生命及其所處的環(huán)境構(gòu)成的系統(tǒng)是宇宙中最為復雜的系統(tǒng),，從微觀的DNA和蛋白質(zhì)分子系統(tǒng)到宏觀的大尺度生態(tài)系統(tǒng),，其結(jié)構(gòu)變化和功能過程的實現(xiàn),，都蘊含有大量的信息結(jié)構(gòu)和信息傳遞過程,。解譯這些信息結(jié)構(gòu)和信息傳遞過程,，用以服務(wù)生命科學的研究,，是生命科學中的信息科學的重大課題,。

　　如果說生物信息學是解釋人 類自身結(jié)構(gòu)信息的學科,，信息生態(tài)學則為人類生存環(huán)境問題指出了信息科學研究方向。因此“生命科 學中的信息科學”就成為了國家自然科學基金委員會“21核心科學 問題論壇”的第一次會議的主題,。 會議通過研究認為90年代初期生物信息學,、信息生態(tài)學等的提出為解決象基因組,、生態(tài)學研究中的重大問題提供了有效途徑。會議研討了以下關(guān)鍵問題,。

生物信息學

　　專家們一致認為生物信息學的含義與內(nèi)容是明確,。具體的。它是80年代末隨著人類基因組計劃的啟動而興起的一門新的交叉學科,。它是使用數(shù)學,、物理學和信息科學的觀點、理論與方法從研究遺傳物質(zhì)的載體DNA出發(fā),，分析其編碼的蛋白質(zhì)等的序列和空間結(jié)構(gòu),，以及它們的動態(tài)變化和相互作用，目的是認識生命的起源,、進化,。 遺傳和發(fā)育的本質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言,。專家們指出當前基因組相關(guān)信息的增長速度只有計算機的增長速度可以與之比擬,，因此要破譯生物遺傳密碼必須以計算機為工具，發(fā)展信息學的理論,、方法,。當前生息學的主要研究領(lǐng)域應(yīng)集中下幾個方面：

　　1．建立國家生物醫(yī)學數(shù)與服務(wù)系統(tǒng)

　　國家生物醫(yī)學數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)應(yīng)具備如下職能：為全國教育、科研人員免費提供數(shù)據(jù),、整理我國科學家測定的相 據(jù)和資料,，構(gòu)建我國自己的數(shù)據(jù)庫。同時發(fā)展專門的二級數(shù)據(jù)庫,；發(fā)展若干算法及軟件,，包括數(shù)據(jù)庫存 質(zhì)量評估軟件，可視化軟件等,。建立若干重要服務(wù)器,；進行相關(guān)的培訓；實現(xiàn)重要文獻的檢索,；過多成適量的基礎(chǔ)研究工作,。

　　2．人類基因組的信息結(jié)構(gòu)分析

　　A、發(fā)現(xiàn)新基因,。利用國際 數(shù)據(jù)庫和我國科學家測定的數(shù)據(jù),，經(jīng)過大規(guī)模并行計算發(fā)基因和新SNPs以及各種功能 是各國科學家當前爭奪的熱點
　　B、研究占人類基因組95非編碼區(qū)的信息結(jié)構(gòu),，闡明該區(qū)的重要生物學功能,。普遍認為，非編碼區(qū)與基因在四維時空的調(diào)控有關(guān),。因此尋找這些區(qū)域碼特征,，信息調(diào)節(jié)與表達規(guī)律來相當長時間內(nèi)的熱點課題,，得重要成果的源泉。
　　C,、進行模式生物完整基因的信息結(jié)構(gòu)分析和比較研究,。對伴隨人類基因組而完成的大量微生物完整基因的信息分析，不僅將直接幫助破譯人類遺傳密碼,，其導致的比較基因組學也必將為后基因組研究開辟新的領(lǐng)域,。

　　3．功能基因組相關(guān)信息分析

　　A、獲得基因的功能表達譜,，將存在于人類基因組上的靜的基因圖譜,，向時間、空間維上展開是新一階段基因組研究的核心,。為了得到基因表達的功能譜,，國際上在核酸和蛋白質(zhì)兩個層次上都發(fā)展了新技術(shù)。在核酸層次上主要是DNA芯片,，在蛋白質(zhì)層次上則是二維凝膠電泳和測序質(zhì)譜組成的蛋白質(zhì)組學技術(shù),。這些新技術(shù)的出現(xiàn)導致了大規(guī)模基因功能表達譜的分析問題,。因此需要發(fā)展新的信息分析方法,、工具與數(shù)據(jù)庫。
　　B,、與基因組信息相關(guān)的核酸,、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的預測以及蛋白質(zhì)功能預測。要了解蛋白質(zhì)的功能,、要找到某些蛋白質(zhì)致病的分子基礎(chǔ),，只有氨基酸順序的知識是不夠的，必須知道它們的三維結(jié)構(gòu),。與此同時，要設(shè)計藥物治療這些疾患也需要了解蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),。這是擺在科學家面前的緊迫任務(wù),。

　　4．從生物信息數(shù)據(jù)出發(fā)開展遺傳密碼起源和生物進化的研究

　　自 1859年Darwin的物種起源發(fā)表以來，生物進化是對人類自然科學和自然哲學發(fā)展的最重大貢獻之一?，F(xiàn)在隨著大量完整基因組的測序完成為開展分子研究和探索遺傳密碼的起源創(chuàng)造了極好時機,。利用這些數(shù)據(jù)也有利于開展從數(shù)量遺傳學、群體遺傳學和分子生態(tài)學出發(fā)的信息研究,。

信息生態(tài)學

　　信息生態(tài)學是以現(xiàn)代系統(tǒng)理論,、方法和現(xiàn)代計算機技術(shù)來分析、處理整日趨膨脹的試驗和觀測的生態(tài)學信息,，尋求生態(tài)學系統(tǒng)整體水平的規(guī)律,。專家們認為,，現(xiàn)今世界科學研究的發(fā)展趨勢的應(yīng)該是強調(diào)整合和系統(tǒng)的整體論，而強調(diào)解析的還原論的結(jié)果通常是導致科學家對越來越小局部和的片斷的越來越深的了解,。對于象生態(tài)系統(tǒng)這樣的復雜系統(tǒng)而言,，僅僅了解系統(tǒng)的內(nèi)部的局部環(huán)節(jié)遠遠不足以解釋系統(tǒng)的行為，因為系統(tǒng)各部分（子系統(tǒng)）之間的相互作用在解釋系統(tǒng)行為方面同等重要,。專家們提出如下信息生態(tài)學優(yōu)先研究領(lǐng)域,。

　　1．生態(tài)學數(shù)據(jù)采集技術(shù)的規(guī)范化及數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)化

　　在生態(tài)學數(shù)據(jù)的采集方法、技術(shù),、手段,、及數(shù)據(jù)精度等方面，應(yīng)盡量實現(xiàn)規(guī)范化和標準化,，盡可能利 用新的數(shù)據(jù)傳感技術(shù)（如近紅外技 術(shù)）,，使之盡可能符合國際、國家,?；蛘咝袠I(yè)的標準，為后續(xù)的信息分析和處理打下良好的基礎(chǔ),，為信息的交流傳播和共享創(chuàng)造條件,。鑒于數(shù)據(jù)生態(tài)學數(shù)據(jù)的形式、時空范圍,、獲取背景等諸多方面的多樣化,，有必要對現(xiàn)有的生態(tài)學數(shù)據(jù)進 行系統(tǒng)化的整編、改造,，使之能夠 互相補充,，互相印證。同時,，有必要就上述問題展開方法和技術(shù)方面的研究,。

　　2．生態(tài)系統(tǒng)信息分析與模型化以不同方法手段對生態(tài)學數(shù)據(jù)進行分析和處理，從中導出有關(guān)生態(tài)學規(guī)律

　　發(fā)展各種不同類型,、不同尺度,、不同層次的生態(tài)系統(tǒng)模型，通過對系統(tǒng)的模擬分析,，從生態(tài)學數(shù)據(jù)中提取有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的行為和規(guī)律方面的信息,。主要包括如下方面：①．生物群落的綜合信息分析理論。發(fā)展包括環(huán)境,、空間因素,、生物要素在內(nèi)的群落學多元統(tǒng)計分析方法將是信息生態(tài)學在群落分析方面的重要的潛在突破曰。②．基于過程的植物個體（包括農(nóng)作物,、森林樹木）生長發(fā)育動態(tài)模擬模型,。模擬不同氣候,、土壤條件下，植物個體各部分的生長,。發(fā)育以及凈第一性生產(chǎn)力,、產(chǎn)量。材積形成的過程,。③．森林群落結(jié)構(gòu)動態(tài)模型,。建立適合于我國特殊情況的（災(zāi)害頻繁、人為活動干擾強度大等）森林群落物種演替動態(tài)模擬模型,。④．空間耦合動態(tài)模擬模型理論,、空間模擬軟件系統(tǒng)。很有必要建立一個空間異質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)模擬的計算機環(huán)境,，專門用于各種不同的空間異質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的模擬模 型的建立,。⑤．空間異質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)模擬模型。針對景觀尺度和區(qū)域尺度的生態(tài)學問題,，建立生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能耦合,、空間格點耦合的雙重耦合生態(tài)系統(tǒng)模擬模型。⑹．不同尺度生態(tài)系統(tǒng)模擬模型的尺度轉(zhuǎn)換,。

　　3．生態(tài)系統(tǒng)管理的信息化咨詢與決策

　　結(jié)合理論模型和生態(tài)系統(tǒng)管理方面的定性的和定量的專家經(jīng)驗性知識,，建立生態(tài)系統(tǒng)管理咨詢與決策系統(tǒng)。關(guān)鍵問題包括：專家經(jīng)驗和知識的規(guī)范化和知識庫建立,。理論模型與專家經(jīng)驗的結(jié)合,。研究有關(guān)的方法和技術(shù)，正確客觀地處理理論模型結(jié)果和專家經(jīng)驗知識之間的矛盾,。

生命科學中的信息科學的新理論,、新方法、新技術(shù),、新軟件

　　盡管處理的科學問題不同,、時空尺度不同，但生物信息學和信息生態(tài)學所用的信息分析工具卻有許多是相同的或相近的,。研究和發(fā) 展一些通用的信息工具是共同的需要,。

　　生物信息學和信息生態(tài)學的研究需要發(fā)展有效的能支持大尺度作圖與測序需要的軟件和數(shù)據(jù)庫以及若干數(shù)據(jù)庫工具，包括互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的遠程通訊工具,，使之能容易地處理日益增長的物理圖,、遺傳圖和序列信息,、地理信息,。改進現(xiàn)有的理論分析方法，如統(tǒng)計方法,，隱含馬爾科夫過程方法,，非線性動力系統(tǒng)方法,，特別是混濁和分維方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,，復雜性分析方法,，密碼學方法，多序列比較方法等,；要研究系統(tǒng)自組織問題,、熵或其它信息的測度問題，創(chuàng)建一切適用于基因組信息和信息生態(tài)學分析的新方法,、新技術(shù),，包括引人復雜系統(tǒng)分析技術(shù)、信息系統(tǒng)分析技術(shù)等,，例如,，發(fā)展離散數(shù)學和組合數(shù)學相結(jié)合的方法；發(fā)展統(tǒng)計語言學和代數(shù)語言學相結(jié)合的方法,；發(fā)展研究基因組完整信息結(jié)構(gòu)和信 息網(wǎng)絡(luò)的研究方法等,。如近紅外光譜技術(shù)、計算計視覺技術(shù),、圖像和圖形的識別技術(shù)的研究,，也是非常重要的。這一切是我國生物信息學和信息生態(tài)學研究取得突破的技術(shù)保障,。