生命科学前沿问题的哲学思考_科学前沿的哲学问题

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生命科学前沿问题的哲学思考

——论生物信息学中的马克思主义哲学

口腔医学院 胡靖宇 2010103040019

早在19世纪60年代，遗传学之父孟德尔就提出了生物性状是由遗传因子控制的逻辑推理。20世纪初，摩尔根在对孟德尔的遗传定律进行补充的同时，也证实了那些遗传因子——基因的存在，而染色体就是基因的载体。20世纪50年代，沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构，人们才真正认识到基因的本质，即具有遗传效应的DNA片段。由于不同基因的碱基序列不同，因此，不同的基因就含有不同的遗传信息。

至此，人类对于破解生命终极奥义的愿望空前迫切起来，1990在美国启动的人类基因组计划（HGP）为我们敲开了基因世界那扇尘封多年的大门。2000年6月26日，参与HGP的六国科学家共同宣布，人类基因组草图已经绘制完成，这标志着生命科学进入后基因时代（post-genomic era）[1-4]。生物科学的研究重心由基因结构研究向基因功能转移，最终转向生命科学的全部信息进行系统整合和应用，一门新兴科学——生物信息学就此而生。

生物信息学（Bioinformatics）是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是21世纪自然科学的核心领域之一。其研究重点主要体现在基因组学(Genomics)和蛋白学(Proteomics)两方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构功能的生物信息。

具体而言，生物信息学作为一门新的学科领域，它是把基因组DNA序列信息分析作为源头，在获得蛋白质编码区的信息后进行蛋白质空间结构模拟和预测，然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。基因组信息学,蛋白质空间结构模拟以及药物设计构成了生物信息学的3个重要组成部分。从生物信息学研究的具体内容上看，生物信息学应包括这3个主要部分：(1)新算法和统计学方法研究；(2)各类数据的分析和解释；(3)研制有效利用和管理数据新工具。

纵观生物信息高度膨胀的这二十年，除了慨叹生物信息学这一门新兴学科的蓬勃发展外，似乎还能隐约看到另外一门学科的身影。而当我们重新回顾这一段

研究经历时，才发现许多结论竟然与马克思主义哲学思想不谋而合。

一 基因世界的统一性和多样性

世界的统一性在于物质性。物质世界是多样性的统一，坚持一切从实际出发是彻底的唯物主义一元论的根本要求。这是辩证唯物主义的物质范畴和意义。长期以来，人类对于生命现象一直怀有很强的畏惧感，例如为什么有人高有人矮，为什么有些孩子容易早夭，为什么有人会患上不治之症。人们赋予一些高等食物以权力来决定这些生命现象，命运、天道、因果等等[5-6]。

基因世界的发现，颠覆了人类上千年的敬畏和信仰。四个碱基的排布就可以构成千千万万个不同的性状。它决定了我们从属于人这一物种，同时又让我们彼此存在差异，基因世界就是一个典型的多样性统一的实例，而这个世界的基础，则是一些基本的有机化合物。可以说基因世界是唯物主义一个最有利的例证，也是马克思主义向微观世界一次成功的延伸。

现代基因技术的发展例如基因敲除、转基因等等，已经展示出人类介入这一世界的可能。虽然很多手段还只停留在实验阶段，但越来越多的证据同在显示，在尊重客观世界的前提下，我们可以发挥主观能动性，使基因世界成为沟通我们自身的一个有力平台。一些基因治疗和检测技术已经开始在临床医学中推广使用，但其中依然存在着许多亟待解决的问题，如安全性的问题，伦理学的问题等等，秉持一种正确的世界观和哲学观在这些问题的解决中具有重大意义，而马克思主义哲学正是这样一种契合的哲学思想。

二 基因组学发展历程中的唯物辨证主义

基因组学（genomics），是生物信息学的一个重要分支，主要研究生物基因组和如何利用基因的一门学问。用于概括涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。该学科提供基因组信息以及相关数据系统利用，试图解决生物，医学，和工业领域的重大问题。整个基因组学的发展过程并不是一帆风顺的，在其中充斥着唯物辩证主义的意味[7-8]。

人类一共有23对染色体，包含约30亿个碱基对序列，这是一个非常庞大的数字。在人类基因组计划初期，对于染色体上的基因数目，很多机

构都有过猜测，那时大部分人估计人类的总基因数至少在十万以上。2001年，全部测序工作结束后，科学家发现基因数目其实远没有那么多，当时国际公共组估计为 31,000个，而Celera 估计为 38,500个。实际上，至2004年，重新校定的基因数目仅为20,000---25,000 个，有意义的基因序列只占全部碱基序列的1%-2%，大部分为非编码片段被认为是无意义的垃圾片段。当时，很多生物学家都很受鼓舞，认为揭开生命之谜的日子指日可待。

可随着研究的逐步深入，科学家们发现，他们低估了基因世界的复杂程度。过去那些被他们视为垃圾，没有意义的碱基序列，却渐渐显出它们在基因世界中的重要作用。比如miRNA和siRNA的发现，这两种小分子物质，只是基因在运作过程中产生的核酸碎片，而就是这些看似毫无用处的碎片，却是整个基因世界最重要的调控手段，并且在不同物种中广泛存在。

在一次次的曲折反复中，基因组学前进的步子却是越来越坚定。这其中最重要的一点就是各种实验技术的革新，从当初逐个克隆法到Celera的全基因鸟枪法，直到今天的高通量测序法，可以说基因组学的研究方法已经有了日新月异的变化。正是不断提升的科学技术，才能对一个一个的推论假设进行推演验证，这也恰好证实了实践在认识中的决定作用：实践是认识的来源、认识发展的动力、检验认识真理性的标准以及认识的目的。实践是检验真理的唯一标准[5]。

三 普遍联系理论与系统生物学

马克思主义哲学强调世界是普遍联系的整体，联系具有客观性、普遍性和多样性。从普遍联系的总体上才能把握事物的本质和功能。世界是永恒发展的过程，事物发展有其特殊的规律性，这种规律是客观事物内部的本质联系和发展的必然趋势。本质和现象、原因和结果、必然性和偶然性、可能性和现实性的都存在辩证关系[5-6]。

最初，人们对于基因世界的设想比较单一，认为一个基因就调控一个蛋白，然后影响生命活动，但随着研究深入，我们发现基因世界的运行方式要复杂得多。大部分基因都有着普遍的联系，基因的工作模式是一个立体的网状模式，一种生命活动涉及的基因网络涵盖了许多基因的功能。在这个前提下，HGP的发起人之一Leroy Hood在2000年1月建立了世界上第一所系统生物学研究所。系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质）构成，在特定的条件下，这些组分间的相互关系，并通过计算建立一个数学模型来定量描述和预测生物功能、表型和行为的学科。对于多细胞生物而言，系统生物学要实现从生物体内各种分子的鉴别及其相互作用的研究到途径、网络、模块，最终完成整个生命活动的路线图[9-10]。

可以说，系统生物学就是马克思主义哲学普遍联系理论的一次成功使用，它不仅能更精确地解析了各种生命活动，更重要的是促成了生物学、物理。计算机等科学更紧密地交叉。可以说正是由于系统生物学的建议，才使得生命科学从一种描述性的科学转变成为定量分析和预测的科学，这在医学诊断、个体化用药、新药研发、疾病防治等方面有着广阔的应用前景。世界十大制药企业中六家组成了以系统生物学技术为基础的新药研发系统，以改进新药研发的投入产出。美国能源部2002年启动了21世纪系统生物学技术平台，以推动环境生物技术和能源生物技术产业的发展。

在我国，由于科研思维的局限性，导致系统生物学的发展远不如国外那样欣欣向荣，很多研究者还保留着传统的科研思路。笔者认为，这其中最重要的因素就是他们对于马克思主义哲学原理的应用不足，没有正确的哲学观念作为导引。

四 生物信息学的哲学升华

目前的生物信息学基本上只是分子生物学与信息技术（尤其是因特网技术）的结合体。生物信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据，其研究工具是计算机，研究方法包括对生物学数据的搜索（收集和筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、模拟）。

1990年代以来，伴随着各种基因组测序计划的展开和分子结构测定技术的突破和Internet的普及，数以百计的生物学数据库如雨后春笋般迅速出现和成长。随着包括人类基因组计划在内的生物基因组测序工程的里程碑式的进展，由此产生的包括生物体生老病死的生物数据以前所未有的速度递

增，目前已达到每14个月翻一番的速度。同时随着互联网的普及，数以百计的生物学数据库如雨后春笋般迅速出现和成长。这些都对生物信息学工作者提出了严峻的挑战：数以亿计的ACGT序列中包涵着什么信息？基因组中的这些信息怎样控制有机体的发育？基因组本身又是怎样进化的？

要解决这些问题仅仅靠科学研究是不够的，我们必须找到一种形而上的哲学观点来统帅这些日益增长的数据。西方科研工作者正不断努力，希望找到合适的理论依据。可以说，谁掌握了生物信息学中的哲学思维，就是掌握了理论制高点，不仅对于科研工作有很强的指导作用。同时，对广大的信息生物学研究者来说，也有很强的规范作用。作为马列主义具体应用的社会主义国家，我们也希望广大马克思主义研究者调动起来，积极深入信息生物学的触角，为科研工作人员提供思想上的保驾护航，同时也向世界展示马克思主义在科学研究指引方面的强大作用。

综上所述，我们可以发现，在信息生物学的许多领域，马克思主义哲学都有着很好的应用前景，如何将枯燥的哲学理论转变为严谨的科学思路，将是新一代马克思主义者肩头的重责。同时，在研究工作者普及马克思主义思想，引导他们认识和了解马克思主义理论对现代科学发展的意义也就显得尤为重要。但是，很多科学工作者并没有意识到这个问题。我国科研工作者，尤其是基层科研工作者，缺乏哲学思想领导这是一个普遍存在的问题。很多科研人员对于科研理论无比熟悉，但却罔顾哲学思维的培养和哲学理论的研习，这是一种本末倒置的行为。历来许多科学经历已经证实，科学问题的终末势必会走向哲学问题，没有好的哲学思想领导，没有构建有效的应用哲学体系，是不可能做好科研工作的，或者只能处于较低的科学研究水平，无法提升到理论高度。如何突破思想的藩篱，说到底还是要建设与科学相对应的哲学体系，对于从小接受马列主义教育的国人来说，就是要建立马克思主义应用哲学体系。这种哲学思维的建立不可以是凭空捏造或者是自由发挥的，必须是建立在长期科研哲学思维总结的基础上，同时经过大量的实践证明。以一元论为主体的马克思主义哲学是科学的有力支持者与构建者，但是不可否认由于接受人群不够普遍，讨论范围、时

间远不如其他许多哲学思想，所以笔者认为在传播马克思主义哲学的同时，通过比较学的方法对其他相关哲学思想的研究也是非常重要的。特别对于科研工作者来说，他们长期接受西方资讯的冲击，但是由于缺乏相关的哲学思想支持，对于西方科研思想的把握并不十分到位，很难做到一种形而上的总结。而在西方世界的眼中，中国科研实力也是良莠不齐，而且哲学思想并不统一，科研中常常有思想的对立与冲突，让人难以信服。与社会主义革命一样，中国科学研究思潮也是需要革命来唤醒新生的，这其中同样缺乏参考的模板。因此，就更需要我们的科研工作者提高自身哲学修养，在日常科研工作中对马克思主义哲学在科研中应用这个问题，多思考、多总结，为社会主义哲学体系构建添砖添瓦。

参考文献：.M arshall E.The genome programs conscience.Science, 1996, 274: 488 2.Kahn P.Com ing to gri p s w ith genes and risk.Science, 1996, 274: 496 3.Schuler GD et al.A gene map of the human genome.Science, 1996, 274: 540～546.Goffeau BG et al.Life with 6000 genes.Science, 1996, 274: 546～567 5.马克思恩格斯选集[M].(第2卷),北京:人民出版社,1972.陈筠泉,殷登祥.科技革命与当代社会[M].北京:人民出版社,2001 114.7.International HapMap Consortium.A secondgeneration human haplotype map of over 3.1million SNPs.Nature, 2007, 449(7164): 851-861.Wang WY, Barratt BJ, Clayton DG, et al.Genome-wide aociation studies：Theoretical and practical concerns.Nat Rev Genet, 2005, 6(2): 109-118 9.Kitano H.Computational systems biology.Nature, 2002, 420: 206-210.Collins F S.A vision for the future of genomics research.Nature, 2003, 422: 835-847