如何看待结构生物学好发文章

A. 现今结构生物学面临哪些困难

现在结构生物学很热门，但也非常枯燥，常规的X衍射测定结构需要蛋白结晶，可是很多蛋白很难结晶，尤其是膜蛋白；比较有前景的复合体蛋白结构测定也面临样品制备困难的难题；另外生物学问题的解决才是生物学研究的核心，过去结构生物学是拿个蛋白测出来就是一篇好文章，甚至cell，以后越来愈倾向于一些比较有重大意义的蛋白复合体结构的测定，问题是这样的东西难得制备，随着做的人的增多，这块也面临好的研究对象越来越少的局面，毕竟结构生物学研究主要是提供进一步研究的素材或是对已有的研究可以起到较好的补充，填补空白，但是这也需要结构生物学家具备较好的生物学家素养，可以自己提出很多问题，并用结构解析来解释，问题是两方面能力都具备的太少了

B. 如何认识生物学的研究成果与发展方向

1925年摩尔根“基因论”的发表，确立了基因是遗传的基本单位，它存在于细胞的染色体上，决定着生物体的性状。但关于基因的化学本质是什么，它通过什么方式影响生物体的遗传性状，仍然不清楚。揭示基因的本质及其作用方式就成了当时生物学研究的核心问题。对这个问题的研究，开创了分子生物学这门新学科。分子生物学的建立和发展是生物学中信息学派、结构学派和生化遗传学派研究成果结合的产物，是科学史上一次成功的由学科交叉融合而引起的科学革命。发现DNA双螺旋的故事已为人们广为传颂，并作为生物学史上最具传奇色彩的伟大发现而载入生命科学史册

1．信息学派：信息学派主要是由一群对遗传信息世代传递感兴趣的物理学家组成，其代表人物是德尔布吕克（Max Delbrück）。德尔布吕克德国物理学家，1930年在美国洛克菲勒基金资助下，到丹麦哥本哈根理论物理研究所，跟随着名物理学家玻尔（Niels Bohr）作博士后研究。1932年，玻尔在哥本哈根举行的国际光治疗大会上作了“光与生命”的演讲。演讲中玻尔提出了认识生命的新思路，认为对生命现象的研究有可能发现一些新的物理学定律。德尔布吕克深受玻尔思想的影响，决定转入生物学研究。他认为，研究遗传信息的世代传递的机制，基因是最好的切入口。德尔布吕克离开哥本哈根回到柏林后，与遗传学家列索夫斯基（Nikolaï. Vladimirovich. Timofeeff-Ressovsky）、生物物理学家齐默尔（Karl. G. Zimmer）合作，从量子理论的角度研究辐射与基因突变的关系，并于1935年出版了《关于基因突变和基因结构的本质》的小册子。书中，他们用量子理论分析讨论了辐射诱导的基因突变的规律，并给出了“基因的量子力学模型”。此模型认为，基因如同分子一样，具有几个不同的，稳定的能级状态。突变被解释为基因分子从一个能级稳态向另一个能级稳态的转变。文章还根据计算，推断了基因的大小。这就是着名的“三人论文”。“三人论文”是一篇完全用物理学的理论和方法对基因进行研究的文章。这篇文章的意义不在于其结论的正确与否，而在于它使许多年轻物理学家们相信，基因是可以通过物理学方法来进行研究的，从而推动了一大批杰出物理学家投入生物学研究。“三人论文”后来成为薛定锷（Erwin. Schrödinger）“生命是什么”一书讨论的基础。

1937年，在洛氏基金的资助下，德尔布吕克来到加州理工大学摩尔根实验室进行遗传学研究。在那儿他发现噬菌体是一种比果蝇更适合进行基因研究的材料，并与埃利斯（Emory. Ellis）合作，研究噬菌体的增殖、复制规律，建立了噬菌体的定量测定方法。1940年底，在费城召开的一个物理学年会上，德尔布吕克与刚来美国不久的意大利生物学家卢里亚（Salvador. Edward. Luria）认识了。卢里亚读过“三人论文”，对德尔布吕克极为景仰。当时他刚获得洛氏基金资助，在哥伦比亚大学准备开展X-射线诱导噬菌体突变的研究。共同的兴趣使他们很快建立了合作关系。当时在美国还有一个进行噬菌体研究的科学家是华盛顿大学的赫尔希（Alfred. Hershey）。1943年，德尔布吕克约他在自己实验室见面，并讨论了合作研究计划。这样，一个以德尔布吕克—卢里亚—赫尔希为核心的“噬菌体小组”就形成了。

噬菌体小组的研究成果主要有：德尔布吕克与卢里亚合作进行的细菌突变规律的研究开辟了细菌遗传学的新领域；1945年卢里亚和赫尔希分别独立发现噬菌体的突变特性；1946年德尔布吕克与赫尔希又分别独立发现，同时感染一个细菌的二种噬菌体可以发生基因重组，证明了，从最简单的生命到人类的遗传物质都遵循着相同的机制。噬菌体小组最值得夸耀的成果是50年代初证明了基因的化学本质是DNA。1944年艾弗里（Oswald. T. Avery）已经通过肺炎球菌转化试验发现，DNA是遗传物质，但一直未获承认。赫尔希和蔡斯（Martha. Chase）分别用35S（与蛋白结合）和32P（结合在DNA上）标记噬菌体，然后用它感染细菌，结果发现噬菌体只有其核酸部分进入细菌，而其蛋白外壳是不进入细菌的。表现为在感染噬菌体的细菌体内复制产生的后代噬菌体主要含有32P标记，而35S的含量低于1%。这清楚地证明，在噬菌体感染的细菌体内，与复制有关的是噬菌体的DNA，而不是蛋白质。1952年，这个结果发表后立刻被广泛接受，对促进沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）确定DNA双螺旋结构的突破，具有重要的意义。

噬菌体小组除了在研究遗传信息的传递机制外，还从1941年起，每年都在纽约长岛的冷泉港举行研讨会，并从1945年起每年暑期都举办“噬菌体研究学习班”。学习班课程主要为那些有志于投身生物学研究的物理学家们开设的。通过冷泉港学习班，扩大了噬菌体研究网络，形成并巩固了以德尔布吕克—卢里亚—赫尔希为核心的噬菌体小组在遗传学研究领域的地位，到50年代初，噬菌体小组已成了一个影响很大的遗传学派。

噬菌体小组早期的研究工作引起着名物理学家薛定锷的注意，并引起了他对生命的思考。1943年，他在爱尔兰的都柏林三一学院作了一系列演讲，阐述了他对生命的思考。1944年，他将这些演讲整理汇编成书出版，这就是被认为是分子生物学的“汤姆叔叔的小屋”的划时代着作《生命是什么》。在此书中，薛定锷讨论了以噬菌体小组为主的信息学派的研究成果，尤其对德尔布吕克的“基因的量子力学模型”最为推崇。在讨论这些研究成果的同时，薛定锷认为“在有机体的生命周期里展开的事件，显示了一种美妙的规律和秩序。我们以前碰到过的任何一种无生命物质都无法与之相比。”“我们必须准备去发现在生命活体中占支配地位的，新的物理学定律”。

《生命是什么》一书对生物学研究产生的影响是震撼性的。着名分子生物学家斯坦特（Gunther. Stent）指出：“在这本书里，薛定锷向他的同行物理学家们预告了一个生物学研究的新纪元即将开始”，“不少物理学家受到这样一个可以通过遗传学研究来发现‘其它物理学定律’的浪漫思想的启发，就离开了他们原来训练有素的职业岗位，转而去致力于基因本质的研究”。分子生物学的历史表明，1950年代那些发动分子生物学革命的科学家，包括DNA双螺旋结构的发现者沃森和克里克都是受薛定锷此书的影响，而转而进行基因的结构与功能研究的。

2．结构学派：20世纪30年代起，在生物学领域还有一群物理学家开始从事生物大分子的结构研究，这就是被称为“结构学派”的物理学家。结构学派是由英国卡文迪许实验室的布拉格父子，亨利·布拉格（William. Henry. Bragg）和劳伦斯·布拉格（William. Lawrence. Bragg）创立的。20世纪初，他们发现用X-射线照射结晶体可以在背景上获得不同的衍射图像。通过对衍射图像的分析，就可以推出晶体的结构。他们用这个方法成功地确定了一些盐类（如氯化钾）等的分子结构。1915年，布拉格父子同时获得诺贝尔物理学奖。1938年，劳伦斯·布拉格出任卡文迪许教授，开始将X-射线衍射技术推广应用到对生物大分子（蛋白质、核酸）的三维结构研究。50年代初，当时在卡文迪许实验室的佩鲁兹（Max Peruts）领导下，正在进行二种蛋白质的结构分析。一是他自己领导的研究小组，进行血红蛋白的结构研究；另一个是肯德鲁（John Kendrew）领导的研究小组，进行肌红蛋白的结构分析。此外，在伦敦的国王学院（King’s College）的威尔金斯（Maurice Wilkins）和富兰克林（Rosalind Franklin）的研究小组正在进行用X-射线衍射的方法研究核酸的结构，并取得了很多有意义的成果。结构学派的生物学家们主要对生物大分子的结构感兴趣，对功能研究则较少涉及。

3．生化遗传学派：自从1900年孟德尔定律被重新发现之后，“基因是怎样控制特定的性状”的问题就成了遗传学研究的主要问题之一。1902年，英国医生伽罗德（Archibald Garrod）发现一些病孩患尿黑酸症，病人的尿一接触空气就变成黑色。很快这种尿变黑的化学物质就被鉴定出来，即是由酪氨酸转变而成的一种物质。伽罗德对患黑尿病患者的家谱分析发现，此病按孟德尔规则的方式遗传。在进行一系列研究后，1909年伽罗德出版了《新陈代谢的先天缺陷》一书，指出黑尿病患者代谢紊乱是因为酪氨酸分解代谢的第一阶段，即苯环断裂这一步无法进行。因而伽罗德认为，苯环断裂是在某种酶的作用下发生的，病人缺乏这种酶，所以出现黑尿症状。这样就把一种遗传性状（黑尿）与酶（蛋白质）联系起来了。但对遗传因子与酶的这种预测性的设想，却无法得到实验证实。

1940年，比德尔和塔特姆（E.L.Tatum）开始用红色链孢菌研究基因与酶的关系。他们用X-射线照射诱导产生链孢菌的突变体，发现了几种不同的失去合成能力的链孢菌。他们通过对这些突变体杂交后代的遗传学分析表明，每一种突变体都是单个基因突变的产物，并认为每一个基因的功能相当于一个酶的作用。由此，于1941年他们提出了“一个基因一个酶”的假说。按照这个假说，基因决定酶的形成，而酶又控制生化反应，从而控制代谢过程。1948年，米歇尔（F. Mitchell）和雷恩（J. Lein）发现，红色链孢菌的一些突变体缺乏色氨酸合成酶，从而为“一个基因一个酶”的理论提供了第一个直接的证据。蛋白质是有机体基因型产生的最直接的表现型，决定了生物性状的表现形式。因此“一个基因一个酶”（后改为一个基因一个蛋白质）的理论为以后DNA→RNA→蛋白质的“中心法则”提供了理论基础，对认识基因控制遗传性状的机制具有重要意义。1958年，伽罗德和塔特姆获得诺贝尔奖。

DNA双螺旋结构的确立

1951年，沃森在意大利参加了一个生物大分子结构的学术会议，会上听了英国国王大学威尔金斯关于DNA的X-射线晶体学的研究结果的报告十分兴奋。沃森是噬菌体小组领袖人物卢里亚的研究生。博士毕业后，被卢里亚送到丹麦哥本哈根的克卡尔（Herman Kacker）实验室做有关核酸的生物化学方面的研究。这使他迅速熟悉了核酸方面的知识，并确认基因的本质是DNA。他认识到，要解开基因的功能之谜，必需首先弄清DNA的结构。威尔金斯的工作给了他极大的启示，在卢里亚的支持下，他来到了当时世界生物大分子结构研究的中心——剑桥的卡文迪许实验室。在这里，他与弗朗西斯·克里克（Francis Crick）相遇。克里克毕业于伦敦科里基大学物理系，二战期间在军队从事过磁铁矿方面的研究。战后在薛定锷《生命是什么》一书的影响下，转向生物学研究。当时作为一名博士研究生正在佩鲁兹研究小组参加血红蛋白结构的研究。沃森的到来，使他了解了DNA研究的新进展。他们一致认为，搞清楚DNA的结构是揭示基因奥秘的关键所在。伦敦国王学院的威尔金斯是克里克的朋友，这使他们很容易地获得威尔金斯小组对核酸研究的新成果。沃森和克里克的合作，可以看成是生物学研究中，信息学派和结构学派结合。这个结合最终导致DNA双螺旋结构的发现。

在沃森—克里克开始着手研究DNA结构之时，对DNA结构的资料还是比较零散的。当时已知：1。DNA是由腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胸腺嘧啶（T），胞嘧啶（C）4种核苷酸组成；2。每个核苷酸的糖基因以共价键的方式与另一个核苷酸的磷酸基因结合，形成糖—磷酸骨架；3。这些核苷酸长链具有规则的螺旋状结构，每3.4埃重复一次。但DNA分子究竟是由几条核苷酸链组成，以及链与链之间通过什么方式组成螺旋状分子，则仍然不清楚。1951年沃森—克里克曾提出一个三螺旋模型，1952年，鲍林也提出了一个三链模型，但随即被否定，因与已知的DNA X-射线衍射结果不相符。DNA双螺旋结构的确立主要由于以下的研究成果：1。1952年，沃森在威尔金斯那儿看到了富兰克林在1951年拍摄的一张水合DNA的X-线衍射图，图片上的强烈的反射交叉清楚地显示了DNA是双链结构。这张图给沃森印象极为深刻，决定建立DNA的双链模型；2。1952年数学家格里菲斯（J. Griffith）通过对碱基间的结合力计算，表明A和T与G和C之间相互吸引的证据。同时从查伽夫（F. Chargaff）早先已确定的，DNA分子中，嘌呤碱与嘧啶碱之比为1:1的当量定律，也排除了碱基同型配对的可能性。此外，多诺休（J. Donohue）指出了碱基的互变异构现象。这些结果都肯定了DNA的二条核苷链中，A-T，G-C的碱基配对原则；3。1952年，富兰克林DNA的X-线衍射结果已经准确地推测出，双链分子糖—磷酸骨架在外侧，碱基在内侧的结论。富兰克林还推测出配对碱基的距离为20埃，旋距为3.4埃。

根据上述资料，1953年沃森—克里克提出了一个DNA双螺旋模型。这个结构符合已知的有关DNA的实验资料，弃提示了DNA分子复制的可能方式，因而立即受到科学界的重视并很快被接受。DNA双螺旋结构的发现，标志着分子生物学的诞生。此后的15年间，分子生物学取得迅速发展，其中具有重要意义的进展有：

1， 1968年克里克在他的《论蛋白质的作用》一文中，提出了遗传信息的流向是DNA-RNA-蛋白质的着名的“中心法则”。1970年蒂明（Howard Temin）和巴尔的摩（David Baltimore）分别在RNA肿瘤病毒颗粒中发现“依赖RNA的DNA转录酶”（逆转录酶），证明了遗传信息也可以从RNA流向DNA，从而完善了中心法则的内容。1975年，蒂明和巴尔的摩获诺贝尔生理学或医学奖。

2，1954年伽莫夫第一次把决定一个氨基酸的核苷酸组合称之为遗传密码，并提出了“重叠式三联密码”假说。他通过计算给出了64种可能的三联密码。伽莫夫的假说的问题是：1，重叠密码是错误的；2，认为DNA直接指导蛋白质合成是错误的。1961年克里克和布伦纳（S.Brenner）通过实验和统计分析否定了遗传密码的重叠问题，提出了“非重叠式三联密码”的假说，并通过实验获得证实。同年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg）用生物化学的方法及体外无细胞合成体系，首次成功地确定了三联尿嘧啶UUU.是苯丙氨酸的密码子，揭开了破译三联密码的序幕。到1966年就完成了所有20种氨基酸的密码表1968年，尼伦伯格获诺贝尔生理学或医学奖。

3，.基因表达调控的“操纵子学说”的提出。1960年法国科学家莫诺（J. Monod）和雅各布（F.Jacob）发表了“蛋白质合成的遗传调控机制”一文。在文章中他们正式提出了基因表达的操纵子学说。他们用大肠杆菌乳糖代谢调控系统为模型，揭示了半乳糖苷酶产生的基因调控机制，提出了结构基因、调节基因和操纵基因的概念，并证明了半乳糖苷酶（蛋白质）的产生正是这些基因相互作用的结果。操纵子学说的提出使对基因的研究从结构研究向功能研究的转变，为深入揭示基因控制生物性状（表型）的机制奠定了基础。1965年莫诺和雅各布获诺贝尔生理学或医学奖。操纵子理论有力地证实了美国科学家麦克林托克（B.Mclintock）1951年在研究玉米遗传特性时提出的“跳跃基因”（转座子）的概念，为真核细胞基因调控的研究开辟了道路。1983年麦克林托克获诺贝尔生理学或医学奖。

4，基因工程枝术的诞生。1962年阿尔伯（W.Arber）提出细菌体内存在一种可以破坏外来DNA的酶。1970年史密斯（H.O.Smith）获得了第一个DNA限制性内切酶。纳桑斯则用内切酶将SV40病毒的DNA切割成一些特定的片段，并获得了此病毒基因组的物理图谱。1978年阿尔伯、史密斯和纳桑斯获诺贝尔生理学或医学奖。此后又陆续发现了DNA联接酶、DNA聚合酶，这些工具酶的发现为基因工程技术的出现奠定了基础。1971年美国科学家伯格（P. Berg）用限制性内切酶和联接酶将SV40的DNA与入噬菌体的DNA片段连接在一起，形成的杂种分子在大肠杆菌中成功表达，使跨越物种的DNA重组成为现实。基因工程作为一项新技术诞生了，它不但为农业、畜牧业和医药产业的发展提供了广阔的发展空间，而且为进一步深入探索生命起源和开展人造生命（合成生物学）的研究提供了技术手段。伯格的工作为基因工程的诞生奠定了基础，1980年伯格获诺贝尔生理学或医学奖。

从1953年DNA双螺旋结构发现以来的半个多世记中，分子生物学按还原论的路径迅猛发展，取得了许多重要进展。进入21世记以来，人类基因组计划的完成，以及蛋白质组学等各种“组学”的出现，为从整体上认识遗传、变异、及个体发育等基本生物学现象开辟了新方向。早已认识到基因组完全相同的卵孪生子之间在遗传表型上可以表现明显差异，显示了基因型（Genotype）与表现型之间的复杂关系。近年来兴起的表观遗传学（Epigenetics）研究表明，基因组可以通过DNA甲基化（DNA methylation），基因印记，母体效应，基因沉默，RNA编辑等方式改变基因表达的方式。这样就为深入理解环境与遗传的关系提供了可能，从而对医学科学的发展产生深远的影响。

C. 什么是结构生物学

结构生物学以生物大分子三级结构的确定作为手段，研究生物大分子的结构功能关系，将探讨生物大分子的作用机制和原理作为研究目的。结构生物学是近代生物学发展过程中，定量阐明生命现象的一门科学，生物大分子的三级结构和结构功能研究的结构生物学已经成为生命科学当前的前沿和带头学科。

(3)如何看待结构生物学好发文章扩展阅读：

蛋白质及其复合物三维结构的测定是生物研究最重要的科学基础之一，和结构相关工作共获诺贝尔奖25项，占诺贝尔奖自然科学部分的8%。在医药研发中，蛋白质晶体学也被广泛用于基于结构的新药设计。

蛋白质三维结构的测定主要有三大手段：X射线晶体学、核磁共振技术（NMR）以及冷冻电镜三维重构技术。这些研究方法都有其优点和缺陷，不同的研究对象需要采用不同的方法。

X射线晶体学是目前分辨率最高的结构测定方法，但是首先要拿到蛋白质晶体，分子量很大的蛋白以及膜蛋白很难得到晶体，这是其局限性。核磁共振光谱学比较适合研究小分子量的蛋白和蛋白相互作用位点的信息，而冷冻电镜比较适合研究超大分子量蛋白复合物甚至亚细胞器的结构；因此往往需要通过结合不同的方法来互补。

D. 请以“我眼中的生物学”为题写一篇心得！1000字以上！准高一新生作业！急！！

我看生物学

—— 一位大三学生

1.生物学发展的历史及现状(1)
自然科学起源于古希腊，生物学也不例外。当时实验作为科学尤其是生物学的一种手段尚未为人们所重视。早期的希腊哲学家认识到一些生理现象如运动，营养，感觉，生殖等等都需要加以解释，并认为只要对之加以思考（就像他们对待哲学问题一样）就能解决。这种错误的思想一直维持到文艺复兴时期实验科学从哲学中解放出来。
达尔文以前对生物学贡献最大的亚里士多德。他是对生物进行分类的第一人---虽然正式的分类法后来由林奈提出；他首次认识到比较法对于生物学的重要性，而比较法即便是在现代也是贯彻生物学研究始终的一条主线；更重要的是，他从哲学上提出了生物学不仅仅满足于回答“怎样”（生物体如何实现其功能的？）的问题，还要解决“为什么”（为什么生命现象会有这么多的目的性？）的问题。而这个“为什么”也就是现代进化生物学家们所提出的最重要的问题。
在文艺复兴时期，实验方法走进了生物学。当时解剖学盛极一时，维萨纽斯发明了新解剖工具，并出版了《人体解剖》一书。这一时期生物学最重大的发现来自哈维，提出并论证了血液循环学说，这在很大程度上得益于当时比较先进的解剖技术。另外着名的解剖学家Borelli曾在他的《动物的运动》一书中论述了关于行动的研究，如利用力学原理分析了血液循环和鸟的飞行问题。这大概是生物学与物理学的第一次结合。
正如伽利略用他的望远镜使物理学的触须伸向天空一样，引导生物学进入微观世界的是列文虎克和他的显微镜。这两个例子说明了仪器在科学研究中可能发挥的巨大潜力。这时期林奈提出了分类法，博物学也达到了前所未有的高峰，并与生物学一向的主流---解剖学结合起来，互相促进。这个时期生物学的主要兴趣很明显是生物有机体的描述、比较和分类。博物学和解剖学的积累，尤其是比较解剖学方面的数据，为后来的达尔文进化论奠定了基础。
1859年，根据其对戈拉帕哥斯岛和南美动物区系的研究和一些解剖学和博物学的资料，达尔文提出了进化论。进化论的革命性有两点：第一，所有有机体都可能来自共同的祖先；第二，进化是有原因的，首先产生遗传变异，然后对变异的个体进行自然选择，从根本上否定了拉马克的自发进化学说。
19世纪实验科学方面的一个重大进展是施莱登和施旺的细胞学说，这得益于显微镜的发明。另一个重大进展是孟德尔的遗传学说，遗传学在贝特森、摩根等人手中迅速的发展成一门宏大而成熟的科学。其中值得一提的是麦克林托克用经典遗传学的手段发现了转座子。19世纪中期，综合遗传学的理解和对种群进化的认识，形成了一个统一的进化学说---综合进化论。一些主要的进化生物学的概念如物种形成、进化趋势等可以在遗传学上得到新的解释和认识。
生物学的重大发现之一就是沃森和克里克发现DNA双螺旋结构。在那个时代，DNA作为遗传物质已经为Avery等证明，因此一个重要的问题是：DNA分子如何携带控制发育过程的全部信息？当时结构生物学手段刚刚建立起来，沃森和克里克利用X衍射信息重建了DNA双螺旋结构并指出了碱基配对的可能性。这是一次科学家非凡的洞察力和精巧的实验技能的完美结合。DNA双螺旋结构宣告了分子生物学时代的来临，在20世纪七八十年代，中心法则以及其内在的分子机制建立起来后，分子生物学在更大程度上作为一种有力的手段被应用，如阐明分子进化或者发育的机制等。中心法则确立后，很多有前瞻目光的科学家寻找生物学的新的出路，如Sydney Brenner提出用线虫研究发育和神经， Seymour Benzer提出用果蝇做神经和行为等。
纵观生物学发展的历史，所有学说和理论的提出都是有其时代背景的，如比较解剖学和博物学为达尔文进化论的提出建立了基础；遗传学的兴盛预示了DNA双螺旋结构的发现；分子生物学的建立使在分子水平研究进化与发育等。就像渐变进化论一样，生物学的发展也是渐变的。

2.生物学科研手段
生物学作为一门实验科学主要是建立在解剖学的基础上的。收集各式各样的标本，对人体和动植物进行解剖观察，曾是生物学的主导手段。达尔文的进化论同样是建立在细致的观察的基础上的。列文虎克用自制的显微镜第一次观察到了细胞，以及之后细胞学说的建立，体现了精确的仪器在生物学研究中的巨大威力。在分子生物学尚未建立以前的经典遗传学时代，将宏观现象（突变体）与微观世界（染色体）联系起来的正是显微镜。当时果蝇的巨大染色体（足以在光学显微镜下看到清晰的分带）为遗传操作和分析提供了很大的便利。在神经生物学上，着名的神经解剖学家Cajal曾用高尔基染色法对大量的神经系统组织标本进行显微观察，提出了神经元学说，并以超人的洞察力指出了神经系统信号传递的许多基本性质。
遗传和生化是进行功能性生物学研究的两大手段。然而在摩尔根的时代，经典的遗传学更着重于探索遗传的机制，即遗传物质是怎样传递的。遗传学真正作为一种对基因进行大规模的功能性研究和分析始于Nusslein-Volhard对影响果蝇体节分化的基因的一次gene screen(2)，首次将基因的功能与发育联系起来。几种模式生物的确立极大的方便了系统使用遗传学手段研究基因的功能以及相互之间的作用。现代遗传学可以分为两类：forward genetics和reverse genetics(3,4)。前者是依据从表型到基因型的思路，寻找影响某一生物体功能的基因，而后者则是从基因到表型，看某一感兴趣的基因是否对生物体的功能造成影响。reverse genetics一般是对一些重要的基因的同源基因进行验证。最近发展出来的modifier screen和clonal screen，前者是研究信号通路的很有力的手段，后者则用于一个基因的多种功能。现代遗传学已经基本上可以做到在特定的一小群细胞中以特定的时间表达或抑制表达某个基因。
生化手段与遗传学手段恰恰相反。它是首先建立一个功能性的检测体系，然后用传统的层析方法纯化蛋白。生化方法较遗传学方法优势在于能够揭示许多重要蛋白的新功能，而在gene screen中重要蛋白的突变体往往在胚胎期就死亡了，因而看不到成体的表型。王晓东关于cytochrome C在细胞凋亡中的作用就是一个很好的例子。gene screen是发现不了cytochrome C的，因为cytochrome C是电子传递链上如此重要的一个分子。他首先建立了一个in vitro的细胞凋亡的体系，然后试着加一些小分子物质如核酸等，看能否加快细胞凋亡的进程，结果发现了ATP和dATP，而且dATP的效果比ATP强一千倍(5)。依靠生化纯化蛋白的手段，他分别纯化出了cytochrome C,Apaf-1和caspase-9。
在现代生物学研究中，遗传、生化和分子互相渗透，在基因功能性研究和细胞信号通路的阐明中发挥了巨大的作用。
显微镜在细胞学说的建立中曾发挥过关键的作用。然而因为分辨率太低的原因，在很长一段时间内被生物学家们冷落。而今显微成像技术有复苏的趋势。促使显微成像技术再次倍受生物学家们关注有两个原因：一个是激光共聚焦显微镜的发明；另外一个是荧光标记技术的成熟。激光共聚焦显微镜最早由Minsky发明，有效的克服了普通光学显微镜因成像平面受到邻近平面发出的光的干扰而造成图像模糊不清的现象。随着计算机技术的进步，光学成像和图像处理技术进一步提高，激光共聚焦显微镜真正走上了生物学研究的舞台。荧光标记技术在生物学上的应用同样经过漫长的道路。尽管荧光标记的抗体在1941年就被应用在生物学研究上，但当时普遍认为抗体只能应用在对感染等免疫学的研究。直到后来人们才意识到，一些针对其他蛋白如actin或tubulin的抗体可以用相似的办法来制备。当这个观点为人们所普遍接受后，免疫荧光染色马上被应用到生物学其他领域。科学家们由此可以观察到细胞骨架的精细结构、胞内蛋白的定位。荧光技术同时在动态观察胞内Ca2+变化等方面得到应用。而当GFP发现后，科学家们更可通过基因工程技术将GFP标记的特异性蛋白导入细胞内来实时地监测生理状态下生物大分子的动态变化。Svoboda使用双光子荧光显微技术活体研究神经系统的可塑性应该真正是这方面的扛鼎之作。双光子成像的最大好处是激发波长在偏红外区域，可以穿透很厚的标本，同时对标本损伤很小，适于活体观察，光漂白作用也小。他们首次用这项技术观察到新形成的树突棘数目与小鼠barrel cortex发育过程中的可塑性之间的直接关系 ( 6 )。 成像方面胞内单分子监测越来越受到重视，FRET(能量共振转移)、TIRF（全内反射）等技术的不断成熟，使在活体状态下观察单个分子的运动成为可能。
总之，技术的进步可以说是推动实验生物学发展的主要动力。但是我觉得，进行有创造性的生物学研究的一个特点是，始终抓准最基础和最重要的问题，以正确的技术和合适的标本进行回答。Hodgkin, Huxley巧妙地运用电压钳技术，用特定的离子（K+,Na+,Cl-）进出轴突膜上的离子通道来解释动作电位的产生，最终诺贝尔奖授予他们而非发明膜片钳的人；Rod MacKinnon发现只有结构生物学能够彻底地解决钾通道的问题时，马上由一位电生理学家变为结构生物学家；王晓东也是一个突出的例子，他成功的关键在于，正确的运用技术（生化而非遗传）解决了关键的问题（细胞凋亡的上游信号通路）。成为科学家而非科学匠在于是不是能够驾驭技术而不致成为技术的奴隶。有时关键的问题是什么，大家都比较清楚，优秀的科学家还应能判断出何时能解决这些问题。生物学，或者说实验科学，本身就是一门解决问题的艺术。

3.我所感兴趣的神经发育科学
神经发育科学的主旨在于研究神经细胞如何分化成具有轴突和树突的神经元，细胞迁移和轴突长出是如何被诱导，特异的神经元是如何识别而形成功能性的突触，连接是如何在发育进程中被修剪和精细化的。
神经发育生物学中我最感兴趣的是神经元在发育过程中的极性(7)。极性包括两个方面：一个是神经细胞在形态发生中极性的形成---神经细胞在发育初期会伸出很多的神经突，其中某个神经突在发育后期会特化为轴突，其余神经突则特化为树突。轴突和树突在神经元信号传递中的功能是截然不同的，因此极性的建立、加强和维持就显得特别重要。我们可以问如下的问题：神经细胞最初的极性是如何建立的？有什么分子参与这一过程?极性是如何影响轴突和树突的长成的？轴突特异性蛋白和树突特异性蛋白如何在胞内定位？树突的分支比轴突复杂的多，这是为什么？不同神经元树突的形态很不相同，调控树突分支的分子机制是什么？神经元的极性在成体中又是如何保持的？这些都是很重要且有趣的问题。另一方面是极性在神经细胞迁移和轴突导向中的作用，轴突导向的过程为两类分子---短程分子和长程分子所介导。这两类分子在轴突生长锥附近形成梯度分布，排斥或者吸引正在生长的生长锥。例如ephrin就是结合在细胞膜上的，而且在神经系统的某些区域形成梯度分布，可以排斥正在生长的轴突。其他的分子比如netrin或者semaphorin，以扩散的形式分泌，可作为长程的吸引或排斥分子。这些胞外的信号分子造成胞内某些分子活性的极性分布，如CDC42和PI3K等，这些分子的活性进一步影响细胞骨架的重新分布，如actin和tubulin单体在生长锥的一边多聚化，在另一边解聚，从而引起轴突生长锥的转向。相当有意思的一个问题是，胞外信号分子如此微弱的浓度梯度是如何在胞内进行信号放大以指引生长锥正确的转向？
对于神经细胞轴突和树突的极性形成，一个有趣的比较是，轴突对应于上皮细胞的apical side，树突对应于上皮细胞的basolateral side(9)。比如最近发现在上皮细胞的极性确立中期重要作用的mPar3/mPar6/aPKC在神经细胞的极性形成中也有作用（10）。时松海等发现mPar3/mPar6/aPKC以及被活化的PI3K集中在发育中的神经细胞轴突的顶端，而异位表达mPar3/mPar6/aPKC或者抑制PI3K的活性都能有效的抑制轴突的长出，轴突特异性蛋白tuj1不再表达。轴突形成的下游效应分子是微管和微丝。Bradke等作了一个有趣的实验(11)：他们将微丝特异性药物cytochasin D局部地加在一条即将特化成树突的神经突上，发现它被诱导形成轴突。因此，有可能cytochasin D使微丝去稳定，有利于轴突的形成。但是在生理条件下，上游的信号分子如何调控微丝和微管的动态变化以建立神经元极性仍然是一个待解决的有趣的问题。微管与神经元极性的关系始于对一个微管结合蛋白CRMP-2的认识。人们发现在它特异的集中在轴突的顶端，当升高CRMP-2的表达时，有更多的轴突长出。最近的一片待发表的文章指出CRMP-2的上游调节分子为GSK-3(12)，而在以前的工作中证明了GSK-3在神经元迁移中的作用(13)。由此可见，在这两类极性的建立和发生中有些分子是保守的，如果认识到微管和微丝在轴突形成和轴突导向中的同样重要的作用，就更能深刻的理解这一点。最近证明某些胞外分子也能影响轴突的形成，如果让神经元在铺有polylysine和laminin（或者NgCAM）条形间隔的培养基上生长，那些接触laminin或者NgCAM的神经突较接触polylysine的神经突更易特化为轴突(14)。
经过二十余年的探索，已经证明相同的信号通路在轴突导向和不同的细胞迁移中（如肿瘤形成(tumoriogenesis)和血管形成(angiogenesis)中的细胞迁移、肿瘤细胞迁移(tumor metastasis)）被使用(15)。有关细胞迁移的领域，有很多杰出的科学家在进行孜孜不倦的探索，因为这实在是一个非常有趣的问题。只要稍微发挥一下想象力，就不难通过比较的方法找到对问题的突破口。比如chemokine一向是介导白细胞迁移的一类趋化分子，通过G蛋白耦联受体(GPCR)向胞内传递信号。最近发现轴突导向同样可以由GPCR所介导，并为SDF-1（属于chemokine的一种分子）所排斥(16)。又比如Slit最先是发现在轴突导向和神经元迁移中起排斥作用的， Wang Biao等的研究结果表明Slit2在肿瘤细胞中表达，而Slit的受体在血管上皮细胞中表达，肿瘤细胞释放Slit2吸引血管上皮细胞，促进血管形成，因此Slit-Robo信号通路在肿瘤血管形成中同样起作用(17)。既然胞外信号分子会影响轴突导向和细胞迁移，很容易想到的事情是：内因会不会影响神经元对胞外信号分子浓度梯度的反应？Poo Mu-ming的一系列开创性的工作证实了第二信使在轴突导向中的作用。他们发现胞内Ca2+的浓度直接影响轴突生长锥对于胞外信号分子的反应，特异性阻断Ca2+进入胞浆内以降低胞内Ca2+浓度，可以使原先netrin-1对于轴突的吸引作用变为排斥(18)。cGMP和cAMP也有类似的作用，提高胞内cyclic neucleotides的浓度可以使轴突对胞外信号分子的排斥效应变为吸引效应(19)。进一步的研究发现cAMP、cGMP和Ca2+是有crosstalk的，cyclic neucleotides能够调节L型Ca2+通道的通透性，升高和降低胞内Ca2+的浓度，进而调节轴突对外界信号的吸引或者排斥作用(20)。这些工作使我们对于第二信使在轴突导向中的作用有了比较完整的理解，并使对其他现象的深刻理解成为可能。如最近发现Sema 3A有对树突有吸引作用，这与它对轴突的排斥作用恰恰相反。对这个现象的解释是，guanylate cyclase (SGC)在轴突和树突中的不对称分布造成了cGMP浓度在轴突和树突中的不同，因而造成了轴突对同一种胞外信号分子的不同反应(21)。

发育生物学可以说是实验生物学的一个核心问题，而神经发育更是核心问题中最为神奇的地方和激动人心的发现的源泉。我对神经发育中的轴突导向和神经元极性确定方面的课题感兴趣的原因有两个：第一，细胞极性的问题本身是一个从对称走向不对称，从无序走向有序的问题，探索这一问题本身有着科学的美感，是很有趣的问题；第二，轴突导向反映细胞也是有智慧的，对不同的外界环境做出不同的反应，而正如外因和内因决定一个人的成长一样，外部环境和内在因素共同决定着轴突导向，因此在探索过程中将神经元拟人化去理解我觉得特别重要，也很有意思。神经发育科学中有很多有趣的和重大的问题尚待解决， 因此只要保持一颗好奇心，是不难找到用武之地的。

E. 生物学博士好发文章吗

看你发什么级别的文章，如果只要是SCI的文章就好发，影响因子5分以上就相对难些

F. 结构生物学是不是灌水

首先，啥叫灌水？wiki是这样说的“灌水原为商业用语，指不良商人于货品如肉类灌入水分以谋暴利。现在也做为网络用语，指用户用无意义的字句，或者重复字句，或者滥发“表情”回复帖子的行为。”

如果你的灌水意思是文章发得快发的多，我推荐你去看看GPCR的结构解析过程，再看看核糖体的解析过程……

最后，哪个学科都有渣论文，开地图炮是不好的。我是不是可以这么说，信号通路的基本思路就是敲基因》看表达谱》过表达》看表达谱》IP》看相互作用》实在不行上耗子？哪有那么多反常规的思路？大发现也都是在搬砖的过程中发现的。

G. 生物信息学和系统生物学是不是较难在顶级期刊上发表文章

这个问题可能需要从两方面进行回答，生物信息学和系统生物学的定义与界定方法；何为顶期刊。一句回答，按照我个人的理解，发表在CNS级别的文章中，基于生物信息学，以及系统生物学方法手段的曾经有很多，现在也一直有发表，未来很可能也会是一种很普遍的现象。原因见下：首先生物信息学和系统生物学是不可以混为一谈进行探讨的，我理解的生物信息学是一门基于数据挖掘、分析与计算对生物问题进行归纳，统计，解释并预测的科学。而系统生物学则更像是一种生物学研究的一种概念，倾向于从表型入手，通过人群分析，基因组，转录组，翻译组，蛋白组，等组学的大数据的分析，全面的了解一项生物问题。两者在一些问题上的研究方法是类似的，但是系统生物学的数据更具多样性，更偏向生物。顶级期刊这个概念很难划定范围，但是如果你持续关注CNS，你会发现利用以上两种手段进行分析研究的文章是持续有发表的。比如基于各种肿瘤的大样本测序在nature和science上经常有发表，又比如最近science上也有对英国人群的全基因组测序。但是如果牵涉到是否易于发表，我认为只要是一个很严谨的杂志，对每一个研究每一篇文章的要求都是很高的，你可能暗示说最近结构生物学的文章总是出现在nature正刊的article里，但就算结构生物学的文章易于发表，并不意味着发表了的文章易于完成。

H. 结构生物学的发展

结构生物学的发展经过以下几个阶段：结构生物学起源于上世纪五十年代众所周知的Waston Crick 发现了 DNA双螺旋结构，建立DNA的双螺旋模型。60年代当时的开文迪许实验室的M.Perutz J.Kendrew用X-射线晶体衍射技术获得了球蛋白的结构。由于X射线晶体衍射技术的应用，使我们可以在晶体水平研究大分子的结构，在分子原子基础上解释了大分子.由于他们开创性的工作，Waston Crick获得了1962年的诺贝尔生理学与医学奖，M.Pertt和J.Kendrew获得了同年的化学奖.从那时起，技术的发展就成为结构生物学发展最重要的决定因素。60到70 年代，在同一实验室的他们又发展了电子晶体学技术 ，当时的研究对象主要是有序的，对称性高的生物体系，如二维的晶体和对称性很高的三维晶体。70-80年代 ，多维核磁共振波谱学的发明使得在水溶液中研究生物大分子成为可能，水溶液中的生物大分子更接近于生理状态.最近二十年，80年代到本世纪初，冷冻电子显微镜的发明，这种技术的发明使我们不仅能够研究生物大分子在晶体状态和溶液状态的结构，而且能够研究研究复杂 的大分子体系（molecular complex）超分子体系，这就是细胞器和细胞.可见结构生物学的发展过程经历了从结晶到溶液再到大分子体系，超分子体系，如核糖体（ribosome），病毒，溶酶体（lysosome），线粒体等。