近日，南京大学人工智能生物医药技术研究院院长张辰宇（南京大学生命科学学院院长，教授）深入解读了习近平总书记在科学家座谈会上的讲话，撰写了《系统完整地发展符合“四个面向”的生命科学基础与应用研究》，发表在中央办公厅《学习与研究》。

文章从学科角度指出当代生命科学的内涵与发展趋势符合“四个面向”要求，同时剖析了当前生命科学发展的机遇和挑战，为学科领域的前进提供了先进思路，指出只有在基础生物学原创性发现和突破的基础上，才能真正解决医学、农学等应用性学科的难题，发展出覆盖“四个面向”的新兴科学技术。

系统完整地发展符合“四个面向”的生命科学基础与应用研究

张辰宇 冯雪莲

习近平总书记在主持召开科学家座谈会时指出，希望广大科学家和科技工作者肩负起历史责任，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，不断向科学技术广度和深度进军。当代生命科学包括生物学、医学、农学和生态学等系列学科，只有在基础生物学原创性发现和突破的基础上，才能真正解决医学、农学等应用性学科的难题，发展出覆盖“四个面向”的新兴科学技术。因此站在生命科学领域发展的角度，学习和领会习近平总书记提出的“四个面向”深刻内涵和价值意蕴，对于推动生命科学事业创新发展、建设世界生命科技强国，具有重要现实意义和深远战略意义。

一、当代生命科学的内涵与发展趋势

生命科学研究的核心问题是生命的适应与进化。生命科学是研究生命现象和存在规律的科学，是现代科学研究中和人类生存发展最密切相关的学科。生命科学通过对组成、影响和调节生命现象的各种因素间相互关系的研究，以期理解生命的本质，回答“生命从哪儿来，又要到哪儿去”的终极命题。生命现象存在的最根本条件是生命要素在个体内和个体间的相互适应，以及生命体对特定时空自然环境的适应。因此，调节生命适应的因素和生命体生存适应的进化规律是生命科学研究的最核心、最基本的问题。

现代生命科学和相关学科都是围绕回答生命的适应与进化规律产生的。对生命现象和普适规律的研究产生了生物学；生命体对内、外环境的非适应导致疾病，对疾病的研究产生了生理学和医学；利用自然产物和人工手段，通过调节生命体的非适应反应来防治疾病的研究产生了药学；对生命体和环境（生物和非生物环境）适应、相互作用和影响的研究产生了生态学；对保障人类生存、发展的营养和食物的研究，产生了农学；探索人类社会这一特定生物种群的组织性或者团体性行为的特点和规律的研究，产生了社会学，等等。这些相关学科的研究互为基础，相互支撑，不可分割，是现代科学研究最核心、最重要、最活跃的领域。生命科学研究体系体现“从微观到宏观，从结构到功能，整合与交叉并举”的整体学科特征。生命体和生命系统的组成，决定现代生命科学研究必然贯穿从生物结构和功能层次划分的分子生物学与生物化学、细胞生物学、生理学、遗传学、生态学、进化学，到从研究对象划分的植物学、动物学、微生物学等学科，而上述基础学科的出口，就是与人口健康密切相关的医学、药学、农学、生态学以及生物技术等应用学科。只有牢牢把握生命科学研究特点，站在生命科学全景高度上，并整合与交叉其他学科的新发现和新技术，才能发现和研究生命的普遍现象和规律，回答调节生命适应的因素和生命体生存适应的进化规律的最核心、最基本问题。现代生命科学的研究趋势为：从表面的现象描述，深入至分子细胞的机制研究；从人类自身现象的发现，推及至地球整体生命现象的探寻。现代生命科学系统始于16世纪解剖学和生理学的建立。18世纪后以细胞学、进化论和遗传学为主要代表，构成了现代生命科学的基石。19世纪微生物学的创立也直接导致了医学疫苗的发明和免疫学的建立，推动了生物化学的进展，并为分子生物学的出现准备了条件。分子生物学的建立是生命科学进入20世纪最伟大的成就。物理、化学等其他基础学科也在不断与生命科学领域交叉融合的过程中，突破原有学科边界，发现新的自然规律，产生新的基础理论。在可预期的未来，生命科学将是大部分自然科学和部分社会科学交叉融合产生新兴研究领域和新兴学科的焦点所在，也是未来科技进步的关键突破口。生命科学不仅关系着人类和地球生命的生存与适应，还与人类社会和国家的重大需求密切相关。因而，生命科学研究的主要目标是：不断获得具有影响科学进程的原创性发现；不断形成有推动科学发展的原创性理论；不断建设可形成引领学科发展的科学学派；不断产生有独创性的颠覆性技术，等等。具体体现在：研究成果被写入教科书，在科学史上占有一席之地；发表高影响力的科研论文，被广泛引用和接受；开发出具有重大科学、社会和经济影响的独创产品；同时具有符合生命科学研究特点，并适应其发展趋势的教学体系，能培养出一流的生命科学研究和应用人才。

二、生命科学是覆盖“四个面向”的学科

面向世界科技前沿的本质是创新，创新的源头是基础研究。生命科学作为基础学科首要任务就是面向世界前沿和生命健康，探索生命现象和生命活动中最具未知性、先驱性和挑战性的研究领域，不断突破生命的认知和生存极限，有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类健康。生命科学与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础科学。在生命健康这一大的领域中，生物学属于基础研究，医学、农学和生态学等属于应用研究，生物学研究所要解决的是生命健康的基础理论问题，是创新的源头和根本动力，是临床医学、药学以及农业科学这些以应用为目的的学科先导。没有基础研究作支撑，应用研究和技术开发将缺少最根本的理论依托。同时，生命系统所体现出来的独特物理、化学和数学特征，对传统学科具有深刻启发性。例如，通过对生命系统的模拟探索和计算科学的融合，是“人工智能”产生的关键基础之一。仿生研究是推动化学和新材料领域不断取得突破的重要研究模式。诚如习近平总书记在科学家座谈会上所言，我国面临的很多“卡脖子”技术问题（生命科学领域如医药、生物技术、农学等），根子是基础理论研究（生物学）跟不上，源头和底层的东西没有搞清楚。面向经济主战场的根本要求是科学技术的实用性。21世纪被认为是生物学的世纪，其相关的生命健康产业具有广阔的应用前景、巨大的市场潜力，是当今世界经济体系中的“朝阳产业”，是国家新的经济增长点。生命科学作为一门服务人类生命健康的学科，与人类经济发展相辅相成、互惠互利。仅以近年来火热的肿瘤免疫治疗为例，该疗法就是依靠对免疫学和肿瘤学等基础生物学的最新认知，利用分子生物学和细胞生物学创新技术开发的新型肿瘤治疗手段，发展不足10年，就形成了高达数千亿美元的巨大市场。窥一斑而知全豹，生命科学领域的发展必将成为影响世界经济周期最主要的变量之一，也是决定经济总量提升的重要因素；其发展引擎就在于生物学基础研究的突破和原创性发现。面向国家重大需求的核心是呼应时代、使命担当。在中国特色社会主义进入新时代的历史背景下，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，人民生命健康是实现美好生活需要的底线要求和根本保障。中国生命科学经过数十年发展，正处于从追逐跟跑到并跑引领、从模仿学习到核心技术自主突破的重要时期。生命科学领域的国家重大需求体现在保证14亿人的粮食自给并富含营养；社会发展的同时，保持“青山绿水”；解决严重影响人民健康的重大疾病等方面，而能够解决这些重大需求的关键是在基础生物学领域的重大突破和原创性发现的基础上，产生和发展出颠覆性技术，进而建立核心技术平台与系统。面向人民生命健康是生命科学研究的主要内容。科学技术既是人类社会发展的产物，也是推动人类社会发展的决定性力量。科技从产生之日起，就以其改造自然和社会的强大威力，不断为人类谋取包括生命健康在内的各种福利。面向人民生命健康需求，的确需要医学、药学和农业科学等的发展，但如果没有基础生物学的支撑，医学、和药学和农业科学势必成为无源之水、无本之木，无法取得突破性进步。例如，现代药学的发展起始于生命科学领域肾上腺素受体等药物作用靶点的发现；杂交育种技术和转基因技术的发展，大大缓解了人类的粮食短缺问题，使更多人生存下来；抗生素的发现使人类面对细菌感染时死亡人数大大降低，外科学也因此得到快速发展；DNA双螺旋结构的发现,开启了分子生物学时代，生命的奥秘和疾病的发生得到了更清晰的阐明，进而促进了现代医学的发展，使医学更可能实现对疾病的精准治疗。目前困扰人类的重大疾病，如肿瘤、自身免疫疾病、病毒感染性疾病等，新药物和新疗法领域长期未取得实质性突破，关键问题仍然是我们对生物学基本问题的研究还不够深入、不够全面，对基本生物学现象背后的规律还没有掌握。因此，应以生物科学为重点，全景式发展相关学科，各学科齐头并进，才能共同促进人民生命健康事业的快速进步。

三、中国生命科学的机遇与挑战

我国在生命科学领域的研究应用取得了很大成就。中国生命科学的研究历史悠久，最早可追溯到几千年前的传统农学和中医学。农学和中医学的发展，部分解决了吃饭和健康问题，使得中华民族得以长久生存繁衍。新中国成立后，生命科学研究水平总体上与发达国家差距极大，依靠党和政府关于科学研究服务于国家事业的战略定位，指向“打基础、除空白”战略目标，通过组建新的生命科学科研机构，强化生命科学人才队伍建设等战略部署，培育了包括“人工合成牛胰岛素”“青蒿素”在内的一大批原创性生命科学成果，整体人民生命健康问题得到显著改善，平均寿命大大提高。新世纪以来，经济水平的快速提高也促进我国在生物学、农学、医学和药学等领域的突飞猛进，生命科学整体研究水平得到显著提高，平台建设和人才培养同步跟进，产生了一批具有重要影响力的科研成果。国家在生命科学领域几十年来的积累和布局，为我们今天能够在该领域达到世界前沿、作出引领性和原创性发现提供了基础和机遇。中国生命科学的发展仍然面对诸多挑战，核心问题是生命科学，特别是生物学基础领域缺乏原创性发现和突破性技术。原创发现的缺乏使得我们的研究人员只能被动地在别人提出的原创性体系内进行追踪式的科学研究。从人类基因组计划，到现在热门的CRISPR技术、肿瘤免疫治疗、农业转基因技术等，都是基础生物学领域的突破，而我国的生命科学研究人员仍然无法引领世界生命科学前沿的发展。这些挑战使得我们目前尚不能依靠自身的生物学基础研究，发展出独立自主的生物技术和医学诊疗方法，更无法在对应的生命健康产业和经济主战场中立足。

我国生命科学基础研究和应用同国际先进水平相比，不存在大的代差。与其他传统学科不同，生命科学研究还有十分广阔的未来，全人类对生命现象的认知暂时还停留在对现象的解析上，真正深入生命科学内核的突破还没有形成，我国与国际基础生物学研究水平之间并不存在代差。此时正是我们奋发努力、力求突破的最佳时刻，生命科学正是实现从跟跑到并跑，再到领跑的最佳科学研究领域。因此，一方面从国家层面支持和推动中国生命科学特别是基础生物学的发展，鼓励原创、突出创新；另一方面生命科学领域的科技工作者秉持国家利益和人民利益至上，继承和发扬老一辈科学家胸怀祖国、服务人民的优秀品质，弘扬“两弹一星”精神，主动肩负起历史重任，把自己的科学追求融入建设社会主义现代化国家的伟大事业中去。这不仅是回答“四个面向”的需要，更是实现人民高品质健康生活的需要。

四、政府、社会在未来生命科学领域发展中的作用

政府在生命科学特别是基础生物学方面应发挥主导作用。在科学技术发展中，政府究竟应当承担什么角色，长期以来是关乎一个国家科技进步的重要问题。尽管在某些应用前景明确、能够短期获利的高科技领域，政府不需要干预，市场机制也能够发挥自动调节作用，实现资源有效配置。但对于以生命科学领域为代表的具有战略性意义的科研领域而言，依靠政府进行干预和调节是非常必要的，也只有如此，才能在重点领域发挥我国市场经济下的举国体制优势。美国、欧洲等发达国家均以政府力量支持基础生物学的研究和突破。即使在长期鼓吹“自由市场经济”的美国，其政府也在通过直接支持基础生物学的研究，进而带动医学、药学、农学和生态学等生命科学应用学科的发展，发挥了非常重要的调控与干预职能。美国政府每年60%的科研经费用于生命科学研究，有超过50%院士从事生命科学研究。特别是NIH在2006年起设立了一个专门基金“Common Fund”，其只能职能就是在其发现国际上生命科学领域有突破性发现和研究、并具有巨大发展潜力和应用前景后，随时向国会申请，设立该方向的专项基金，支持、鼓励并引导科学家从事该方向上的研究。2006年该专项资助的第一个项目方向就是日本科学家山中弥伸刚发表的iPS的干细胞的基础突破；2013年又以中国科学家原创性发现为主要立项依据，资助了“Extracellular RNA Communication”的专项研究，并在2018年开启了第二期资助。目前为止，该基金资助的80%项目都是基础生物学的原创性发现和突破。奥巴马也是在2000年基础生物学的“人类基因组计划”成功并深入发展的基础上，才能够提出“Precision Medicine Initiative（精准医疗计划）”。不仅美国，其他世界发达国家也从本世纪初便纷纷在生命科学领域进行布局，英国、法国、德国、日本等科技强国均在其公开政策性文件中，将生命科学列为本国科学研究优先发展、重点支持的方向，其中著名的“脑计划”，也是基础生物学的神经科学方向的研究。这不仅是由于生命科学研究具有关乎全人类共同命运的重要价值，也是由于多数生物学研究属于基础研究，其应用前景并不非常明确，但同时生物学领域的原始创新，往往能够引发革命性的科技进步，因此需要不计成本地长期维持投入力度，这往往是市场力量、社会资本难以支持的，需要政府的宏观干预，由政府牵头引导市场资源、社会资本进入，从而推动整个产业发展，形成良性循环。
政府需以“市场经济下的举国体制”，发挥社会主义制度的优越性，系统完整地发展符合“四个面向”的生命科学基础与应用研究。总体而言，我国在生命科学特别是基础生物学领域上起步较晚，相关人才储备、技术积累、研发经验需进一步加强。但尽管如此，我国仍然凭借富有远见的宏观布局、政策规划，以及长期以来的人才培养和资金投入，在生命科学领域取得了举世瞩目的成绩，目前已经迈入世界前列，在某些领域已经取得了领先地位。在国际科技竞争日趋白热化的今天，生命科学领域的发展更应该成为各国科技角力的重要战场，而基础生物学的突破又是生命科学整体，包括医学、药学、农学、生态学等学科发展的基础。因此，我们当然不能放弃来之不易的科技前沿阵地，自废武功，而应当一鼓作气，加快发展。
同时，我们也认识到，当今我国在生命科学领域的发展仍然存在诸多问题。例如，为了更容易发表研究论文，科研工作者盲目追逐研究热点，获得表面的业绩，但是对解决科学问题起不到决定性的作用。而真正具有科学价值、有原始创新性的理论和技术研究，特别是基础生物学方面的原创性发现和突破，由于难度较高，反而无法得到足够的支撑。这些瓶颈性问题往往是难以通过某一团队的单打独斗突破的，因此需要政府层面发挥其关键职能，从政策导向、资源调配、财政支持等方面给予扶持，设立鼓励开展基础生物学领域的前沿性、原创性的重大专项项目，凝聚该领域的尖端人才，加强合作研究，从而使我国的生命科学研究诞生新的活力，鼓励更多科研人员变“跟进”为“引领”，取得突破性、原创性、前沿性的理论发现和技术成果。
在评价一个国家科技实力时，往往适用“木桶理论”，其最短板决定了国家科技水平的局限性。尤其在关乎国计民生的重要科技领域，全面发展才能切实履行科技创新的“四个面向”战略思想。因此，进一步立足于生命科学领域，通过资源、人才和政策的集成发力，不断提升基础生物学领域的研究水平，并以发展促发展，全面推动医学、药学、农学、生态学等生命科学各个相关领域的科技创新，才是政府在未来生命科学领域发展中应当发挥的重要作用。（作者分别系南京大学生命科学学院院长、教授；国家自然科学基金委员会生命科学部常务副主任、研究员）