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最新一期《科学》杂志在线刊登题为《科学的下一波热潮》的特辑，汇集了该刊２００３年２月以来发表的关于生物数学的文章，从概念、发展方向和人才培养等方面详尽介绍了２１世纪科学热点之一——生物数学。 用数字研究生物学 《科学》杂志在特辑前言中介绍了生物数学的概念和一些最新研究报告。生物数学是生物学与数学之间的边缘学科，用数学方法研究和解决生物学问题，也对与生物学有关的数学方法进行理论研究。由于生命现象复杂，从生物学中提出的数学问题往往也十分复杂，需要进行大量计算工作。因此，计算机是研究和解决生物学问题的重要工具。 数量化是利用数学工具研究生物学的前提。生物表现性状的数值表示是数量化的一个方面。生物内在的或外表的，个体的或群体的，器官的或细胞的，直到分子水平的各种表现性状，依据性状本身的生物学意义，都可以用适当的数值予以描述。数量化的目的是要建立一个集合函数，以函数值来描述有关集合。传统的集合概念认为一个元素属于某集合，非此即彼、界限分明。可是生物界存在着大量界限不明确的模糊现象，而集合概念的明确性不能贴切地描述这些模糊现象，给生命现象的数量化带来困难。１９６５年扎德提出模糊集合概念，模糊集合适合于描述生物学中许多模糊现象，为生命现象的数量化提供了新的数学工具。 数学模型能定量地描述生命物质运动的过程，一个复杂的生物学问题借助数学模型能转变成一个数学问题。生命现象常常以大量、重复的形式出现，又受到多种外界环境和内在因素的随机干扰。因此概率论和统计学是研究生物学经常使用的方法。 各种生物数学方法的应用，对生物学产生重大影响。数学在生物学中的应用，也促使数学向前发展。实际上，系统论、控制论和模糊数学的产生以及统计数学中多元统计的兴起都与生物学的应用有关。 未来最热的研究领域之一
世界著名数学家、英国皇家学会院士、英国沃里克大学教授Ｉａｎ Ｓｔｅｗａｒｔ曾经预测，２１世纪最令人兴奋、最有进展的科学领域之一，必将是生物数学。美国亚利桑那州立大学教授Ｊｉｍ Ａｕｓｔｉｎ在特辑的一篇文章里表达了同样观点。他写到：“如果说２０世纪属于物理学，那么２１世纪将属于生物学。仅仅在ＤＮＡ的化学结构被发现和计算机实验开展５０年后，生物学已经发生了一场革命。这其中，数学和计算科学起到了巨大的推动作用。” 他认为，爆炸性的研究工作促使一系列学科重组，比如数学生态学、流行病学、遗传学、免疫学、神经生物学、生理学等等。如今，在一所医学院或研究性综合大学的生物系里如果没有几个“搞理论的”，简直不可想象。生物系的研究项目经常是交叉性的，计算机专家、数学家、物理学家、统计学家、计算科学家都在其中担任工作。数学系也频繁聘任具有分析生物学问题专长的教授。 近年来，在数学和生物学结合的前沿研究方面，美国联邦和私人机构的经费投入都显著增加。这些鼓励用模型和定量方法研究生物学的举动无疑将促进生物学发展，同时也会对未来人才的培养产生影响。 美国之外的基金组织也同时在努力扩大数学生物学的研究和培训。一些重大国际事件的出现，如对全球公众卫生问题的关注，将模型化和定量化生物学研究推向全世界。伴随全球化进程，国与国的界限越来越模糊，经济上的互相依赖使得一国的问题成为世界的问题。去年ＳＡＲＳ在中国、越南、加拿大等地同时流行，而在“９·１１”期间曾一度令人紧张的散播生物制剂事件，一旦真的出现，也不会囿于一国。全球性科学难题的解决必须依靠各国、各学科的研究力量，社会学家、生物学家、经济学家、政策专家、数学家必须携起手来对抗口蹄疫、疯牛病、禽流感，同时还需加紧开发能够识别特定生物制剂的传感器。 Ｊｉｍ Ａｕｓｔｉｎ相信，这些令人兴奋的研究将吸引更多年轻有才能的科学家，他们将推进数学和生物学这两个分立学科的融合，锻造全新的科研领域，开拓崭新的思维方式。 ２１世纪生物学家培养 应更注重数学教育 普林斯顿大学的Ｗｉｌｌｉａｍ
Ｂｉａｌｅｋ和Ｄａｖｉｄ Ｂｏｓｔｅｉｎ在文章中指出，４００年前伽利略就感叹“自然这本书是用数学写成的”。他对自然界进行定量化了解的尝试被认为是现代科学的开始。而目前大学里片断式的科学教育仍然将生物学孤立在数学和数量之外，认为物理学和工程学才需要加强数学训练。 当今的生物数学尚处于探索和发展阶段，许多方法和理论还很不完善，它的应用虽然取得某些成功，但仍是低水平、粗略，甚至是勉强的。许多更复杂的生物学问题至今未能找到相应的数学方法进行研究。这就需要未来的生物学家具备更多的数学知识，对生物学和数学都有更深的了解，这样才有可能让生物学研究更多地借助数学的威力，进入更高的境界。 |