(58)--数学与生命科学——抽象的价值.pdfVIP

历史与发展 20 世纪中期，随着蛋白质空间结构的解 析和 DNA 双螺旋的发现，形成了以遗传 信息载体核酸和生命功能执行者蛋白质为 主要研究对象的分子生物学时代。分子生 物学的诞生使传统的生物学研究转变为现 代实验科学。但是，在生命科学领域的实 验科学与其它实验科学如实验物理学相比 ， 历史与发展 更多地是注重经验，而非抽象的理论或概 念。这些生物学家们大多关注定性的研究 ，以发现新基因或新蛋白质为主要目标， 对于定量的研究，如分子动力学过程等没 有给予足够的重视。尽管如此，现代生命 科学在 20 世纪的下半叶还是取得了丰盛 的成果。 历史与发展 正如美国科学院院长分子生物学家阿尔伯 特 (B. Albert) 所说，“在一个基因克隆 占主要地位的时代，当今许多优秀的科学 家在不具备任何定量研究的能力下仍然取 得了巨大的成绩”。但是，随着后基因组 时代的到来，生物学研究者的定量研究能 力和知识已不再是可有可无的了。 大势所趋 英国生物学家保罗纳斯 (Paul Nurse) 因 细胞周期方面的卓越研究成为了 2001 年 度诺贝尔生理学或医学奖的得主。他曾在 一篇回顾 20 世纪细胞周期研究的综述文 章中以这样的文字结束：“我们需要进入 一个更为抽象的陌生世界，一个不同于我 们日常所想象的细胞活动的、能根据数学 有效地进行分析的世界。” 大势所趋 也许基于同样的考虑， 2000 年 10 月美 国国家科学基金会（ NSF ）的主任科勒 威尔 (R. Colwell) 在向国会提交的报告中 ，称数学是当前所有新兴学科和研究领域 的基础，要求下一年度对数学的资助要增 加 3 倍以上，达到 1.21 亿元美金。在这 些增加的预算中，有很大的一部分被用来 支持数学与其它学科的交叉研究，尤其是 数学与生物学的交叉研究项目。 大势所趋 尽管数学一直在现代生命科学中扮演着一 定的角色，如数量遗传学、生物数学等。 但真正体会到数学重要性的还是 20 世纪 90 年代生物学家。基因组学是这种趋势 的主要催化剂。随着 DNA 序列测定技术 的快速发展， 20 世纪 90 年代后期每年 测定的 DNA 碱基序列以惊人的速度迅速 增长。以美国的基因数据库 （GenBank ）为例， 大势所趋 9 199 年 有的碱基序列为 1x10 ，次年 就翻了一番，为 2x109 ；到 2000 年 9 GenBank 已 有近8x10 个碱基序列。 同样，在蛋白质组研究和转录组研究等快 速推进的过程中，各种数据也在迅猛的增 加。据估计，现在生物数据量可以达到每 年 1015 字节。如何管理这些“海量”数 据，以及如何从它们中提取有用的知识成 为了 大势所趋 对当前生物学家、数学家、计算机