚未建立有着直接关系，但是贝塔朗菲给出了生物学研究的方向，给出了生物学研究应该遵循的理论基础。美国建立的系统生物学研究所，正是依照这种理论，从细胞之间，细胞器之间的相互作用，建立相互作用网络来研究生物学问题的。
  正是系统生物学的发展，使得人们不得不承认生命问题的复杂性，不能再以传统的理化研究方式研究生物问题。这是系统生物学发展所面临的一个新的问题。
  生物学传统的研究方式主要靠实验来完成，但是这种方式严重制约了生物学发展。
  综合这两个问题，以及进来计算机技术的发展，系统生物学从贝塔朗菲建立当初的宏观角度出发，伴随着分子生物学的发展，进入了微观领域。
  基因调控网络是微观角度的系统生物学研究方法的一个代表。基因调控网络，正是以系统生物学理论为基础，把生命整体，不同基因看作一个整体，从整体角度研究问题，重视基因之间的相互作用，摆脱中心法则单线条式的生物作用作用模式，以网络的角度，研究各个基因的相互作用。基因调控网络，从基因的角度出发，研究各个基因之间的作用，最终目标是建立数学模型，以此，来预测生物学过程，并用实验验证，这种研究方式，摆脱了以往实验为主的生物学研究方式，比传统实验方式更为快捷，方便，更加具有目的性。伴随着未来人类蛋白质组计划的完成，人类功能基因组计划的完成，基因调控网络，将成为解决生物学问题，治愈人类疾病的有效措施。
  我相信，在可预期的未来，不仅仅是建立基因调控网络，并且可以建立细胞作用网络，宏观上，建立各个器官，系统的作用网络。真正把生物体看作一个整体，真正把宏观和微观联系在一起。
  这种微观领域的系统生物学的发展，也有赖于生物信息学的发展。在RefSeq等等大型数据库建立后，从基因调控网络为出发点，利用生物信息学的数据基础，研究，预测生物过程，将成为生物学研究发展的主要手段。而这一切，都是以系统生物学的理论为基础的。
  然而，我们同时应该看到，原本贝塔朗菲创建的系统生物学，已经不能满足在微观领域，在信息化，数字化的分子水平上生物学的研究，对于系统生物学的这一基础生物学理论，仍需要大量的完善工作。
  同时，系统生物学的研究发展，不仅关系着生物学的发展，同时，也对自然科学的整体一般系统论的研究，有着重要意义。在物理学各个领域并没有达成统一时，系统生物学的发展所引起的一般系统论的建立，也关系着整个科学系统的统一。
  系统生物学不仅是自然科学的重要理论基础，而且也关系着人文科学领域。在如今社会把人当作社会这部庞大机器之时，现代人面临着诸多的困惑和问题，许多人开始呼吁和谐，回归自然。系统生物学不仅在新的时期向生物学微观领域发展，同时也向着社会学等人文科学发展。
  系统生物学自贝塔朗菲建立起，已经经历了长足的发展，系统生物学必将带动新时期的生物学发展，同时也代表着一种新的思想潮流。
                                                                                                francis s majere
                                                                                                 2006-6-16