一、基因组学

    基因组学（genomics），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。基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又被称为后基因组研究，成为系统生物学的重要方法。

　  基因组学出现于1980年代，1990年代随着几个物种基因组计划的启动，基因组学取得长足发展。 相关领域是遗传学，其研究基因以及在遗传中的功能。 

　  基因组学是研究生物基因组的组成,组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学。基因组学、转录组学、蛋白质组学与代谢组学等一同构成系统生物学的组学生物技术基础.基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又被称为后基因组研究，成为系统生物学的重要方法。

二、生物信息学

    生物信息学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和蛋白质组学两方面，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。

    生物信息学是建立在分子生物学的基础上的，因此，要了解生物信息学，就必须先对分子生物学的发展有一个简单的了解。研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在，1871年Miescher从死的白细胞核中分离出脱氧核糖核酸（DNA），在Avery和McCarty于1944年证明了DNA是生命器官的遗传物质以前，人们仍然认为染色体蛋白质携带基因，而DNA是一个次要的角色。1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。与此同时，Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构。1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA的三维结构（双螺旋）。DNA以磷酸糖链形成发双股螺旋，脱氧核糖上的碱基按Chargaff规律构成双股磷酸糖链之间的碱基对。这个模型表明DNA具有自身互补的结构，根据碱基对原则，DNA中贮存的遗传信息可以精确地进行复制。他们的理论奠定了分子生物学的基础。DNA双螺旋模型已经预示出了DNA复制的规则，Kornberg于1956年从大肠杆菌（E.coli）中分离出DNA聚合酶I（DNA polymerase I），能使4种dNTP连接成DNA。DNA的复制需要一个DNA作为模板。Meselson与Stahl（1958）用实验方法证明了DNA复制是一种半保留复制。Crick于1954年提出了遗传信息传递的规律，DNA是合成RNA的模板，RNA又是合成蛋白质的模板，称之为中心法则（Central dogma），这一中心法则对以后分子生物学和生物信息学的发展都起到了极其重要的指导作用。经过Nirenberg和Matthai（1963）的努力研究，编码20氨基酸的遗传密码得到了破译。限制性内切酶的发现和重组DNA的克隆（clone）奠定了基因工程的技术基础。正是由于分子生物学的研究对生命科学的发展有巨大的推动作用，生物信息学的出现也就成了一种必然。2001年2月,人类基因组工程测序的完成，使生物信息学走向了一个高潮。由于DNA自动测序技术的快速发展，DNA数据库中的核酸序列公共数据量以每天106bp速度增长，生物信息迅速地膨胀成数据的海洋。

    毫无疑问，我们正从一个积累数据向解释数据的时代转变，数据量的巨大积累往往蕴含着潜在突破性发现的可能，"生物信息学"正是从这一前提产生的交叉学科。粗略地说，该领域的核心内容是研究如何通过对DNA序列的统计计算分析，更加深入地理解DNA序列，结构，演化及其与生物功能之间的关系，其研究课题涉及到分子生物学，分子演化及结构生物学，统计学及计算机科学等许多领域。生物信息学是内涵非常丰富的学科，其核心是基因组信息学，包括基因组信息的获取，处理，存储，分配和解释。基因组信息学的关键是"读懂"基因组的核苷酸顺序，即全部基因在染色体上的确切位置以及各DNA片段的功能；同时在发现了新基因信息之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药物设计。了解基因表达的调控机理也是生物信息学的重要内容，根据生物分子在基因调控中的作用，描述人类疾病的诊断，治疗内在规律。它的研究目标是揭示"基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律"，解释生命的遗传语言。生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。

三、当代生物学特点

    当代生物科学突飞猛进，与人类的关系也是愈来愈密切，作为生物科学发展的历程碑之一是美国生物学家沃森和英国生物学家克里克发表的核酸的分子结构，为分子遗传学的发展开辟了道路。下面我就从五个方面对当代生物学作简要的特点分析。 

1.从研究的方法与手段来看当代生物学：在许多人眼里，能否把数学和数学方法作为某门学科的研究手段，去研究事物发展变化的量，以及深刻把握和认识事物本质，是科学走向成熟和完善的标志，但是不顾科学的特点滥用数学或数学化的标准去衡量其它学科，判断一门学科在科学殿堂中的地位高低，这未必就能接近科学。在生物学的有些领域, 数学的解释起到了至关重要的作用，如遗传学、生理学、生物物理学、生物化学等，以及上文提到的基因组学和生物信息学。但如果要求生物学的形态学领域如组织学、胚胎学、发生学、解剖学、进化论等学科都必须数字化,那显然是不合适的, 也是不必要的。 

2.从定律的建立与否来看当代生物学：也有人把定律的建立作为评价学科是否符合科学标准的重要依据之一，但是在生物学中, 通常并不建立定律, 而是将知识概括组织成概念结构体系, 有人曾说出这样的妙语，生物学中只有一条普遍定律,那就是一切生物学定律都有例外。这并不说生物学中不存在定律, 生物学中有规律的东西或者明确的事实, 或者是对过去了的事态的解释, 或者是几率性的预测性, 都无法简单地用几个定律加以概括, 例如蛋白质不能转译遗传信息, 这在生物学家看来是事实而不是定律, 而就是这一事实也有特例存在。遗传学上自由组合定律也不是无条件的。在生物科学中绝大多数的重要进展是由引入新概念或改善现存的概念而取得的, 通过对概念的澄清、梳理和反复提炼与完善，进而有效地推进我们对生命世界的了解。 

3.从学科的发展趋势来看当代生物学：数学、物理、化学及其它基础学科悠远的发展历史已为人们所熟知, 其更进一步的发展趋势也不难估计，但生物科学的发展前景却十分诱人，我们可以幻想出这么一幅比较保守的画面: 首先是人类再也不用为粮食发愁, 因为人类自己通过基因工程的改造, 已可以消化和利用纤维素, 也就是说人类可以以任何植物为食; 其次是人类再也不用为学习发愁,随着大脑功能秘密的完全揭开, 人类已有可能往大脑里面输入各种各样的信息和程序, 如同写一块大容量的硬盘一样简单; 再次是人类再也不用为环境发愁, 生态农业已逐渐成为地球人的共识,保护环境必将成为未来生物科学研究的重中之重,与环境的和谐相处, 实际上是人类对自己的保护。这也是生物学发展从宏观到微观，再从微观到宏观的一个必然趋势。

4.从学科交叉看当代生物学研究的新趋势：生态学模型与计算机模拟是当代生态学与数学和计算机科学相结合形成的一门交叉学科——数学生态学, 使生态学从定性研究上升到定量研究, 揭示生态系统中各种因素之间的数量关系，从而可有效地对生态系统进行预测、控制和最优化管理等，促使生态学研究从理论走向实际应用的新发展阶段。其次，人类基因组计划产生了大量的序列信息,基因组结构分析、编码区和非编码区不同统计性质的分析、基因的表达和调控以及分子进化学、生物大分子的自聚集形成各种层次的生物凝聚体，如生物膜、肌纤维、蛋白微管等理论研究都急需引进数学、物理学与计算机科学的方法来分析和消化。

5.从与人类的关系来看当代生物学各学科领域：一门学科要真正地对人们的思想发生影响, 它必须首先被大众所了解, 这取决科学研究的主题是否是大众所关心的问题, 以及关心的程度如何，生物科学由于其研究的是人类自身或人类密切关联的问题, 很自然地比其它学科对人们的思想影响要大得多。生物学的学说常常是充满着价值观念的, 生物学家的发现和学说往往和我们社会的传统价值观念相冲突。比如，基因工程对于人类伦理层面带来不小的挑战。生物科学对于正确认识人类在自然界中的位置和作用，了解人与自然的关系方面做出了重大的贡献，也为人类面临的重大问题指出了解决的思路和方向，面对未来社会，生物科学必将发挥出更为深远的意义。 

    总结来说，当代生物学的特点如下：高通量数据获取日益实现自动化、半工业化,需从数据库中实现数据挖掘、知识发现；海量数据,难以完全依赖实验手段对新数据进行分析，必须借助计算机实现分析和筛选；更复杂层次的生物学问题,比如复杂的基因调控网络、代谢网络；细胞间信号转导过程；生物个体全部基因表达变化等。但是，实验永远起着决定作用；计算、理论生物学的发展离不开实验生物学的贡献；实验生物学日益依赖计算、理论生物学的指导。