生物信息论

出处：按学科分类—自然科学总论 天津人民出版社《自然辩证法辞典》第217页（1232字）

运用^*信息论的理论和方法来研究生物中的信息贮存、传递、加工过程与控制规律的科学。

美国数学家维纳提出控制论，美国电机工程师申农提出信息论之后，由于生物现象很快成为它们的研究对象，从而产生了运用控制论和信息论的原理研究生物体的生物控制论。有些科学家则将控制论、信息论与生物学相结合的领域分别称为生物控制论、生物信息论；然而，信息概念是控制论的最基本概念之一，控制论是从信息角度研究各种系统中控制过程的共同规律，其所研究的系统的一个最基本的特征是在它的各部分之间，以及它和环境之间不断地进行着信息交换；因此生物信息论与生物控制论是密切相关的领域。由于各种生物、生物体的各种组成部分、以及各种不同的水平上都存在着信息与控制的问题，所以生物信息论的研究范围极为广泛。现在已经知道，生物系统实际上几乎都是非线性的复杂系统。但是在分子水平上，人们普遍认为DNA是绝大多数生物的原初遗传信息载体，不但通过复制、转录和翻译过程可使其载有的遗传信息得到传递与表达，而且经过严格调控可使之表达以时空型式展开，乃至指令同一个受精卵严格有序地分化为不同类型的细胞，组成各种组织和器官，构成完整的生物个体。由此足见人们对DNA已有了信息的概念，很自然地要应用信息论使之更严密明晰，且赋予新的内容，诸如生物系统内的信息贮存、编码、传输和接收等。60年代阐明的遗传密码，即通用的、三联体的、兼并性的密码，弄清楚了核酸的核苷酸序列与其编码的蛋白质的氨基酸序列之间的线性对应关系，即“线性编码”，较好地解释了遗传信息的表达。但是，对于这种线性信息如何在分化发育过程中控制其逐渐表达，并按时空展开，产生具有量的稳定感的不同细胞群，却遇到了问题。当然，可根据细胞质的空间型式作出“场的反作用”的哲理性解释；不过向卵中进行核移植的实验表明：分化发育是受细胞核DNA上的基因控制的。所以这个问题的答案可从DNA分子本身来探寻。人们所熟知的三联体密码的破译，是许多结构分析的结果；对于基因表达的调控，人们已在DNA的空间构象、超螺旋结构、拓扑结构、染色体结构、胞内与胞间关系等不同结构层次上进行了探讨。基于遗传信息表达的调控同DNA与其它分子的相互识别、相互作用更直接相关、且通过DNA的微妙构象变化而实现的思想，人们对DNA的构象研究颇感兴趣，使之成了近些年来取得重大突破和迅速发展的领域。

诸如通过模型化合物——DNA复合物的空间模型的建立与研究，初步得到了“空间编码”的知识；特别是左旋等各种新型DNA的发现，以及它们之间的相互转变研究，更加深了人们对于DNA空间构象变化——空间信息的多样性、特异性及统一性的认识。随着DNA等生物大分子的物理分析数据的不断丰富与精确、量子力学等理论方法的不断改进、电子计算机的有效利用、以及分子生物学的迅速进展，人们将会对DNA的信息概念更加明确，通过人为地控制DNA信息的表达，可更自由地改造生物，使之为人类生存服务。