在南开大学会议上的报告：生命科学的科学结构与中外生物学高等教育（0711）

生命科学的科学结构与中外生物学高等教育复旦大学：陈家宽 杨继 马涛2007.11.24一、生命科学的科学结构 现代生命科学是多层次的科学体系 “ 生物组织层次谱 ” 中没有界线分明的断裂，是个连续谱一、生命科学的科学结构 每个层次都有独特的科学问题和特点 种群：数量动态、出生率、死亡率、年龄结构等 群落 : 物种多样性、分层、季相等 较低层次的知识只能部分说明较高层次的特点，而不能预测较高层次的所有特性 美国 S鲁里亚教授指出： “在一个细胞中，基因的功能受环境调节，包括在同一细胞中的其他基因的作用、来自其他细胞的化学信息、以及例如食物和温度等外部环境的调节 ” 只有通过多层次的生物科学研究，人类才可能获得有关生物界较为完整的认识一、生命科学的科学结构 现代生命科学朝微观和宏观两方向迅速发展 50年代发现 DNA双螺旋结构， 70年代基因重组技术产生， 80年代 PCR技术建立；理论和技术上的双重突破为基因组学、蛋白组学的发展奠定基础 由于人口爆炸、环境恶化以及资源枯竭等问题严重限制了可供人类选择的前途，因此，生态学成为现代生物科学最活跃的前沿学科之一 一、生命科学的科学结构 生物科学学科体系的划分方式 按照研究类群分：动物学、植物学、微生物学 按照研究层次分：分子生物学、细胞生物学、种群生物学、群落学 按照研究领域分：形态学、解剖学、分类学、生理学、遗传学、行为学、生态学 按照学科交叉状况分：分子遗传学、生理生态学 一、生命科学的科学结构 生物与地球的相互作用只产生了两个结果：生物多样性和生态过程 Peter Raven “ 仅仅借助于生命科学，生命的质量才能发生根本性变化 ” 赫胥黎 勇敢的世界 美国著名大学生物学科院、系的重组 上世纪 90年代， Science 关注美国大学的生物学科调整（ Wade Roush ， 1997， Biology departments restructure， Science， 235： 1556-1558 ） 背景 :宏观生物学在美国大学受到挤压（评判标准、经费、人才）二、中外生物学高等教育布局学校 日期 变化加州大学 Santawv 分校 到 1999年 正在讨论将统一的生物学系按分析层次来划分生态 /进化和细胞 /分子学系杜克大学 1997年 正在讨论将植物学系和动物学系合并为统一的生物学系伊利诺斯大学 1997年 将一个院 6个系分为两个学院，一个以分子为核心，另一个以有机体为核心密执安州立大学 1997年 正讨论将 10个系分层次归并耶鲁大学 1996年 生物学系按分析层次分成两个系：生态学 /进化和分子 /细胞学系加州大学（落杉基） 1995年 从原来生物学系分出一个新系，新系集中在分子 /细胞生物学系，保留系集中在有机体上哈佛大学 1994年 分子、细胞生物学集中在一系：有机体研究保留在一个分开的系里宾州大学 1993-94年 生物学按分析层次划分，但决定作为一个统一的系保留普林斯敦大学 1990年 生物学按照分析层次一分为二：生态 /进化及分子生物学系加州大学（伯克莱） 1989年 许多系合并成两个系：分子 /细胞和整合（进化 /有机体）生物学系院系重组二、中外生物学高等教育布局 结果： 大学里，宏观和微观生物学分系 美国自然科学基金会设立分类学专项基金 耶鲁大学生态学家和进化生物学家从校友获得2000万元的捐赠，资助亚里桑拿州两个引起争议的生物圈项目二、中外生物学高等教育布局 目前国外著名大学生物学科院系设置人类学系化学与化学生物学系分子与细胞生物学系 有机体与进化生物学系心理学系哈佛大学生态与进化生物学系分子生物物理和生物化学系分子、细胞和发育生物学系耶鲁大学二、中外生物学高等教育布局剑桥大学生物化学系实验心理学系遗传学系生理学、发育和神经科学系植物科学系动物学系植物科学系动物学系生物化学系生理学、解剖学和遗传学系牛津大学二、中外生物学高等教育布局生物化学及分子生物学系细胞生物学与遗传学系生理学及生物物理学系植物分子及发育生物学系环境生物学及生态学系生物技术系生命科学学院生物科学与技术系 理学院清华大学北京大学 国内大学生物学科院系设置二、中外生物学高等教育布局生态与进化生物学系微生物学和微生物工程系遗传学和遗传工程系 生理学和生物物理学系生物化学系生命科学学院复旦大学植物学与动物学系 微生物学系 病毒学系细胞与发育生物学系 遗传学系 生物化学系 生命科学学院武汉大学生物统计学系二、中外生物学高等教育布局生物科学系生物技术系生物信息学系生命科学学院浙江大学生物科学与技术系生物化学系生态学系生命科学学院中山大学二、中外生物学高等教育布局生物化学和分子生物学系微生物学系遗传学和细胞生物学系 动物生物学和发育生物学系 植物生物学和生态学系 生命科学学院南开大学生物科学与技术系生物化学系生命科学学院南京大学二、中外生物学高等教育布局哈佛大学 生物多样性基础 非脊椎动物生物学和进化 植物生物学 进化生物学 真菌生物学 国外著名大学宏观生物学本科课程设置 生态学：种群、群落和生态系统 动物行为学 植物与人类 人类进化生物学二、中外生物学高等教育布局 保护生物学 人类基因变异与进化 生命史 生命多样性 普通生态学 进化生物学 生态学和传染病进化 野外生态学 动物行为学 植物多样性与进化 陆地节肢动物生物学 保护遗传学 野生动物保护生态学 景观生态学 水生生态学 发育的进化 进化与保护遗传学 系统发生实验设计讨论 进化与生态学中的数学模型和定量方法 进化生物学动态 进化、生态学和行为学原理耶鲁大学二、中外生物学高等教育布局 进化与行为 生态学 植物与微生物科学 植物科学 动物学 数量生物学 生理学 动物科学 植物和微生物生物学 种群生物学 环境生物学 动物和植物疾病生物学 进化和系统学 有机体生物学 基因与进化 行为和进化 人类遗传学和进化 人类生态学剑桥大学 牛津大学二、中外生物学高等教育布局北京大学 动物生物学 植物生物学 普通生态学 保护生物学 生物进化论 生态学概论 生物学导论 脊椎动物比较解剖学及实验 复旦大学 动物生物学 植物生物学 微生物学 生理学 普通生态学 生态学进展 行为生态学 物种起源导论 生物地理学二、中外生物学高等教育布局南开大学 普通生物学 动物生物学 植物生物学 药用植物分类学 保护生物学 进化生物学 动物行为学 普通昆虫学 真菌学 细菌学 病毒学南京大学 普通生物学 动物学 植物学 植物生理学 普通生态学 生理学 生理生态学 群体生态学 生物进化 藻类生物学 生态工程学 环境工程与微生物生态学 生态学研究方法 资源植物学 种子植物分类学 植物胚胎学 真菌学 动物生态学 昆虫生态学 动物资源学三、宏观生物学面临的挑战（以生态学为例） 全球变化与区域生态安全 外来种入侵与有效控制 重要生态区与生物多样性保护 流域生态学与科学管理 湿地生态系统保护与水资源安全 农业生态系统健康与食物安全 植被恢复与生态灾害防治 挑战之一 : 全球变化与区域生态安全 全球变化是当代生态学研究的热点之一 全球气候变暖 臭氧层破坏 海洋大面积污染 挑战之一 : 全球变化与区域生态安全 北大城环系方精云教授领导的研究小组于 2001年 6月份在 Science发表了半个世纪以来中国陆地生态系统的碳循环及其对全球气候变化影响的研究结果，引起国内外广泛关注半个世纪以来中国森林植被碳储量的变化挑战之一 : 全球变化与区域生态安全 2007年 9月 8日， PNAS发表了中科院动物所张知彬研究员与挪威奥斯陆大学的合作研究成果，发现中国千年历史上蝗灾发生程度与气候冷暖变化密切有关：蝗灾在冷期的发生量要显著地大于暖期，与过去的观点刚好相反 该发现的科学意义在于气候因子高频（短周期）和低频（长周期）信号可能具有不同，甚至相反的生态效应；气候变暖未必对所有的生物灾害发生都是有利的 挑战之二 : 外来种入侵与有效控制 随着国际贸易的发展，大量非目的种被远距离传播，特别是跨越大陆的传播，造成了严重生态后果 外来种入侵问题在中国各大区有迅速蔓延的趋势 国家环保总局正式公布了一批入侵种名单紫茎泽兰 薇甘菊 空心莲子草 豚草 毒麦 互花米草 飞机草 凤眼莲假高粱 蔗扁蛾 强大小蠧 非洲大蜗牛湿地松粉蚧 福寿螺 牛蛙 美国白蛾挑战之三 : 重要生态区与生物多样性保护 物种的濒危速度在加快，濒危数目在不断增多 WWF 告诫人类：我们在拯救濒危物种的过程中，可能赢得了一个一个的战役，却正在输掉整个战争 WWF 划定了重要生态区，包括中国的长江上游森林生态区、青藏高原生态区和长江中游湿地生态区 Global 200 Regions（WWF, 1998 ）挑战之四 : 流域生态学与科学