生命科学导论论文遗传

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。

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已经过去的20世纪是一个知识爆炸的历史时期。该世纪四五十年代，一门直接关系人类自身、人类生活的新学科— — 生命科学开始发轫，到70年代已成为当代热门学科，使广大自然科学和社会科学工作者不能不密切关注、积极参与。生命科学的崛起，豫于生物科学的突飞猛进，然而又不局限于生物科学范围。例如，研究生命运动的遗传学和分子生物学揭开了生命的奥秘，特别是生物遗传物质DNA(脱氧核糖核酸)基因成分研究的突破，首例无性繁殖“多利 克隆羊的试验成功，以及安乐死问题在世界范围内的争论，都和社会科学有着千丝万缕的联系，从而生命科学不仅是当代自然科学发展的最大趋势，而且对人类的生命活动规律和现有生存方式产生巨大的影响。把握这种规律，认识这种影响，又势必成为社会科学专家学者的课题。生命哲学、生命伦理学、生命法学、生命美学等新学科，就是由生命的发展所拓展的当代社会科学新视野。一、生命哲学：对生命本身的哲理思考过去的哲学只关注人的社会或文化属性，而忽视人的自然生命属性，这就把人只看成是社会或文化的存在，投注意人因为有了自然生命存在而存在。生命科学启示我们，投有自然生命就投有一切，对人来说，第一宝贵的就是自己的自然生命，因此人应该认真思考，人怎样括着才符合生命的本性，才最有意义和最有价值?生命科学又启示我们，人的自然生命之所以能够存在，是因为有自然生命的能量即生命力存在，因此人活着如果符合生命的本性，就活得最有意义和最有价值，所以人应该激发、保持和加强生命的力度，使有限的生命具有无限的生命力。这种从生命科学引发而成的生命哲学，促使现代人辩证地对待自己的生命历程，既克服消极的悲观主义，又消除盲目的乐观主义；既怀有积极人世的人文主义精神，又不乏顺其自然的自然主义态度；既洋溢对生命限度的超越性，又充满对生命价值的创造性。生命哲学之所以能够从生命科学获得启示，原因盖出于对现代人自然生命态度和质量的忧虑。人们看到现实社会中，固然有不少人热爱生命，珍惜生命，甚至为他人生命的存在而奉献自己的生命，体现了最为辉煌的生命价值取向，但也有不少人为了满足声色犬马的生理刺激，追求灯红酒绿的官能满足，不 暗浪费生命，甚至为吸毒而摧残自己的生命，为贪财而毁灭他人的生命。人们还看到现代文明固然为现代人带来了福祉，但也带来了人类生存环境的破坏，使不少人产生了一种源于自然生命深层的忧患意识。此外，过于理性的社会和富裕的物质生活，又使不少人缘于自然生命底蕴的欲望和血性之气消弭，失去了个性的鲜亮的原生色泽，递减了生命力的自然形态的强度。因此，出于对现代人自然生命的深切关怀，生命哲学也就以唤醒生命、指导生命、强化生命为己任。生命哲学在获得以上所述生命科学启示的同时，又把这种启示和与生态学相互联系的生态哲学结合起来，研究人和自然的相互作用，成为一种引人注目的生态智慧。哲学不仅是古希腊人所说的极具活力的“爱智慧”的学问，而且哲学关注的智慧本来就是人生命中的能力和对生命的态度。生态智慧发现，人和自然相互作用，实际上就是人的生命和自然生命的相互作用；还认为人对自身生命的热爱和珍惜，首先要建立在热爱和珍惜自然生命的基础上。生态学的重要分支大地伦理学的奠基人莱奥波尔德指出，人只是自然有机体中不可分割的组成部分，其他生物和人一样都有自己的生态位和自身的内在价值，因此人类除了满足生机的需要外，没有权力缩减生命形式的丰富多样性。历史学家汤因比更在《人类与大地母亲》一书中提出警告：“如果生物圈不再能够作为生命的栖身之地，人类就将遭到种属灭绝的命运，所有其他生命形式也将遭受这种命运。”⋯生态智慧或生态哲学，作为一种生命哲学，决不是灰色的理论，而是人和自然亲和活动的产物。这在被人誉为世界哲学泰斗的挪威学者奥耐·聂斯的人生和学术经历中可以看得十分清楚。对聂斯来说，哲学不仅是一种爱智慧，而且是将智慧之爱付诸行动。他是一个著名的喜马拉雅山攀登者，长期生活在渡罗的海的一个小岛上，经常观察并惊叹海中物种的多样性和生命的丰富性。他在一个小木屋里构建他的生态智慧理论，满怀热情地引导人们走出这个充满生态危机的时代。他的“太我实现”观点认为全体生命有着内在联系，人类真正的成熟的心理发展应该是和所有生命合作，和谐相处，在一个“太我”中实现所有生命最大的潜在的价值。可见，由于生态智慧或生态哲学的参与，使具有坚实的科学性的生命哲学，又平添无限生机和活力= 、生命佗理学：对生命控制的道德观念生命科学特别是分子生物学的迅速发展，对传统社会模式不仅具有巨大的冲击力量，而且改变了传统社会价值观，提出了种种道德伦理理论，特别是使原有的生命道德问题空前复杂化尖锐化。为了研究与生命直接相关的包括医学中的伦理问题，探讨生命科学控制生命过程和生命质量的伦理原则，生命伦理学这一社会科学新学科应运而生。生命伦理学发轫于20世纪50年代，美国在1969年和1971年分别于纽约和华盛顿相继成立了生命伦理学研究机构，并分别出版《海斯区斯中心报告》和《医学与哲学杂志》，1978年肯尼迪研究所又编撰了《生命伦理学百科全书》，从而把这一学科推向各地，形成世界规模。近年来，生命伦理学研究又出现了几个热点，如英国爱丁堡罗斯林研究所的科研小组。首例无性繁殖绵羊“多利 克隆成功，引起了世界性的激烈反响。因为人们看到此项技术有可能应用于人而产生克隆人，从而造成生育模式的改变，人伦关系的模糊、性别比例的失调、人类基因的损害。又如世界各地许多人赞成安乐死，也有许多人反对，赞成者认为安乐死可以使病人免受疾病长期折磨的痛苦，因而符合人道主义精神。反对者认为安乐死违反了生命的神圣性和不可侵犯性，因而和传统道德规范冲突 由此又产生病人的安乐死自主决断是否应该成为实行主动安乐死道德上的充分理由的不同意见，因为这有可能出现医疗道德滑坡、护理质量降低情况，甚至使某些医护人员或病人家属的险恶用心得逞。再如，生命科学的基因诊断技术可以使得基因治疗成为可能，但也可能使人类丧失千万年来在繁衍过程中形成的多样化的遗传特性，从而人类基因库就失去生态平衡。而且这一技术在治疗“致病基因”时，又存在对基因遗传病人是否尊重个人的自主权、平等权和隐私权等原则分歧，因而有可能导致一些难以解决的社会问题。由于生命伦理学从人性出发，立足于人权，维护人的生命道德，因此它的研究是以人类生命权益为宗旨的。例如它为了提高人类生命质量，探讨自然、社会、环境和生命、生命权的关系；它还关怀人的生命结束时期，提出自然死、尊严死等伦理规范。为此，托马斯·比彻姆和詹姆斯·奇尔德雷斯在《生命伦理学原则》一书中，提出了自主、不伤害、行善、公正四条基本原则。对生命科学控制生命过程和生命质量的伦理研究是全球性的。在我国，也存在体外受精、试管婴儿、重组DNA、优生术、变性术、性别选择、器官移植、精神病遗传者的婚姻控制、精神病人的行为控制、残缺新生儿的地位和待遇、“植物人”护理，以及动物实验、植物保护、环境卫生等许多和伦理道德有关的问题。我国学者邱仁宗在1987年出版了《生命伦理学》专著，说明这一新学科在我国也引起了重视，但近十年来在新条件下的医护患关系、人体实验、康复医学等重大伦理问题在书中尚未涉及，又表明我国的生命伦理学研究还需要提高一个新的层次。 ·三、生命法学：对生命保护的法律意识“多利羊 克隆成功，成为全球热门话题，影响所及，法学界也闻风谋划因克隆而来的法律对策。其实，自生命科学诞生之时起，为生命立法的问题早就在有识之士的考虑中了。在20世纪7O年代，各国有关生命的立法，已至少涉及20多个方面，如精神卫生立法、生育和人123政策立法、医疗事故预防立法等等。现在，以基因工程、遗传工程为代表的现代生物技术已成为生命科学的主旋律，有人预言2l世纪是统一生物学世纪。将“生物一社会人”的生命科学研究，统一到科学规范和法律制度的轨道上，是生命法学的形成原因，也是生命科学对生命法学的巨大挑战。从DNA被发现到“人体阿波罗计划”，再到“多利羊”克隆成功，表明生命科学的发展越来越快，但也会引起很多麻烦。例如，人类基因工程中的DNA重组研究或实验活动，如果缺乏严格法律规则约束．有可能因科研人员违规操作或其他各种原因导致对人类的毁灭；对人类个体基因的检测与公开，有可能会侵犯个人隐私权；异常基因者的检测和公开，有可能受到社会各方面歧视；发现异常基因胎儿是否都要求孕妇中止妊娠；基因改变是否为新的民族主义创造技术条件；对基因疾病患者治疗是否有法律依据?又如，人体克隆技术的应用与发展，有可能混乱人与其克隆体的伦理关系和法律关系；为了延长或拯救人的生命，截取克隆人部分器官，是否会触犯杀人罪、伤害罪等刑法罪名；为了优化生殖生育功能、改善人类生命质量，通过基因选择、基因识别筛选后复{6j健康、有特定基因的克隆人，有可能改变人类固有的遗传性状．从而打破人类自然进化的运动规律，导致后天免疫力功能性匮乏等致命缺陷的潜伏与发生；人体克隆等复制技术应否设定法律禁区和如何设定?再如，利用遗传工程技术防治遗传病的医用研究，有无设定法律限制；生产人体器官替代品或人体有用物质，是否进行安全性、科学性、可行性的测试与论证；研制在人体中植人的“生物芯片 以调节、改善人体生命活动机能．是否设定符合有关法规的风险防范机{6j和严格操作规程；电子生物工程技术的研制、开发和应用，如何防止“人工智能”操作系统的失控而给人类带来某种伤害和灾难?以上所述．表明“寻求一个满足人类自然生命体未来发展要求的，且为科技发展、社会伦理标准与法律规则共同认可的法律制衡机制，这将成为今后生命法学研究的攻坚课题”。令人欣喜的是，生命法学研究在我国已经登堂人室。1997年6月，上海社会科学院法学研究所召开了上海市生命法学理论研讨会，会上宣布成立我国第一个“生命法学研究中心 。可以预见在不久的将来，这门充满生命力的新学科，在我国必然更加发扬光大。四 生命美学：对生命状态的审美观照古今中外哲人智者对生命状态大都重视，黑格尔更认为“自然美的顶峰是动物的生命”。但是，从美学角度对生命状态进行审视，并对生命美异乎寻常的关注，还是生命科学兴起之后的事。当代社会科技相当发达，物质文明程度很高，但生命状态不一定美轮美奂，甚至暴露出许多假恶丑的反审美倾向。自然界生物惨遭涂炭和锐减，已成不争之事实。但人们还是在杀戮野生动物，砍伐原始森林．以满足永无餍足的欲望。殊不知摧残自然界生物的生命．等于摧残人类自己的生命．人类已经无可奈何地遭到大自然的报复了。更严重的是现在人们生命力的弱化速度越来越快．生理健康和精神健康今非昔比，恐惧、焦灼等生命萎缩现象屡见不鲜．颓废、自虐等生命堕落现象触目惊心。近年来生命科学的欣欣向荣，使美学界人士深切感到社会生活中生命状态的反审美倾向再也不能任其泛滥了。他们发出重塑生命、还我生命的呼吁，渴求生命之树茁壮成长 生命之花灿烂开放、生命之火辉煌燃烧、生命之水欢畅流动。某些美学界精英人物还清醒地看到，长期以来我们的美学家在象牙之塔里陶醉于美学的空虚繁荣，没有对现实生活中由于一些人对生命的冷漠、欺和残暴所造成人生的不幸予以正视和关怀，于是美学成了一种于世无补的点缀。再有，我们的美学研究面虽然很广，但恰恰忽略了人类自身的生命活动，没有对生命意识、生命体验、生命创造进行美学的阐释。于是，我们的美学体系和教材虽然林林总总、蔚为大观，但难以在其中看到生命的绿色或剖伤，听到生命的呼喊或哭泣，嗅到生命的芬芳或霉味．魁摸到生命的欢跳或窒息。美学这种落后状况，比起生命科学的如火如荼，显得太不协调。于是-~-]以生命科学为参照系的生命美学悄然绽放，成为美学园地鲜艳夺目的奇葩。生命美学虽然和生命科学一样，关注人的生命现象，但是它不是像生命科学那样执着于生命的功利性和科学性，而是着眼于生命审美性和本体性。这也就是说，它对生命的审美现象和本质更感兴趣，在对形形色色生命状态的审美观照过程中，如我国学者所说的那样，。时肘顾念着人的现实历史境遇、顾念着人的生存意义、顾念着有限生命的超越，顾念着生命中无比神圣的东西 ，而且思索生命的终极追问、终极意义、终极价值，通过生命的存在实现生命的超越，因此，生命美学是一种研究人类生存方式与审美活动的关系， 以探索生命的存在与超越为旨归的美学”。Ⅱ顺便指出．美育作为一种运用美学原理进行审美活动的教育，也是美学的有机组成部分。由此，生命美育也是生命美学研究的对象。它一方面涉及生命的全过程，研究人类从受孕到死亡的审美现象和审美方法，指导人们如何进入审美的人生境界，因而和终身教育有密切的关系；另一方面有助于人的审美素质的形成，审美素质能够把人生的外在目的转化为内心的生命体验，使个体生命环境充满诗意，在提高生命质量的同时提高生活质量，因而又和素质教育有内在的联系。