随着人们对客观事物认识的不断加深，已经不再满足于停留在易解问题的领地，这其中在生命科学领域的复杂性研究又受到了许多跨学科学者的关注。笔者综述了复杂性的概念、生命科学中的复杂性极其复杂性研究。 关键词 生命科学；复杂性科学；生物复杂性 复杂性科学的概念诞生至今已经20多年，这期间有大批学者从不同的领域入手展开了卓有成效的探索。人们希望更全面深入地从客观世界事物的整体与部分以及层次关联在时空演化的全程描述角度来研究支配客观事物运行的基本规律，建立起新世纪科学技术发展的理论基础，以指导新的发展实践。 这其中在生命科学领域的复杂性研究又受到了许多跨学科学者的关注，也有人将其称之为生物复杂性（biocomplexicity）研究，生物复杂性科学主要探索在一些传统学科间交叉的问题。准确地说，是寻求以定量和整合的途径来深入了解各种生命系统之间复杂的相互作用，其中既包括生物的、行为的、化学的和物理的相互作用，也包括生态的、环境的和社会的综合作用等［1］。 1 复杂性科学研究的概念和范畴 复杂性的定义是相对于简单性而言的，简单性一向是现代自然科学、特别是物理学的一条指导原则。许多科学家相信自然界的基本规律是简单的。还原论的基本思想也就是找出复杂现象或事物背后的简单机制。事实上一些复杂的事物或现象，其背后确实存在简单的规律或过程。 关于复杂性的概念并没有一个统一的说法，而是根据研究的对象有不同提法，比如，从熵的角度：复杂性等于热力学测定的一个系熵和无序；信息的角度：复杂性等于一个系统使一个观测者“惊奇的能力”；分形尺寸：一个系统的“模糊状况”，即在越来越小的尺寸上显示的详细程度；有效的复杂性：一个系统显示“规律性”而不是随机性的程度；体系复杂性：由一个体系结构系统的不同层次所显示的多样性；语法的复杂性：描述一个系统所需要的语言的普遍性程度；热力学深度：将一个系统从头组织在一起所要的热力学资源的数量；时间计算上的复杂性：一部计算机描述一个系统或解决一个问题所需要的时间；空间计算上的复杂性：一部计算机描述一个系统或解决一个问题所需要的存储量［2］；等等。 从20世纪30年代系统科学开始兴起，人们逐渐认识到系统大于其组成部分之和，系统具有层次结构和功能结构，系统处于不断地发展变化之中，系统经常与其环境（外界）有物质、能量和信息的交换，系统在远离平衡的状态下也可以稳定（自组织），确定性的系统有其内在的随机性（混沌），而随机性的系统却又有其内在的确定性（突现）。 复杂性科学往往研究的是复杂性系统，复杂系统主要有以下表现：（1）系统各单元之间的联系广泛而紧密，构成一个网络。因此每一单元的变化都会受到其他单元变化的影响，并会引起其他单元的变化。（2）系统具有多层次、多功能的结构，每一层次均成为构筑其上一层次的单元，同时也有助于系统的某一功能的实现。（3）系统在发展过程中能够不断地学习并对其层次结构与功能结构进行重组及完善。（4）系统是开放的，它与环境有密切的联系，能与环境相互作用，并能不断向更好地适应环境的方向发展变化。（5）系统是动态的，它不断处于发展变化之中，而且系统本多对未来的发展变化有一定的预测能力。 一般来说，复杂性研究的基本方法是：（1）定性判断与定量计算相结合。（2）微观分析与宏观综合相结合。（3）还原论与整体论相结合。（4）科学推理与哲学思辨相结合。 复杂科学研究中所用的理论工具：（1）非线性科学——非线性动力系统理论（稳定性和分叉理论、混沌、孤子）和统计力学（分形、标度），及非平衡系统中的复杂和随机现象的研究；（2）计算机模拟——它是十分重要的手段，目前已广泛用于复杂科学的研究中；（3）计算智能；（4）数理逻辑；（5）在不确定条件下的决策技术；（6）综合集成技术；（7）整体优化技术等。 2 生命科学与复杂性研究 生命科学的研究对象都是复杂系统，（具有关联性、多样性、自学习、自组织、开放、动态的特点），生命科学研究的系统正因为其复杂性，对其构成的原因和演化的历程，此前均缺乏了解，也因此吸引了复杂性科学研究者的高度重视。近几十年来，对生物系统所具有的整体性、关联性、网络层次性、统计涨落性、内在和外在的随机性、模糊性、开放性和历史性等这一类复杂系统的典型特征进行了探讨。生物体本身的特点以及生物的进化使得人们的思维方式从单纯的物理学简单系统的研究转变为对生物学的复杂系统的研究［3］。 基因是生命遗传的基本密码，生物体的复杂结构和功能不仅仅是由基因决定的，也是由基因组中大量的非编码信息和非编码基因决定的。因此生物体的复杂结构和功能不仅仅是由基因决定的，也不仅仅是由基因组中大量的非编码信息决定的，而是由这些元素在生物体各个层次上复杂、动态的相互作用决定的。 作为生命系统的指挥和协调中心—神经系统，其中枢功能结构为大脑，近十年来脑功能的科学研究是复杂科学领域中的一个热点。大脑有复杂的结构，它的组织层次按空间尺度有：分子、膜、突触、神经元、核团、回路、网络、层、投射、系统。大脑表现出的某些高级功能是不能在较低的层次上观察到的，其中有些是由各个单元之间的相互作用而涌现出的集体行为。人们的思维规律是不断变化的，但是最低层次的规律是不变的。脑功能的复杂性首先体现在各神经子系统自身的高度非线性、不稳定性和适应性；其次体现在它们之间相互连接的非均匀性及大规模并行等特点。不仅如此，即使在非常简单的神经系统中也存在着令人惊异的复杂性，这反映在它们的功能、演化历史、结构和编码方式。比如，单个神经元放电的时间序列包含复杂多样的时间模式，反映了神经细胞内的复杂的动力学过程［4］。脑电信号是中枢神经系统自发产生的生物电活动，它包含了丰富的神经系统状态和变化的信息，因而在临床和神经电生理研究中得到了广泛的应用。现在人们对EEG建立动力学模型，并研究其中的混沌现象，显示动力学模型方法对于研究大脑正常生理和病理状态具有的意义［5］。 近年来控制领域实现和发展了脑控系统，即基于脑电信号的人机融合控制系统，直接以脑电信号为基础，通过脑机接口来实现控制。“脑控”研究涉及神经科学、计算机科学、控制科学和心理学等多学科交叉。相关研究已经开发出了利用大脑的思维、通过电子接口来控制各种设施的运动状态，并取得预期效果的“脑控技术”，这项技术在医疗等多个方面具有重要的应用价值。 人工生命（Artificial Life）是近10年发展起来的一个新方向，是以进化为主要特征的复杂性研究。人工生命致力于研究生命形式（并不局限于某种特定的载体）的普遍特征。地球上的生命被看成是一种具有特定载体—蛋白质—的特定生命形式，地球上的生命进化也仅仅代表一种特定的进化途径，因此可以用别的物质来构造另类载体的生命形式，赋予它们生命的特征，使其具有进化、遗传、变异等等生命现象，得到生命的普遍行为［2］。 其他如心血管系统中的心率变异性和管腔应变问题；动态病（以异常时间组织结构为特征的疾病，如周期性发热、周期性关节肿胀等）的预防、治疗和数学建模问题；生态系统的种群繁殖问题；流行病中的疾病传染规律；生化反应的动力学过程；免疫系统中信号产生、传递和转导的动力学过程等都体现了生物系统的复杂性，属于复杂性科学研究的范畴。 因为生命体的多样性和复杂性决定了临床医学本身的复杂性；疾病是复杂的，不仅生命体本身病理过程复杂，而且心理、社会、环境等因素都会影响病理过程；许多复杂性疾病，如心血管疾病、癌症、艾滋病等皆是生命体多层次、多层面因素作用的结果。现代医学是在还原论指导下对生命和疾病局部的、分离的认识，仍停留在分析和描述的水平上；所以需要借助复杂性研究方法。在研究方法和观念上有所突破。 祖国传统中医学独特的思维方法和对复杂系统整体状态的把握与复杂性研究有类似的思路。中医学对人体内部的相互作用以及人体与环境的相互作用提出了众多的命题，为现代医学研究准备了丰富的素材，对中医的理论体系的认识还必须运用物理学、生物学、数学、控制论、系统论等学科的最新知识。 复杂性科学对我们来说是一个充满未知的领域，研究方法上既有还原论，也有综合论和系统论，这两种思想正在经历碰撞并开始出现融合的趋势。但是在研究对象上，它研究的问题并不是刚刚出现，而是因为人们认识的深度和它本身的难度，使这一类问题被搁置了起来。目前，对复杂性的研究已经分别在一些学科取得了初步的进展，随着科技的进步、人类对自然和自身认识的深化，生命科学中的复杂性问题必然会被逐步地认识和解决。
生命科学实验教学体系构建与创新人才培养
屠萍官,吴庆余 文献来自: 实验技术与管理 2002年 第02期 CAJ下载 PDF下载
介绍了清华大学生物科学与技术系现代生命科学实验教学中心简况以及在生命科学实验教学体系建设与创新人才培养中的做法 ,并提出了正在进行的实验教学改革的新思路。[1]周海梦兔肌肌酸激酶的分离纯化和部分性质的测定-努力将科研成果转化为高 ...
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2. 生命科学导论课程教学方法的探索
李菡,杨国栋,冯炘 文献来自: 高等农业教育 2003年 第05期 CAJ下载 PDF下载
生命科学导论课程作为高等农业院校的公选课正在各校相继开设,针对面向学生多、课程内容广、更新快、课时少且无实验课这样一个状况,如何选择和运用恰当的教学方法组织课堂教学,是保证此课程教学效果的关键所在。通过对本课程 ... 进一步提高生命科学导论课程的教学质量。生命科学导论课程教学方法的探索@李菡$山东农业大学 ...
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3. 对《生命科学导论》的几点商议
辛颖 文献来自: 中学生物教学 2004年 第11期 CAJ下载 PDF下载
《生命科学导论》P .14 :……生物特有的基础大分子 ,包括 4种核苷酸、2 0种氨基酸 ,以及糖类、脂肪等。这一叙述只计算了RNA或DNA的核苷酸 ,其实核苷酸的种类应该是 8种 ,包括 4种脱氧核苷酸和 4 ...
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4. 人工智能与生命科学
杨明经,郭德纨 文献来自: 中国医学物理学杂志 1994年 第03期 CAJ下载 PDF下载
摘要本文从AI的发展历史阐述了AI与生命科学的联系、AI在生命科学中的应用和两者面临的挑战与发展前景。关键词:人工智能,生命科学,专家系统,人工神经网络引言人工智能(ArtificialIntelligence,简称AI)发展至今近40年来,取得 ...
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5. 从“生命科学导论”进入工科专业课程表谈起
张惟杰 文献来自: 中国大学教学 1999年 第06期 CAJ下载 PDF下载
“生命科学导论”正在进入通常被认为与生物学毫无关系的工科专业的课程表。这种现象就像一滴水,折射出教育思想的深刻变化。长期以来,在与生物有关的农、医、工科一些专业的基础课程中,必不可少地列入了一些生物类课程,如:微 ... 从“生命科学导论”进入工科专业课程表谈起$上海交通大学@张惟杰 ...
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6. 微全分析系统中的微分离学及其在生命科学中的应用
林炳承 文献来自: 现代科学仪器 2001年 第04期 CAJ下载 PDF下载
十几年来毛细管电泳作为一种非常重要的分离分析技术已对生命科学的各个领域的发展起到了极其重要的作用[3] 。 96根阵列毛细管电泳的实用化大大加快了举世瞩目的人类基因组工程的进程 ,使之由原定的 2 0 0 5年提前到 2 0 0 0年基本完成。在今后一段时间 , ...
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7. 为什么需要科学史——《简明科学技术史》导论
江晓原 文献来自: 上海交通大学学报(哲学社会科学版) 2000年 第04期 CAJ下载 PDF下载
的新阶段已经开始到来为什么需要科学史——《简明科学技术史》导论@江晓原$上海交通大学人文学院!上海200030科学史 ...
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8. 21世纪生命科学展望
卢向阳 文献来自: 常德师范学院学报(自然科学版) 2000年 第02期 CAJ下载 PDF下载
为生命科学刊物。在20世纪的前半叶,由于物理学和化学向生命科学领域的渗透,极大地推动了生命科学的发展,使生命科学由器官、组织、细胞水平发展到分子水平,而20世纪后半叶,分子生物学的飞速发展又反过来为物理学、化学、 ...
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9. 计算机科学的新领域——“软生命”技术导论
罗漫 文献来自: 蒙自师范高等专科学校学报 1994年 第02期 CAJ下载 PDF下载
它必将在计算机和生命科学领域甚至于在道德及法律上对传统 观念带来巨大冲击和深刻的影响. “软生命”技术研究的主要课题应该是: 2 ...
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10. 浅谈在高等中医药院校开设《生命科学导论》课程的重要性
任颖,王宏英 文献来自: 中国生物化学与分子生物学会中医药专业委员会2005年年会文集 2005年 CAJ下载
所以中医药院校开设《生命科学导论》更有其理论和实际意义。本课程可作为中医药学的公共课,课程的主要目的是介绍现代生命科学的基本概念、原理、理论研究方法及近半个世纪以来生命科学的主要发展,以及其重要的学科分支和前沿知识 ...
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中医学的古代文化内涵论文
中医学是由自然科学、社会科学和人文科学相关的科学与学问组成的揭示客观事物的本质和发展规律,并且相互渗透、相互转化,具有内在相关性、相似性、统一性和多元性的知识体系，或者说是在中国古代的生命科学领域中形成的一套完整的、独特的学科体系。中医学的特色是直接脱胎于中国传统文化,与传统文化思想唇齿相依。中国古代文化的延续是中医学延续与发展的基石。
1中国文化与中医学精神内核的一致性
世界四大文明古国的传统医学，唯有中医学作为中国文化的一朵奇葩得以延续。中医学植根于中国传统文化,传统文化的核心对于中医学来说是哲学。中国哲学在世界哲学史上是独立发展的哲学类型之一，它致力于研究世界的本原和古今历史演变的规律，形成了自己独具民族特色的自然观、历史观、伦理观、认识论和方法论。例如，《易经》是中国古代最早涵盖天、地、人三界的深邃哲学经典，是中华文化群经之首，诸子百家之源。“易”有3意：①变异:指变化。哲学上讲，只有相对静止，没有绝对静止，变化是永恒的真理，任何事物无时无刻不处在变化之中，世界唯一不变的法则是变化。中医在临床上看到的是一个人的昨天、今天、明天不断运动发展变化的过程，然后用运动变化的思维去认识人的疾病。②不易：“千古不易者谓之经。”指在绝对的变化之中，一定有不变的东西。③简易：在实现不易的过程中，一定有最简单的路径。《易经》的哲学精神是一种执简驭繁的智慧，如采用阴阳的观点看事物。
中国传统文化的核心精髓是中和，中医实乃中和之医，简称中医。“中者，不偏不倚，不过不急。”“中庸”是事物发生发展的最佳状态，也是中医在防病治病中的最高原则或最高追求。如《伤寒论》云：“阴阳自和者，必自愈。”所以“以平为期”是最佳的生命状态。再者，从哲学的角度里看，《论语》讲的是社会伦理学，伦理学即哲学的“用”。读《论语》能懂得敬畏生命，故有“半部《论语》治天下”之说。因此，中医学在现代的发展仍需保留其哲学特质，也离不开哲学的指导和参与。
2中国古代文化内涵在中医学中的体现
2.1顺应自然的天人关系
天人关系不但是中国古代哲学研究的对象，而且是中医学关心的理论问题。中医主张体自然之道，在处理人与自然的关系时，最高目的即为自然之功，治病为了恢复本然的平衡状态，养生只求尽其天年常度保全自然”就成为中医治病之首务。
2.2朴素系统论的整体观念
中医理论的本体论基础是中国古代的元气论自然观。元气论认为世界万物的本原是气，“气体一而万殊”。无形而化生的元气构成中国古代“大化流行”的整体观。中医的整体观追求的是形而上的和谐完美，而排斥形而下的分解组合。
2.3重神轻形的方法论
中国传统文化的价值观之一为重道轻器。《灵枢·九针十二原》中有“粗守形，上守神”之说，从一个侧面揭示出了中医学方法论重神轻形的特征。因此,尽管藏象说是中医学理论的基础和核心，但中医学的脏腑功能不是或主要不是从这种形态结构中分析得出的。故一些学者据此即认为中医学脏腑并没有实体概念，只是“机能的复合体”，故具有重神轻形的特点。
2.4得意忘象的思维意境
《系辞》云：“圣人立象以尽其意，设卦以尽情伪，系辞焉以尽其言。”言作为象的代表，象作为意的`代表，均是得意的工具。思维过程不应拘于言象，而应得象忘言，得意忘象，只有意才是思维的最高境界和最终归宿。“医者，意也”典型地反映了中医学的思维特色，即通过“象”一人体功能的外在表象来认识人体，并以象为本构建人体生理、病理模型。“象，形象也。脏居于内，形见于外，故曰藏象。”不难发现，得意忘象的思维过程很大程度上依赖于一种难于言传的体悟及直觉。古今医家多强调这种直觉体悟的“得意”工夫，只有这样方能达到中医治学之最高境界。
2.5崇古尊经的价值取向
中医学理论和临床范式早在《内经》及《伤寒杂病论》时代即已基本确立，“理必宗《内经》，方不离仲景”成为不变的信条，几乎没有严格意义上的范式革命，而崇古尊经的价值取向是其重要内因。例如，吴有性的“戾气说”已突破了传统六淫致病模式，包含着科学革命的胚芽但崇古尊经的价值取向只能视之为“非圣无法”“创异说以欺人”。由此而言，中医学具有浓厚的崇古尊经的价值取向。
2.6医为仁术的伦理追求
“医者，仁术也。仁人君子必笃于情”（《医门法律》），“凡为医之道，必先正己，然后正物《小儿卫生总微论方》所谓正己，就是要加强自我修养，具备仁爱之心。其次，为医者还需具备精湛的医术。孙思邈将中医传统医德概括“大医精诚”，深刻地揭示了医为仁术的伦理追求，是科学精神与人文精神的有机融合。
3小结
总之，中医学有着十分丰富的古代文化内涵，不仅具有顺应自然的天人关系观念与朴素系统论的整体观念，更有在方法论上亦具有重神轻形、在价值取向与伦理追求上具有“崇古尊经”和“医为仁术”、在思维意境上具有得意忘象的特点。因此，必须从中国古代文化内涵上深人理解，方能不断地推动中医学健康向前发展。
