如何看待結構生物學好發文章

A. 現今結構生物學面臨哪些困難

現在結構生物學很熱門，但也非常枯燥，常規的X衍射測定結構需要蛋白結晶，可是很多蛋白很難結晶，尤其是膜蛋白；比較有前景的復合體蛋白結構測定也面臨樣品制備困難的難題；另外生物學問題的解決才是生物學研究的核心，過去結構生物學是拿個蛋白測出來就是一篇好文章，甚至cell，以後越來愈傾向於一些比較有重大意義的蛋白復合體結構的測定，問題是這樣的東西難得制備，隨著做的人的增多，這塊也面臨好的研究對象越來越少的局面，畢竟結構生物學研究主要是提供進一步研究的素材或是對已有的研究可以起到較好的補充，填補空白，但是這也需要結構生物學傢具備較好的生物學家素養，可以自己提出很多問題，並用結構解析來解釋，問題是兩方面能力都具備的太少了

B. 如何認識生物學的研究成果與發展方向

1925年摩爾根「基因論」的發表，確立了基因是遺傳的基本單位，它存在於細胞的染色體上，決定著生物體的性狀。但關於基因的化學本質是什麼，它通過什麼方式影響生物體的遺傳性狀，仍然不清楚。揭示基因的本質及其作用方式就成了當時生物學研究的核心問題。對這個問題的研究，開創了分子生物學這門新學科。分子生物學的建立和發展是生物學中信息學派、結構學派和生化遺傳學派研究成果結合的產物，是科學史上一次成功的由學科交叉融合而引起的科學革命。發現DNA雙螺旋的故事已為人們廣為傳頌，並作為生物學史上最具傳奇色彩的偉大發現而載入生命科學史冊

1．信息學派：信息學派主要是由一群對遺傳信息世代傳遞感興趣的物理學家組成，其代表人物是德爾布呂克（Max Delbrück）。德爾布呂克德國物理學家，1930年在美國洛克菲勒基金資助下，到丹麥哥本哈根理論物理研究所，跟隨著名物理學家玻爾（Niels Bohr）作博士後研究。1932年，玻爾在哥本哈根舉行的國際光治療大會上作了「光與生命」的演講。演講中玻爾提出了認識生命的新思路，認為對生命現象的研究有可能發現一些新的物理學定律。德爾布呂克深受玻爾思想的影響，決定轉入生物學研究。他認為，研究遺傳信息的世代傳遞的機制，基因是最好的切入口。德爾布呂克離開哥本哈根回到柏林後，與遺傳學家列索夫斯基（Nikolaï. Vladimirovich. Timofeeff-Ressovsky）、生物物理學家齊默爾（Karl. G. Zimmer）合作，從量子理論的角度研究輻射與基因突變的關系，並於1935年出版了《關於基因突變和基因結構的本質》的小冊子。書中，他們用量子理論分析討論了輻射誘導的基因突變的規律，並給出了「基因的量子力學模型」。此模型認為，基因如同分子一樣，具有幾個不同的，穩定的能級狀態。突變被解釋為基因分子從一個能級穩態向另一個能級穩態的轉變。文章還根據計算，推斷了基因的大小。這就是著名的「三人論文」。「三人論文」是一篇完全用物理學的理論和方法對基因進行研究的文章。這篇文章的意義不在於其結論的正確與否，而在於它使許多年輕物理學家們相信，基因是可以通過物理學方法來進行研究的，從而推動了一大批傑出物理學家投入生物學研究。「三人論文」後來成為薛定鍔（Erwin. Schrödinger）「生命是什麼」一書討論的基礎。

1937年，在洛氏基金的資助下，德爾布呂克來到加州理工大學摩爾根實驗室進行遺傳學研究。在那兒他發現噬菌體是一種比果蠅更適合進行基因研究的材料，並與埃利斯（Emory. Ellis）合作，研究噬菌體的增殖、復制規律，建立了噬菌體的定量測定方法。1940年底，在費城召開的一個物理學年會上，德爾布呂克與剛來美國不久的義大利生物學家盧里亞（Salvador. Edward. Luria）認識了。盧里亞讀過「三人論文」，對德爾布呂克極為景仰。當時他剛獲得洛氏基金資助，在哥倫比亞大學准備開展X-射線誘導噬菌體突變的研究。共同的興趣使他們很快建立了合作關系。當時在美國還有一個進行噬菌體研究的科學家是華盛頓大學的赫爾希（Alfred. Hershey）。1943年，德爾布呂克約他在自己實驗室見面，並討論了合作研究計劃。這樣，一個以德爾布呂克—盧里亞—赫爾希為核心的「噬菌體小組」就形成了。

噬菌體小組的研究成果主要有：德爾布呂克與盧里亞合作進行的細菌突變規律的研究開辟了細菌遺傳學的新領域；1945年盧里亞和赫爾希分別獨立發現噬菌體的突變特性；1946年德爾布呂克與赫爾希又分別獨立發現，同時感染一個細菌的二種噬菌體可以發生基因重組，證明了，從最簡單的生命到人類的遺傳物質都遵循著相同的機制。噬菌體小組最值得誇耀的成果是50年代初證明了基因的化學本質是DNA。1944年艾弗里（Oswald. T. Avery）已經通過肺炎球菌轉化試驗發現，DNA是遺傳物質，但一直未獲承認。赫爾希和蔡斯（Martha. Chase）分別用35S（與蛋白結合）和32P（結合在DNA上）標記噬菌體，然後用它感染細菌，結果發現噬菌體只有其核酸部分進入細菌，而其蛋白外殼是不進入細菌的。表現為在感染噬菌體的細菌體內復制產生的後代噬菌體主要含有32P標記，而35S的含量低於1%。這清楚地證明，在噬菌體感染的細菌體內，與復制有關的是噬菌體的DNA，而不是蛋白質。1952年，這個結果發表後立刻被廣泛接受，對促進沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）確定DNA雙螺旋結構的突破，具有重要的意義。

噬菌體小組除了在研究遺傳信息的傳遞機制外，還從1941年起，每年都在紐約長島的冷泉港舉行研討會，並從1945年起每年暑期都舉辦「噬菌體研究學習班」。學習班課程主要為那些有志於投身生物學研究的物理學家們開設的。通過冷泉港學習班，擴大了噬菌體研究網路，形成並鞏固了以德爾布呂克—盧里亞—赫爾希為核心的噬菌體小組在遺傳學研究領域的地位，到50年代初，噬菌體小組已成了一個影響很大的遺傳學派。

噬菌體小組早期的研究工作引起著名物理學家薛定鍔的注意，並引起了他對生命的思考。1943年，他在愛爾蘭的都柏林三一學院作了一系列演講，闡述了他對生命的思考。1944年，他將這些演講整理匯編成書出版，這就是被認為是分子生物學的「湯姆叔叔的小屋」的劃時代著作《生命是什麼》。在此書中，薛定鍔討論了以噬菌體小組為主的信息學派的研究成果，尤其對德爾布呂克的「基因的量子力學模型」最為推崇。在討論這些研究成果的同時，薛定鍔認為「在有機體的生命周期里展開的事件，顯示了一種美妙的規律和秩序。我們以前碰到過的任何一種無生命物質都無法與之相比。」「我們必須准備去發現在生命活體中占支配地位的，新的物理學定律」。

《生命是什麼》一書對生物學研究產生的影響是震撼性的。著名分子生物學家斯坦特（Gunther. Stent）指出：「在這本書里，薛定鍔向他的同行物理學家們預告了一個生物學研究的新紀元即將開始」，「不少物理學家受到這樣一個可以通過遺傳學研究來發現『其它物理學定律』的浪漫思想的啟發，就離開了他們原來訓練有素的職業崗位，轉而去致力於基因本質的研究」。分子生物學的歷史表明，1950年代那些發動分子生物學革命的科學家，包括DNA雙螺旋結構的發現者沃森和克里克都是受薛定鍔此書的影響，而轉而進行基因的結構與功能研究的。

2．結構學派：20世紀30年代起，在生物學領域還有一群物理學家開始從事生物大分子的結構研究，這就是被稱為「結構學派」的物理學家。結構學派是由英國卡文迪許實驗室的布拉格父子，亨利·布拉格（William. Henry. Bragg）和勞倫斯·布拉格（William. Lawrence. Bragg）創立的。20世紀初，他們發現用X-射線照射結晶體可以在背景上獲得不同的衍射圖像。通過對衍射圖像的分析，就可以推出晶體的結構。他們用這個方法成功地確定了一些鹽類（如氯化鉀）等的分子結構。1915年，布拉格父子同時獲得諾貝爾物理學獎。1938年，勞倫斯·布拉格出任卡文迪許教授，開始將X-射線衍射技術推廣應用到對生物大分子（蛋白質、核酸）的三維結構研究。50年代初，當時在卡文迪許實驗室的佩魯茲（Max Peruts）領導下，正在進行二種蛋白質的結構分析。一是他自己領導的研究小組，進行血紅蛋白的結構研究；另一個是肯德魯（John Kendrew）領導的研究小組，進行肌紅蛋白的結構分析。此外，在倫敦的國王學院（King』s College）的威爾金斯（Maurice Wilkins）和富蘭克林（Rosalind Franklin）的研究小組正在進行用X-射線衍射的方法研究核酸的結構，並取得了很多有意義的成果。結構學派的生物學家們主要對生物大分子的結構感興趣，對功能研究則較少涉及。

3．生化遺傳學派：自從1900年孟德爾定律被重新發現之後，「基因是怎樣控制特定的性狀」的問題就成了遺傳學研究的主要問題之一。1902年，英國醫生伽羅德（Archibald Garrod）發現一些病孩患尿黑酸症，病人的尿一接觸空氣就變成黑色。很快這種尿變黑的化學物質就被鑒定出來，即是由酪氨酸轉變而成的一種物質。伽羅德對患黑尿病患者的家譜分析發現，此病按孟德爾規則的方式遺傳。在進行一系列研究後，1909年伽羅德出版了《新陳代謝的先天缺陷》一書，指出黑尿病患者代謝紊亂是因為酪氨酸分解代謝的第一階段，即苯環斷裂這一步無法進行。因而伽羅德認為，苯環斷裂是在某種酶的作用下發生的，病人缺乏這種酶，所以出現黑尿症狀。這樣就把一種遺傳性狀（黑尿）與酶（蛋白質）聯系起來了。但對遺傳因子與酶的這種預測性的設想，卻無法得到實驗證實。

1940年，比德爾和塔特姆（E.L.Tatum）開始用紅色鏈孢菌研究基因與酶的關系。他們用X-射線照射誘導產生鏈孢菌的突變體，發現了幾種不同的失去合成能力的鏈孢菌。他們通過對這些突變體雜交後代的遺傳學分析表明，每一種突變體都是單個基因突變的產物，並認為每一個基因的功能相當於一個酶的作用。由此，於1941年他們提出了「一個基因一個酶」的假說。按照這個假說，基因決定酶的形成，而酶又控制生化反應，從而控制代謝過程。1948年，米歇爾（F. Mitchell）和雷恩（J. Lein）發現，紅色鏈孢菌的一些突變體缺乏色氨酸合成酶，從而為「一個基因一個酶」的理論提供了第一個直接的證據。蛋白質是有機體基因型產生的最直接的表現型，決定了生物性狀的表現形式。因此「一個基因一個酶」（後改為一個基因一個蛋白質）的理論為以後DNA→RNA→蛋白質的「中心法則」提供了理論基礎，對認識基因控制遺傳性狀的機制具有重要意義。1958年，伽羅德和塔特姆獲得諾貝爾獎。

DNA雙螺旋結構的確立

1951年，沃森在義大利參加了一個生物大分子結構的學術會議，會上聽了英國國王大學威爾金斯關於DNA的X-射線晶體學的研究結果的報告十分興奮。沃森是噬菌體小組領袖人物盧里亞的研究生。博士畢業後，被盧里亞送到丹麥哥本哈根的克卡爾（Herman Kacker）實驗室做有關核酸的生物化學方面的研究。這使他迅速熟悉了核酸方面的知識，並確認基因的本質是DNA。他認識到，要解開基因的功能之謎，必需首先弄清DNA的結構。威爾金斯的工作給了他極大的啟示，在盧里亞的支持下，他來到了當時世界生物大分子結構研究的中心——劍橋的卡文迪許實驗室。在這里，他與弗朗西斯·克里克（Francis Crick）相遇。克里克畢業於倫敦科里基大學物理系，二戰期間在軍隊從事過磁鐵礦方面的研究。戰後在薛定鍔《生命是什麼》一書的影響下，轉向生物學研究。當時作為一名博士研究生正在佩魯茲研究小組參加血紅蛋白結構的研究。沃森的到來，使他了解了DNA研究的新進展。他們一致認為，搞清楚DNA的結構是揭示基因奧秘的關鍵所在。倫敦國王學院的威爾金斯是克里克的朋友，這使他們很容易地獲得威爾金斯小組對核酸研究的新成果。沃森和克里克的合作，可以看成是生物學研究中，信息學派和結構學派結合。這個結合最終導致DNA雙螺旋結構的發現。

在沃森—克里克開始著手研究DNA結構之時，對DNA結構的資料還是比較零散的。當時已知：1。DNA是由腺嘌呤（A），鳥嘌呤（G），胸腺嘧啶（T），胞嘧啶（C）4種核苷酸組成；2。每個核苷酸的糖基因以共價鍵的方式與另一個核苷酸的磷酸基因結合，形成糖—磷酸骨架；3。這些核苷酸長鏈具有規則的螺旋狀結構，每3.4埃重復一次。但DNA分子究竟是由幾條核苷酸鏈組成，以及鏈與鏈之間通過什麼方式組成螺旋狀分子，則仍然不清楚。1951年沃森—克里克曾提出一個三螺旋模型，1952年，鮑林也提出了一個三鏈模型，但隨即被否定，因與已知的DNA X-射線衍射結果不相符。DNA雙螺旋結構的確立主要由於以下的研究成果：1。1952年，沃森在威爾金斯那兒看到了富蘭克林在1951年拍攝的一張水合DNA的X-線衍射圖，圖片上的強烈的反射交叉清楚地顯示了DNA是雙鏈結構。這張圖給沃森印象極為深刻，決定建立DNA的雙鏈模型；2。1952年數學家格里菲斯（J. Griffith）通過對鹼基間的結合力計算，表明A和T與G和C之間相互吸引的證據。同時從查伽夫（F. Chargaff）早先已確定的，DNA分子中，嘌呤鹼與嘧啶鹼之比為1:1的當量定律，也排除了鹼基同型配對的可能性。此外，多諾休（J. Donohue）指出了鹼基的互變異構現象。這些結果都肯定了DNA的二條核苷鏈中，A-T，G-C的鹼基配對原則；3。1952年，富蘭克林DNA的X-線衍射結果已經准確地推測出，雙鏈分子糖—磷酸骨架在外側，鹼基在內側的結論。富蘭克林還推測出配對鹼基的距離為20埃，旋距為3.4埃。

根據上述資料，1953年沃森—克里克提出了一個DNA雙螺旋模型。這個結構符合已知的有關DNA的實驗資料，棄提示了DNA分子復制的可能方式，因而立即受到科學界的重視並很快被接受。DNA雙螺旋結構的發現，標志著分子生物學的誕生。此後的15年間，分子生物學取得迅速發展，其中具有重要意義的進展有：

1， 1968年克里克在他的《論蛋白質的作用》一文中，提出了遺傳信息的流向是DNA-RNA-蛋白質的著名的「中心法則」。1970年蒂明（Howard Temin）和巴爾的摩（David Baltimore）分別在RNA腫瘤病毒顆粒中發現「依賴RNA的DNA轉錄酶」（逆轉錄酶），證明了遺傳信息也可以從RNA流向DNA，從而完善了中心法則的內容。1975年，蒂明和巴爾的摩獲諾貝爾生理學或醫學獎。

2，1954年伽莫夫第一次把決定一個氨基酸的核苷酸組合稱之為遺傳密碼，並提出了「重疊式三聯密碼」假說。他通過計算給出了64種可能的三聯密碼。伽莫夫的假說的問題是：1，重疊密碼是錯誤的；2，認為DNA直接指導蛋白質合成是錯誤的。1961年克里克和布倫納（S.Brenner）通過實驗和統計分析否定了遺傳密碼的重疊問題，提出了「非重疊式三聯密碼」的假說，並通過實驗獲得證實。同年，尼倫伯格（M.W.Nirenberg）用生物化學的方法及體外無細胞合成體系，首次成功地確定了三聯尿嘧啶UUU.是苯丙氨酸的密碼子，揭開了破譯三聯密碼的序幕。到1966年就完成了所有20種氨基酸的密碼表1968年，尼倫伯格獲諾貝爾生理學或醫學獎。

3，.基因表達調控的「操縱子學說」的提出。1960年法國科學家莫諾（J. Monod）和雅各布（F.Jacob）發表了「蛋白質合成的遺傳調控機制」一文。在文章中他們正式提出了基因表達的操縱子學說。他們用大腸桿菌乳糖代謝調控系統為模型，揭示了半乳糖苷酶產生的基因調控機制，提出了結構基因、調節基因和操縱基因的概念，並證明了半乳糖苷酶（蛋白質）的產生正是這些基因相互作用的結果。操縱子學說的提出使對基因的研究從結構研究向功能研究的轉變，為深入揭示基因控制生物性狀（表型）的機制奠定了基礎。1965年莫諾和雅各布獲諾貝爾生理學或醫學獎。操縱子理論有力地證實了美國科學家麥克林托克（B.Mclintock）1951年在研究玉米遺傳特性時提出的「跳躍基因」（轉座子）的概念，為真核細胞基因調控的研究開辟了道路。1983年麥克林托克獲諾貝爾生理學或醫學獎。

4，基因工程枝術的誕生。1962年阿爾伯（W.Arber）提出細菌體內存在一種可以破壞外來DNA的酶。1970年史密斯（H.O.Smith）獲得了第一個DNA限制性內切酶。納桑斯則用內切酶將SV40病毒的DNA切割成一些特定的片段，並獲得了此病毒基因組的物理圖譜。1978年阿爾伯、史密斯和納桑斯獲諾貝爾生理學或醫學獎。此後又陸續發現了DNA聯接酶、DNA聚合酶，這些工具酶的發現為基因工程技術的出現奠定了基礎。1971年美國科學家伯格（P. Berg）用限制性內切酶和聯接酶將SV40的DNA與入噬菌體的DNA片段連接在一起，形成的雜種分子在大腸桿菌中成功表達，使跨越物種的DNA重組成為現實。基因工程作為一項新技術誕生了，它不但為農業、畜牧業和醫葯產業的發展提供了廣闊的發展空間，而且為進一步深入探索生命起源和開展人造生命（合成生物學）的研究提供了技術手段。伯格的工作為基因工程的誕生奠定了基礎，1980年伯格獲諾貝爾生理學或醫學獎。

從1953年DNA雙螺旋結構發現以來的半個多世記中，分子生物學按還原論的路徑迅猛發展，取得了許多重要進展。進入21世記以來，人類基因組計劃的完成，以及蛋白質組學等各種「組學」的出現，為從整體上認識遺傳、變異、及個體發育等基本生物學現象開辟了新方向。早已認識到基因組完全相同的卵孿生子之間在遺傳表型上可以表現明顯差異，顯示了基因型（Genotype）與表現型之間的復雜關系。近年來興起的表觀遺傳學（Epigenetics）研究表明，基因組可以通過DNA甲基化（DNA methylation），基因印記，母體效應，基因沉默，RNA編輯等方式改變基因表達的方式。這樣就為深入理解環境與遺傳的關系提供了可能，從而對醫學科學的發展產生深遠的影響。

C. 什麼是結構生物學

結構生物學以生物大分子三級結構的確定作為手段，研究生物大分子的結構功能關系，將探討生物大分子的作用機制和原理作為研究目的。結構生物學是近代生物學發展過程中，定量闡明生命現象的一門科學，生物大分子的三級結構和結構功能研究的結構生物學已經成為生命科學當前的前沿和帶頭學科。

(3)如何看待結構生物學好發文章擴展閱讀：

蛋白質及其復合物三維結構的測定是生物研究最重要的科學基礎之一，和結構相關工作共獲諾貝爾獎25項，占諾貝爾獎自然科學部分的8%。在醫葯研發中，蛋白質晶體學也被廣泛用於基於結構的新葯設計。

蛋白質三維結構的測定主要有三大手段：X射線晶體學、核磁共振技術（NMR）以及冷凍電鏡三維重構技術。這些研究方法都有其優點和缺陷，不同的研究對象需要採用不同的方法。

X射線晶體學是目前解析度最高的結構測定方法，但是首先要拿到蛋白質晶體，分子量很大的蛋白以及膜蛋白很難得到晶體，這是其局限性。核磁共振光譜學比較適合研究小分子量的蛋白和蛋白相互作用位點的信息，而冷凍電鏡比較適合研究超大分子量蛋白復合物甚至亞細胞器的結構；因此往往需要通過結合不同的方法來互補。

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我看生物學

—— 一位大三學生

1.生物學發展的歷史及現狀(1)
自然科學起源於古希臘，生物學也不例外。當時實驗作為科學尤其是生物學的一種手段尚未為人們所重視。早期的希臘哲學家認識到一些生理現象如運動，營養，感覺，生殖等等都需要加以解釋，並認為只要對之加以思考（就像他們對待哲學問題一樣）就能解決。這種錯誤的思想一直維持到文藝復興時期實驗科學從哲學中解放出來。
達爾文以前對生物學貢獻最大的亞里士多德。他是對生物進行分類的第一人---雖然正式的分類法後來由林奈提出；他首次認識到比較法對於生物學的重要性，而比較法即便是在現代也是貫徹生物學研究始終的一條主線；更重要的是，他從哲學上提出了生物學不僅僅滿足於回答「怎樣」（生物體如何實現其功能的？）的問題，還要解決「為什麼」（為什麼生命現象會有這么多的目的性？）的問題。而這個「為什麼」也就是現代進化生物學家們所提出的最重要的問題。
在文藝復興時期，實驗方法走進了生物學。當時解剖學盛極一時，維薩紐斯發明了新解剖工具，並出版了《人體解剖》一書。這一時期生物學最重大的發現來自哈維，提出並論證了血液循環學說，這在很大程度上得益於當時比較先進的解剖技術。另外著名的解剖學家Borelli曾在他的《動物的運動》一書中論述了關於行動的研究，如利用力學原理分析了血液循環和鳥的飛行問題。這大概是生物學與物理學的第一次結合。
正如伽利略用他的望遠鏡使物理學的觸須伸向天空一樣，引導生物學進入微觀世界的是列文虎克和他的顯微鏡。這兩個例子說明了儀器在科學研究中可能發揮的巨大潛力。這時期林奈提出了分類法，博物學也達到了前所未有的高峰，並與生物學一向的主流---解剖學結合起來，互相促進。這個時期生物學的主要興趣很明顯是生物有機體的描述、比較和分類。博物學和解剖學的積累，尤其是比較解剖學方面的數據，為後來的達爾文進化論奠定了基礎。
1859年，根據其對戈拉帕哥斯島和南美動物區系的研究和一些解剖學和博物學的資料，達爾文提出了進化論。進化論的革命性有兩點：第一，所有有機體都可能來自共同的祖先；第二，進化是有原因的，首先產生遺傳變異，然後對變異的個體進行自然選擇，從根本上否定了拉馬克的自發進化學說。
19世紀實驗科學方面的一個重大進展是施萊登和施旺的細胞學說，這得益於顯微鏡的發明。另一個重大進展是孟德爾的遺傳學說，遺傳學在貝特森、摩根等人手中迅速的發展成一門宏大而成熟的科學。其中值得一提的是麥克林托克用經典遺傳學的手段發現了轉座子。19世紀中期，綜合遺傳學的理解和對種群進化的認識，形成了一個統一的進化學說---綜合進化論。一些主要的進化生物學的概念如物種形成、進化趨勢等可以在遺傳學上得到新的解釋和認識。
生物學的重大發現之一就是沃森和克里克發現DNA雙螺旋結構。在那個時代，DNA作為遺傳物質已經為Avery等證明，因此一個重要的問題是：DNA分子如何攜帶控制發育過程的全部信息？當時結構生物學手段剛剛建立起來，沃森和克里克利用X衍射信息重建了DNA雙螺旋結構並指出了鹼基配對的可能性。這是一次科學家非凡的洞察力和精巧的實驗技能的完美結合。DNA雙螺旋結構宣告了分子生物學時代的來臨，在20世紀七八十年代，中心法則以及其內在的分子機制建立起來後，分子生物學在更大程度上作為一種有力的手段被應用，如闡明分子進化或者發育的機制等。中心法則確立後，很多有前瞻目光的科學家尋找生物學的新的出路，如Sydney Brenner提出用線蟲研究發育和神經， Seymour Benzer提出用果蠅做神經和行為等。
縱觀生物學發展的歷史，所有學說和理論的提出都是有其時代背景的，如比較解剖學和博物學為達爾文進化論的提出建立了基礎；遺傳學的興盛預示了DNA雙螺旋結構的發現；分子生物學的建立使在分子水平研究進化與發育等。就像漸變進化論一樣，生物學的發展也是漸變的。

2.生物學科研手段
生物學作為一門實驗科學主要是建立在解剖學的基礎上的。收集各式各樣的標本，對人體和動植物進行解剖觀察，曾是生物學的主導手段。達爾文的進化論同樣是建立在細致的觀察的基礎上的。列文虎克用自製的顯微鏡第一次觀察到了細胞，以及之後細胞學說的建立，體現了精確的儀器在生物學研究中的巨大威力。在分子生物學尚未建立以前的經典遺傳學時代，將宏觀現象（突變體）與微觀世界（染色體）聯系起來的正是顯微鏡。當時果蠅的巨大染色體（足以在光學顯微鏡下看到清晰的分帶）為遺傳操作和分析提供了很大的便利。在神經生物學上，著名的神經解剖學家Cajal曾用高爾基染色法對大量的神經系統組織標本進行顯微觀察，提出了神經元學說，並以超人的洞察力指出了神經系統信號傳遞的許多基本性質。
遺傳和生化是進行功能性生物學研究的兩大手段。然而在摩爾根的時代，經典的遺傳學更著重於探索遺傳的機制，即遺傳物質是怎樣傳遞的。遺傳學真正作為一種對基因進行大規模的功能性研究和分析始於Nusslein-Volhard對影響果蠅體節分化的基因的一次gene screen(2)，首次將基因的功能與發育聯系起來。幾種模式生物的確立極大的方便了系統使用遺傳學手段研究基因的功能以及相互之間的作用。現代遺傳學可以分為兩類：forward genetics和reverse genetics(3,4)。前者是依據從表型到基因型的思路，尋找影響某一生物體功能的基因，而後者則是從基因到表型，看某一感興趣的基因是否對生物體的功能造成影響。reverse genetics一般是對一些重要的基因的同源基因進行驗證。最近發展出來的modifier screen和clonal screen，前者是研究信號通路的很有力的手段，後者則用於一個基因的多種功能。現代遺傳學已經基本上可以做到在特定的一小群細胞中以特定的時間表達或抑製表達某個基因。
生化手段與遺傳學手段恰恰相反。它是首先建立一個功能性的檢測體系，然後用傳統的層析方法純化蛋白。生化方法較遺傳學方法優勢在於能夠揭示許多重要蛋白的新功能，而在gene screen中重要蛋白的突變體往往在胚胎期就死亡了，因而看不到成體的表型。王曉東關於cytochrome C在細胞凋亡中的作用就是一個很好的例子。gene screen是發現不了cytochrome C的，因為cytochrome C是電子傳遞鏈上如此重要的一個分子。他首先建立了一個in vitro的細胞凋亡的體系，然後試著加一些小分子物質如核酸等，看能否加快細胞凋亡的進程，結果發現了ATP和dATP，而且dATP的效果比ATP強一千倍(5)。依靠生化純化蛋白的手段，他分別純化出了cytochrome C,Apaf-1和caspase-9。
在現代生物學研究中，遺傳、生化和分子互相滲透，在基因功能性研究和細胞信號通路的闡明中發揮了巨大的作用。
顯微鏡在細胞學說的建立中曾發揮過關鍵的作用。然而因為解析度太低的原因，在很長一段時間內被生物學家們冷落。而今顯微成像技術有復甦的趨勢。促使顯微成像技術再次倍受生物學家們關注有兩個原因：一個是激光共聚焦顯微鏡的發明；另外一個是熒游標記技術的成熟。激光共聚焦顯微鏡最早由Minsky發明，有效的克服了普通光學顯微鏡因成像平面受到鄰近平面發出的光的干擾而造成圖像模糊不清的現象。隨著計算機技術的進步，光學成像和圖像處理技術進一步提高，激光共聚焦顯微鏡真正走上了生物學研究的舞台。熒游標記技術在生物學上的應用同樣經過漫長的道路。盡管熒游標記的抗體在1941年就被應用在生物學研究上，但當時普遍認為抗體只能應用在對感染等免疫學的研究。直到後來人們才意識到，一些針對其他蛋白如actin或tubulin的抗體可以用相似的辦法來制備。當這個觀點為人們所普遍接受後，免疫熒光染色馬上被應用到生物學其他領域。科學家們由此可以觀察到細胞骨架的精細結構、胞內蛋白的定位。熒光技術同時在動態觀察胞內Ca2+變化等方面得到應用。而當GFP發現後，科學家們更可通過基因工程技術將GFP標記的特異性蛋白導入細胞內來實時地監測生理狀態下生物大分子的動態變化。Svoboda使用雙光子熒光顯微技術活體研究神經系統的可塑性應該真正是這方面的扛鼎之作。雙光子成像的最大好處是激發波長在偏紅外區域，可以穿透很厚的標本，同時對標本損傷很小，適於活體觀察，光漂白作用也小。他們首次用這項技術觀察到新形成的樹突棘數目與小鼠barrel cortex發育過程中的可塑性之間的直接關系 ( 6 )。 成像方面胞內單分子監測越來越受到重視，FRET(能量共振轉移)、TIRF（全內反射）等技術的不斷成熟，使在活體狀態下觀察單個分子的運動成為可能。
總之，技術的進步可以說是推動實驗生物學發展的主要動力。但是我覺得，進行有創造性的生物學研究的一個特點是，始終抓准最基礎和最重要的問題，以正確的技術和合適的標本進行回答。Hodgkin, Huxley巧妙地運用電壓鉗技術，用特定的離子（K+,Na+,Cl-）進出軸突膜上的離子通道來解釋動作電位的產生，最終諾貝爾獎授予他們而非發明膜片鉗的人；Rod MacKinnon發現只有結構生物學能夠徹底地解決鉀通道的問題時，馬上由一位電生理學家變為結構生物學家；王曉東也是一個突出的例子，他成功的關鍵在於，正確的運用技術（生化而非遺傳）解決了關鍵的問題（細胞凋亡的上游信號通路）。成為科學家而非科學匠在於是不是能夠駕馭技術而不致成為技術的奴隸。有時關鍵的問題是什麼，大家都比較清楚，優秀的科學家還應能判斷出何時能解決這些問題。生物學，或者說實驗科學，本身就是一門解決問題的藝術。

3.我所感興趣的神經發育科學
神經發育科學的主旨在於研究神經細胞如何分化成具有軸突和樹突的神經元，細胞遷移和軸突長出是如何被誘導，特異的神經元是如何識別而形成功能性的突觸，連接是如何在發育進程中被修剪和精細化的。
神經發育生物學中我最感興趣的是神經元在發育過程中的極性(7)。極性包括兩個方面：一個是神經細胞在形態發生中極性的形成---神經細胞在發育初期會伸出很多的神經突，其中某個神經突在發育後期會特化為軸突，其餘神經突則特化為樹突。軸突和樹突在神經元信號傳遞中的功能是截然不同的，因此極性的建立、加強和維持就顯得特別重要。我們可以問如下的問題：神經細胞最初的極性是如何建立的？有什麼分子參與這一過程?極性是如何影響軸突和樹突的長成的？軸突特異性蛋白和樹突特異性蛋白如何在胞內定位？樹突的分支比軸突復雜的多，這是為什麼？不同神經元樹突的形態很不相同，調控樹突分支的分子機制是什麼？神經元的極性在成體中又是如何保持的？這些都是很重要且有趣的問題。另一方面是極性在神經細胞遷移和軸突導向中的作用，軸突導向的過程為兩類分子---短程分子和長程分子所介導。這兩類分子在軸突生長錐附近形成梯度分布，排斥或者吸引正在生長的生長錐。例如ephrin就是結合在細胞膜上的，而且在神經系統的某些區域形成梯度分布，可以排斥正在生長的軸突。其他的分子比如netrin或者semaphorin，以擴散的形式分泌，可作為長程的吸引或排斥分子。這些胞外的信號分子造成胞內某些分子活性的極性分布，如CDC42和PI3K等，這些分子的活性進一步影響細胞骨架的重新分布，如actin和tubulin單體在生長錐的一邊多聚化，在另一邊解聚，從而引起軸突生長錐的轉向。相當有意思的一個問題是，胞外信號分子如此微弱的濃度梯度是如何在胞內進行信號放大以指引生長錐正確的轉向？
對於神經細胞軸突和樹突的極性形成，一個有趣的比較是，軸突對應於上皮細胞的apical side，樹突對應於上皮細胞的basolateral side(9)。比如最近發現在上皮細胞的極性確立中期重要作用的mPar3/mPar6/aPKC在神經細胞的極性形成中也有作用（10）。時松海等發現mPar3/mPar6/aPKC以及被活化的PI3K集中在發育中的神經細胞軸突的頂端，而異位表達mPar3/mPar6/aPKC或者抑制PI3K的活性都能有效的抑制軸突的長出，軸突特異性蛋白tuj1不再表達。軸突形成的下游效應分子是微管和微絲。Bradke等作了一個有趣的實驗(11)：他們將微絲特異性葯物cytochasin D局部地加在一條即將特化成樹突的神經突上，發現它被誘導形成軸突。因此，有可能cytochasin D使微絲去穩定，有利於軸突的形成。但是在生理條件下，上游的信號分子如何調控微絲和微管的動態變化以建立神經元極性仍然是一個待解決的有趣的問題。微管與神經元極性的關系始於對一個微管結合蛋白CRMP-2的認識。人們發現在它特異的集中在軸突的頂端，當升高CRMP-2的表達時，有更多的軸突長出。最近的一片待發表的文章指出CRMP-2的上游調節分子為GSK-3(12)，而在以前的工作中證明了GSK-3在神經元遷移中的作用(13)。由此可見，在這兩類極性的建立和發生中有些分子是保守的，如果認識到微管和微絲在軸突形成和軸突導向中的同樣重要的作用，就更能深刻的理解這一點。最近證明某些胞外分子也能影響軸突的形成，如果讓神經元在鋪有polylysine和laminin（或者NgCAM）條形間隔的培養基上生長，那些接觸laminin或者NgCAM的神經突較接觸polylysine的神經突更易特化為軸突(14)。
經過二十餘年的探索，已經證明相同的信號通路在軸突導向和不同的細胞遷移中（如腫瘤形成(tumoriogenesis)和血管形成(angiogenesis)中的細胞遷移、腫瘤細胞遷移(tumor metastasis)）被使用(15)。有關細胞遷移的領域，有很多傑出的科學家在進行孜孜不倦的探索，因為這實在是一個非常有趣的問題。只要稍微發揮一下想像力，就不難通過比較的方法找到對問題的突破口。比如chemokine一向是介導白細胞遷移的一類趨化分子，通過G蛋白耦聯受體(GPCR)向胞內傳遞信號。最近發現軸突導向同樣可以由GPCR所介導，並為SDF-1（屬於chemokine的一種分子）所排斥(16)。又比如Slit最先是發現在軸突導向和神經元遷移中起排斥作用的， Wang Biao等的研究結果表明Slit2在腫瘤細胞中表達，而Slit的受體在血管上皮細胞中表達，腫瘤細胞釋放Slit2吸引血管上皮細胞，促進血管形成，因此Slit-Robo信號通路在腫瘤血管形成中同樣起作用(17)。既然胞外信號分子會影響軸突導向和細胞遷移，很容易想到的事情是：內因會不會影響神經元對胞外信號分子濃度梯度的反應？Poo Mu-ming的一系列開創性的工作證實了第二信使在軸突導向中的作用。他們發現胞內Ca2+的濃度直接影響軸突生長錐對於胞外信號分子的反應，特異性阻斷Ca2+進入胞漿內以降低胞內Ca2+濃度，可以使原先netrin-1對於軸突的吸引作用變為排斥(18)。cGMP和cAMP也有類似的作用，提高胞內cyclic neucleotides的濃度可以使軸突對胞外信號分子的排斥效應變為吸引效應(19)。進一步的研究發現cAMP、cGMP和Ca2+是有crosstalk的，cyclic neucleotides能夠調節L型Ca2+通道的通透性，升高和降低胞內Ca2+的濃度，進而調節軸突對外界信號的吸引或者排斥作用(20)。這些工作使我們對於第二信使在軸突導向中的作用有了比較完整的理解，並使對其他現象的深刻理解成為可能。如最近發現Sema 3A有對樹突有吸引作用，這與它對軸突的排斥作用恰恰相反。對這個現象的解釋是，guanylate cyclase (SGC)在軸突和樹突中的不對稱分布造成了cGMP濃度在軸突和樹突中的不同，因而造成了軸突對同一種胞外信號分子的不同反應(21)。

發育生物學可以說是實驗生物學的一個核心問題，而神經發育更是核心問題中最為神奇的地方和激動人心的發現的源泉。我對神經發育中的軸突導向和神經元極性確定方面的課題感興趣的原因有兩個：第一，細胞極性的問題本身是一個從對稱走向不對稱，從無序走向有序的問題，探索這一問題本身有著科學的美感，是很有趣的問題；第二，軸突導向反映細胞也是有智慧的，對不同的外界環境做出不同的反應，而正如外因和內因決定一個人的成長一樣，外部環境和內在因素共同決定著軸突導向，因此在探索過程中將神經元擬人化去理解我覺得特別重要，也很有意思。神經發育科學中有很多有趣的和重大的問題尚待解決， 因此只要保持一顆好奇心，是不難找到用武之地的。

E. 生物學博士好發文章嗎

看你發什麼級別的文章，如果只要是SCI的文章就好發，影響因子5分以上就相對難些

F. 結構生物學是不是灌水

首先，啥叫灌水？wiki是這樣說的「灌水原為商業用語，指不良商人於貨品如肉類灌入水分以謀暴利。現在也做為網路用語，指用戶用無意義的字句，或者重復字句，或者濫發「表情」回復帖子的行為。」

如果你的灌水意思是文章發得快發的多，我推薦你去看看GPCR的結構解析過程，再看看核糖體的解析過程……

最後，哪個學科都有渣論文，開地圖炮是不好的。我是不是可以這么說，信號通路的基本思路就是敲基因》看錶達譜》過表達》看錶達譜》IP》看相互作用》實在不行上耗子？哪有那麼多反常規的思路？大發現也都是在搬磚的過程中發現的。

G. 生物信息學和系統生物學是不是較難在頂級期刊上發表文章

這個問題可能需要從兩方面進行回答，生物信息學和系統生物學的定義與界定方法；何為頂期刊。一句回答，按照我個人的理解，發表在CNS級別的文章中，基於生物信息學，以及系統生物學方法手段的曾經有很多，現在也一直有發表，未來很可能也會是一種很普遍的現象。原因見下：首先生物信息學和系統生物學是不可以混為一談進行探討的，我理解的生物信息學是一門基於數據挖掘、分析與計算對生物問題進行歸納，統計，解釋並預測的科學。而系統生物學則更像是一種生物學研究的一種概念，傾向於從表型入手，通過人群分析，基因組，轉錄組，翻譯組，蛋白組，等組學的大數據的分析，全面的了解一項生物問題。兩者在一些問題上的研究方法是類似的，但是系統生物學的數據更具多樣性，更偏向生物。頂級期刊這個概念很難劃定范圍，但是如果你持續關注CNS，你會發現利用以上兩種手段進行分析研究的文章是持續有發表的。比如基於各種腫瘤的大樣本測序在nature和science上經常有發表，又比如最近science上也有對英國人群的全基因組測序。但是如果牽涉到是否易於發表，我認為只要是一個很嚴謹的雜志，對每一個研究每一篇文章的要求都是很高的，你可能暗示說最近結構生物學的文章總是出現在nature正刊的article里，但就算結構生物學的文章易於發表，並不意味著發表了的文章易於完成。

H. 結構生物學的發展

結構生物學的發展經過以下幾個階段：結構生物學起源於上世紀五十年代眾所周知的Waston Crick 發現了 DNA雙螺旋結構，建立DNA的雙螺旋模型。60年代當時的開文迪許實驗室的M.Perutz J.Kendrew用X-射線晶體衍射技術獲得了球蛋白的結構。由於X射線晶體衍射技術的應用，使我們可以在晶體水平研究大分子的結構，在分子原子基礎上解釋了大分子.由於他們開創性的工作，Waston Crick獲得了1962年的諾貝爾生理學與醫學獎，M.Pertt和J.Kendrew獲得了同年的化學獎.從那時起，技術的發展就成為結構生物學發展最重要的決定因素。60到70 年代，在同一實驗室的他們又發展了電子晶體學技術 ，當時的研究對象主要是有序的，對稱性高的生物體系，如二維的晶體和對稱性很高的三維晶體。70-80年代 ，多維核磁共振波譜學的發明使得在水溶液中研究生物大分子成為可能，水溶液中的生物大分子更接近於生理狀態.最近二十年，80年代到本世紀初，冷凍電子顯微鏡的發明，這種技術的發明使我們不僅能夠研究生物大分子在晶體狀態和溶液狀態的結構，而且能夠研究研究復雜 的大分子體系（molecular complex）超分子體系，這就是細胞器和細胞.可見結構生物學的發展過程經歷了從結晶到溶液再到大分子體系，超分子體系，如核糖體（ribosome），病毒，溶酶體（lysosome），線粒體等。