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我们不知道答案的125个科学问题(17)生物大数据背后的图像 精选

已有 2846 次阅读 2021-7-3 19:27 |个人分类:科学教育|系统分类:科普集锦

上接第16个问题的链接:http://www.blog.sciencetimes.com.cn/home.php?mod=space&uid=318012&do=blog&id=1292142 

 

题记:又一个生物学方面的综合性问题,由于并非本人专业,只能就字论意,对照翻译,无法太过解读,问题的详情如下:基因的数目)。细胞生物学家通过生物分子调控细胞的健康,追踪到了细胞之间复杂的信息通讯模式,他们想弄清楚这些复杂的通讯模式背后是否存在一套简单的信号传递规则。发育生物学家则想要得到胚胎发育过程的一个全面的图景:胚胎细胞是如何引导少数几个干细胞逐渐分化成大量在骨骼、血液和皮肤组织里实现不同特定功能的特殊细胞(见第8个问题:细胞的分化)。显然这些难题的解答只能通过系统生物学的方法来实现。同样对于神经科学家来说,他们也试图寻找隐藏在复杂大脑神经回路中的集体涌现现象,比如高级思想的产生(见第2个问题:意识的物质基础)。更宏观的尺度下,为了理解包括全球变暖在内的生态系统变化问题,生态学家则更需要将物理模型数据和生物数据结合到他们的思维之中统一加以考虑。

 今天,系统生物学家才刚刚开始研究一些相对简单的数据网络。他们已经研究出酵母菌分解半乳糖(一种碳水化合物)的代谢途径。另一些人追踪了海胆和其他生物胚胎发育的最初几个小时,目的是观察不同的转录因子是如何随着时间的推移改变基因表达的。研究人员正在发展支配细胞信号网络和简单大脑回路网络运行的基本理论模型。 

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图3 神经网络的连接示意图(来自网络)

 将生物网路的复杂模式转化为计算机可以模拟的理论模型的困难性限制了系统生物学研究的进一步发展。网络计算模型本身是相对简单的,但如何用一种研究人员都能够理解和解释的方法或模型去描述真实的生物学数据,以及如何利用理论模型的模拟结果去理解真实数据的研究工作还需要继续不断改进。目前,世界各地都在成立新的交叉学科类的研究机构,他们召集了由生物学家、数学家和计算机专家组成的跨学科研究团队,帮助推进系统生物学的研究工作。 但无论如何,它的发展目前仍处于起步阶段。总之,从目前的发展来看,还没有人能够知道,随着大量交叉学科研究工作的发展和不断提升的数值计算能力,科学家们能否可以找到隐藏在生物大数据背后的一个完整而规则的生命图像,而这个图像能够完全揭示和演绎生命体的生命过程究竟是如何运作的。

——Elizabeth Pennisi 撰文,张林 编译




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