世纪之交的物理学与生命科学

20世纪物理学取得了辉煌的成就,为推动人类社会的进步和生命科学的发展作出了巨大贡献,21世纪的物理学,将面临着生命科学的挑战和发展机遇.本文立足于世纪之交,顾后瞻前,追述物理学对生命科学的贡献,阐述生命科学对物理学的挑战,展望新世纪物理学和生命科学相互交融、共振共荣的前景.     

当科学遇上政治

当今科学依旧如火如荼地开展,正如本期"生命科学"和"物理学的困顿"栏目所描述的一样,组学继人类基因组计划之后得到了长足的发展,或将开启大生物学的新境界;对物理学家来说,所谓"物理学的困顿"也不过是在物理学盛世之后探讨未来更多研究路径,吹响向"彰暗物理学"进军的号角.然而,科学的繁荣也带来了错综复杂的科学管理和决策问题.当科学遇上政治,科学顾问登场了.     

迎接生物数学时代的到来——著名数学家王梓坤院士谈"基因与数学"

迄今数学在天文、物理和工程等领域得到了非常成功的应用 ,但数学在生物学方面的应用远不及在物理学那样必不可少 ; 在当今方兴未艾的生命信息遗传研究中 ,数学应该有所作为 ; 科学上新的重大突破往往伴随着新数学分支的诞生 ,在生命科学领域的未来发展中 ,生命科学家与数学、物理学家的合作将有非常大的空间。     

荧光共振能量转移技术在生命科学和超分子科学中的应用研究进展

荧光共振能量转移技术(FRET)自发现以来在化学、生物以及其他领域获得了广泛的应用,随着性能优异的新的荧光活性能量给体与受体对的不断发现,FRET技术还在不断发展,应用领域在不断拓展.本文围绕常用的和近年发展起来的给体一受体对,介绍了FRET技术及其在生命科学和超分子科学中的应用研究现状,展望了FRET技术未来的发展趋势.     

物理学家向分子生物学的转移及其影响

本文考察了物理学科学家向现代生物学的转移现象,强调了洛克菲勒基金会在20世纪30年代鼓励理化技术用于实验生物学研究中的作用,提出促使这种转移的因素有德尔布吕丸所领导的卓越组织——噬菌体小组、薛定谔的著作《生命是什么》、因使用核武器而产生的对物理学的反感、对活力论和新活力沦的放弃、生物学的定量化需要和生物学家对传统描述方法的背离、物理学技术在分子生物学中的广泛应用和前途光明而曲折的生物工程领域的迅速发展以及其他科学家的影响.最近几年里作者与一些世界著名生物学家和其他转移的科学家的会谈清楚表明,除上述因素还有以下其它原因:物理学科学家具有更强的分析能力;当代理论物理学发展缓慢;物理学变得越来越复杂、常需要许多人的协作和极其贵重的仪器、个人的作用不太明显,而生物学问题看来简单又十分有趣;物理学家能够将生物的多样性系挽联系起来并找到一统一主题;深信生物工程可以缓和疾病、污染及饥饿等问题.此外,本文还讨论了科学家们对生物学工作的态度以及未来物理学科学家如何影响分子生物学.     

百年来物理学和生命科学的相互影响和促进

在20世纪中科学技术有了空前的发展,其中发展最为迅速、令世人瞩目的两门科学,在前50年是物理学,在后50年是生命科学,这两门学科互相影响、互相促进,谱写出人类科技发展史上最辉煌的篇章,冼鼎昌院士应我刊之约,对百年来这两门学科的进展作了鸟瞰式的回顾和讨论,值得广大读者阅读、参考。     

组织工程在美国

组织Ｌ程将工程学和生命科学的原理和方法应用于制造生物替代物以恢复、维持和改善生物体的功能。这是一个极其重要的研究领域，已在全世界范围内兴起。在美国，自１９８８年以来，在国家科学基金会的积极推动下，通过课题研究以及一系列该领域的专家小组讨论会，组织工程研究已经拉开帷幕。本文首先简要地回顾美国的组织工程研究活动缘起，然后将论题集中在作为组织工程基础的细胞培养技术方面，再讨论一些应用的例子，包括人工皮肤和包封细胞在人工生物器官开发中的应用；对培养中的血管重建方法也作了简要讨论，这种重建血管的方法既在基础研究中应用，也在外科分流术中作为一种人工血管来植入。最后提到了组织工程其它的一些潜在应用以及这门技术未来发展的一般领域。     

生物系统与控制

一、生物系统以航天技术和电子计算机技术为表征,人类进入了一个现代科学技术的新时代。但是和其它学科相比较,人们对包括人本身在内的生物界、生命现象认识还很不够。随着现代科学技术的发展,为我们更深入地探讨生命科学提供了理论基础和研究手段,反之,对生物系统的深入研究又必将促进其它学科的更大发展。因此,一个研究、探索生命科学,旨在认识和改造生物系统的科学研究新形势必将到来,正象有的科学家所予言的那样:二十一世纪将是生命科学的世纪。     

让会聚科研为人类健康服务

正学科会聚:集物理科学、工程学与生物医学为一体。数十年来,科学家一直呼吁加强生命科学与物理学的融合。基于此,我们提出了创建一个新的国家研究策略——我们称之为"会聚科研"———旨在将工程学、物理学、计算科学、数理学与生物医学整合为一体。幸运的是,生物学日新月异的新发现、计算科学不断增强的实力以及工程学在生物相容性材料和纳米技术上新的关注点,使得这样一种     

这是真正的物理学吗?

粒子物理学家杰弗里·维斯特发展了解释动物和植物之间的比例规律的理论(四分之一次方律),并认为对生命科学的研究终有一天会成为物理学的一部分——     

分子生物学的起源和发展史(一)

本文译自美国生物学史家艾伦的著作《二十世纪的生命科学》(1978年剑桥大学印)的第七章。这本著作从生命科学内部各个分支学科之间、生命科学与物理学、化学、数学等其他学科之间相互渗透、相互综合的角度,从生命科学与哲学思想之间相互影响的角度,从社会历史背景对生命科学发生的影响的角度,多侧面地论述了遗传学、胚胎学、进化伦、生理学、生物化学和分子生物学等生命科学的几个最主要的领域中的科学活动、科学思想和科学方法的历史发展,是一部既有人物和事件的记载又富有思想性、理论性的科学史著作。自从人们完全确定DNA是遗传信息的载体以来,分子生物学的诞生己有整整三十年的历史了。这门新兴学科的发展,给生命科学领域带来了深刻的变革,至今仍发生着深远的影响。分子生物学是在什么样的历史条件下产生和发展起来的?它的发展史能够为今天的科学工作者在科学思想和科学方法方面提供哪里有益的启示和借鉴?这篇译文也许能帮助解答这些问题。     

冷冻电镜：四十年风雨无阻路终得云开见月明——2017年诺贝尔化学奖简介

电子显微镜强大的分辨能力能帮助人类展示微观世界的细节,在生命科学领域有着广泛的用途。但是,由于生物样品无法承受电子束的辐照损伤,电镜技术一直很难在生物样品上获得高分辨率信息。冷冻电镜技术的诞生以及近几年的分辨率革命开启了一个利用电镜技术解析生物分子结构的新纪元,该技术的几位先驱科学家也因此获得了2017年的诺贝尔化学奖。本文简要回顾了电镜三维重构技术和冷冻技术的历史和发展现状,并对未来作出展望。     

20世纪生物技术回顾与21对世纪展望

本文以20世纪生命科学领域中的一些重大发现和发明为线索对生物技术及其相关产业的发展进行了简短的回顾,并对21世纪生物技术的前景作了初步展望。     

20世纪生物技术回顾与21世纪展望

本文以20世纪生命科学领域中的一些重大发现和发明为线索对生物技术及其相关产业的发展进行了简短的回顾,并对21世纪生物技术的前景作了初步展望.     

生物矿化作用

生物矿化作用是一种很普遍的自然现象,几乎每一种生物都有成矿本领.近30年来,人们对生物矿物多样性和生物矿化过程的知识有了惊人的增长.生物控制矿化过程的基本因素是化学控制和有机基质的参与,生物矿物的晶体化学和晶体学取向将由矿化区化学和有机基质表面的生物设计决定.生物成矿原理的研究和应用将促进材料科学、医学和生命科学的发展.     

合成生物学在活体功能材料构建上的应用

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,代表了一个时代科学技术成果的最前沿.近年来飞速发展的合成生物学,通过改进现有系统或构建全新的生物体系,极大地促进了对生物本身的了解,拓宽了生命科学的应用范围.将构建的生物体系进一步结合材料科学中的设计工具及方法,便诞生了活体功能材料这一概念及领域.与传统材料不同,活体功能材料以活体细胞为结构单体组装材料,活体细胞本身成为材料的工程化设计工具以及技术设想和实现途径的基本单元.将编程后的工程活细胞组装、裁剪成具有生物系统特性的活体功能材料,将活体细胞的自我修复能力等特性融入材料,进一步拓展了原有材料的性能.本文将着重介绍活体功能材料的产生、发展及近年来取得的相关成果,在此基础上对活体功能材料未来的发展进行展望.     

液相色谱、毛细管电泳及质谱用于蛇毒蛋白的分离与鉴定

现代分析技术的发展为生物大分子的分离鉴定提供了强有力的手段,因而大大加速了生命科学的研究进展.近几年,毛细管区带电泳和飞行时间质谱在分离和鉴定生物大分子方面显示了快速、简便、高效等特点,本文采用毛细管区带电泳和飞行时间质谱,对常压色谱分离得到的蛇毒蛋白中的某些活性组分进行了分离和鉴定,并讨论了三种技术在分离蛇毒蛋白上的差异.     

分形几何在自然科学中的应用

本文综述了分形几何在物理学、生物学、工程技术、生命科学、地震学等领域的应用。从中我们还可以发现大千世界中数学的优美。     

迎接生物经济时代的挑战--中国科学院副院长陈竺院士访谈录

不久前，记者在北京出席中国科学院2005年工作会议期间，有幸听到陈竺副院长就中科院生命科学与生物技术领域工作的报告，我以为这一报告阐明了中国未来社会和经济发展将如何从生命科学中获益，或者说生命科学将如何造福亿万老百姓这一人们关心的问题。会议期间，陈竺院士接受了记者的采访，就国家安全的新内涵、健康中国人计划、即将到来的生物经济的挑战和机遇，以及生命科学如何为和谐社会做贡献等话题发表了见解。现征得陈竺院士的同意，全文发表此次访谈的内容。     

达尔文生平及对科学的贡献

200年前，现代生物学之父查尔斯·R·达尔文（Charles R．Darwin）诞生，并成为那个时代最有名望的科学家。达尔文深入研究了已灭绝的和活着的生物，从中破解了生命进化史，由此解释了生命多样化的起源奥秘。直至今天，达尔文提出的“自然选择”进化论仍然是生命科学研究的核心，其方法论影响着生命科学的各分支领域，并渗透到其他多个领域中，如量子物理学和计算机科学等。达尔文留给人类的并不仅仅是一些教科书上的遗产，达尔文主义还为生物学研究的许多前沿领域注入活力，激励人们对生命科学以及生命本身进行更深刻地思考。