竭澤而漁
1986年，美國科學家率先提出了人類基因組計劃（Human Genome Project），把研究目標鎖定在測定人類遺傳信息載體DNA的所有核苷酸的排列順序（當時估算為30億個堿基對），從而破譯出人類全部遺傳信息。
從人類基因組計劃的研究目標可以看到，生命科學的“大科學”的核心思想是整體性研究。這種研究方式不同于以往經(jīng)典生物實驗科學的地方就是，它以生物體內某一類物質為對象進行完整的研究。借用數(shù)學的語言，這種整體性研究注重的不再是單個“元素”，而是涵括了所有元素的“集合”。例如，過去關注的是個別的基因，現(xiàn)在則是研究基因組包含的所有基因。從第一個“集合”——“基因組”到現(xiàn)在，各類生物大分子都有了相對應的“集合”。對RNA來說有“RNA組”和“轉錄組”；對蛋白質來說有“蛋白質組”；糖也有了“糖組”；甚至對生物小分子，也提出了“代謝組”這一集合。推而廣之，還出現(xiàn)了各種“子集”，如“結構基因組”、“腫瘤蛋白質組”、“修飾蛋白質組”等。
生命科學的大科學研究有如下一些特點:
首先是投入大。美國人類基因組計劃啟動初期，國立衛(wèi)生研究院和能源部頭5年的預算是10億美元。而英國政府在2001—2003年科學資助計劃中增加了3.56億英鎊經(jīng)費，其中就有三分之一的資金被用于基因組研究。
其次是研究的規(guī)模大，通常有多個單位共同參與。2001年2月在《自然》周刊（Nature）上刊登的人類基因組框架圖一文中，僅列入正文的主要作者就有近300人，他們來自包括中國在內的6個國家，共48個單位或組織。
另一個特點是研究主力放在集約型的“技術平臺”上。這類技術平臺如同一個大型企業(yè)，集中了大量的人力和物力。在美國，雖然有許多單位參與人類基因組計劃，但大部分測序工作是由三大中心完成的。它們分別是懷特海醫(yī)學研究所（Whitehead Institute for Biomedical Research）的基因組研究中心、華盛頓大學（Washington University）的基因組測序中心和貝勒醫(yī)學院（Baylor College of Medicine）的人類基因組測序中心。而在英國則主要由桑格中心（The Sanger Center）負責基因組的測序工作。
最后，這種大科學研究的一個重要特點是對高技術和先進儀器設備的依賴。人類基因組計劃最初預計要在15年內完成，但隨著測序技術的改進，主要是由于毛細管電泳測序儀的發(fā)明，這個計劃顯然可以提前完成。過去最先進的凝膠電泳測序儀測定1000個樣品約需8個小時，而毛細管電泳測序儀只要15分鐘即可完成?？梢哉f，如果沒有DNA自動測序儀和超級計算機就不會有基因組研究。
今天，凡是談到這類大科學研究，人們最關注的就是高通量、自動化和大規(guī)模。
異軍突起
“基因組學”或“蛋白質組學”之類的大科學研究有一個共同的特點，即總是以同一類生物分子為研究對象。據(jù)說人類基因組總共含有3萬到3.5萬個基因；而人類蛋白質的數(shù)量估計比基因數(shù)目大得多。但不論數(shù)量差別有多大，它們均屬于線性疊加的、可數(shù)的“集合”。
但是，一支由諾貝爾獎得主吉爾曼（Alfred G. Gilman）領導的“信號轉導聯(lián)軍”（Alliance for Cellular Signaling）在世紀之交的出現(xiàn)，卻使生命科學的大科學研究方式發(fā)生了新的演化。因為這項研究不再以某類生物分子為對象，而是以一個生物學現(xiàn)象“G蛋白介導和與其相關的細胞信號轉導系統(tǒng)”為其對象。在這種“集合”里，其元素不僅包括所有涉及到G蛋白的蛋白質，還有這些蛋白質間的所有相互作用關系和信號通路。它不僅具有前一種大科學研究的特點，如高投入（10年時間、1億美元資金）和大規(guī)模（美國、加拿大和英國的21個單位，共52個研究組），而且還帶來了一些新的特征。
“信號轉導聯(lián)軍”的出現(xiàn)使科學家從“回答問題”轉變到“解決問題”。對G蛋白介導的信號轉導機理的研究一直是生命科學中一個極其重要的研究領域，至今已有近4萬篇文獻涉及這一問題。這意味著過去的生物學家數(shù)十年來在實驗室中一直探尋著G蛋白的方方面面，得到了許許多多的答案，但未能真正結束這一問題，始終停留在“管中窺豹”或“盲人摸象”的“回答問題”階段。“信號轉導聯(lián)軍”的出現(xiàn)就是希望能一勞永逸解決這個問題。研究者把總目標定在“盡可能完整地把在時空變化中的細胞信號轉導對應的輸入和輸出之關系給揭示出來”。
這種“解決問題”的想法體現(xiàn)出的正是“整體性研究”的精髓：只有把涉及生命活動的方方面面結合在一起考慮，才能真正描繪出生命活動。在“信號轉導聯(lián)軍”的計劃書里，科學家們表示，一旦這一計劃成功，“我們就能夠去認識，而不是去想象活細胞的構造”。
“信號轉導聯(lián)軍”還體現(xiàn)出了另一個重要特點：多學科交叉。在20世紀末，新一輪數(shù)、理、化等與生命科學相互交叉的潮流響應了后基因組時代的到來?；蚪M研究或蛋白質組研究固然離不開數(shù)學、計算機科學、信息科學等學科的幫助，“信號轉導聯(lián)軍”更是把其他非生物學學科視為整個研究計劃的一個重要組成部分。
該研究計劃的策略之一就是要保持與其他重要相關領域的互動?；瘜W就是其中之一；數(shù)學更是該計劃一個不可或缺的內容。從計劃書列出的實驗策略來看，除了在前期工作側重于經(jīng)典的分子生物學和細胞生物學研究，如測定有關的蛋白質和確定其分子信號通路外，后期工作幾乎都離不開數(shù)學，包括“定量測定信息流”、“數(shù)據(jù)模型的構建和網(wǎng)絡分析”、“信號轉導數(shù)據(jù)庫的建立”。
G蛋白介導的信號轉導過程與生命的許多活動，如細胞的增殖與分化、神經(jīng)活動、免疫功能都有著密切的關系。所以作為以“解決問題”為最終目標的“信號轉導聯(lián)軍”，除了需要許多非生命科學學科的參與，更需要生命科學各分支學科，如細胞生物學、分子生物學、遺傳學、免疫學、神經(jīng)科學等的加盟。
因此，“信號轉導聯(lián)軍”表現(xiàn)出另一個不同于基因組學、蛋白質組學等大科學研究的特征——整合性。也就是說，基因組學或蛋白質組學體現(xiàn)出來的主要是單純的“規(guī)模效應”（large－scale），從數(shù)個基因到所有的基因，從部分蛋白質到全體蛋白質；而“信號轉導聯(lián)軍”體現(xiàn)出來的則主要是“整合效應”（integration），即圍繞著G蛋白介導的信號轉導，把各式各樣相關的研究內容全部整合在一起。也許，可以把前一類稱為“規(guī)模型大科學”，后一類則應是“整合型大科學”。
目前科學界已逐漸加大了對“整合型大科學”的關注。例如，2000年歐洲議會對涉及生命科學、信息技術等五個研究領域的跨國研究計劃“第五框架協(xié)議”（Fifth Framework Programme of Research，F(xiàn)P5）進行修訂，增加了3000萬歐元以支持生命科學的“整合型項目”（integrated projects），從而使對整合型項目的支持接近規(guī)模型項目。
在未來的50年里，也許能看到這樣一幅圖景：經(jīng)典的小型實驗室“單干”研究模式逐漸退居二線，而“規(guī)模型大科學”（“……組學”)和“整合型大科學”（“……聯(lián)軍”）一躍成為生命科學研究的主力軍。
