生物科學領域中的交叉學科

摘要：學科交叉是當前最富活力的領域之一，文章對生物科學領域中重要的交叉學科生物化學、生物物理學、生物數學、生物信息學和生物醫學作了簡要概述。

關鍵詞：生物科學；交叉學科

中圖分類號：Q1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—3315(2009)03—135—001

生物科學就是研究生命現象及其規律的科學。它既研究各種生命活動的現象和本質，又研究生物與生物之間、生物與環境之間的相互關系。以及生命科學原理和技術在人類經濟、社會活動中的應用。學科交叉是當前最富活力的領域之一，科學的協同作用及相互激勵作用逐漸被人們所認識。化學家、物理學家和數學家從已經獲取的新的生命信息中，不斷修改、增添各自學科的理論、定義，從而形成了很多生物科學交叉學科。

1 生物化學

生物化學是研究生命物質的化學組成、結構及生命過程中各種化學變化的科學。生物化學若以不同的生物為對象，可分為動物生化、植物生化、昆蟲生化等。若以生物體的不同組織或過程為研究對象，則可分為肌肉生化、神經生化、免疫生化等。因研究的物質不同，又可分為蛋白質化學、核酸化學等。

生物化學的發展大體可分為3個階段。第1階段從19世紀末到20世紀30年代，主要是靜態的描述性階段，對生物體各種組成成分進行分離、純化、結構測定、合成及理化性質的研究。第2階段20世紀30到50年代，主要特點是研究生物體內物質的變化，即代謝途徑，所以稱動態生化階段。第3階段是從20世紀50年代開始，主要特點是研究生物大分子的結構與功能。生物化學的主要研究內容包括生物體的化學組成、新陳代謝與代謝調節控制、生物大分子的結構與功能、基因表達的調節控制、激素與維生素等。

生物化學具有重要的研究價值。通過對生物高分子結構與功能進行的深入研究，揭示了生物體物質代謝、能量轉換、信息傳遞、光合作用、神經傳導和激素作用等許多奧秘，使人們對生命本質的認識躍進到一個嶄新的階段。

2 生物物理

應用物理學的概念和方法研究生物各層次結構與功能的關系、生命活動的物理、物質在生命活動過程中表現的物理特性的生物學分支學科。生物物理學旨在闡明生物在一定的空間、時間內有關物質、能量與信息的運動規律。

從16世紀末開始。人們就開展了生物物理現象的研究。19世紀末，生理學家開始用物理概念如力學、流體力學、光學、電學及熱力學的知識深入到生理學領域，這就是最初的生物物理學。20世紀50年代，物理學在各方面取得重大成就之后，物理學實驗和理論的發展為生物物理學的誕生提供了實驗技術和理論方法。如近紅外顯微鏡、X射線顯微鏡、核磁共振技術等。生物物理的主要研究內容主要包括分子生物物理、膜生物物理、感官與神經生物物理、理論生物物理、光生物物理、生物力學等。

3 生物數學

生物數學是以數學方法研究和解決生物學問題，并對與生物學有關的數學方法進行理論研究。生物數學的分支學科較多，從生物學的應用去劃分，有數量分類學、數量遺傳學、數量生態學等；從研究使用的數學方法劃分，又可分為生物統計學、生物系統論和生物控制論等分支。

60年代末，法國數學家托姆從拓撲學提出一種幾何模型，能夠描繪多維不連續現象，他的理論稱為突變理論。20世紀50年代以來，生物學突飛猛進地發展，多種學科向生物學滲透。從不同角度展現生命物質運動的矛盾，數學以定量的形式把這些矛盾的實質體現出來，從而能夠使用數學工具進行分析，能夠輸入電腦進行精確的運算，還能把來自各方面的因素聯系在一起，通過綜合分析闡明生命活動的機制。數學的介入把生物學的研究從定性的、描述性的水平提高到定量的、精確的、探索規律的高水平。

4 生物信息學

生物信息學是在生命科學的研究中。以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析的科學。它是當今生命科學和自然科學的重大前沿領域之一。目前的生物信息學基本上只是分子生物學與信息技術的結合體。生物信息學的研究材料和結果就是各種各樣的生物學數據，其研究工具是計算機。研究方法包括對生物學數據的搜索、處理及計算和模擬。

90年代以來。伴隨著各種基因組測序計劃的展開和分子結構測定技術的突破和Incemet的普及。數以百計的生物學數據庫如雨后春筍般迅速出現和成長。生物信息學主要研究內容包括序列比對、分子進化、基因表達譜分析、基因芯片設計和蛋白質組學數據分析等。在學科方面，由生物信息學衍生的學科包括結構基因組學、功能基因組學、比較基因組學、環境基因組學。

5 生物醫學

生物醫學是綜合工程學、醫學和生物學的理論和方法而發展起來的交叉邊緣學科，基本任務是運用工程技術手段研究和解決生命科學。特別是醫學中的有關問題，主要研究利用電子信息技術結合醫學臨床對人體信息進行無損或微損的提取和處理。

生物醫學主要研究內容包括醫藥微生物學、臨床應用化學、輸血技術、血液學、組織病理學、細胞學、濾過性微生物學、免疫學等。生物醫學是生物醫學信息、醫學影像技術、基因芯片、納米技術、新材料等技術的學術研究和創新的基地，是與21世紀生物技術科學的形成和發展密切相關的領域。是關系到提高醫療診斷水平和人類自身健康的重要工程領域。