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生命科学前沿问题的探讨 摘要：生命科学前沿主要是对必威体育精装版的科研技术的综合探讨。随着人类基因组计划的完成和生物信息学蓬勃发展，当今医学和生命科学发生了新的革命性变化。必威体育精装版科研技术与临床的结合成为现今的必要，科研是人类认识世界的一种理性方法，人理解万物最终是为了能够满足更好的生活需要 ，如果科研仅仅停留在理论阶段无法实验，或者最终无法用于临床治疗，那么科学研究就丧失了它的本质。其二，大多数医学科研的初衷都是为了探讨致病机理、药物作用以及疾病 疗等层次，如果最终无法与临床结合，那就脱离了最初的治病这个宗旨，也就丧失了研究的意义。 近年来生命工程的研究热点已转向基因水平、分子水平，在微观层面上的细微改变最终引起的是量变。因此研究这些微观反映的机制及其宏观的表达就成为了科学高峰。在研究方法上有通过基因层面如基因扩增、基因沉默的探讨，也有通过对中医药提取物进行纯化分析发现的奇特疗效等等。在研究内容上，有部分研究仍然停留在动物模型阶段，也有一部分已在临床开始投入实验并取得了一定成效。 生物信息学 人类基因组计划（Human Genome Project, HGP），是美国于1985年率先提出的，这是一项人类最伟大的生命工程[1]。它是继曼哈顿计划、阿波罗计划之后的又一个伟大计划，其目标是用15年的时间对人类基因组3.0×109个核苷酸进行测序，总共发现50000个人类基因，为解释生命的奥秘、揭示遗传性疾病的发生以及发展规律奠定了基础。随着人类科学研究的不断深入，产生了大量有价值的科研结果，从而促使了生物信息学（Bioinformatics）的诞生。生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法研究生命现象的一门学科。 1.1 大规模核苷酸序列测定 DNA由A、T、C、G四个碱基组成，这四个碱基的排列顺序千变万化，决定了生物的多样性。为了揭示生命的奥秘，科学家们首先对人类基因组进行了大规模的测序[2]。测序的方法经历了以凝胶电泳为基础的自动测序技术，毛细管电泳测序技术和基于全基因组的鸟枪法测序技术等。随着投入的不断增加，研究队伍的不断扩大和大规模的自动化测序技术的采用，使得人类基因组计划提前完成。 1.2 基因序列的拼接 随着生物信息学的发展，提供了自动高效拼接序列的算法，根据Lander-Waterman 模型利用鸟枪法进行测序，随后将大量随机序列片段用计算机进行自动拼接。这种技术不仅避免了亚克隆排序所需要的大量繁琐的工作，还可以保证序列中每个碱基的准确性。 脑学科 对脑和心智的研究已成为21世纪最前沿的科学研究，和信息科学进行交叉研究已成为脑科学研究的一个重要趋势。人脑是一种有1011个神经元和1015个突触联系的多层次系统。脑不仅能认识其外部世界，也能在某种程度上认识自己的内部世界，在已知的宇宙中再也没有比这更复杂的系统了，因此对脑及其功能的研究已经成了现代科学最大的挑战。没有哪一种单独的方法可 以完全揭开脑功能之谜，每一种方法都只能揭示脑的某一个方面，因此多学科研究脑和心智已成为脑研究的一种重要趋势[3]。现在人们普遍认同，脑就其功能上来说， 本质上是一种信息处理系统，因此以信息科学的思想、方法和技术来研究脑 已成为多学科脑研究的主流之一。建立数学模型和计算机仿真也成了综合多层次信息，认识其机制的最重要的工具。 2.1 计算神经科学 20世纪30年代，英 国生理 学家霍奇金(AlanLloydHodgkin，1914一 l998)(图2)一直对神经脉冲的产生机制感兴趣。当时流行 的膜理论认为神经脉冲的产生是由于当神经受到刺激时，消除了膜对两侧离子的隔离，因此使原来 内负外正的膜 电位差减小了，但是它不能解释为什么神经脉冲的峰值会超射到一个很大的正值。由于霍奇金在学生时代选修 了数学和物理 ，而他的学生和合作者赫 胥黎(Andrew FieldingHuxley)学的是数 理科学 ，因此他们运用物理学思想把神经细胞膜等效为一个阻容的并联 电路，其中的每个电阻就相 当于允许某种离子通 过 的一个通道 。这在当时还只是一种假设，从实验上真正看到这种通 道 差不 多是 半个 世纪 以后 的事 了。不过 关键的一点是他们认为当有神经脉冲发生时，不 仅膜不再阻挡钾离子流过膜，而且在一瞬问有大 量 的钠 离子从 外 界涌入 细胞 内，然 后 又 自动关闭。因此这些 电阻并非固定电阻，而是可变电阻，其值和膜两侧 的电位差以及 时间有关。二战打断 了他们 的研究，直到战后才又重续旧缘。他们对钾和钠的这种可变电导用实验进行测定 ，然后对数据进行 了曲线拟合，这样他们就建立起了神经轴突细胞膜的一个方程组。在当时电子计算机还极不普遍的情况下，他们硬是手算了三个星期求出了方程的数值解(图3)]。从图中可 以看出理论计算和实际测量得到的结