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生物學(xué)特征、趨勢及資助對策研究

發(fā)布時間:2022-04-20 16:03:47  |  來源:中國網(wǎng)·中國發(fā)展門戶網(wǎng)  |  作者:陳捷 曲靜 婁智勇 朱冰 康樂  |  責(zé)任編輯:王虔

中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 20?世紀(jì)下半葉以來,生物學(xué)進(jìn)入迅猛發(fā)展的時代,與人類健康和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān),在科學(xué)和經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域中的重要性日漸增強(qiáng)。Science?雜志創(chuàng)刊?125?周年之際發(fā)布了?125?個挑戰(zhàn)全球科學(xué)界的重要基礎(chǔ)問題,其中涉及生命科學(xué)的問題約占?54%(共?68?個);2019—2021?年?Science?評選的“年度十大科學(xué)突破”中,與生物學(xué)相關(guān)的突破占?17?項(xiàng)。生物學(xué)研究已成為全球科技創(chuàng)新的競爭核心與熱點(diǎn)領(lǐng)域。世界科技發(fā)達(dá)國家紛紛將生物學(xué)研究列為提高國家核心競爭力和保障國家安全的戰(zhàn)略措施。例如,美國于?2012?年發(fā)布了綱領(lǐng)性文件《國家生物經(jīng)濟(jì)藍(lán)圖》,前瞻布局并加速投資生物學(xué)研究,以解決醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、能源、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等多方面的重大挑戰(zhàn);2020—2021?年發(fā)布《無盡前沿法案》《確保美國科學(xué)技術(shù)全球領(lǐng)先法案》和《美國國家科學(xué)基金會(NSF)未來法案》等進(jìn)一步提出加大對生物科學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究投入。英國、法國、日本等也陸續(xù)發(fā)布促進(jìn)生命科學(xué)、生物技術(shù)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生物安全在內(nèi)的一系列戰(zhàn)略規(guī)劃。

我國已經(jīng)意識到生物學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的戰(zhàn)略意義。2018?年《國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見》指出要“強(qiáng)化基礎(chǔ)研究系統(tǒng)部署”,加強(qiáng)基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究,加強(qiáng)量子科學(xué)、腦科學(xué)、合成生物學(xué)、空間科學(xué)、深海科學(xué)等重大科學(xué)問題的超前部署。然而,目前我國生物學(xué)研究仍然存在穩(wěn)定資助不足、人才支持不足、重大原創(chuàng)成果缺乏等突出問題,亟待分析和解決目前存在的問題,完善相關(guān)機(jī)制,以更好地發(fā)揮生物學(xué)對國家戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的推動和支撐作用。

生物學(xué)的特征

生物學(xué)是研究生命系統(tǒng)各個層次的結(jié)構(gòu)、功能、行為、發(fā)育、起源和進(jìn)化,以及生物與周圍環(huán)境關(guān)系的科學(xué);在融合吸收了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科成就的基礎(chǔ)上,生物學(xué)逐漸發(fā)展成一門精確、定量,深入到從個體、群體到分子尺度的基礎(chǔ)科學(xué),是人類探索自然規(guī)律和生命現(xiàn)象的最主要手段之一。作為研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué),生物學(xué)研究直接推動了農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等方面的發(fā)展,關(guān)系人類健康、生存條件和環(huán)境質(zhì)量,對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全起著重要的保障和支撐作用。

生物學(xué)發(fā)展體現(xiàn)需求牽引和自由探索的共同驅(qū)動。生物學(xué)進(jìn)步的動力不僅來源于科學(xué)家與工程師的好奇心,而且來源于國家和社會需求的拉動。二戰(zhàn)以來,在國家安全、糧食安全和生物安全的強(qiáng)大推動下,生物學(xué)在重大需求牽引和自由探索的雙重動力下迅速發(fā)展;生物學(xué)基礎(chǔ)研究成果也快速應(yīng)用至新藥創(chuàng)制、動植物育種、環(huán)境保護(hù)等生物和技術(shù)產(chǎn)業(yè)。艾滋病研究、癌癥研究、疫苗研究、青蒿素的發(fā)現(xiàn)和雜交水稻等研究體現(xiàn)了國家和社會對生命健康、糧食需求等的重大需求。例如,在戰(zhàn)勝和防治艾滋病的需求帶動下,科學(xué)家在自身強(qiáng)烈的求知欲驅(qū)使下,開始對人類免疫缺陷病毒(HIV)的基因結(jié)構(gòu)、功能、與宿主作用機(jī)制和相關(guān)藥物、疫苗的研究,最終有針對性地推動了基礎(chǔ)科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新?,而研究成果也直接為人類帶來了福音。

生物學(xué)的理論體系和技術(shù)結(jié)構(gòu)尚處于完善之中。與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域不同,當(dāng)前生命科學(xué)處于快速發(fā)展的“百花齊放、百家爭鳴”時代,目前還未形成公認(rèn)的理論體系。一方面,生物學(xué)的研究深度和廣度不斷拓展,發(fā)展前沿變化極快,如在60多年間科學(xué)家對二甲雙胍靶點(diǎn)、作用機(jī)制的研究不斷深入。另一方面,生物學(xué)與其他學(xué)科的交叉融合、新工具和新技術(shù)的應(yīng)用催生了大量新的學(xué)科分支,如生物信息學(xué)、合成生物學(xué)等。這些新的學(xué)科分支的理論體系和技術(shù)結(jié)構(gòu)都尚處于發(fā)展之中,需要具有雄厚研究實(shí)力和科技底蘊(yùn)的優(yōu)勢團(tuán)隊(duì)進(jìn)行持續(xù)推動。

生命科學(xué)(尤其是醫(yī)學(xué))研究相較于一般的理工科研究領(lǐng)域研究周期更長。生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)本質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)學(xué)科,受實(shí)驗(yàn)材料生長周期、生物體自身特點(diǎn)等客觀因素影響,決定了其研究周期較長的客觀事實(shí),且不以人的意志為轉(zhuǎn)移。例如,孟德爾的豌豆雜交試驗(yàn)經(jīng)過?8?年時間,前后測試了?20?000?多株豌豆后,才總結(jié)提出了基因分離定律和基因自由組合定律。新藥研發(fā)周期通常在?15—20?年以上,在前期藥物發(fā)現(xiàn)階段往往離不開基礎(chǔ)研究的重大發(fā)現(xiàn)。例如,藥物靶點(diǎn)的選擇與確認(rèn)便是一個不斷探索和試錯的過程,只有持續(xù)穩(wěn)定的支持才能保證研究工作的順利進(jìn)行。

生物學(xué)的發(fā)展離不開多種學(xué)科知識的交叉融合。物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)、信息科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展,既為生物學(xué)研究提供新的理論基礎(chǔ),也提供了新的研究工具和技術(shù)方法,推動了生物學(xué)研究范式的轉(zhuǎn)移。例如:克勞修斯在熱力學(xué)中提出“熵”的概念,從而為研究生命系統(tǒng)的能量流動和穩(wěn)定性提供了新的理論視角;量子化學(xué)奠基人鮑林于?1951?年提出了?α?螺旋和?β?折疊是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基本單元的理論,為生物化學(xué)的創(chuàng)立奠定了理論基礎(chǔ)。冷凍電子顯微鏡、原子力顯微鏡等先進(jìn)儀器的發(fā)明使人類得以觀察到蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化和實(shí)現(xiàn)對原子的操控,而?X?射線衍射技術(shù)的運(yùn)用幫助科學(xué)家破解了?DNA?雙螺旋結(jié)構(gòu)。基于鏈末端終止法,放射性標(biāo)記、熒光標(biāo)記技術(shù)、自動化技術(shù)和納米技術(shù)、微流體等小型化技術(shù)的引入實(shí)現(xiàn)了?DNA?測序快速化、自動化和個性化,計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為海量基因數(shù)據(jù)的存儲和處理提供了可能。

生命倫理問題始終貫穿于生物學(xué)的發(fā)展。生命倫理問題是生物學(xué)發(fā)展不容回避和忽視的問題,不僅是個人層面的道德行為和價值觀念的問題,而且事關(guān)整個社會的道德取向和價值規(guī)范。生命科學(xué)和生物技術(shù)革命的高速發(fā)展為科技和社會帶來巨大沖擊,人兼有的研究與作用的主體和客體地位同步強(qiáng)化。基因組學(xué)和基因編輯、輔助生殖、腦科學(xué)和人工智能等科技的發(fā)展一方面增強(qiáng)了人類認(rèn)識和改造自然的能力,另一方面也深度觸及倫理、法律、信仰,以及對人與人、人與自然、人與社會關(guān)系的基本建構(gòu)和期待,深層影響著社會秩序。

生物學(xué)發(fā)展歷程與趨勢

近代生物學(xué)的發(fā)展呈現(xiàn)出既走向高度分化又走向系統(tǒng)綜合、既面向微觀認(rèn)知又面向宏觀探索、既涵蓋前沿科學(xué)又涵蓋交叉科學(xué)、既關(guān)注疾病治療又關(guān)注健康倫理、既強(qiáng)調(diào)生物資源的開發(fā)又強(qiáng)調(diào)資源的保護(hù)與可持續(xù)利用的趨勢。隨著生物學(xué)研究的逐步深入和研究能力的提升,生物學(xué)的發(fā)展歷程體現(xiàn)出一個重要特點(diǎn):人類從“認(rèn)識生命”,逐漸走向了“改造生命”“合成生命”乃至“設(shè)計(jì)生命”。

早期人類基于生存需要及宗教活動對自身、周圍動物和植物進(jìn)行觀察、描述與實(shí)驗(yàn),在實(shí)踐中開始認(rèn)識生命。18?世紀(jì)前,生物學(xué)總體處于博物學(xué)階段,科學(xué)家通過野外采集和標(biāo)本整理的方式建立了生物分類階元層次。古代中國勞動人民以嘗百草的方式認(rèn)識植物,古希臘時期人們開始對生命現(xiàn)象的專題性研究。亞里士多德是對物種分類的第一人,其對?500?多種動植物進(jìn)行了分類;《齊民要術(shù)》和《本草綱目》等書籍也記錄了大量對動植物的分類。維薩里、哈維通過對人體結(jié)構(gòu)和血液循環(huán)的研究,從解剖學(xué)和生理學(xué)的角度為人類認(rèn)識自身奠定了基礎(chǔ)。18?世紀(jì),瑞典植物學(xué)家林奈創(chuàng)造性提出“雙名命名法”,以自然分類為基礎(chǔ)的動植物分類系統(tǒng)的建立,這為系統(tǒng)認(rèn)識生命打下了類群基礎(chǔ)。進(jìn)入?19?世紀(jì),細(xì)胞學(xué)說和進(jìn)化論的提出將人類對生命的認(rèn)識提升到了理論高度,也促使了遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等分支學(xué)科快速發(fā)展。20?世紀(jì)至今,DNA?雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、遺傳工程學(xué)、分子生物學(xué)的創(chuàng)立、人類基因組計(jì)劃和組學(xué)時代等里程碑式成果的相繼涌現(xiàn),打開了人類讀取生命信息的大門,這標(biāo)志著人類在認(rèn)識生命的過程中逐漸深入,開始向微觀尺度、定量水平和動態(tài)調(diào)控方向發(fā)展。

伴隨著對生命認(rèn)識的不斷加深,人類也開始了對生命的改造。人類先民通過馴化開啟了對動植物性狀的改造,其本質(zhì)是物種基因發(fā)生了改變。從早期無意識和有意識的選育、雜交到通過基因工程的精準(zhǔn)改造,轉(zhuǎn)基因技術(shù)、分子標(biāo)記、分子設(shè)計(jì)和基因編輯技術(shù)的應(yīng)用不斷豐富和提升改造動植物的方式和效率,這不僅直接豐富了人類的食物種類,獲得了抗病、高產(chǎn)等一系列優(yōu)良性狀,改變了人與自然的關(guān)系,而且馴化的物種在一定程度上也馴化了人類自身——改造生命深刻影響了人類的歷史文明發(fā)展進(jìn)程。20?世紀(jì)?70?年代后期,對重大疾病的機(jī)理研究、細(xì)胞工程和基因工程技術(shù)的出現(xiàn)加速了人類改造生命進(jìn)程,DNA?重組技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人類編輯基因的夢想。1991?年美國向先天性免疫缺陷病(遺傳性腺苷脫氨酶??ADA??基因)患者體內(nèi)導(dǎo)入重組?ADA?基因獲得成功;對異種生物進(jìn)行基因編輯和定向改造并為人類提供移植器官?,標(biāo)志著改造生命(基因)為人類攻克頑疾提供可能。

中心法則的提出、遺傳密碼的破譯和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析方法的進(jìn)步,為人類合成生命組成物質(zhì)和合成生命提供了可能。20?世紀(jì)?60?年代開始,科學(xué)家嘗試核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的人工合成,并取得一系列成果。1965?年我國科學(xué)家在世界上率先完成了結(jié)晶牛胰島素的人工合成;1977?年坂倉等人首先合成了生長激素釋放抑制因子的基因。此后,胰島素、干擾素等的基因相繼被合成并成功表達(dá)。2010?年科學(xué)家合成了約?100?萬堿基對的支原體基因組,并將其轉(zhuǎn)入另一種支原體細(xì)胞中后獲得了具有正常生長和分裂功能人工合成細(xì)胞?JCVI-syn1.0。干細(xì)胞與器官再造、胚胎發(fā)育研究方面取得了巨大進(jìn)展——2021?年以色列科學(xué)家通過創(chuàng)建人造機(jī)器子宮,首次培養(yǎng)了發(fā)育正常的小鼠胚胎。擁有合成生命的能力是否意味著人類開始扮演“造物主”,也引發(fā)了廣泛的關(guān)注和討論。

合成生物學(xué)、人工智能、計(jì)算生物學(xué)、生物信息學(xué)和生物工程學(xué)的發(fā)展,促使科學(xué)家開始嘗試設(shè)計(jì)生命,以打破自然與非自然的界限,促使人類進(jìn)入數(shù)字生命時代。通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和編寫?DNA?序列,人類得以設(shè)計(jì)自然界中不存在的生物元件和系統(tǒng),重新設(shè)計(jì)已有的天然生物系統(tǒng),進(jìn)一步對復(fù)雜生物系統(tǒng)進(jìn)行人工模擬。2016?年科學(xué)家重新設(shè)計(jì)堿基,并合成了?53.1?萬堿基對的支原體細(xì)胞?JCVI-syn3.0,該細(xì)胞可進(jìn)行?DNA?復(fù)制、蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜制造。此后,科學(xué)家相繼合成了非天然核苷酸、非天然氨基酸,創(chuàng)建出首條人造單染色體真核細(xì)胞。可以說,設(shè)計(jì)與合成生命建立在認(rèn)識生命的基礎(chǔ)上,是人類更深層次對生命本源的探索。

當(dāng)前,生物學(xué)研究仍主要聚焦在認(rèn)識生命和改造生命階段,無論從遺傳信息的傳遞、太陽能到生物能的轉(zhuǎn)化,還是生物多樣性與統(tǒng)一性的并存、生物意識與神經(jīng)認(rèn)知的奧秘揭示,都充分展現(xiàn)了人類在認(rèn)識生命的過程和改造生命元件方面的豐碩成果。未來,在理論突破和技術(shù)整合的驅(qū)動下,生物學(xué)將步入合成生命與設(shè)計(jì)生命的階段,生物大分子人工模擬、植物生產(chǎn)疫苗等新成果的應(yīng)用將有助于改善人類面臨的健康、環(huán)境和能源等問題。由此,通過重新認(rèn)識和改造生命,嘗試合成和設(shè)計(jì)生命;生物學(xué)使人類與自然界、人類社會與科學(xué)研究緊密相連,最終實(shí)現(xiàn)提升人類能力的目標(biāo)。

生物領(lǐng)域研究資助的國際實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)

生物科技領(lǐng)域已經(jīng)成為國際競爭的重要焦點(diǎn),國際上日益重視對生物學(xué)研究的資助,具體來看主要有?3?個方面特點(diǎn)。

成立生物學(xué)專門研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行指向性的高強(qiáng)度支持

二戰(zhàn)后,西方國家開始重視提高人民的健康水平,戰(zhàn)勝疾病和延長國民壽命成為美國等發(fā)達(dá)國家優(yōu)先考慮的問題,西方開始普遍加強(qiáng)對生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的支持。除對高校的生物學(xué)基礎(chǔ)研究進(jìn)行穩(wěn)定支持以外,還建立了專門的生物學(xué)研究機(jī)構(gòu),并對其進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持。

美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)是國際上規(guī)模最大、最具影響力的生物醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)。其下設(shè)?27?個研究所/中心,分別致力于人類各種生理活動和癌癥、糖尿病、關(guān)節(jié)炎、罕見病等疾病的研究;其中?24?個研究所/中心直接接受美國國會撥款。美國國會每年撥付給?NIH?的經(jīng)費(fèi)通常占美國政府科研總投入的?60%?左右,這使得?NIH?可以作為國際上最大的生物醫(yī)學(xué)基金資助機(jī)構(gòu),對美國境內(nèi)的各個大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的研究項(xiàng)目進(jìn)行資助,包括其下屬研究所/中心的研究工作,以及各種海外研究項(xiàng)目。例如,NIH?下屬的美國國家癌癥研究所(NCI)自?1960?年以來接受聯(lián)邦政府的穩(wěn)定資助,專門從事癌癥研究;同時發(fā)布公開項(xiàng)目,資助高校等單位開展癌癥研究,以推動美國國家癌癥研究計(jì)劃的執(zhí)行。半個世紀(jì)來,美國聯(lián)邦政府對?NCI?高強(qiáng)度的持續(xù)資助,整合?NCI?內(nèi)部、世界各地眾多研究型大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)及醫(yī)院的科研人員共同參與癌癥研究工作。NCI?通過構(gòu)建癌癥研究網(wǎng)絡(luò)不僅加強(qiáng)了癌癥的基礎(chǔ)研究,而且推動基礎(chǔ)研究成果向臨床應(yīng)用的快速轉(zhuǎn)化。持續(xù)穩(wěn)定的資助也使美國在癌癥基礎(chǔ)研究、預(yù)防、診斷和治療方面取得了一系列重要成就,其中最為突出的成就是?20?世紀(jì)?90?年代以來美國癌癥的發(fā)病及死亡率呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(年均下降?0.7?個百分點(diǎn))。

日本文部科學(xué)省通過“世界頂級研究基地計(jì)劃”(WPI)建立?WPI?基地,對遴選大學(xué)及國立科研機(jī)構(gòu)中的高水平團(tuán)隊(duì)進(jìn)行長達(dá)?10?年的穩(wěn)定支持。在?13?個?WPI?基地中,有?8?個與生物學(xué)相關(guān),分別致力于實(shí)體細(xì)胞綜合系統(tǒng)、免疫學(xué)前沿、睡眠醫(yī)學(xué)科學(xué)、地球生命、轉(zhuǎn)化生物分子、人類生物學(xué)前沿、神經(jīng)生物學(xué)、納米生命科學(xué)研究,并在生命微觀認(rèn)知、宏觀生態(tài)和前沿技術(shù)方面取得了眾多成果。

企業(yè)、非盈利機(jī)構(gòu)和慈善基金會等積極參與生物學(xué)基礎(chǔ)研究資助

美歐國家政府通過組織面向全國或全球合作的重大科技計(jì)劃對生物學(xué)研究進(jìn)行資助,并且形成了多元化的投入機(jī)制。近年來,美國聯(lián)邦政府針對重大疾病治療,設(shè)立“腦科學(xué)計(jì)劃”“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”“抗癌登月計(jì)劃”等大型國家科學(xué)計(jì)劃。歐盟針對健康、糧食安全等重大議題,在“歐洲地平線”計(jì)劃中對癌癥、農(nóng)業(yè)和生物前沿技術(shù)等進(jìn)行研究資助。在大型生物學(xué)科學(xué)計(jì)劃中,除聯(lián)邦機(jī)構(gòu)之外,企業(yè)、非盈利機(jī)構(gòu)和慈善基金會等也積極參與并進(jìn)行資助。以“腦科學(xué)計(jì)劃”為例,除?NIH、美國國防部高級研究計(jì)劃局(DARPA)、美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)、美國國家科學(xué)基金會(NSF)等聯(lián)邦部門和機(jī)構(gòu)之外,以谷歌公司、葛蘭素史克公司為代表的企業(yè),以及艾倫腦科學(xué)研究所、卡夫利基金會和西蒙基金會等也紛紛投資。其中,谷歌公司與艾倫腦科學(xué)研究所合作開發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)共享和存儲的平臺;卡夫利基金會與多所大學(xué)共建神經(jīng)科學(xué)研究所,同時資助了“神經(jīng)學(xué)數(shù)據(jù)無邊界”的數(shù)據(jù)共享項(xiàng)目。

發(fā)達(dá)國家的企業(yè)、非盈利機(jī)構(gòu)等重視對基礎(chǔ)研究的投入,普遍秉持基礎(chǔ)研究是技術(shù)與產(chǎn)業(yè)競爭力源泉的觀念。美國企業(yè)對基礎(chǔ)研究投入比例保持在?20%?左右;韓國企業(yè)對基礎(chǔ)研究投入甚至超過政府,約為?55%。一般而言,企業(yè)主要參與對“巴斯德象限”的基礎(chǔ)研究投入:這一方面有效彌補(bǔ)了政府引導(dǎo)中存在的不足,另一方面促進(jìn)了純基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。以默克制藥公司為例,其?1933?年建立了第一個科研實(shí)驗(yàn)室;1940—1950?年該實(shí)驗(yàn)室科研人員?5?次獲得諾貝爾獎;1975?年開始圍繞藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)和疾病病理機(jī)制在分子水平進(jìn)行藥物研發(fā),自此加快了藥物發(fā)現(xiàn)速度,這對重大疾病治療產(chǎn)生了重要意義。谷歌公司重視計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、生物信息學(xué)等交叉研究的投入,開發(fā)的?AlphaFold?算法在原子水平上基于氨基酸序列精確地預(yù)測了蛋白質(zhì)的三維(3D)結(jié)構(gòu)?。這不僅解決了困擾人類?50?年之久的“蛋白質(zhì)折疊問題”,而且提供了蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)解析全新手段,Nature?雜志評價這一成果“可能改變一切”。

重視對生物安全領(lǐng)域的布局與資助

當(dāng)前國際生物安全形勢處于動蕩和變革的重要轉(zhuǎn)折期。新發(fā)突發(fā)傳染病、公共衛(wèi)生安全、生物資源安全、外來生物入侵、生物武器攻擊、生物技術(shù)繆用、生物監(jiān)測預(yù)警和生命倫理研究等受到了各國的高度關(guān)注。

英國、美國、法國、德國和俄羅斯等發(fā)達(dá)國家先后出臺生物安全戰(zhàn)略,部署和支持相關(guān)領(lǐng)域研究,以防止生物災(zāi)害對國家安全產(chǎn)生重大威脅。以美國為例,2001?年炭疽郵件事件后,先后發(fā)布了《國家生物防御戰(zhàn)略》《應(yīng)對生物威脅國家戰(zhàn)略》和《生物監(jiān)測國家戰(zhàn)略》等。在這些戰(zhàn)略政策的推動下,2003?年美國發(fā)布“生物監(jiān)測計(jì)劃”“生物盾計(jì)劃”等推動生物實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、傳染性病原體或毒素、重大傳染病預(yù)防、生物技術(shù)繆用、生物反恐等相關(guān)研究。美國國防部(DOD)、美國能源部(DOE)、美國衛(wèi)生和公眾服務(wù)部(HHS)、美國農(nóng)業(yè)部(USDA)、NIH、美國陸軍等多個部門和機(jī)構(gòu)對生物監(jiān)測、致病性病原體研究、微生物安全、新型傳染病等進(jìn)行支持。例如,NIH?針對新冠肺炎疫情進(jìn)行了“發(fā)展新型疫苗”研究資助;美國陸軍傳染病研究所對威脅美軍和公眾健康的細(xì)菌、毒素和生物武器進(jìn)行持續(xù)資助;2021?年,DARPA?在生物領(lǐng)域新部署了“生理效能提升”“消除作戰(zhàn)人員的生化防御負(fù)擔(dān)”等項(xiàng)目,從而對戰(zhàn)傷救治、保護(hù)士兵生命安全與傳染病防控進(jìn)行資助。

我國生物領(lǐng)域資助現(xiàn)狀及突出問題

進(jìn)入?21?世紀(jì),我國生物學(xué)研究取得了長足的進(jìn)步,人才隊(duì)伍不斷壯大,研究水平和國際學(xué)術(shù)地位不斷提升。2017?年我國生物學(xué)?SCI?論文數(shù)位列全球第?2?位(59?066?篇),僅次于美國(84?459?篇)。在生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域取得了一批具有國際影響的研究成果,如:袁隆平獲得了沃爾夫農(nóng)業(yè)獎;屠呦呦獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎等國際重要獎項(xiàng)。我國生物學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出許多具有重要國際影響力的科研成果和科學(xué)家。但是,我們也面臨著原創(chuàng)性成果少、對解決國家重大問題的支撐能力不足、領(lǐng)域布局不完善和發(fā)展不平衡,以及頂尖人才和團(tuán)隊(duì)不足等問題。主要表現(xiàn)為?3?個方面。

生物學(xué)領(lǐng)域投入不足且布局不均衡。新中國成立初期,我國主要效仿蘇聯(lián)建立起新中國工業(yè)化體系和高等教育模式;在財政經(jīng)濟(jì)緊張的情況下,主要對軍事、工業(yè)等事關(guān)國家安全的領(lǐng)域,以及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科進(jìn)行財政投入,對生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域投入較少。這種投入體系沿襲了較長一段時間,導(dǎo)致目前我國生物學(xué)尤其是生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在科學(xué)界的占比依然較小,生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域部分重要領(lǐng)域方向缺少布局或支持力度不夠。例如:我國免疫學(xué)獲得的資助體量偏小,尤其是專項(xiàng)、重大項(xiàng)目布局不夠;生物學(xué)底層通用技術(shù)、生物資源庫、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)設(shè)施的投入也不足。相比之下,發(fā)達(dá)國家高度重視生命醫(yī)學(xué)研究。例如,美國每年畢業(yè)的博士生中生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占到了半數(shù)以上,并且建立了?NIH?來統(tǒng)領(lǐng)全國的生命醫(yī)學(xué)研究和資助。

生物學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究缺乏長期穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持。與發(fā)達(dá)國家相比,我國對生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究的支持強(qiáng)度較低,缺乏對自由探索和國家重大需求導(dǎo)向下的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)研究的統(tǒng)籌,沒有形成對生物學(xué)研究尤其是生命醫(yī)學(xué)研究的持續(xù)穩(wěn)定支持格局。一方面,我國生物學(xué)研究資助項(xiàng)目大多周期過短,延續(xù)性不足,且多數(shù)屬于競爭性經(jīng)費(fèi),存在科研人員跟著項(xiàng)目指南走的現(xiàn)象。另一方面,我國沒有形成對生物學(xué)領(lǐng)域國家戰(zhàn)略科技力量的穩(wěn)定持續(xù)支持,不利于培養(yǎng)和穩(wěn)定核心人才團(tuán)隊(duì),財政資金支持分散,無法形成集聚效應(yīng),難以充分發(fā)揮國家戰(zhàn)略科技力量的作用。

缺少針對高水平生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)研究支持項(xiàng)目。科學(xué)研究是人類智慧活動的結(jié)晶,科研成果的取得離不開對人才的培養(yǎng)和支持。一方面,我國現(xiàn)有資助和評價機(jī)制不利于形成潛心致研的學(xué)術(shù)氛圍——以論文和“人才帽子”為導(dǎo)向的科研評價與激勵體系使科研人員往往追隨已有研究熱點(diǎn),難以專心投入對重大科學(xué)問題的研究。另一方面,我國目前的人才計(jì)劃在人事制度、資助方式上有較多限制,如:對青年人才的年齡多有限定;對本土人才和海歸人才在經(jīng)費(fèi)支持、職稱評定等方面待遇懸殊;對科研事業(yè)剛剛起步的科研人員激勵不足等。

 政策建議

國家層面調(diào)整優(yōu)化科技資助體系

從國家頂層設(shè)計(jì)各類科學(xué)研究機(jī)構(gòu)的定位,科研項(xiàng)目要根據(jù)基礎(chǔ)、應(yīng)用基礎(chǔ)、應(yīng)用開發(fā)研究設(shè)立不同的資助類型。建議國家對中國科學(xué)院和部委直屬的研究院所、產(chǎn)業(yè)和行業(yè)的研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)的科技活動進(jìn)行明確的定位和分工,不宜長期混亂不清,以避免有限的科技資源重復(fù)支持和重復(fù)布局,造成同質(zhì)化競爭。國家應(yīng)根據(jù)科技活動的類型制定嚴(yán)格的預(yù)算額度,如設(shè)置基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)的經(jīng)費(fèi)比例。避免設(shè)立包袱式或口袋式項(xiàng)目,對設(shè)立的研究項(xiàng)目進(jìn)行基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)研究等分類,根據(jù)不同項(xiàng)目類型分別進(jìn)行目標(biāo)驗(yàn)收。

完善我國生物學(xué)領(lǐng)域資助體系

結(jié)合生物學(xué)研究特點(diǎn)與發(fā)展規(guī)律,參考國際資助經(jīng)驗(yàn),完善我國生物學(xué)領(lǐng)域資助體系。

盡快完善生物學(xué)領(lǐng)域頂層設(shè)計(jì)體系,建立需求牽引和自由探索共同驅(qū)動的資助機(jī)制。當(dāng)前,生物學(xué)領(lǐng)域新發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn),領(lǐng)域發(fā)展前沿變化極快,與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合頻繁,充分體現(xiàn)了生物學(xué)研究“多點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、多點(diǎn)突破”的特點(diǎn)。因此,建議在布局生物學(xué)研究時對重點(diǎn)領(lǐng)域做概略性布局而非點(diǎn)對點(diǎn)布局,充分納入生物學(xué)戰(zhàn)略科學(xué)家顧問團(tuán)隊(duì),結(jié)合我國重大戰(zhàn)略需求、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迫切問題,以及生物學(xué)發(fā)展的前沿方向和關(guān)鍵科學(xué)問題,凝練研究需求,確定優(yōu)先支持領(lǐng)域,建立“自上而下”重大需求牽引與“自下而上”自由探索相結(jié)合的選題機(jī)制。

完善生物學(xué)領(lǐng)域資助布局,加大我國在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的投入比例。建議將免疫與健康、人工智能與生物計(jì)算、共性底層技術(shù)、生物多樣性等目前沒有在重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中的基礎(chǔ)研究專項(xiàng)、科技創(chuàng)新?2030—重大項(xiàng)目的基礎(chǔ)研究專項(xiàng)等資助內(nèi)的重要方向,作為生物學(xué)領(lǐng)域獨(dú)立研究方向加以布局支持;對微生物暗物質(zhì)、核酸生物學(xué)等已有支持但經(jīng)費(fèi)有限的重要方向,未來給予更大力度的持續(xù)穩(wěn)定支持;增加對生物數(shù)據(jù)大科學(xué)研究平臺等基礎(chǔ)設(shè)施的資助。在黨中央做出“面向人民生命健康”這一重要新判斷、新思路的時代背景下,在與國際先進(jìn)國家的對比下,建議加大我國在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的投入比例。

建立針對生物學(xué)高水平研究團(tuán)隊(duì)的擇優(yōu)穩(wěn)定支持體系。生物學(xué)研究工作周期相較于其他理工科研究領(lǐng)域往往周期更長。例如,新藥研發(fā)通常都要?dú)v經(jīng)?15—20?年以上的周期,因此需要穩(wěn)定支持的機(jī)制才能保證其發(fā)展。同時,由于生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)前處于“百家爭鳴”的快速發(fā)展階段,對高水平人才團(tuán)隊(duì)的依賴性很高。從全球來看,優(yōu)秀研究團(tuán)隊(duì)和研究群體往往能夠連續(xù)、或在多個不同交叉領(lǐng)域產(chǎn)出重大突破。因此,建議我國重視發(fā)揮好生物學(xué)領(lǐng)域國家戰(zhàn)略科技力量的作用,通過指向性競爭的方式選擇高水平生物學(xué)科研團(tuán)隊(duì)給予滾動資助,使其聚焦關(guān)乎我國中長期發(fā)展面臨的戰(zhàn)略性問題和關(guān)鍵科學(xué)問題并持續(xù)攻關(guān),形成具有國際影響力的生物學(xué)研究高地。同時,引導(dǎo)企業(yè)、新型研究機(jī)構(gòu)等社會資本投入生物學(xué)研究。

(作者:陳捷 中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院,曲靜 中國科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院,婁智勇 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院,朱冰 中國科學(xué)院生物物理研究所,康樂 中國科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院、中國科學(xué)院動物研究所;《中國科學(xué)院院刊》供稿

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