21世紀生命科學的研究進展和發展趨勢 20世紀後半葉生命科學各領域所取得的巨大進展，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位置起了革命性的變化。很多科學家認為，在未來的自然科學中，生命科學將要成為帶頭學科，甚至預言21世紀是生物學世紀，雖然目前對這些論斷還有不同看法，但勿庸置疑，在21世紀生命科學將繼續蓬勃發展，生命科學對自然科學所起的巨大推動作用，決不亞於19世紀與20世紀上半葉的物理學。假如過去生命科學曾得益於引入物理學、化學和數學等學科的概念、方法與技術而得到長足的發展，那麼，未來生命科學將以特有的方式向自然科學的其他學科進行積極的反饋與回報。當21世紀來臨的時候，一些有遠見的科學家、思想家與政治家將日益嚴重的諸多人類社會問題，如人口、地球環境、食物、資源與健康等重大問題的解決，莫不寄希望於生命科學與生物技術的進步。 2· 08·生命科學將成為21世紀自然科學的帶頭學科 20世紀50年代DNA雙螺旋結構模型的發現，隨後遺傳資訊傳遞“中心法則”的確立與DNA重組技術的建立使生命科學的面貌起了根本性的變化。分子生物學與遺傳學的結合將用10一15年測定出人類基因組30億個鹼基對（遺傳密碼）的全序列，人體細胞約有10萬個基因。人類基因組的“工作草圖”迄今20％的測序已達99.99%的準確率和完成率，今後將要繼續發現與闡明大量新的重要基因，諸如控制記憶與行為的基因，控制細胞衰老與程式性死亡的基因，新的癌基因與抑癌基因，以及與大量疾病有關的基因。將利用這些成果去為人類健康服務。 70年代後，分子生物學的發展，以基因工程為代表的生物工程的出現，生物技術透過對DNA鏈的精確切割與有目的地重組，使有目的地改良生物的性狀與品質成為可能。迄今生物工程所取得的成就已在生產上顯示出誘人的前景，儘管還存在有不少爭議的問題，但很有可能成為21世紀的新興產業。 發育生物學將要快速地興起，它將要回答無數科學家100多年來孜孜以求而未解決的重大課題，一個受精卵透過細胞分裂與分化如何發育成為結構與功能無比複雜的個體，闡明在個體發育中時空上有條不紊的程式控制機理，從而為人類徹底控制動植物生長、發育創造條件。 RNA分子既有遺傳資訊功能又有酶功能的發現，為數十年踏步不前的難題“生命如何起源”的解決提供了新的契機。在21世紀，人們還要試圖在實驗室人工合成生命體。人們己有可能利用生物技術將儲存在特殊環境中的古生物或凍乾的屍體的DNA擴增，揭示其遺傳密碼，建立已絕滅生物的基因庫，研究生物的進化與分類問題。 神經科學的崛起，預示著生命科學又一個高峰的來臨。腦是含有1011細胞的無比複雜的高階結構體系，21世紀初從分子到行為水平的各個層次對腦功能的研究都將有重大突破，在闡明學習。記憶。思維。行為與感情機理等方面也將有重大進展。腦機能在理論上的進展將會促進新一代智慧計算機的研製，這可能成為未來生命科學對自然科學與技術科學回報的最好例子。 生態學可能是最直接為人類生存環境服務並對國民經濟持續與協調發展起重要作用的科學。生態學的理論與實踐為中國三峽水庫建設提供的決策依據就是一個例證。保護生物的多樣性是當前生命科學最緊迫的任務之一。據可靠的資料說明每天約有100多種生物在地球上絕滅，很多生物在沒有被人類認識以前就已消亡，這對人類無疑是一種災難。生態學與生物多樣性保護與利用的研究成果將指導人類遵循自然規律積極保護自己生存環境，否則人類的物質文明與精神文明都要受到災難性影響。 順應生命科學迅速發展的形勢，發達國家政府及一些國際組織先後提出了《國際地圈及生物圈計劃》、《人類基因組作圖與測序計劃》、《人類前沿科學計劃》、《腦的十年》及《生物多樣性利用與保護研究》等投資巨大的生命科學研究計劃。其中僅《人類基因組作圖與測序計劃》，一項預算就高達30億美元。 由於生命科學的發展，人才的需求量激增，近年除越來越多的物理學家，化學家與技術科學家被吸引到生物學研究領域外，以美國為例，近年統計48萬博士學位獲得者中從事生命科學的佔51％。優秀青年科學家流向生命科學前沿，這是21世紀生命科學欣欣向榮的動力與源泉。 2． 08． 2 21世紀初生命科學的重大分支學科和發展趨勢 80年代有遠見的生物學家把分子生物學（包括分子遺傳學）、細胞生物學、神經生物學與生態學列為當前生物科學的四大基礎學科，無疑是正確地反映了現代生命科學的總趨勢。遺傳學（主要是分子遺傳學）不僅當前是生物科學的帶頭學科，在今後多年還將保持其在生命科學中的核心作用。 有些科學家早就預測到，由於分子生物學、細胞生物學與遺傳學的結合，必然促進發育生物學的蓬勃發展，從而提出發育生物學將成為21世紀生命科學的“新主人”，這種預測已逐漸變為現實。 分子生物學（包括分子遺傳學）在生命科學中的主流地位，以及它在推動整個生命科學發展中所起的巨大作用是無可爭辯的。細胞是生命活動基本的結構與功能單位，細胞生物學作為生物科學的基礎學科地位必須給予重視。 很多生物科學家認為神經科學或腦科學的崛起將代表著生命科學發展的下一個高峰，然後將促進認知科學與行為科學的興起。 生態學可能是最直接為人類生存環境服務，井對國民經濟持續與協調發展起重要作用的學科。 A.分子生物學 分子生物學是在分子水平上研究生命現象本質與規律的學科。核酸與蛋白質（有人認為還有糖）是生命的最基本物質，因此核酸與蛋白質結構與功能的研究今後仍然是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，幾乎一切生命活動都要依靠蛋白質（包括酶）來進行。蛋白質分子結構與功能的研究除了要闡明由氨基酸形成的並有一定順序的肽鏈結構外，今後將特別重視肽鏈拆疊成的特定的三維空間結構，因為蛋白質生物功能與它的空間構型關係極為密切，核酸是遺傳資訊的攜帶者與傳遞者，遺傳資訊由DNA～RNA一蛋白質的傳遞過程，稱為遺傳資訊傳遞的“中心法則”，是分子生物學（分子遺傳學）研究的核心。其基本問題己比較清楚，當前研究的重點是： ①約經10一15年，人類基因組30億個鹼基對全序列（遺傳密碼）可以測出，這是具有里程碑意義的工作； ②真核生物基因表達過程在各層次上調節的研究仍然是今後相當長一段時間的任務。 分子生物學的概念、方法與技術和各學科的滲透，正在形成很多新的學科，諸如分子遺傳學、細胞分子生物學、神經分子生物學、分子分類學、分子藥理學與分子病理學等等。因此分子生物學在生命科學中的主導作用還將要持續下去。 B.遺傳學 遺傳學比分子生物學更具有自己獨立的學科體系。但現代遺傳學與分子生物學是不可分割、相互交叉的兩個學科，且很難截然分開。 有些著名的遺傳學家把遺傳學概括稱為基因學，因為現代遺傳學主要是研究生物體遺傳資訊傳遞與表達的學科。基因攜帶的資訊是由基因的結構所決定，資訊的表達是由基因的功能實現的，因此遺傳學研究的是基因的結構與功能。從遺傳學的角度看，所有生命現象的機制，追根究底都會與基因的結構與功能相關。因此遺傳學在今後較長時間仍然是生命科學的核心學科和推動力。 有人估計人體細胞內約有10萬個基因，迄今弄清楚的不到5％，所以與重要生命活動有關與疾病有關的新基因的發現與闡明將是今後幾十年的重要任務。 C.細胞生物學 著名生物學家威爾遜（Wilson）早在20世紀20年代就提出一句名言“一切生物學關鍵問題必須在細胞中找尋”，至今還有著很深的內涵。魏斯曼與摩爾根都曾先後試圖在細胞研究的基礎上建立遺傳、發育與進化統一的理論，雖然當時沒有找到具體解決的途徑，但關於細胞的知識在生物科學中的重要性是顯而易見的。細胞是一切生命活動結構與功能的基本單位，細胞生物學是研究細胞生命活動基本規律的科學，細胞的結構。細胞代謝、細胞遺傳、細胞的增殖與分化，細胞資訊的傳遞與細胞的通訊等是細胞生物學主要研究內容。雖然今後細胞生物學研究的內容是全方位的，但概括起來可能是兩個基本點： 一是基因與基因產物如何控制細胞的重要生命活動，如生長、增殖、分化與衰老等，在此要涉及到一個全新的問題，細胞內外訊號如何傳遞；二是基因產物一一蛋白質分子與其他生物分子如何構建與裝配成細胞的結構，並行使細胞的有序的生命活動。 今後20多年，以下一些問題可望取得重要進展與突破： ①遺傳資訊的儲存、複製與表達的主要執行者——染色體的結構與功能可能在不同的結構層次上得到闡明。 ②細胞骨架（包括核骨架與染色體骨架）的研究將得到全方位的進展。 ③細胞生物學與分子生物學、遺傳學的結合，將在細胞分化機理研究方面有重要突破，為發育生物學快速發展奠定基礎。 ④細胞衰老與細胞程式化死亡的機理將在更深層次上闡明。 ⑤以細胞分子生物學為骨幹學科與其他學科結合，人工裝配生命體的理想可能逐步 實現。 D．發育生物學 從一個受精卵透過細胞分裂與分化如何發育成為一個結構與功能複雜的個體，是至今未能解決的生命科學的重大課題，也是發育生物學的主課題。由於近幾十年分子生物學、遺傳學與細胞生物學所取得一一系歹（突破性成果與知識的積累，已為解決這一重大課題創造了條件，這也就是今後發育生物學應運而飛速發展的原因。 發育生物學當今要解決的基本問題是細胞的基因如何按一定的時空關係選擇性地表達專一性的蛋白質，從而控制細胞的分化與個體發育。闡明基因在多層次水平上控制胚胎的發育就不僅是涉及到個別基因的問題，而是一系列調節基因在時空上的聯絡與配合，從而支配發育的程式。雖然這是難度極大的課題，但近年已初見端倪並有所突破。估計今後發育生物學將沿著這條道路深入下去，並可望取得豐碩的成果。 E．神經科學（或腦科學） 神經科學是研究人與動物神經系統（主要是腦）的結構與功能，在分子水平、神經網路水平、整體水平乃至行為水平闡明神經系統特別是腦的活動規律的學科群。腦的結構與功能是無比複雜的高階體系，含有10 11細胞。它是感覺、運動、學習、記憶、感情、行為與思維的活動基礎。大腦細胞，口何指導人與動物的行為是未來生物學中最富潛力與最吸引人的領域；神經科學的崛起，預示著生命科學又有一個高峰的來臨。神經科學或腦科學必然在下世紀促進認知科學與行為科學的興起。因此各國政府投入巨資支援這一課題，包括美國總統簽署的“命名1990年1月1日為腦的10年”不是沒有道理的。 在今後幾十年內可以預示到的神經科學突破性的進展可能包括： ①在分子到行為的各層次上闡明學習、記憶與認知等活動的基礎； ②很快會發現與闡明一系列與記憶、行為有關的基因與基因產物； ③神經細胞的分化與神經系統的發育研究會有重大進展； ④腦機能在理論上的進展與突破（如模式識別、聯想記憶、思維邏輯機理的闡明）會 促進新一代智慧計算機與智慧機器人的研製； ⑤一系列神經性疾病與精神病的病因可望在神經生物學研究中得到解釋。 F．主態學（包括物種多樣性保護研究） 生態學是研究有機體與周圍環境——包括非生物環境與生物環境相互關係的科學。 由於生態學理論與應用是與世界環境保護。資源合理開發與保護，以至人類本身在地球上繼續生存緊密相關的，尤其是地球環境日益惡化的情況下，生態學的重要性就變得十分突出。未來生態學的主要任務是協調人類活動與環境的關係。所以生態學經典學科的概念與研究內容必然要適應人類生存環境的保護與社會經濟持續發展的要求而不斷改變。 今後生態學研究的重點可能表現在以下方面： ①生態群落的多樣性、穩定性與演變規律與人類活動的關係； ②全球氣候變化對生態系統結構與功能的影響； ③生物多樣性的保護和永續利用也是保護人類自身生存環境尤其是拯救瀕臨絕滅的 生物種類更加具有緊迫性； ④城市生態學與經濟生態學將迅速發展； ⑤生態工程與生態技術將在國民經濟建設中發揮作用。 G．空間生命科學 空間環境向生命科學提出了新的挑戰，也為生命科學的發展提供了機遇。 21世紀人類的空間活動將要離開地球附近，探索月球及其他太陽系的大體。這就要求人在地球外各種環境中能長期地生活和工作，首先是在，長期空間飛行器中航行，月球站以及火星或火衛站等，空間醫學必須有重大突破，解決長期在地外空間所遇到的宇航員骨質疏鬆，肌肉萎縮和兔疫功能變化等生理學難題，同時，與開拓大疆相關聯的是受控生態系統，創造一個不需要外界補給，而使人們能在其中長期生活的環境。這些問題有希望在21世紀20一30年代解決，其中空間生理學問題有可能利用中醫和中藥的方法取得某些重大突破。 地球外層空間為研究重力生物學提供了理想的條件，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，今後的研究重點將集中於細胞，綠色植物，一些微生物和小動物。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一個熱點。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，是自然科學的基本問題；另一方面，重力生物學的成果將是空間製藥及空間生態系統等應用領域的基礎，重力生物學的學術和應用都是下個世紀的重要課題，可望在21世紀20-30年代取得突破性的進展。 地外生物探索是生命起源的重大課題，其中地球以外的智慧生物探索是一個長期的 課題。地球上的人類正在向外層空間發射電波和接收訊號。外星人與地球人之間可能存在的學術和技術差距不僅是一種危險，也是自然科學的重大前沿問題，將被持續地研究下去。 2． 08． 5 21世紀初生命科學最有可能突破的領域 ①人類基因組的全序列（遺傳密碼）將在10一15年測定完畢，為全部遺傳資訊的破譯奠定基礎。 ②與生命活動有關的重要基因與重要疾病有關的基因將被陸續發現，其中特別引人注目的是控制記憶與行為的基因、控制衰老與細胞程式性死亡的基因、控制細胞增殖的系列基因、胚胎髮育多層次網路調節基因。新的癌基因與抑癌基因的發現與其生物學功能的釋明將大大提高對生命本質的瞭解。 ③人與動物的高階生命活動：感知、思維、記憶、行為與感情的發生與活動機制在腦科學研究突破的基礎上，有更深的認識。 ④癌症的治療將有全面的突破，愛滋病的防治得到控制。 ⑤在闡明地球上原始生命起源的基礎上，人類還可能在實驗室合成生命體，這種生命體應具有原始細胞的基本特徵。
21世紀生命科學的研究進展和發展趨勢 20世紀後半葉生命科學各領域所取得的巨大進展，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位置起了革命性的變化。很多科學家認為，在未來的自然科學中，生命科學將要成為帶頭學科，甚至預言21世紀是生物學世紀，雖然目前對這些論斷還有不同看法，但勿庸置疑，在21世紀生命科學將繼續蓬勃發展，生命科學對自然科學所起的巨大推動作用，決不亞於19世紀與20世紀上半葉的物理學。假如過去生命科學曾得益於引入物理學、化學和數學等學科的概念、方法與技術而得到長足的發展，那麼，未來生命科學將以特有的方式向自然科學的其他學科進行積極的反饋與回報。當21世紀來臨的時候，一些有遠見的科學家、思想家與政治家將日益嚴重的諸多人類社會問題，如人口、地球環境、食物、資源與健康等重大問題的解決，莫不寄希望於生命科學與生物技術的進步。 2· 08·生命科學將成為21世紀自然科學的帶頭學科 20世紀50年代DNA雙螺旋結構模型的發現，隨後遺傳資訊傳遞“中心法則”的確立與DNA重組技術的建立使生命科學的面貌起了根本性的變化。分子生物學與遺傳學的結合將用10一15年測定出人類基因組30億個鹼基對（遺傳密碼）的全序列，人體細胞約有10萬個基因。人類基因組的“工作草圖”迄今20％的測序已達99.99%的準確率和完成率，今後將要繼續發現與闡明大量新的重要基因，諸如控制記憶與行為的基因，控制細胞衰老與程式性死亡的基因，新的癌基因與抑癌基因，以及與大量疾病有關的基因。將利用這些成果去為人類健康服務。 70年代後，分子生物學的發展，以基因工程為代表的生物工程的出現，生物技術透過對DNA鏈的精確切割與有目的地重組，使有目的地改良生物的性狀與品質成為可能。迄今生物工程所取得的成就已在生產上顯示出誘人的前景，儘管還存在有不少爭議的問題，但很有可能成為21世紀的新興產業。 發育生物學將要快速地興起，它將要回答無數科學家100多年來孜孜以求而未解決的重大課題，一個受精卵透過細胞分裂與分化如何發育成為結構與功能無比複雜的個體，闡明在個體發育中時空上有條不紊的程式控制機理，從而為人類徹底控制動植物生長、發育創造條件。 RNA分子既有遺傳資訊功能又有酶功能的發現，為數十年踏步不前的難題“生命如何起源”的解決提供了新的契機。在21世紀，人們還要試圖在實驗室人工合成生命體。人們己有可能利用生物技術將儲存在特殊環境中的古生物或凍乾的屍體的DNA擴增，揭示其遺傳密碼，建立已絕滅生物的基因庫，研究生物的進化與分類問題。 神經科學的崛起，預示著生命科學又一個高峰的來臨。腦是含有1011細胞的無比複雜的高階結構體系，21世紀初從分子到行為水平的各個層次對腦功能的研究都將有重大突破，在闡明學習。記憶。思維。行為與感情機理等方面也將有重大進展。腦機能在理論上的進展將會促進新一代智慧計算機的研製，這可能成為未來生命科學對自然科學與技術科學回報的最好例子。 生態學可能是最直接為人類生存環境服務並對國民經濟持續與協調發展起重要作用的科學。生態學的理論與實踐為中國三峽水庫建設提供的決策依據就是一個例證。保護生物的多樣性是當前生命科學最緊迫的任務之一。據可靠的資料說明每天約有100多種生物在地球上絕滅，很多生物在沒有被人類認識以前就已消亡，這對人類無疑是一種災難。生態學與生物多樣性保護與利用的研究成果將指導人類遵循自然規律積極保護自己生存環境，否則人類的物質文明與精神文明都要受到災難性影響。 順應生命科學迅速發展的形勢，發達國家政府及一些國際組織先後提出了《國際地圈及生物圈計劃》、《人類基因組作圖與測序計劃》、《人類前沿科學計劃》、《腦的十年》及《生物多樣性利用與保護研究》等投資巨大的生命科學研究計劃。其中僅《人類基因組作圖與測序計劃》，一項預算就高達30億美元。 由於生命科學的發展，人才的需求量激增，近年除越來越多的物理學家，化學家與技術科學家被吸引到生物學研究領域外，以美國為例，近年統計48萬博士學位獲得者中從事生命科學的佔51％。優秀青年科學家流向生命科學前沿，這是21世紀生命科學欣欣向榮的動力與源泉。 2． 08． 2 21世紀初生命科學的重大分支學科和發展趨勢 80年代有遠見的生物學家把分子生物學（包括分子遺傳學）、細胞生物學、神經生物學與生態學列為當前生物科學的四大基礎學科，無疑是正確地反映了現代生命科學的總趨勢。遺傳學（主要是分子遺傳學）不僅當前是生物科學的帶頭學科，在今後多年還將保持其在生命科學中的核心作用。 有些科學家早就預測到，由於分子生物學、細胞生物學與遺傳學的結合，必然促進發育生物學的蓬勃發展，從而提出發育生物學將成為21世紀生命科學的“新主人”，這種預測已逐漸變為現實。 分子生物學（包括分子遺傳學）在生命科學中的主流地位，以及它在推動整個生命科學發展中所起的巨大作用是無可爭辯的。細胞是生命活動基本的結構與功能單位，細胞生物學作為生物科學的基礎學科地位必須給予重視。 很多生物科學家認為神經科學或腦科學的崛起將代表著生命科學發展的下一個高峰，然後將促進認知科學與行為科學的興起。 生態學可能是最直接為人類生存環境服務，井對國民經濟持續與協調發展起重要作用的學科。 A.分子生物學 分子生物學是在分子水平上研究生命現象本質與規律的學科。核酸與蛋白質（有人認為還有糖）是生命的最基本物質，因此核酸與蛋白質結構與功能的研究今後仍然是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，幾乎一切生命活動都要依靠蛋白質（包括酶）來進行。蛋白質分子結構與功能的研究除了要闡明由氨基酸形成的並有一定順序的肽鏈結構外，今後將特別重視肽鏈拆疊成的特定的三維空間結構，因為蛋白質生物功能與它的空間構型關係極為密切，核酸是遺傳資訊的攜帶者與傳遞者，遺傳資訊由DNA～RNA一蛋白質的傳遞過程，稱為遺傳資訊傳遞的“中心法則”，是分子生物學（分子遺傳學）研究的核心。其基本問題己比較清楚，當前研究的重點是： ①約經10一15年，人類基因組30億個鹼基對全序列（遺傳密碼）可以測出，這是具有里程碑意義的工作； ②真核生物基因表達過程在各層次上調節的研究仍然是今後相當長一段時間的任務。 分子生物學的概念、方法與技術和各學科的滲透，正在形成很多新的學科，諸如分子遺傳學、細胞分子生物學、神經分子生物學、分子分類學、分子藥理學與分子病理學等等。因此分子生物學在生命科學中的主導作用還將要持續下去。 B.遺傳學 遺傳學比分子生物學更具有自己獨立的學科體系。但現代遺傳學與分子生物學是不可分割、相互交叉的兩個學科，且很難截然分開。 有些著名的遺傳學家把遺傳學概括稱為基因學，因為現代遺傳學主要是研究生物體遺傳資訊傳遞與表達的學科。基因攜帶的資訊是由基因的結構所決定，資訊的表達是由基因的功能實現的，因此遺傳學研究的是基因的結構與功能。從遺傳學的角度看，所有生命現象的機制，追根究底都會與基因的結構與功能相關。因此遺傳學在今後較長時間仍然是生命科學的核心學科和推動力。 有人估計人體細胞內約有10萬個基因，迄今弄清楚的不到5％，所以與重要生命活動有關與疾病有關的新基因的發現與闡明將是今後幾十年的重要任務。 C.細胞生物學 著名生物學家威爾遜（Wilson）早在20世紀20年代就提出一句名言“一切生物學關鍵問題必須在細胞中找尋”，至今還有著很深的內涵。魏斯曼與摩爾根都曾先後試圖在細胞研究的基礎上建立遺傳、發育與進化統一的理論，雖然當時沒有找到具體解決的途徑，但關於細胞的知識在生物科學中的重要性是顯而易見的。細胞是一切生命活動結構與功能的基本單位，細胞生物學是研究細胞生命活動基本規律的科學，細胞的結構。細胞代謝、細胞遺傳、細胞的增殖與分化，細胞資訊的傳遞與細胞的通訊等是細胞生物學主要研究內容。雖然今後細胞生物學研究的內容是全方位的，但概括起來可能是兩個基本點： 一是基因與基因產物如何控制細胞的重要生命活動，如生長、增殖、分化與衰老等，在此要涉及到一個全新的問題，細胞內外訊號如何傳遞；二是基因產物一一蛋白質分子與其他生物分子如何構建與裝配成細胞的結構，並行使細胞的有序的生命活動。 今後20多年，以下一些問題可望取得重要進展與突破： ①遺傳資訊的儲存、複製與表達的主要執行者——染色體的結構與功能可能在不同的結構層次上得到闡明。 ②細胞骨架（包括核骨架與染色體骨架）的研究將得到全方位的進展。 ③細胞生物學與分子生物學、遺傳學的結合，將在細胞分化機理研究方面有重要突破，為發育生物學快速發展奠定基礎。 ④細胞衰老與細胞程式化死亡的機理將在更深層次上闡明。 ⑤以細胞分子生物學為骨幹學科與其他學科結合，人工裝配生命體的理想可能逐步 實現。 D．發育生物學 從一個受精卵透過細胞分裂與分化如何發育成為一個結構與功能複雜的個體，是至今未能解決的生命科學的重大課題，也是發育生物學的主課題。由於近幾十年分子生物學、遺傳學與細胞生物學所取得一一系歹（突破性成果與知識的積累，已為解決這一重大課題創造了條件，這也就是今後發育生物學應運而飛速發展的原因。 發育生物學當今要解決的基本問題是細胞的基因如何按一定的時空關係選擇性地表達專一性的蛋白質，從而控制細胞的分化與個體發育。闡明基因在多層次水平上控制胚胎的發育就不僅是涉及到個別基因的問題，而是一系列調節基因在時空上的聯絡與配合，從而支配發育的程式。雖然這是難度極大的課題，但近年已初見端倪並有所突破。估計今後發育生物學將沿著這條道路深入下去，並可望取得豐碩的成果。 E．神經科學（或腦科學） 神經科學是研究人與動物神經系統（主要是腦）的結構與功能，在分子水平、神經網路水平、整體水平乃至行為水平闡明神經系統特別是腦的活動規律的學科群。腦的結構與功能是無比複雜的高階體系，含有10 11細胞。它是感覺、運動、學習、記憶、感情、行為與思維的活動基礎。大腦細胞，口何指導人與動物的行為是未來生物學中最富潛力與最吸引人的領域；神經科學的崛起，預示著生命科學又有一個高峰的來臨。神經科學或腦科學必然在下世紀促進認知科學與行為科學的興起。因此各國政府投入巨資支援這一課題，包括美國總統簽署的“命名1990年1月1日為腦的10年”不是沒有道理的。 在今後幾十年內可以預示到的神經科學突破性的進展可能包括： ①在分子到行為的各層次上闡明學習、記憶與認知等活動的基礎； ②很快會發現與闡明一系列與記憶、行為有關的基因與基因產物； ③神經細胞的分化與神經系統的發育研究會有重大進展； ④腦機能在理論上的進展與突破（如模式識別、聯想記憶、思維邏輯機理的闡明）會 促進新一代智慧計算機與智慧機器人的研製； ⑤一系列神經性疾病與精神病的病因可望在神經生物學研究中得到解釋。 F．主態學（包括物種多樣性保護研究） 生態學是研究有機體與周圍環境——包括非生物環境與生物環境相互關係的科學。 由於生態學理論與應用是與世界環境保護。資源合理開發與保護，以至人類本身在地球上繼續生存緊密相關的，尤其是地球環境日益惡化的情況下，生態學的重要性就變得十分突出。未來生態學的主要任務是協調人類活動與環境的關係。所以生態學經典學科的概念與研究內容必然要適應人類生存環境的保護與社會經濟持續發展的要求而不斷改變。 今後生態學研究的重點可能表現在以下方面： ①生態群落的多樣性、穩定性與演變規律與人類活動的關係； ②全球氣候變化對生態系統結構與功能的影響； ③生物多樣性的保護和永續利用也是保護人類自身生存環境尤其是拯救瀕臨絕滅的 生物種類更加具有緊迫性； ④城市生態學與經濟生態學將迅速發展； ⑤生態工程與生態技術將在國民經濟建設中發揮作用。 G．空間生命科學 空間環境向生命科學提出了新的挑戰，也為生命科學的發展提供了機遇。 21世紀人類的空間活動將要離開地球附近，探索月球及其他太陽系的大體。這就要求人在地球外各種環境中能長期地生活和工作，首先是在，長期空間飛行器中航行，月球站以及火星或火衛站等，空間醫學必須有重大突破，解決長期在地外空間所遇到的宇航員骨質疏鬆，肌肉萎縮和兔疫功能變化等生理學難題，同時，與開拓大疆相關聯的是受控生態系統，創造一個不需要外界補給，而使人們能在其中長期生活的環境。這些問題有希望在21世紀20一30年代解決，其中空間生理學問題有可能利用中醫和中藥的方法取得某些重大突破。 地球外層空間為研究重力生物學提供了理想的條件，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，今後的研究重點將集中於細胞，綠色植物，一些微生物和小動物。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一個熱點。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，是自然科學的基本問題；另一方面，重力生物學的成果將是空間製藥及空間生態系統等應用領域的基礎，重力生物學的學術和應用都是下個世紀的重要課題，可望在21世紀20-30年代取得突破性的進展。 地外生物探索是生命起源的重大課題，其中地球以外的智慧生物探索是一個長期的 課題。地球上的人類正在向外層空間發射電波和接收訊號。外星人與地球人之間可能存在的學術和技術差距不僅是一種危險，也是自然科學的重大前沿問題，將被持續地研究下去。 2． 08． 5 21世紀初生命科學最有可能突破的領域 ①人類基因組的全序列（遺傳密碼）將在10一15年測定完畢，為全部遺傳資訊的破譯奠定基礎。 ②與生命活動有關的重要基因與重要疾病有關的基因將被陸續發現，其中特別引人注目的是控制記憶與行為的基因、控制衰老與細胞程式性死亡的基因、控制細胞增殖的系列基因、胚胎髮育多層次網路調節基因。新的癌基因與抑癌基因的發現與其生物學功能的釋明將大大提高對生命本質的瞭解。 ③人與動物的高階生命活動：感知、思維、記憶、行為與感情的發生與活動機制在腦科學研究突破的基礎上，有更深的認識。 ④癌症的治療將有全面的突破，愛滋病的防治得到控制。 ⑤在闡明地球上原始生命起源的基礎上，人類還可能在實驗室合成生命體，這種生命體應具有原始細胞的基本特徵。