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系统生物学研究范式

已有 1575 次阅读 2013-5-13 16:37 |个人分类:资讯|系统分类:科普集锦| 历史, 概念, 方法, 系统生物学, 体系

- 生命的机理与设计,生命是什么的问题?

The mechinsim and designing of organism

知识的发现与知识的传播,技术的开发与技术的操作,本质上都不同。

科学知识从两头发展:一是哲学思辨(希腊传统),二是技术发明(产业体制),而信仰是根基,包括,文化和体制的建立都源于信仰精神。文化的核心是信仰,从信仰到思辨、从方法到设计,这是信息链的知识产生与转化历程。也就是说范式、风格、体制和模式等构成文明进化的主干路径。

一般所言的科学是介于或产生于理论思维和技术操作之间,但也必须是新的知识发现、新的数学模型建立,比如:

诺贝尔奖得主一般开辟了一个新领域并有突破发现,也就是研究方向的开拓和原创的关键发现,院士在这个领域里进一步发现新的分支,还CNS论文往往是完善这些分支,这有一个基本原则和规律;但是,这些是科学的树干和树枝、树叶,而科学研究的范式、方法和技术属于树茎和树根、根系,知识产权、工程制造就是花和果实了。

哲学思维的主线是科学概念、方法和原理的思想或范式的探索。以实验与系统生物学研究,为例:

李时珍《本草纲目》与林耐的分类学是中国与西方的生物学发展转换。拉马克到达尔文的生物进化论奠基了生物学的理论基础,歌德对植物形态学的研究最早蕴含了拓扑学和系统思维。数学方法和物理学、化学实验技术的应用,导致实验生物学和实验医学建立,包括生态学、行为学、生理学、遗传学和生物工程等。

生物分类学也叫系统学(systematics),但不是系统科学,中医理论蕴含了图论和系统思维,但也不是系统科学。西方最早是罗吉尔·培根论述化学的实验方法,而系统科学的理论起因于心理物理学研究。生物学实验室,包括技术方法、试剂、计算机软件和仪器等,计算机科学,包括数学方法、软件程序、数据库和微电子硬件等,然而,人工智能、神经控制论等诸多理论思想和概念、词汇直接来源或借鉴于生物科学,这是直接导致重新思考生物学与医学研究方法的科学与工程背景。

世纪之交,倡导从生物信息学(计算生物学)与组学生物技术(实验生物学)结合来重新研究系统生物学,从信号传导、基因调控网络或回路,以及代谢系统与工程等,从拓扑学、图论等角度作为切入点发起,并将生物系统的科学与工程(或医学的基础与临床)整合在一起定义为偶合或转化概念。

也就是说计算机模拟与数学模型(in silico)、组学(omics)实验与芯片技术和人工合成(synthetic)与工程设计等,这是用于系统生物学研究的新方法,系统理论、数学与理论生物学和图论、拓扑或网络生物学等也是方法。

至今,以D.Nobel为代表,依然看到国内、国际对胡德、北野宏明的观点批判*,也有以E.Voit为代表论述系统生物学已有半个世纪的历史,确实,把组学分析等同于系统生物学,或将软件模拟当成系统生物学就是一个以偏概全;但是,也不能否定将组学生物学、计算生物学以学派来看待,也都认可重新提出的系统生物学是理论与实验、计算与工程结合的新概念。

整个系统生物学、系统遗传学、系统医药学和合成生物学(系统生物工程),包括细胞发生动力学与形态发生的遗传机理等才构成完整体系,研究生物系统的原理、疾病医疗与人工生物系统的设计与制造等。

整合思维与混合思维的区别,如同化学的溶液与混浊液的区别,科学是理论思维与技术方法的整合,系统生物学研究不同于还原论也不同于整体论,而是整合、综合思维的系统论,可操作化的结构论或图论、拓扑学等。

*1958年“systems psychology”、1963年“systems ecology”仍然在1968Mesarovic D.提出“systems biology”之前。至于说胡德(Hood)创立“systems biology”学科和提出“词汇”就差得太远、太明显了,关于分子相互作用和数量规模的研究概念,国际上提出反驳的科学家就更多,并论述20世纪的生物化学、分子生物技术就做了,只是贴上一个新词汇等。



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