從科學(xué)研究的歷史來看,，形成一門學(xué)科并非一件容易的事,。但在人類基因組計(jì)劃實(shí)施的短短幾年間,，以××組學(xué)（-omics）構(gòu)成的學(xué)科如雨后春筍般,，迅速地在生命科學(xué)界蔓延,。最早出現(xiàn)的是與DNA相關(guān)的“基因組學(xué)”（genomics），隨后又產(chǎn)生了許多與各種生物大分子或小分子相關(guān)的“組學(xué)”,，如蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）、轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcriptomics）,、代謝組學(xué)（metabolomics）等,。復(fù)合名詞則更是不可勝數(shù)，以基因組學(xué)為例,，在文獻(xiàn)中就可以看到結(jié)構(gòu)基因組學(xué),、功能基因組學(xué)、癌癥基因組學(xué),、藥物基因組學(xué),、毒理基因組學(xué)、環(huán)境基因組學(xué)和營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)等,。這些術(shù)語的出現(xiàn),，從積極的方面來看，表現(xiàn)了生命科學(xué)的活力和迅速發(fā)展的勢(shì)頭,。從消極的方面來看,，則暗示了一種浮躁和輕率。本文試圖對(duì)后基因組時(shí)代出現(xiàn)的這諸多的“組學(xué)”進(jìn)行一番梳理,，并對(duì)這些新興學(xué)科進(jìn)行反思和討論,。
工程型與概念型大科學(xué)
人類基因組計(jì)劃常被人們譽(yù)為生命科學(xué)的“登月計(jì)劃”。這一比喻應(yīng)該說是很恰當(dāng)?shù)?，不僅說明這兩者都是大科學(xué),，有大量人力物力的投入，而且表明兩者都擁有一個(gè)清晰,、具體的目的,。對(duì)于前者而言，是測(cè)出人類基因組所含的32億個(gè)堿基對(duì),；對(duì)于后者來說,，則是讓人類跨越38.4萬千米的空間距離，登上月球,。換句話說,，這兩個(gè)計(jì)劃都屬于科學(xué)工程,。凡是工程都具有這樣一個(gè)特點(diǎn)：目的明確，可進(jìn)行評(píng)估和度量,。比如要建造一幢樓房或架設(shè)一座橋梁,，顯然我們是有著明確的目的，而且可以對(duì)工程的實(shí)施進(jìn)度和完成情況進(jìn)行具體的和定量的評(píng)判,。盡管“登月計(jì)劃”和人類基因組測(cè)序工作要遠(yuǎn)比蓋房子復(fù)雜和困難,，但本質(zhì)上都符合工程的范疇。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn),，筆者把生命科學(xué)領(lǐng)域中研究目的可以被明確界定和度量的大科學(xué),，如測(cè)定物種基因組全序列的基因組學(xué)，稱為“工程型大科學(xué)”,。
生命科學(xué)領(lǐng)域中還存在另外一類大科學(xué),，例如“相互作用組學(xué)”（interactomics）、藥物基因組學(xué),、環(huán)境基因組學(xué)等,。它們與工程型大科學(xué)有著很大的區(qū)別，因?yàn)槠溲芯磕康牟皇敲鞔_可辨的,，通常也難以對(duì)其進(jìn)行具體的評(píng)估,。這類大科學(xué)通常圍繞著某種概念來進(jìn)行研究，例如相互作用組學(xué)是以“相互作用”這一概念為主導(dǎo),，環(huán)境基因組學(xué)則以“環(huán)境”這一概念為核心,。但是，在“相互作用”和“環(huán)境”指導(dǎo)下的研究?jī)?nèi)容是模糊的,，研究邊界也是變化的,。此外，這類大科學(xué)不同于工程型大科學(xué)的另一特點(diǎn)是,，研究永無止境,，沒有結(jié)束的客觀依據(jù)或判定標(biāo)準(zhǔn)。人類基因組序列一旦測(cè)完,，就可宣稱人類基因組計(jì)劃結(jié)束,。但是根據(jù)什么來判斷酵母相互作用組的研究工作完成與否呢？筆者把這類沒有明確目的和判定尺度的大科學(xué)研究稱為“概念型大科學(xué)”,。
當(dāng)然,，對(duì)這兩種類型的大科學(xué)的區(qū)別有時(shí)是很微妙的。美國(guó)國(guó)立癌癥研究所在1997年發(fā)起了一個(gè)“癌基因組解剖學(xué)計(jì)劃”（Cancer Genome Anatomy Project,，CGAP）,，其目的是要收集和分析與癌癥有關(guān)的遺傳和基因組數(shù)據(jù)。這個(gè)計(jì)劃內(nèi)的兩個(gè)子計(jì)劃——哺乳動(dòng)物基因收集（Mammalian Gene Collection）和癌細(xì)胞染色體畸變計(jì)劃（Cancer Chromosome Aberration Project）,，則分別屬于工程型和概念型大科學(xué),。因?yàn)榍罢哂锌梢耘袚?jù)的目標(biāo)——收集所有人和小鼠的基因表達(dá)產(chǎn)物（全長(zhǎng)cDNA）,，后者卻無法判定其目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)——收集所有癌細(xì)胞的染色體畸變類型。從這個(gè)意義上說,，代謝組學(xué)或蛋白質(zhì)組學(xué)都更接近概念型大科學(xué),，因?yàn)闆]有標(biāo)尺測(cè)量它們的完成情況?！?/p>
兩 難 的 抉 擇
迄今為止,，在生物學(xué)的大科學(xué)研究領(lǐng)域，基因組學(xué)最為成功,，從低等微生物到高等動(dòng)植物中的許多物種的基因組都已被破譯,。基因組學(xué)的成功理所當(dāng)然,，因?yàn)樗堑湫偷墓こ绦痛罂茖W(xué),。此外，基因組學(xué)成功的另外一個(gè)原因是對(duì)技術(shù)的強(qiáng)烈依賴性,。只要技術(shù)可行，目的就能達(dá)到,。在1980年代初提出測(cè)定人類基因組的想法時(shí),，許多科學(xué)家都認(rèn)為這是一個(gè)不可能實(shí)現(xiàn)的計(jì)劃，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的測(cè)序能力極低,，一年不過數(shù)萬個(gè)堿基,。隨著DNA自動(dòng)測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，測(cè)序能力迅速提高,，在1998年已達(dá)到年測(cè)序能力9000萬堿基,，2003年估計(jì)會(huì)達(dá)到每年5億堿基。這種對(duì)技術(shù)的依賴也正是工程型大科學(xué)的一個(gè)主要特征,。所以,，如果要準(zhǔn)備開展一個(gè)大科學(xué)項(xiàng)目，那么應(yīng)該著眼于那些研究目的明確,、技術(shù)方法可行的工程型大科學(xué)項(xiàng)目,。
但是，生命科學(xué)領(lǐng)域的工程型大科學(xué)也有其先天不足,。首先,，這類大科學(xué)不是針對(duì)具體的生物學(xué)問題來進(jìn)行的，也不能回答或解決具體的生物學(xué)問題,。其研究的最終結(jié)果只是為生物學(xué)問題的研究準(zhǔn)備一個(gè)數(shù)據(jù)庫,，提供一種進(jìn)行大規(guī)模、高通量研究的基礎(chǔ),。例如芽殖酵母（S. cerevisiae）基因組全序列的測(cè)定,，一方面給出了所有基因的信息,，另一方面讓基因芯片分析、蛋白質(zhì)相互作用組研究成為可能,。如果這些數(shù)據(jù)沒有被用于進(jìn)一步的功能性研究,，其價(jià)值將會(huì)大打折扣。
科學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)之一是可重復(fù)性,，不同的實(shí)驗(yàn)室得到同樣的結(jié)果才是真實(shí)可信的,。但是，在工程型大科學(xué)中,，這一標(biāo)準(zhǔn)就難以貫徹了,。很少有人愿意把一個(gè)已經(jīng)測(cè)完的基因組，再投入大量的人力和物力去重測(cè)一遍,。雖然人們會(huì)制定一套標(biāo)準(zhǔn)來防止錯(cuò)誤,，如美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院和能源部設(shè)立了測(cè)序合格的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但顯然還會(huì)有不少錯(cuò)誤的信息存在于數(shù)據(jù)庫中,。不久前,，美國(guó)人類基因組計(jì)劃的專家分析了國(guó)際人類基因組計(jì)劃（HGP）公布的人類基因組序列，以及美國(guó)塞萊拉（Celera）公司采用鳥槍法測(cè)定的人類基因組序列,，認(rèn)為塞萊拉公司并沒有做什么事,，只是把公共數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)重新拼裝而已。塞萊拉公司的專家則否認(rèn)這一指控,。這一案例表明,，即使對(duì)同一個(gè)基因組分別測(cè)序，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的差異也是不容易說清楚的,。蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的問題更為嚴(yán)重,，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件的微小差別，都可以導(dǎo)致不同的蛋白質(zhì)表達(dá)譜,。國(guó)際蛋白質(zhì)組織在2002年4月,，專門成立了旨在建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的蛋白質(zhì)組學(xué)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃（Proteomics Standards Initiative）。工程型大科學(xué)的這種不可重復(fù)性對(duì)研究者和科研管理者都是一個(gè)挑戰(zhàn)：怎樣評(píng)判這類生物學(xué)大工程的質(zhì)量,？
回過頭來看生命科學(xué)領(lǐng)域的概念型大科學(xué),，它們顯然有著誘人的另外一面：這類研究的內(nèi)容或目的通常是與生物學(xué)現(xiàn)象或問題緊密相關(guān)的。例如,，癌細(xì)胞染色體畸變計(jì)劃的實(shí)施,，有助于了解癌變機(jī)理和對(duì)腫瘤的診斷。此外,，這類大科學(xué)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)室研究有著緊密的聯(lián)系,，各種小型實(shí)驗(yàn)室的研究力量都能夠加入到這種類型的研究工作中。而工程型大科學(xué)常常局限于一些大型的研究實(shí)體，如在美國(guó),，公共的測(cè)序工作主要是由三個(gè)測(cè)序中心承擔(dān),。目前，概念型大科學(xué)種類和項(xiàng)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于工程型大科學(xué),，原因在于公眾和政府更愿意把錢投到有實(shí)際意義的研究中,，科學(xué)家更容易參與到與生物學(xué)問題和現(xiàn)象相關(guān)的研究中。
對(duì)于概念型大科學(xué)而言,，研究的核心理念必然涉及到概念和假設(shè),。如果起始的概念和假設(shè)是正確的，那么研究工作就是有意義的,。反之,，研究工作的價(jià)值就很成問題。而工程型大科學(xué)就不存在這種潛在的危險(xiǎn),。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院在2002年10月宣布,，啟動(dòng)一項(xiàng)被稱為“單型作圖”（Haplotype Map）的計(jì)劃，在3年時(shí)間內(nèi)投入1億美金,，構(gòu)建人類基因組的單型圖譜,。“單型”（haplotype）是一個(gè)從基因組研究中形成的新概念：基因組的DNA序列并不是隨機(jī)的排列在一起，而是由被稱為“單型”的基本結(jié)構(gòu)單元所組成,。啟動(dòng)“單型作圖”計(jì)劃的假設(shè)是,，“單型”在不同人種是不一樣的，而且單型與疾病有著密切的關(guān)系,。但是，有許多科學(xué)家反對(duì)這一計(jì)劃,，認(rèn)為這個(gè)概念和假設(shè)都尚未被證實(shí),，很有可能不是這么回事。由此可見,，從事概念型大科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)要遠(yuǎn)大于工程型大科學(xué),。
借用一下數(shù)學(xué)術(shù)語，工程型大科學(xué)是收斂的,，有一個(gè)終點(diǎn),；而概念型大科學(xué)是發(fā)散的，難以界定其最終的研究目的,，因此概念型大科學(xué)要取得工程型大科學(xué)那樣的成功常常是很困難的,。美國(guó)在1970年代初曾掀起過一場(chǎng)攻克癌癥的戰(zhàn)爭(zhēng)。當(dāng)時(shí)是由總統(tǒng)掛帥,，國(guó)會(huì)立法,，實(shí)施“國(guó)家癌癥計(jì)劃”。然而，30多年過去了,，盡管投入了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類基因組計(jì)劃的人力和物力,，卻沒有取得人們所預(yù)期的成果，因?yàn)榘┌Y的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們?cè)谟?jì)劃啟動(dòng)時(shí)對(duì)癌癥的理解,。今天,，在后基因組時(shí)代出現(xiàn)的這些形形色色的概念型大科學(xué)，究竟有多少成果可以收獲還是很難估計(jì)的,?！?/p>
從上述討論中可以看到，生命科學(xué)領(lǐng)域中的這兩類大科學(xué)有某種互補(bǔ)性,，工程型大科學(xué)的短處正好是概念性大科學(xué)的長(zhǎng)處,，反之亦然。古人曾說過,，魚與熊掌不可兼而得之,。對(duì)于這兩類大科學(xué)來說，是否也是只能選取其中之一種,，還是有某種方式可以同時(shí)兼顧,？以筆者看來，系統(tǒng)生物學(xué)是一種能夠把這兩類不同的大科學(xué)進(jìn)行整合的途徑,。工程型大科學(xué)實(shí)際上就是所謂“發(fā)現(xiàn)的科學(xué)”,，以構(gòu)造數(shù)據(jù)庫為主要任務(wù)；概念型大科學(xué)本質(zhì)上屬于“假設(shè)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)”,，以研究生物學(xué)問題為主線,。而系統(tǒng)生物學(xué)的特點(diǎn)，正是整合“發(fā)現(xiàn)的科學(xué)”和“假設(shè)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)”,。（http://blog.bioon.com）
