系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)基礎(chǔ)

前言

　　系統(tǒng)生物學(xué)是近幾年產(chǎn)生和發(fā)展的一門新興學(xué)科。系統(tǒng)生物學(xué)最簡(jiǎn)單通俗的定義就是在系統(tǒng)層次上理解生物的現(xiàn)象、功能和機(jī)制。它的目標(biāo)是理解生物體的功能屬性與行為是如何通過(guò)其各組成部分的相互作用實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)生物學(xué)是一門充滿活力并不斷發(fā)展的學(xué)科，它將生物學(xué)與其他眾多不同門類的學(xué)科相結(jié)合，并在應(yīng)用這些學(xué)科的同時(shí)拓展和延伸它們，由此，系統(tǒng)生物學(xué)已經(jīng)得出許多新的科學(xué)認(rèn)識(shí)?？梢哉f(shuō)在一定的程度上系統(tǒng)生物學(xué)將會(huì)超越這些自然科學(xué)，因此，關(guān)于其哲學(xué)基礎(chǔ)本質(zhì)的問(wèn)題產(chǎn)生了。系統(tǒng)生物學(xué)的前提假設(shè)是，生物系統(tǒng)中存在著有待挖掘和發(fā)現(xiàn)的東西，也就是說(shuō)，生命系統(tǒng)具有的一些功能屬性，單單通過(guò)傳統(tǒng)分子生物學(xué)是不能發(fā)現(xiàn)或理解的，因?yàn)檫@些功能屬性并不存在于單個(gè)分子之中，而是蘊(yùn)藏于整個(gè)系統(tǒng)之中。　　《系統(tǒng)生物學(xué)：哲學(xué)基礎(chǔ)（Systems Biology：Philosophical Foundations）》是現(xiàn)已出版的第一本有關(guān)系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)基礎(chǔ)的著作，這本書以一個(gè)全新的視角來(lái)講述系統(tǒng)生物學(xué)，即通過(guò)討論構(gòu)成系統(tǒng)生物學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)來(lái)理解系統(tǒng)生物學(xué)的內(nèi)涵和本質(zhì)。對(duì)系統(tǒng)生物學(xué)的科學(xué)哲學(xué)進(jìn)行深入的開(kāi)放式討論，詳細(xì)闡明那些涉及系統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)的各種哲學(xué)問(wèn)題，以及是什么使得它與分子生物學(xué)如此之不同。作者在書中開(kāi)展了許多富有啟發(fā)和成果性的討論，引導(dǎo)讀者思考系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)的核心概念。這些對(duì)于系統(tǒng)生物學(xué)的學(xué)習(xí)和研究都是非常有益的?！　”緯姆g工作是清華大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)系生物信息學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)熒w共同完成的。參加本書翻譯校對(duì)工作的有蘇煜博士、周云博士、陳虎博士、鐘山、夏雪峰、劉珂、張松、李碩、李文婷、張婷、羅潔等。全書由孫之榮教授主譯、審校。感謝科學(xué)出版社孫紅梅和李小汀兩位編輯為本書的出版所付出的努力。我們希望這本書的翻譯出版，可以促進(jìn)讀者對(duì)這一新學(xué)科的學(xué)習(xí)和理解，并對(duì)系統(tǒng)生物學(xué)的科學(xué)研究及研究人才的培養(yǎng)提供良好的幫助和促進(jìn)作用。　　由于時(shí)間有限，對(duì)文中某些深?yuàn)W的英文表達(dá)沒(méi)有作仔細(xì)的推敲，書中難免會(huì)有一些不確切的中文表達(dá)，懇請(qǐng)廣大讀者指正，以期再版時(shí)加以更正。

內(nèi)容概要

　　《系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)基礎(chǔ)》以一個(gè)全新的視角來(lái)講述系統(tǒng)生物學(xué)，即通過(guò)討論構(gòu)成系統(tǒng)生物學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)來(lái)理解系統(tǒng)生物學(xué)的內(nèi)涵和本質(zhì)。對(duì)系統(tǒng)生物學(xué)的科學(xué)哲學(xué)進(jìn)行深入的開(kāi)放式討論，詳細(xì)闡明那些涉及系統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)的各種哲學(xué)問(wèn)題，以及是什么使得它與分子生物學(xué)如此之不同。作者在書中開(kāi)展了許多富有啟發(fā)和成果性的討論，引導(dǎo)讀者思考系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)的核心概念。這些對(duì)于系統(tǒng)生物學(xué)的學(xué)習(xí)和研究都是非常有益的。

作者簡(jiǎn)介

　　William Bechtel是美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校（University of California，San Diego）哲學(xué)系及認(rèn)知科學(xué)與科學(xué)研究跨學(xué)科專業(yè)的教授。他近期的研究主要針對(duì)生物學(xué)和認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域中，機(jī)制的本質(zhì)與解釋。其新近著作：《細(xì)胞機(jī)制發(fā)現(xiàn)（Discovering Cell Mechanisms）》（Cambridge，2006）從發(fā)展機(jī)制性說(shuō)明所面臨的挑戰(zhàn)的角度，回顧了細(xì)胞生物學(xué)作為一個(gè)獨(dú)立的生物學(xué)學(xué)科在二十世紀(jì)中葉的發(fā)展。最近，他已完成《精神機(jī)制（Mental Mechanisms）》一書的寫作，并將由Lawrence Erlbaum出版社出版。在書中，他將機(jī)制性解釋的框架應(yīng)用于當(dāng)代認(rèn)知科學(xué)和認(rèn)知神經(jīng)學(xué)的研究。他是《發(fā)現(xiàn)復(fù)雜性（Discovering Complexity）》（與Robert Richardson合著，Princeton，1993）以及《聯(lián)系論與大腦（Connectionism and the Mind）》（與Adele Abrahamsen合著，Blackwell，2002）的共同作者。此外，他還是《認(rèn)知科學(xué)伴讀（A Companion toCognitive Science）》（Blackwell，1998）和《哲學(xué)與神經(jīng)科學(xué)（Philosophy and the Neurosciences）》（Blackwell，2001）以及《哲學(xué)心理學(xué)（Philosophical Psychology）》雜志的合作編輯。　　Fred C．Boogerd是荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)分子細(xì)胞生理學(xué)系的助理教授。他于1979年獲得化學(xué)碩士學(xué)位（優(yōu)等畢業(yè)生），1984年在阿姆斯特丹自由大學(xué)獲得博士學(xué)位。他在荷蘭的Leiden大學(xué)和Delft科技大學(xué)做了幾年博士后工作，隨后在丹麥哥本哈根的丹麥技術(shù)大學(xué)進(jìn)行游學(xué)訪問(wèn)。他對(duì)生理學(xué)，特別是對(duì)去硝酸鹽化、錳氧化、煤的脫硫、固氮作用、琥珀酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)以及銨吸收作用中的微生物過(guò)程很感興趣。近來(lái)，他對(duì)系統(tǒng)生物學(xué)及其哲學(xué)，特別是有關(guān)生物學(xué)中的還原論、涌現(xiàn)現(xiàn)象、解釋和機(jī)制等問(wèn)題產(chǎn)生了濃厚的興趣?！　rank J．Bruggeman是曼徹斯特跨學(xué)科生物中心系統(tǒng)生物學(xué)組的講師（英國(guó)曼徹斯特大學(xué)化學(xué)工程和分析科學(xué)系物理科學(xué)教員），同時(shí)也是荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)分子細(xì)胞生理學(xué)系的博士后。他于1999年在Leiden大學(xué)獲得生物學(xué)碩士學(xué)位（優(yōu)等畢業(yè)生），2005年在阿姆斯特丹自由大學(xué)獲得博士學(xué)位。他感興趣的問(wèn)題包括：生物學(xué)中的哲學(xué)問(wèn)題（復(fù)雜系統(tǒng)、涌現(xiàn)現(xiàn)象、還原論、機(jī)械論解釋、模塊化），細(xì)胞生理的調(diào)節(jié)和適應(yīng)，以及（動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和控制）理論在（實(shí)驗(yàn)）分析細(xì)胞現(xiàn)象中的應(yīng)用。他曾在哲學(xué)（機(jī)械論解釋和涌現(xiàn)現(xiàn)象）和系統(tǒng)生物學(xué)（模塊響應(yīng)分析，對(duì)大腸桿菌的銨吸收過(guò)程、MAPK信號(hào)通路、肌肉pH值穩(wěn)態(tài)、魯棒性和植物生長(zhǎng)素的運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行建模）領(lǐng)域從事過(guò)研究工作?！　avid Fell是牛津布魯克斯大學(xué)生物化學(xué)教授和生物學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院助理院長(zhǎng)。在牛津大學(xué)學(xué)習(xí)生物化學(xué)并在酵母丙酮酸激酶的物理生物化學(xué)研究領(lǐng)域獲得博士學(xué)位后，他開(kāi)始在牛津布魯克斯，即現(xiàn)在的牛津布魯克斯大學(xué)任教。他的研究方向從酶學(xué)轉(zhuǎn)移到了對(duì)代謝過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和理論分析，并撰寫了在代謝控制分析方面的唯一一本教材：《理解代謝控制（Understanding the Conttrol of Metabolism）》。最近，他正在分析代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并將他的計(jì)算機(jī)建模方法擴(kuò)展到信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和細(xì)胞周期領(lǐng)域。他的工作可應(yīng)用于代謝工程和藥物作用建模。2001年，他開(kāi)始在Physiomics公司任兼職科學(xué)主管，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真模擬細(xì)胞系統(tǒng)為制藥工業(yè)進(jìn)行治療策略的研發(fā)和分析工作。　　Jan-Hendrik S．Hofmeyr是南非Stellenbosch大學(xué)生物化學(xué)系教授。他與Henrik Kacser（代謝控制分析的奠基人之一）和酶學(xué)家Athel Cornish-Bowden合作后，于1986年在stellenbosch大學(xué)獲得博士學(xué)位。他與同事Jacky Snoep，Johann Rohwer組成的分子細(xì)胞生理學(xué)研究組運(yùn)用理論方法、計(jì)算機(jī)建模和實(shí)驗(yàn)手段對(duì)細(xì)胞過(guò)程的控制和調(diào)節(jié)進(jìn)行了研究。他在代謝控制分析和計(jì)算細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域做出了許多基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)，并與Athel Cornish-Bowden一起發(fā)展了作為理解代謝調(diào)節(jié)基礎(chǔ)的共響應(yīng)分析和供給需求分析。他最近的興趣是尋找一種正式的表達(dá)方式，從分子構(gòu)造理論的角度對(duì)細(xì)胞的功能組織進(jìn)行表述，這將可能成為系統(tǒng)生物學(xué)和納米技術(shù)的基礎(chǔ)。他獲得了國(guó)家科研基金的A級(jí)評(píng)定，并且是南非科學(xué)院成員和南非皇家協(xié)會(huì)的會(huì)員。他目前是系統(tǒng)生物學(xué)國(guó)際研究組（BTK-ISSB）的主席。他還在2002年和2003年分別獲得Harry Oppenheimer Fellowship獎(jiǎng)和南非生物化學(xué)協(xié)會(huì)Beckman金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?/pre>


書籍目錄
譯中序作者簡(jiǎn)介前言第一篇　引論1　面向系統(tǒng)生物學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)：引言1.1　系統(tǒng)生物學(xué)：一門旨在探尋方法學(xué)與哲學(xué)基礎(chǔ)的新科學(xué)1.2　系統(tǒng)生物學(xué)1.3　面向系統(tǒng)生物學(xué)的哲學(xué)1.4　對(duì)幾個(gè)系統(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)問(wèn)題的介紹1.5　本書的目標(biāo)和概況參考文獻(xiàn)第二篇　系統(tǒng)生物學(xué)的研究程序2　系統(tǒng)生物學(xué)的方法論2.1　自然科學(xué)各學(xué)科的方法論與哲學(xué)基礎(chǔ)2.2　生物化學(xué)和分子生物學(xué)科學(xué)地位的局限2.3　突破限制2.4　系統(tǒng)生物學(xué)之方法學(xué)致謝參考文獻(xiàn)3　哲學(xué)的思想：方法論3.1　引言3.2　通過(guò)代謝和系統(tǒng)生理學(xué)理解復(fù)雜的疾病——糖尿病3.3　MRS和MCA構(gòu)建了成功的系統(tǒng)生物學(xué)方法論3.4　結(jié)論參考文獻(xiàn)4　我們?cè)鯓永斫庑玛惔x4.1　引言4.2　傳統(tǒng)的新陳代謝原理4.3　新陳代謝系統(tǒng)分析的興起4.4　我們能像期望的那樣去理解新陳代謝嗎？4.5　一個(gè)細(xì)胞的新陳代謝通過(guò)模擬就能理解嗎？參考文獻(xiàn)5　基于不可靠的數(shù)據(jù)構(gòu)建可靠的模型：用進(jìn)化和發(fā)育的觀點(diǎn)解讀新系統(tǒng)生物學(xué)(NSB)5.1　引言5.2　新系統(tǒng)生物學(xué)和進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)(evoo-devo)5.3　在分析大型系統(tǒng)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性問(wèn)題5.4　數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和“摩爾系統(tǒng)”(molar system)屬性5.5　魯棒性和不確定因素的控制5.6　內(nèi)生固守性參考文獻(xiàn)第三篇　理論與模型6　系統(tǒng)生物學(xué)的機(jī)制和機(jī)械論解釋6.1　引言：機(jī)械論解釋和還原論6.2　組織的層次與分辨率尺度6.3　乳糖操縱子作為機(jī)制模型的發(fā)展6.4　機(jī)制與突現(xiàn)6.5　結(jié)論：機(jī)械論解釋與系統(tǒng)生物學(xué)參考文獻(xiàn)7　系統(tǒng)生物學(xué)的理論，模型和方程7.1　引言：生物學(xué)的理論結(jié)構(gòu)7.2　動(dòng)作電位的Hodgkin-Huxley巨型烏賊模型，作為經(jīng)典的系統(tǒng)生物學(xué)的例子7.3　Hodgkin-Huxeley模型的意義和他們的方法論7.4　從神經(jīng)科學(xué)的角度考慮線蟲(chóng)的行為7.5　Ferree和Lockery模型在線蟲(chóng)趨化性中的應(yīng)用7.6　兩個(gè)范例為系統(tǒng)生物學(xué)提供的八則啟示參考文獻(xiàn)8　所有的模型都有缺陷8.1　引言8.2　建模和建模過(guò)程8.3　解析建模8.4　綜合建模8.5　綜合建模VS.解析建模8.6　動(dòng)力學(xué)通路建模8.7　所有的模型都有缺陷致謝參考文獻(xiàn)9　沒(méi)有模型的數(shù)據(jù)與沒(méi)有數(shù)據(jù)的模型的融合9.1　引言9.2　本領(lǐng)域的基本情況9.3　系統(tǒng)生物學(xué)的第一個(gè)根源：代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的模型9.4　系統(tǒng)生物學(xué)的第二個(gè)根源：生物控制論和數(shù)學(xué)系統(tǒng)分析9.5　系統(tǒng)生物學(xué)的第三個(gè)根源：“組學(xué)”9.6　系統(tǒng)生物學(xué)的分支：不同根源的融合者9.7　本領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)9.8　關(guān)于自上而下的系統(tǒng)生物學(xué)的認(rèn)識(shí)論和存在論問(wèn)題9.9　結(jié)論參考文獻(xiàn)第四篇　生物系統(tǒng)中的組織10　一個(gè)自我合成的生物化學(xué)工廠：細(xì)胞體的系統(tǒng)生物學(xué)角度概述10.1　如何成為一個(gè)系統(tǒng)生物學(xué)家10.2　自我生成的細(xì)胞：細(xì)胞生物學(xué)中的關(guān)聯(lián)10.3　物質(zhì)系統(tǒng)的自主性：對(duì)特殊催化的需要10.4　生命的裝配和邏輯10.5　如何建立一個(gè)自我合成的工廠10.6　生命系統(tǒng)的自我裝配10.7　貢獻(xiàn)致謝參考文獻(xiàn)11　生物體起源的系統(tǒng)生物學(xué)方法11.1　引言11.2　組織觀點(diǎn)11.3　起點(diǎn)：非平凡的自我維持11.4　NTSM組織和自主性11.5　歷史一集合維度的出現(xiàn)11.6　達(dá)爾文進(jìn)化的開(kāi)放結(jié)構(gòu)11.7　總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)12　生物學(xué)機(jī)制：用于維持自治的組織12.1　引言12.2　機(jī)制的基本概念12.3　活力論者的挑戰(zhàn)12.4　第一階段：Bernard，Cannon和控制論的關(guān)系12.5　循環(huán)組織和Ganti的化學(xué)子(chemoton)12.6　從Ganti的化學(xué)子到自治系統(tǒng)12.7　結(jié)束語(yǔ)：超越基本自治參考文獻(xiàn)13　功能從“自組織系統(tǒng)”的消失參考文獻(xiàn)第五篇　結(jié)語(yǔ)14　對(duì)系統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)的深入思考14.1　系統(tǒng)生物學(xué)是功能和機(jī)制生物學(xué)，而不是進(jìn)化生物學(xué)14.2　系統(tǒng)生物學(xué)的解釋往往是機(jī)械論的解釋14.3　其他解釋的類型對(duì)系統(tǒng)生物學(xué)來(lái)說(shuō)也很重要14.4　利用模型的分子機(jī)制描述14.5　模型和生命系統(tǒng)的非平衡組織方式14.6　涌現(xiàn)屬性14.7　系統(tǒng)生物學(xué)中的理論和定理14.8　解釋多元論：不同層次的理論14.9　生命是什么？14.10　結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)


章節(jié)摘錄
　　1．3 面向系統(tǒng)生物學(xué)的哲學(xué)　　1．3．1 分子生物學(xué)的哲學(xué)體系已經(jīng)得到詳細(xì)的闡述　　生物化學(xué)和分子生物學(xué)分別在20世紀(jì)30年代和50年代興起，并在20世紀(jì)下半葉取得了驚人的成果，研究者們幾乎毫無(wú)疑義地認(rèn)為還原論方法構(gòu)成了這些學(xué)科的基礎(chǔ)。研究單個(gè)（大）分子（或其集合）是一項(xiàng)充滿回報(bào)的工作。這種占統(tǒng)治地位的方法學(xué)認(rèn)為：各部分組成整體，并由此決定了整體的性質(zhì)，所以通過(guò)分解系統(tǒng)，并研究系統(tǒng)各部分的性質(zhì)就能理解整個(gè)系統(tǒng)。這種還原論的思維模式提供了強(qiáng)大的研究方法、用于指導(dǎo)知識(shí)獲取的認(rèn)識(shí)論式的清晰原則、評(píng)判論文和基金申請(qǐng)書質(zhì)量的有效策略，以及協(xié)調(diào)一致的世界觀。這些策略和在它們指導(dǎo)下所取得的成就是如此顯著，以至于進(jìn)一步的哲學(xué)探討似乎已經(jīng)沒(méi)有必要?！　∥覀儜?yīng)當(dāng)站在那個(gè)時(shí)代的視角上來(lái)看待這些問(wèn)題。有人曾經(jīng)提出，對(duì)生物體或者只是活細(xì)胞進(jìn)行哪怕最輕微的分解，也基本上去除了其與生命相關(guān)的所有性質(zhì)（現(xiàn)在我們知道這是由于干擾了能量代謝和信息交流，耗盡了酶和輔酶，或者依賴于生物體幾乎所有成分的任何物質(zhì)）。因此，只從分子層面上研究顯然無(wú)法幫助我們理解生命。但是，那種只關(guān)注完整生物體的整體論哲學(xué)也有其局限性。不對(duì)生物體進(jìn)行分解，我們只能從表象模型的層面上描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或觀察其行為，這些數(shù)據(jù)或模型的組分（例如生長(zhǎng)速率）缺乏物理／物質(zhì)的實(shí)體對(duì)象。因此，即便在明確定義的實(shí)驗(yàn)條件下，行為與組分之間并不存在特異的依賴關(guān)系。例如，細(xì)胞的能量狀態(tài)對(duì)其生長(zhǎng)速率的依賴關(guān)系。在經(jīng)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，一個(gè)表象模型會(huì)用某種方式描述這種依賴關(guān)系。依據(jù)物理學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)，我們應(yīng)該能對(duì)此描述進(jìn)行證實(shí)或證偽。譬如根據(jù)我們現(xiàn)在已知的分子生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)知識(shí)，當(dāng)一種分解代謝酶被激活時(shí)，我們期望這種“依賴關(guān)系”是正相關(guān)的，而當(dāng)核糖體被激活以加速生長(zhǎng)時(shí)，我們期望它是負(fù)相關(guān)的。然而對(duì)于整體論者，他們的研究方法無(wú)法知道究竟是哪一個(gè)被激活了。因此，模型被證偽，“非分子生物學(xué)”（如果這真是一門科學(xué)的話）獲得了些許“無(wú)法預(yù)測(cè)的科學(xué)”的名聲?！　∠喾?，在將系統(tǒng)完全分解（還原）以后，我們可以用物理實(shí)體的形式定義系統(tǒng)，而這些實(shí)體（例如，mRNA的濃度）在體外只能以一種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于這種還原論策略，可重復(fù)的科研策略成為可能。有誰(shuí)會(huì)質(zhì)疑還原論者作為分子生物學(xué)贏家的心情？有了這本書，這就是我們想要做的。的確，還原論者的方法已經(jīng)完美運(yùn)作了差不多五十年，但這種方法能否在21世紀(jì)繼續(xù)讓他們保持勝利者的心情，則未嘗可知。




編輯推薦
　　系統(tǒng)生物學(xué)通過(guò)研究生物體所有組成成分的相互關(guān)系，來(lái)解釋生物體的組織形式和功能實(shí)現(xiàn)?！断到y(tǒng)生物學(xué)哲學(xué)基礎(chǔ)》涉及哲學(xué)基礎(chǔ)、方法論、模型和組織形式等諸多內(nèi)容，既有對(duì)生物學(xué)實(shí)際問(wèn)題的研究，也有對(duì)哲學(xué)領(lǐng)域艱深內(nèi)容的討論。適合生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、自然科學(xué)哲學(xué)等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生、教師及科研工作者閱讀。





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