系统生物学的基础
发布网友
发布时间：2022-05-14 12:18
共1个回答
热心网友
时间：2023-10-16 18:05
——信息
在前分子生物学时代，生物学家把生命视为具有特殊“活力”的有机体，遵循着无机界不存在的法则进行生命活动。在分子生物学时代，研究者们把生命视为一架精密的机器，由基因和蛋白质根据物理、化学的规律来运转。系统科学和非平衡热物理学，将生命是开放和能量耗散的信息化过程，控制论研究生物通讯与*作信息系统，艾根提出生物信息进化的分子超循环理论，在后基因组时代，功能基因组学研究细胞信号与基因*等信息的分子相互作用网络等，像胡德这种类型的科学家，也把生命视为信息的载体，一切特性都可以从信息的流动中得到实现。
胡德提出，应该把生物学视为一门信息科学，也就是生物信息学与计算生物学。这个观点包含有三层意思。首先，生物学研究的核心——基因组，是数字化的 (digital）。生物学与所有其他学科，如物理学、化学、地理学，是完全不一样的科学，因为生物学以外的学科都只能通过类比的方式 (analog) 进行分析。既然生物学研究的核心是数字化的，因此生物学可以被完全破译。从理论上说，我们对生物学的把握应该超过其他任何一门学科。其次，生命的数字化核心表现为两大类型的信息，第一类信息是指编码蛋白质的基因，第二类信息是指控制基因行为的*网络。显然，由一段 DNA 序列组成的基因是数字化的。值得强调的是，基因*网络的信息从本质上说也是数字化的，因为控制基因表达的转录因子结合位点也是核苷酸序列。生物学是信息科学的第三层意思是，生物信息是有等级次序的，而且沿着不同的层次流动。一般说来，生物信息以这样的方向进行流动：DNA→mRNA→蛋白质→蛋白质相互作用网络→细胞→器官→个体→群体。这里要注意的是，每个层次信息都对理解生命系统的运行提供有用的视角。因此，系统生物学的重要任务就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行整合。
根据系统论的观点，构成系统的关键不是其组成的物质，而是组成部分的相互作用或部分之间的关系。这些相互作用或者关系，从本质上说就是信息。换一个角度来说，生命是远离平衡态的开放系统，为了维持其有序性，生命系统必须不断地与外部环境交换能量，以抵消其熵增过程。奥地利物理学家薛定谔 (E. Schrödinger) 早在 1940 年代发表的著作《生命是什么？》 (What is Life?) 中就已指出，生命以“负熵流”为食，热物理学家布里渊提出“负熵”是信息的概念，而“负熵”其实就是信息的另一种表示方法。因此，我们可以这样说，生命系统是一个信息流的过程，系统生物学就是要研究并揭示这种信息的运行规律。
