未來10年中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略叢書是國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院學(xué)部歷時(shí)兩年多聯(lián)合開展研究的重要成果，凝聚著600多位院士、專家的智慧和心血。叢書含總論和19個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?qū)ｎ}報(bào)告，對(duì)廣大科技工作者洞悉學(xué)科發(fā)展規(guī)律、了解前沿領(lǐng)域和重點(diǎn)方向及開展科技創(chuàng)新等有重要的參考價(jià)值，對(duì)促進(jìn)我國(guó)學(xué)科均衡、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展必將發(fā)揮積極作用。
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根據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)科學(xué)院合作開展“2011～2020年中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究”的要求，生物學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究組于2009年3月成立，成員有：陳曉亞、陳曄光、昌增益、杜生明、方精云、賀福初、洪德元、李家洋、林其誰、孟安明、馬紅、舒紅兵、譚華榮、孫兵、唐朝樞、魏輔文、薛勇彪、張大勇、鄭光美、朱作言。研究組下設(shè)秘書組，由舒紅兵兼任組長(zhǎng)，楊正宗、申倚敏任副組長(zhǎng)。
研究組于2009年4月在上海召開了一次全體會(huì)議，確定了工作進(jìn)度與每位研究組成員的調(diào)研任務(wù)。明確由部分專家牽頭，通過召集國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜矣懻摶蛲ㄐ抛稍儯謩e對(duì)生物學(xué)學(xué)科總體發(fā)展戰(zhàn)略及植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物物理與生物化學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、免疫學(xué)等二級(jí)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略開展研究。在二級(jí)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告初稿的基礎(chǔ)上，秘書組起草了生物學(xué)學(xué)科總體發(fā)展戰(zhàn)略初稿。
2009年8月，研究組在北京召開了第二次全體會(huì)議，對(duì)生物學(xué)總體發(fā)展戰(zhàn)略和各二級(jí)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略初稿進(jìn)行了討論，提出了補(bǔ)充、完善、修改建議，并在更廣泛的范圍內(nèi)征求意見。修改后形成的生物學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略總體報(bào)告于2009年11月在貴陽征求了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)生命科學(xué)部專家咨詢委員會(huì)的意見后，于11月向參加院士增選大會(huì)的中國(guó)科學(xué)院生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)學(xué)部院士作匯報(bào)和聽取意見。2010年4月研究組在北京召開了第三次全體會(huì)議，進(jìn)一步深化對(duì)生物學(xué)學(xué)科總體發(fā)展戰(zhàn)略的研究。會(huì)后由舒紅兵執(zhí)筆，經(jīng)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)生命科學(xué)部專家咨詢委員會(huì)討論，并于2010年6月再次聽取了出席院士大會(huì)的院士們的意見，最后形成了本書。發(fā)展戰(zhàn)略研究不是原創(chuàng)性研究，也不是領(lǐng)域綜述，需要大量地參考各種文獻(xiàn)。不可能在書中對(duì)每個(gè)描述都列上文獻(xiàn)，只宜列出少數(shù)主要參考文獻(xiàn)供讀者進(jìn)一步閱讀。由于本書不牽涉撰寫人的學(xué)術(shù)權(quán)益，因此我們認(rèn)為這樣做是恰當(dāng)?shù)�。在書稿的撰寫過程中，有多位專家付出了艱辛的勞動(dòng)，具體分工如下：第一章統(tǒng)稿人為舒紅兵，主要參與編寫的人員為生物學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究組和秘書組全體成員；第二章統(tǒng)稿人為馬紅、陳曉亞，主要參與編寫的人員有蔡杰、董愛武、高連明、葛頌、何祖華、黃宏文、黃繼榮、孔宏智、李傳友、李德銖、李來庚、劉吉開、盧金梅、王學(xué)路、王應(yīng)祥、溫明章、楊繼、曹曉鳳；第三章統(tǒng)稿人為魏輔文，主要參與編寫的人員有李明、王德華、張健旭、張正旺、梁愛萍、秦川、陳領(lǐng)；第四章統(tǒng)稿人為譚華榮，主要參與編寫的人員有鄧子新、黃力、王磊、楊瑞馥、朱旭東、李越中、劉雙江、劉杏忠、劉鋼、陳士榮、李寅、劉志培、陳三鳳、邱金龍、鐘瑾；第五章統(tǒng)稿人為方精云、張大勇，主要參與編寫的人員有安樹青、傅聲雷、韓博平、韓興國(guó)、賀金生、李博、李義明、魏輔文、于貴瑞、于振良、余世孝、張德興、張全國(guó)、張知彬；第六章統(tǒng)稿人為昌增益，主要參與編寫的人員有鄭曉峰、李伯良、金誠(chéng)、周專、龔為民、蔣澄宇、秦詠梅、紀(jì)建國(guó)、謝燦、付新苗；第七章統(tǒng)稿人為陳曄光，主要參與編寫的人員有方曉紅、耿建國(guó)、李蓬、林圣彩、肖磊、徐濤；第八章統(tǒng)稿人為薛勇彪，主要參與編寫的人員有楊維才、李巍、王文、蘇都莫日根、曹曉風(fēng)、朱大海、王秀杰、陳明生、張博、王瀝、楊維才、李巍、王道文、傅向東、谷瑞升、鄧向東；第九章統(tǒng)稿人為孟安明，主要參與編寫的人員有張建、王海濱、譚錚、陳大華、孫青原；第十章統(tǒng)稿人為孫兵，主要參與編寫的人員有田志剛、周光炎、郭亞軍、張學(xué)光、張巖、李斌、冷啟彬、肖暉、孟廣勛、王琛、劉小龍、黃鋒、于益芝；第十一章統(tǒng)稿人為唐朝樞，主要參與編寫的人員有范明、齊永芬、孔煒。此外，還有一些科研教學(xué)人員與研究生也做了重要工作，在此我們一并表示感謝。
生物學(xué)學(xué)科的研究直接關(guān)系到人類的繁衍與健康、生存條件與環(huán)境，是認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的最主要內(nèi)容之一。人類活動(dòng)最根本的目的是認(rèn)識(shí)自然、適應(yīng)自然，改善人類的生活質(zhì)量。隨著生物學(xué)科的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、生態(tài)等方面得到了很大的推動(dòng)。在世界各國(guó)基礎(chǔ)學(xué)科的投入中生物學(xué)科往往占據(jù)首位。生物學(xué)科也帶動(dòng)了生物技術(shù)的發(fā)展，直接造福于人類。
生物學(xué)科的發(fā)展離不開新的學(xué)術(shù)思想與新技術(shù)、新方法。科學(xué)發(fā)現(xiàn)是無止境的。例如，非編碼核糖核酸（noncodingRNA）在基因表達(dá)調(diào)控中的作用；蛋白質(zhì)本身具有傳染致病性的朊病毒的發(fā)現(xiàn)等帶來了新思想；結(jié)構(gòu)生物學(xué)新技術(shù)的發(fā)展和各種分子與活體組織的影像技術(shù)、四維（4D）電子顯微技術(shù)等帶來嶄新的知識(shí)；脫氧核糖核酸（DNA）測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展不僅推動(dòng)生物學(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展，也給醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)帶來巨大的震撼。而各種組學(xué)的數(shù)據(jù)量的指數(shù)增長(zhǎng)對(duì)生物信息學(xué)與計(jì)算生物學(xué)不斷提出更高的要求。
第一章 生物學(xué)總論
第一節(jié) 生物學(xué)的戰(zhàn)略地位
生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是生命科學(xué)各領(lǐng)域的基礎(chǔ)和核心。生物學(xué)的研究對(duì)象包括所有有生命的個(gè)體、群體及生物之間，生物與環(huán)境之間的相互作用。因此，生物學(xué)研究是人類探索自然規(guī)律和生命現(xiàn)象的主要手段之一。生物學(xué)研究更是解決世界范圍內(nèi)長(zhǎng)期以來存在的農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境問題的需要，在培育高效、優(yōu)質(zhì)、抗逆農(nóng)業(yè)新品種，探索新的疾病診斷和治療手段，延長(zhǎng)人類壽命，保護(hù)生物多樣性及自然環(huán)境等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。生物學(xué)研究還將為防治人類重大傳染病、生物防衛(wèi)和反恐等提供科學(xué)基礎(chǔ)和方法，因而是維護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定的需要。鑒于生物學(xué)研究的重要性，一些發(fā)達(dá)國(guó)家將基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)放在生物學(xué)，投入了大量的科研經(jīng)費(fèi)，促使生物學(xué)在過去幾十年中得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，成為21世紀(jì)自然科學(xué)領(lǐng)域無可爭(zhēng)議的領(lǐng)頭學(xué)科。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生命科學(xué)已連續(xù)多年占據(jù)美國(guó)期刊Science評(píng)選的世界十大科技進(jìn)展六成以上的份額；在美國(guó)科學(xué)院和英國(guó)皇家科學(xué)院的院士中，與生物學(xué)相關(guān)的院士占院士總?cè)藬?shù)的40%以上；根據(jù)美國(guó)科學(xué)情報(bào)研究所（ISI）2008年的統(tǒng)計(jì)，影響因子前20位的期刊中，生命科學(xué)期刊有16種，物理學(xué)期刊有2種，其他2種為綜合性期刊Nature和Science；近10年的時(shí)間里，美國(guó)投入基礎(chǔ)研究的經(jīng)費(fèi)中50%以上用在了生命科學(xué)領(lǐng)域。近年來，以生物學(xué)為基礎(chǔ)的生命科學(xué)得到了我國(guó)政府和學(xué)術(shù)界的高度重視。在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》中，將生物技術(shù)列入國(guó)家科技發(fā)展的5個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。在國(guó)家“十一五”基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃中，也將生命科學(xué)列入了重點(diǎn)支持領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來，生物學(xué)的進(jìn)展推動(dòng)了其他自然科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步，如仿生學(xué)、人工智能等。生物學(xué)與數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)和電子學(xué)等自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合，又催生了一批具有重大理論和應(yīng)用前景的新興交叉學(xué)科。在可以預(yù)見的未來，生物學(xué)研究仍將是自然科學(xué)中最活躍、最前沿、最需要發(fā)展的領(lǐng)域，將在研發(fā)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆、抗病農(nóng)作物和畜牧產(chǎn)品，研發(fā)新的醫(yī)藥產(chǎn)品和治療手段，提高人口素質(zhì)，改善和保護(hù)自然環(huán)境，維護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定等方面發(fā)揮重要作用。
第二節(jié)生物學(xué)的發(fā)展規(guī)律與發(fā)展態(tài)勢(shì)
生物學(xué)的研究范圍非常廣泛。根據(jù)研究對(duì)象的不同，生物學(xué)可以分為植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)等分支學(xué)科；根據(jù)研究的生物學(xué)問題的不同，可以分為進(jìn)化生物學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等分支學(xué)科；根據(jù)研究的角度和層次的不同，生物學(xué)又派生出了分類學(xué)、形態(tài)學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等眾多不同的分支學(xué)科。生物學(xué)與自然科學(xué)及技術(shù)領(lǐng)域其他學(xué)科的結(jié)合，衍生了一些交叉學(xué)科，如生物化學(xué)、生物物理學(xué)、生物數(shù)學(xué)、生物信息學(xué)等。
生物學(xué)的發(fā)展依賴于技術(shù)手段的革新及與其他學(xué)科的交叉融合。早期的生物學(xué)研究受知識(shí)積累和研究手段的限制，主要以形態(tài)描述和現(xiàn)象觀察為主，如對(duì)動(dòng)物、植物、微生物的分類鑒定，對(duì)動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中形態(tài)建成的描述，以及對(duì)動(dòng)物行為的觀察。高分辨率顯微鏡以及一系列生物化學(xué)研究方法的問世，使生物學(xué)研究進(jìn)入了微觀世界，對(duì)細(xì)胞的組成成分及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能等有了比較深入的了解，直接促進(jìn)了細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展；X射線晶體衍射對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的測(cè)定、各種先進(jìn)設(shè)備用于精確和高通量的基因測(cè)序、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)基因組序列和其他生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合和分析都極大地推動(dòng)了遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展，使人類開始有能力解讀基因“天書”和細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的生物信息網(wǎng)絡(luò)；超分辨率（單分子）成像、低溫電子顯微鏡三維成像、分子標(biāo)記等技術(shù)的運(yùn)用，使科學(xué)家們可以從不同的時(shí)空角度觀測(cè)細(xì)胞內(nèi)的生物大分子、分子復(fù)合物和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化及行使功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，直觀地了解生理狀態(tài)下細(xì)胞生命活動(dòng)的精細(xì)調(diào)節(jié)機(jī)制。另外，在傳統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)的分子、計(jì)算機(jī)、遙測(cè)等技術(shù)，大大促進(jìn)了宏觀方向上生態(tài)學(xué)的發(fā)展。
生物學(xué)的發(fā)展還依賴于概念上的重大突破。達(dá)爾文生物進(jìn)化理論的提出，為研究生物起源、演化和物種多樣性建立了基礎(chǔ)；孟德爾揭示的三大遺傳規(guī)律、摩爾根揭示的連鎖與互換規(guī)律、沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的新紀(jì)元，為人類進(jìn)一步了解生物的遺傳、變異、進(jìn)化機(jī)理及以重組DNA技術(shù)為核心的現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生奠定了基礎(chǔ)。
生物學(xué)已經(jīng)從描述性研究進(jìn)入對(duì)生命現(xiàn)象機(jī)理和生命活動(dòng)規(guī)律的探索，并利用對(duì)這些機(jī)理和規(guī)律的了解來服務(wù)人類的階段。隨著新技術(shù)和新方法的建立，生物學(xué)研究更加趨于系統(tǒng)化、規(guī)模化和數(shù)字化。目前生物學(xué)研究的特點(diǎn)是利用多學(xué)科的知識(shí)和手段，從分子、細(xì)胞、器官、個(gè)體、群體及環(huán)境等多層次進(jìn)行整合研究，注重生理及不同環(huán)境、病變條件下生命現(xiàn)象的機(jī)制和生命活動(dòng)規(guī)律。生物學(xué)各傳統(tǒng)分支學(xué)科的界限已經(jīng)難以劃分，微觀生物學(xué)和宏觀生物學(xué)之間相互滲透和融合，衍生了一大批新的學(xué)科前沿和生長(zhǎng)點(diǎn)。
近年來，生物學(xué)繼續(xù)成為自然科學(xué)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，建立了一些具有重要影響的新技術(shù)和新方法，取得了一些概念上的創(chuàng)新。這些突出的新進(jìn)展包括如下幾個(gè)方面。
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