20世紀下半葉，生命科學的各個領域都取得了巨大進展，特別是分子生物學的突破性成就，使生命科學在自然科學中的地位發生了革命性的變化。許多科學家認為生命科學將成為未來自然科學的主導學科，甚至預言21世紀將是生物學的世紀。盡管對這些結論仍有不同意見，但毫無疑問，在21世紀，生命科學將繼續蓬勃發展，其對自然科學的巨大推動作用不亞於19世紀和20世紀上半葉的物理學。如果說生命科學在過去得益於物理、化學、數學的概念、方法和技術的引入，那麽，在未來，生命科學將以獨特的方式對自然科學的其他學科給予正反饋和回報。當21世紀到來時，壹些有遠見的科學家、思想家和政治家將解決許多日益嚴重的人類社會問題，如人口、地球環境、糧食、資源和健康，他們都希望生命科學和生物技術的進步。
2.08生命科學將成為21世紀自然科學的主導學科。
20世紀50年代DNA雙螺旋結構模型的發現、遺傳信息傳遞“中心法則”的確立和DNA重組技術的建立，從根本上改變了生命科學的面貌。分子生物學和遺傳學的結合將決定10-15年人類基因組30億個堿基對(遺傳密碼)的完整序列。人類細胞中大約有65438+百萬個基因。截至目前，人類基因組“工作草案”的20%已經測序完成，準確率和完成率達到99.99%。未來，大量新的重要基因將不斷被發現和闡明，如控制記憶和行為的基因、控制細胞衰老和程序性死亡的基因、新的癌基因和抑癌基因、與大量疾病相關的基因等。這些成就將被用來為人類健康服務。
20世紀70年代以後，隨著分子生物學的發展和以基因工程為代表的生物工程的出現，生物技術通過DNA鏈的精確切割和有目的的重組，有目的地改良生物的性狀和品質成為可能。到目前為止，生物工程的成就在生產中已顯示出誘人的前景，盡管仍有許多有爭議的問題，但它很可能在21世紀成為壹個新的產業。
發育生物學將迅速崛起，它將回答100多年來無數科學家壹直在追求的壹個重要問題，即受精卵如何通過細胞分裂和分化發育成結構和功能極其復雜的個體，闡明個體發育過程中時間和空間上有序的程序控制機制，從而為人類完全控制動植物的生長發育創造條件。
兼具遺傳信息功能和酶功能的RNA分子的發現，為解決停滯了幾十年的“生命是如何起源的”問題提供了新的契機。21世紀，人們將嘗試在實驗室裏人工合成生物。可以利用生物技術放大保存在特殊環境下的遠古生物或凍幹屍體的DNA，揭示其遺傳密碼，建立滅絕生物的基因庫，研究生物的進化和分類。
神經科學的興起預示著生命科學另壹個高峰的到來。大腦是壹個無比復雜的高級結構系統，包含1011個細胞。20世紀初，大腦功能的研究將從分子水平到行為水平有重大突破，在闡明學習、記憶、思維、行為和情緒的機制方面也將有重大進展。
生態學可能是直接服務於人類生存環境的科學，對國民經濟的持續協調發展具有重要作用。生態學的理論和實踐為中國三峽水庫建設提供的決策依據就是壹例。保護生物多樣性是當前生命科學最緊迫的任務之壹。據可靠數據顯示，地球上每天約有65，438+000種生物滅絕，其中很多在被人類認識之前就已經死亡。這對人類來說無疑是壹場災難。生態學和生物多樣性保護與利用的研究成果將引導人類遵循自然規律，積極保護自己的生存環境，否則人類的物質文明和精神文明將受到災難性的影響。
與生命科學的快速發展相適應，發達國家和壹些國際組織相繼提出了投入巨大的生命科學研究計劃，如國際地圈和生物圈計劃、人類基因組繪制和測序計劃、人類前沿科學計劃、大腦十年和生物多樣性利用與保護研究等。其中，僅人類基因組的繪制和測序就有高達30億美元的預算。
由於生命科學的發展，對人才的需求激增。近年來，除了越來越多的物理學家、化學家和技術科學家被吸引到生物研究領域，以美國為例，近年來，在48萬博士學位獲得者中，有51%從事生命科學。優秀的青年科學家流向了生命科學的前沿，這是21世紀生命科學繁榮的動力和源泉。
2 . 08 . 2 265438+20世紀初生命科學的主要分支和發展趨勢
20世紀80年代，有遠見的生物學家將分子生物學(包括分子遺傳學)、細胞生物學、神經生物學和生態學列為當前生物科學的四大基礎學科，這無疑正確地反映了現代生命科學的大趨勢。遺傳學(主要是分子遺傳學)不僅是目前生物科學的主導學科，而且在未來許多年內仍將保持其在生命科學中的核心地位。
有科學家早就預言，分子生物學、細胞生物學和遺傳學的結合必將推動發育生物學的蓬勃發展，並由此提出發育生物學將在21世紀成為生命科學的“新主人”，這壹預言也逐漸成為現實。
分子生物學(包括分子遺傳學)在生命科學中的主流地位及其對整個生命科學發展的巨大推動作用是毋庸置疑的。細胞是生命活動的基本結構和功能單位，細胞生物學作為生物科學的基礎學科必須得到重視。
許多生物科學家認為，神經科學或腦科學的興起將代表生命科學發展的下壹個高峰，然後它將促進認知科學和行為科學的興起。
生態可能是對人類生存環境最直接的服務，對國民經濟的持續協調發展起著重要作用。
A.分子生物學
分子生物學是在分子水平上研究生命現象的本質和規律的學科。核酸和蛋白質(有人認為有糖)是生命最基本的物質，因此對核酸和蛋白質結構和功能的研究仍將是未來分子生物學研究的主要內容。蛋白質是生命活動的主要承擔者。幾乎所有的生命活動都依賴於蛋白質(包括酶)。蛋白質的分子結構和功能的研究除了闡明氨基酸按壹定順序形成的肽鏈結構外，未來還將特別關註肽鏈形成的特定三維空間結構，因為蛋白質的生物學功能與其空間構型密切相關，核酸是遺傳信息的載體和傳遞者，遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質傳遞。被稱為遺傳信息傳遞的“中心法則”，是分子生物學(分子遺傳學)研究的核心。它的基本問題已經比較清楚，目前研究的重點是:
①大約經過10-15年，人類基因組中30億個堿基對的完整序列(遺傳密碼)可以被檢測出來，這是壹項裏程碑式的工作；
②真核生物基因表達調控的各個層面的研究仍是未來很長壹段時間的任務。分子生物學的概念、方法和技術以及各學科的滲透正在形成許多新的學科，如分子遺傳學、細胞分子生物學、神經分子生物學、分子分類學、分子藥理學和分子病理學等。因此，分子生物學在生命科學中的主導作用仍將繼續。
B.遺傳學
遺傳學比分子生物學有自己獨立的學科體系，但現代遺傳學和分子生物學密不可分，相互交叉，很難完全分開。
壹些著名的遺傳學家把遺傳學稱為遺傳主義，因為現代遺傳學主要研究對象遺傳信息的傳遞和表達。基因攜帶的信息是由基因的結構決定的，信息的表達是由基因的功能實現的，所以遺傳學研究的是基因的結構和功能。從遺傳學的角度來看，所有生命現象的機理最終都會與基因的結構和功能有關。因此，遺傳學仍將是未來生命科學的核心學科和驅動力。
據估計，人類細胞中約有65438+萬個基因，迄今為止只有不到5%的基因被闡明，因此發現和闡明與重要生命活動和疾病相關的新基因將是未來幾十年的重要任務。
C.細胞生物學
早在20世紀20年代，著名生物學家威爾遜就提出了“所有關鍵的生物學問題都必須在細胞中找到”的名言，至今仍有很深的內涵。魏斯曼和摩爾根都試圖在細胞研究的基礎上建立壹個遺傳、發展和進化的統壹理論，盡管他們當時沒有找到具體的解決方案。然而，關於細胞的知識在生物科學中的重要性是顯而易見的。細胞是壹切生命活動的結構和功能的基本單位，細胞生物學是研究細胞生命活動基本規律的科學。細胞結構、細胞代謝、細胞遺傳、細胞增殖和分化、細胞信息傳遞和細胞通訊是細胞生物學的主要研究內容。雖然未來細胞生物學研究的內容是全方位的，但可能總結為兩個基本點:
壹是基因和基因產物如何控制細胞的生長、增殖、分化、衰老等重要生命活動，這就涉及到壹個全新的問題，細胞內外如何傳遞信號；二是基因產物——蛋白質分子等生物分子是如何構建和組裝成細胞的結構，細胞有序的生命活動是如何行使的。
在未來20年左右的時間裏，有望在以下問題上取得重要進展和突破:
①染色體是遺傳信息儲存、復制和表達的主要執行者，其結構和功能可能在不同的結構層次上得到闡明。
②細胞骨架(包括核骨架和染色體骨架)的研究將得到全面發展。
③細胞生物學、分子生物學和遺傳學的結合將使細胞分化機制的研究取得重要突破，為發育生物學的快速發展奠定基礎。
④從更深層次闡明細胞衰老和細胞程序性死亡的機制。
⑤將細胞和分子生物學與其他學科相結合，人工組裝生物的理想可能會逐步實現。
D.發生生物學
如何通過細胞分裂和分化從受精卵發育成具有復雜結構和功能的個體，是生命科學中尚未解決的重大問題，也是發育生物學中的主要問題。近幾十年來在分子生物學、遺傳學和細胞生物學方面取得的突破性成就和積累的知識，為解決這壹重大問題創造了條件，這也是未來發育生物學將快速發展的原因。
現在發育生物學要解決的基本問題是如何按照壹定的時空關系選擇性地表達細胞基因的特定蛋白質，從而控制細胞的分化和個體發育。闡明基因在多個層面上控制胚胎的發育不僅僅是單個基因的事情，還包括壹系列程序來調節基因在時間和空間上的聯系與合作，從而支配發育。雖然這是壹門很難的學科，但近年來有了突破。估計未來發育生物學會沿著這條路走得更遠，期望取得豐碩的成果。
E.神經科學(或腦科學)
神經科學是研究人和動物神經系統(主要是大腦)的結構和功能，在分子水平、神經網絡水平、整體水平乃至行為水平闡述神經系統特別是大腦的活動規律的學科群。大腦的結構和功能是壹個極其復雜的高級系統，包含10 11個細胞。是感覺、運動、學習、記憶、情感等等。神經科學的興起預示著生命科學另壹個高峰的到來。神經科學或腦科學必然會推動認知科學和行為科學在下個世紀的興起。因此，各國投入巨資支持這壹課題，包括美國總統簽署的“命名1990 1為大腦年”也不無道理。
未來幾十年可以預測的神經科學突破性進展可能包括:
(1)闡明從分子到行為各個層面的學習、記憶和認知的基礎；
②壹系列與記憶和行為相關的基因和基因產物即將被發現和闡明；
③神經細胞分化和神經系統發育的研究取得重大進展；
④大腦功能(如模式識別、聯想記憶和思維邏輯機制的闡明)的理論進展和突破，將推動新壹代智能計算機和智能機器人的發展；
⑤壹系列神經系統疾病和精神病的病因有望在神經生物學研究中得到解釋。
F.形態學(包括物種多樣性保護研究)
生態學是研究生物與其周圍環境關系的科學，包括非生物環境和生物環境。由於生態學的理論和應用與世界環境保護、資源的合理開發和保護，乃至人類在地球上的繼續生存息息相關，因此生態學的重要性變得十分突出，尤其是在地球環境日益惡化的情況下。未來生態學的主要任務是協調人類活動與環境的關系。因此，生態學經典學科的理念和研究內容必須不斷適應人類生存環境保護和社會經濟可持續發展的要求。
未來生態學研究的重點可能表現在以下幾個方面:
①生態群落的多樣性、穩定性和演化與人類活動的關系；
②全球氣候變化對生態系統結構和功能的影響；
③生物多樣性的保護和可持續利用也更加迫切，以保護人類的生存環境，特別是拯救瀕危物種；
④城市生態和經濟生態將快速發展；
⑤生態工程和生態技術將在國民經濟建設中發揮作用。
G.空間生命科學
空間環境為生命科學的發展帶來了新的挑戰和機遇。
21世紀，人類太空活動將離開地球附近，探索月球和其他太陽系。這就要求人們長期在地球以外的各種環境中生活和工作，首先是在長期的空間飛行器、月球站和火星或火衛壹站等中航行。航天醫學必須取得重大突破，解決長期以來在地外空間遇到的航天員骨質疏松、肌肉萎縮、兔疫功能改變等生理問題。與此同時，與DJI的發展相關的是受控制的生態系統，它創造了壹個人們可以在沒有外部供應的情況下長期生活的環境。這些問題有望在265438+20世紀20-30年代得到解決，其中利用中醫中藥可能在空間生理學方面取得壹些重大突破。
地球外層空間為重力生物學的研究提供了理想的條件。重力條件對各種層次結構生物的影響，仍然是21世紀重力生物學的主題。未來的研究將集中在細胞、綠色植物、壹些微生物和小動物上。特別是重力環境對哺乳動物細胞形態、結構、變異和基因表達的影響將是壹個熱點。重力生物學的學術意義在於揭示重力效應在生物進化過程中的作用，這是自然科學的壹個基本問題。另壹方面，重力生物學的成就將是空間藥學和空間生態系統的基礎，重力生物學的學術和應用將是下壹個世紀的重要課題，265438 ~ 2000年有望在本世紀二三十年代取得突破性進展。
對地外生命的探索是生命起源的重要課題，其中對地外智慧生命的探索是壹個長期的課題。地球上的人類正在向外太空發送無線電波和接收信號。外星人和地球人之間可能存在的學術和技術差距，不僅是壹種危險，也是自然科學的壹個重大前沿問題，將不斷研究。
2 . 08 . 5 265438+20世紀初生命科學最有可能突破的領域
①人類基因組(遺傳密碼)的完整序列將在10-15年確定，為解碼所有遺傳信息奠定基礎。
②與生命活動相關的重要基因和與重要疾病相關的基因將陸續被發現，其中控制記憶和行為的基因、控制衰老和細胞程序性死亡的基因、控制細胞增殖的壹系列基因、胚胎發育的多層次網絡調控基因尤為引人註目。新的癌基因和抑癌基因的發現以及對其生物學功能的闡釋，將大大提高對生命本質的認識。
③人類和動物的高級生命活動:在腦科學研究取得突破的基礎上，對感知、思維、記憶、行為、情緒的發生和活動機制有了深入的認識。
癌癥治療將有全面突破，艾滋病防治將得到控制。
⑤在弄清地球原始生命起源的基礎上，人類也有可能在實驗室合成生命，應該具備原始細胞的基本特征。
此外，生命科學與農業科學的融合將全面更新、拓展和創新現代農業。