生物计算机
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2023年2月12日发(作者：)1/4
生命科学与计算机科学
当今世界,科学技术发展突飞猛进,新兴学科、交叉学科不断涌现,科技进步对
经济社会的影响作用日益广泛和深刻。伴随着信息科技革命方兴未艾的浪潮,生
命科学的发展也正在展现出无可限量的前景。生命科学是一门对各种生命形式
进行研究和探秘的学科,它不同于我们以往学习的生物,生物只是生命科学所涉及
的其中一个方面,而生命科学研究多个层次和各种生命形式,并对其进行科学性分
析和探讨。越来越多的人们已经预见到,一个生命科学的新纪元即将来临,21世
纪将是生命科学的迅猛发展的时代。如今现代生物技术广泛应用于农业、医药
与健康、能源、环境保护等领域,对科技发展、社会进步和经济增长产生极其重
要而深远的影响。
在现代社会中,生命科学与人们生活息息相关,成为了备受人们关注的一门科
学。生命科学在日常生活中应用广泛,无论是DNA检验还是血型判断,或是疾病
治疗,都离不开生命科学的具体应用。然而,倘若单单依靠生命科学,生命科学不
可能飞速发展到如此地步,也明显不足以满足和实现人们的各种需求。显然,生命
科学的发展与其他学科或技术的辅助密不可分,而我的专业是计算机,所以就让我
来探讨一下生命科学与计算机科学之间的联系。
就以DNA为例。1925年,微生物学家沃森和克里克宣布他们已经解决了现
代生物学最重要的问题,破译出了隐藏在DNA分子结构中的\"遗传密码\"。在我看
来,\"密码\"这个词汇用的相当巧妙,令人马上联想到信息论中的\"信息的编码\",而且
还令人想到英国第一台计算机的用途——破译德国的密码。DNA分子结构是密
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码,计算机却是破解密码的工具,这似乎在揭示着生物学与计算机从很早开始便有
着不解之缘。
不久DNA分子就被普遍认为是某种微型控制论机器,它们储藏并处理极微小
单位的、经过化学编码的信息。据称,这些经过编码的信息控制着生物体复制的
不连续的过程,当载有全部编码的两条螺旋体被解开,携带的信息将按储存单位一
段段地解读,如同计算机的记忆存储器解读其中的字符串一样。
虽然实际上DNA的\"程序\"远没有那么简单,但在\"新生物学\"突破的初期,控制
论和生物学找到了共同的基础。在随后的时间里,计算机领域的用语总和生物学
语言息息相关,或者互作比喻。\"反馈\"、\"病毒\"、\"人工智能\"、\"记忆\",甚至\"语言\"
等等诸如此类的大量的拟人化的词汇成为了计算机领域的基本术语。由此看来,
生命科学深刻地影响了计算机科学的发展。
计算机有着超强\"大脑\",能快速有效地解决各种问题,而且计算机因其处理速
度不断得到发展提高而被赋予了进化论的解释,计算机似乎成为了地球上新的\"
物种\",一种会同人类进行\"共生的进化\"的\"智慧物种\",仿佛变成了生命科学的一部
分。
另一方面,计算机科学也对生命科学的发展起着重要作用。生命科学是一门
实验的科学,计算机自投入应用以来即在实验科学中发挥着作用,承担了大量实验
数据的存储、处理以及分析,一些适合于不同类型生物学实验数据处理的软件包
纷纷问世,并为科研工作者所接受,为科研人员的实验提供了巨大方便。计算机系
统结构和操作系统两个分支为分子生物学提供了其必需的高性能计算平台,计算
机网络技术为其创建了高带宽的分布式计算和网络应用环境,算法研究和软件工
程则直接涉及分子生物学工具与应用软件的设计与开发,数据库技术为生物学信
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息的存储检索提供了有效手段。计算机的数据库为存储生物实验所得到的数据
提供了条件,而研究生命科学所做的实验所得到的数据往往是无比庞大和繁杂的,
单靠人工处理数据几乎是不可能的,计算机则能够快速高效准确的对各种数据进
行处理和分析,从而给出你想要的结果。
生物制药是21世纪的支柱产业,科学家利用计算机模拟受体的三维结构,以计
算机模拟方法研究受体与配体的相互关系,提出更佳的配体设计方案,为新的高选
择性配体及新药研究开辟了新途径。这便是生命科学与计算机完美融合的结
果。另外,利用计算机图形学理论与图像处理技术进行DNA或蛋白质分子的三
维建模显示也是一个重要的应用方向,因为基因测序所得到的只是关于基因中核
苷酸排列的线性信息,如果搞清楚相应的三维结构必然能为研究人员提供更多的
功能信息,尤其是蛋白质分子的空间结构不同,可能导致其功能的差异。
利用计算机技术制造生命科学所需的仪器更是层出不穷,其中包括聚合酶
链反应仪,计算机断层扫描仪、核磁共振仪、流式细胞仪、激光共聚焦显微镜、
显微操作等等。
生命科学与计算机的前景都一片光明,而目前非常有发展前景的项目就是生
物计算机了,它是计算机在生命科学的催生下诞生的婴儿。仿生学是人类中的一
门学科,通过对自然界生物特性的研究与模仿,来达到为人类社会更好地服务的目
的,而这一学科被应用到了计算机领域。科学家通过对生物组织体研究,发现组织
体是由无数的细胞组成,细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成,而有些有机
物中的蛋白质分子像开关一样,具有\"开\"和\"关\"的功能。因此,人类可以利用遗传
工程技术,仿制出这种蛋白质分子,用来作为元件制成生物计算机。生物计算机的
芯片是用蛋白质制成的,它的一个存储点只有一个分子大小,它的存储容量可以达
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到普通计算机的十亿倍,而由蛋白质构成的集成电路,其大小只相当于硅片集成电
路的十万分之一,运行速度更快,远远超过人脑的速度。如果生命科学与计算机科
学能更紧密地联系起来,进一步开发和研究关于生物计算机的技术,实现生物计算
机的伟大功能,那么未来的生物科学领域和计算机领域都会掀起一场划时代的革
命。
目前地球上存在的物种数不胜数,而且有很大部分是不为人们所熟知的,当面
对出现在眼前的不明物种时,人们应该如何反应呢？不敢轻易靠近,担心它是有毒
物种,也不敢随便无视、置之不理,担心它是国家级保护动物,如果这时能用手机
轻轻一拍,然后屏幕就可以出现有关这个生物的详细信息,那就最好了。因此,这
需要生物学者把现存收集到的世界上的所有生物资料上传到网络或数据库中,而
手机需要有精确的识别功能,在识别过程中与生物资料的存放位置形成一个链接,
查找照片上的生物的具体信息。计算机的技术能使生命科学大大的平民化和实
用化,为人们日常生活提供便利。
总的来说,计算机技术加速了生命科学的进步,生命科学的成果能招致计算机
技术的革命,生命科学与计算机科学相辅相成,关系密不可分。随着生物学的深入
发展,计算机在研究中的应用显得越来越重要,一系列的研究发现也充分的证明了
这一点。我们有理由相信在计算机辅助下的生命科学必将获得更快的进展,从而
创造出更大的社会价值,为人类社会做出极大贡献。
最后,感谢老师这一个学期给我带来了这么精彩的课程,我受益匪浅,也对生命
科学有了更深入的了解,不再只停留在生物这个层面上了。