黨的二十大勝利召開，吹響了以中國式現(xiàn)代化全面推進中華民族偉大復(fù)興的前進號角。習(xí)近平總書記強調(diào)“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐”，明確要求到 2035 年要建成教育強國、科技強國、人才強國。新時代新征程對科技界提出了更高的要求。當(dāng)前，世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，不斷開辟新的認(rèn)知疆域，并成為帶動經(jīng)濟社會發(fā)展的核心變量，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正處于蓄勢躍遷、快速迭代的關(guān)鍵階段。開展面向 2035 年的中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究，緊扣國家戰(zhàn)略需求，研判科技發(fā)展大勢，擘畫戰(zhàn)略、錨定方向，找準(zhǔn)學(xué)科發(fā)展路徑與方向，找準(zhǔn)科技創(chuàng)新的主攻方向和突破口，對于實現(xiàn)全面建成社會主義現(xiàn)代化“兩步走”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。
當(dāng)前，應(yīng)對全球性重大挑戰(zhàn)和轉(zhuǎn)變科學(xué)研究范式是當(dāng)代科學(xué)的時代特征之一。為此，各國政府不斷調(diào)整和完善科技創(chuàng)新戰(zhàn)略與政策，強化戰(zhàn)略科技力量部署，支持科技前沿態(tài)勢研判，加強重點領(lǐng)域研發(fā)投入，并積極培育戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，從而保證國際競爭實力。
擘畫戰(zhàn)略、錨定方向是搶抓科技革命先機的必然之策。當(dāng)前，新一輪科技革命蓬勃興起，科學(xué)發(fā)展呈現(xiàn)相互滲透和重新會聚的趨勢，在科學(xué)逐漸分化與系統(tǒng)持續(xù)整合的反復(fù)過程中，新的學(xué)科增長點不斷產(chǎn)生，并且衍生出一系列新興交叉學(xué)科和前沿領(lǐng)域。隨著知識生產(chǎn)的不斷積累和新興交叉學(xué)科的相繼涌現(xiàn)，學(xué)科體系和布局也在動態(tài)調(diào)整，構(gòu)建符合知識體系邏輯結(jié)構(gòu)并促進知識與應(yīng)用融通的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的學(xué)科體系尤為重要。
擘畫戰(zhàn)略、錨定方向是我國科技事業(yè)不斷取得歷史性成就的成功經(jīng)驗?？萍紕?chuàng)新一直是黨和國家治國理政的核心內(nèi)容。特別是黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央明確了我國建成世界科技強國的“三步走”路線圖，實施了《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，持續(xù)加強原始創(chuàng)新，并將著力點放在解決關(guān)鍵核心技術(shù)背后的科學(xué)問題上。習(xí)近平總書記深刻指出：“基礎(chǔ)研究是整個科學(xué)體系的源頭。要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，抓住大趨勢，下好‘先手棋’，打好基礎(chǔ)、儲備長遠，甘于坐冷板凳，勇于做栽樹人、挖井人，實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破，夯實世界科技強國建設(shè)的根基。”
作為國家在科學(xué)技術(shù)方面最高咨詢機構(gòu)的中國科學(xué)院和國家支持基礎(chǔ)研究主渠道的國家自然科學(xué)基金委員會（簡稱自然科學(xué)基金委），在夯實學(xué)科基礎(chǔ)、加強學(xué)科建設(shè)、引領(lǐng)科學(xué)研究發(fā)展方面擔(dān)負(fù)著重要的責(zé)任。早在新中國成立初期，中國科學(xué)院學(xué)部即組織全國有關(guān)專家研究編制了《1956—1967 年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》。該規(guī)劃的實施，實現(xiàn)了“兩彈一星”研制等一系列重大突破，為新中國逐步形成科學(xué)技術(shù)研究體系奠定了基礎(chǔ)。自然科學(xué)基金委自成立以來，通過學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究，服務(wù)于科學(xué)基金的資助與管理，不斷夯實國家知識基礎(chǔ)，增進基礎(chǔ)研究面向國家需求的能力。2009 年，自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院聯(lián)合啟動了“2011—2020 年中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究”。2012 年，雙方形成聯(lián)合開展學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究的常態(tài)化機制，持續(xù)研判科技發(fā)展態(tài)勢，為我國科技創(chuàng)新領(lǐng)域的方向選擇提供科學(xué)思想、路徑選擇和跨越的藍圖。
聯(lián)合開展“中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”，是中國科學(xué)院和自然科學(xué)基金委落實新時代“兩步走”戰(zhàn)略的具體實踐。我們面向 2035 年國家發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合科技發(fā)展新特征，進行了系統(tǒng)設(shè)計，從三個方面組織研究工作：一是總論研究，對面向2035 年的中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展進行了概括和論述，內(nèi)容包括學(xué)科的歷史演進及其發(fā)展的驅(qū)動力、前沿領(lǐng)域的發(fā)展特征及其與社會的關(guān)聯(lián)、學(xué)科與前沿領(lǐng)域的區(qū)別和聯(lián)系、世界科學(xué)發(fā)展的整體態(tài)勢，并匯總了各個學(xué)科及前沿領(lǐng)域的發(fā)展趨勢、關(guān)鍵科學(xué)問題和重點方向；二是自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科研究，主要針對科學(xué)基金資助體系中的重點學(xué)科開展戰(zhàn)略研究，內(nèi)容包括學(xué)科的科學(xué)意義與戰(zhàn)略價值、發(fā)展規(guī)律與研究特點、發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢、發(fā)展思路與發(fā)展方向、資助機制與政策建議等；三是前沿領(lǐng)域研究，針對尚未形成學(xué)科規(guī)模、不具備明確學(xué)科屬性的前沿交叉、新興和關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域開展戰(zhàn)略研究，內(nèi)容包括相關(guān)領(lǐng)域的戰(zhàn)略價值、關(guān)鍵科學(xué)問題與核心技術(shù)問題、我國在相關(guān)領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)與條件、我國在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展思路與政策建議等。
三年多來，400 多位院士、3000 多位專家，圍繞總論、數(shù)學(xué)等18 個學(xué)科和量子物質(zhì)與應(yīng)用等 19 個前沿領(lǐng)域問題，堅持突出前瞻布局、補齊發(fā)展短板、堅定創(chuàng)新自信、統(tǒng)籌分工協(xié)作的原則，開展了深入全面的戰(zhàn)略研究工作，取得了一批重要成果，也形成了共識性結(jié)論。一是國家戰(zhàn)略需求和技術(shù)要素成為當(dāng)前學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展的主要驅(qū)動力之一。有組織的科學(xué)研究及源于技術(shù)的廣泛帶動效應(yīng)，實質(zhì)化地推動了學(xué)科前沿的演進，夯實了科技發(fā)展的基礎(chǔ)，促進了人才的培養(yǎng)，并衍生出更多新的學(xué)科生長點。二是學(xué)科及前沿領(lǐng)域的發(fā)展促進深層次交叉融通。學(xué)科及前沿領(lǐng)域的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出多學(xué)科相互滲透的發(fā)展態(tài)勢。某一類學(xué)科領(lǐng)域采用的研究策略和技術(shù)體系所產(chǎn)生的基礎(chǔ)理論與方法論成果，可以作為共同的知識基礎(chǔ)適用于不同學(xué)科領(lǐng)域的多個研究方向。三是科研范式正在經(jīng)歷深刻變革。解決系統(tǒng)性復(fù)雜問題成為當(dāng)前科學(xué)發(fā)展的主要目標(biāo)，導(dǎo)致相應(yīng)的研究內(nèi)容、方法和范疇等的改變，形成科學(xué)研究的多層次、多尺度、動態(tài)化的基本特征。數(shù)據(jù)驅(qū)動的科研模式有力地推動了新時代科研范式的變革。四是科學(xué)與社會的互動更加密切。發(fā)展學(xué)科及前沿領(lǐng)域愈加重要，與此同時，“互聯(lián)網(wǎng) +”正在改變科學(xué)交流生態(tài)，并且重塑了科學(xué)的邊界，開放獲取、開放科學(xué)、公眾科學(xué)等都使得越來越多的非專業(yè)人士有機會參與到科學(xué)活動中來。
“中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”系列成果以“中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域 2035 發(fā)展戰(zhàn)略叢書”的形式出版，納入“國家科學(xué)思想庫 - 學(xué)術(shù)引領(lǐng)系列”陸續(xù)出版。希望本叢書的出版，能夠為科技界、產(chǎn)業(yè)界的專家學(xué)者和技術(shù)人員提供研究指引，為科研管理部門提供決策參考，為科學(xué)基金深化改革、“十四五”發(fā)展規(guī)劃實施、國家科學(xué)政策制定提供有力支撐。
在本叢書即將付梓之際，我們衷心感謝為學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究付出心血的院士專家，感謝在咨詢、審讀和管理支撐服務(wù)方面付出辛勞的同志，感謝參與項目組織和管理工作的中國科學(xué)院學(xué)部的丁仲禮、秦大河、王恩哥、朱道本、陳宜瑜、傅伯杰、李樹深、李婷、蘇榮輝、石兵、李鵬飛、錢瑩潔、薛淮、馮霞，自然科學(xué)基金委的王長銳、韓智勇、鄒立堯、馮雪蓮、黎明、張兆田、楊列勛、高陣雨。學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究是一項長期、系統(tǒng)的工作，對學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展趨勢的研判，對關(guān)鍵科學(xué)問題的凝練，對發(fā)展思路及方向的把握，對戰(zhàn)略布局的謀劃等，都需要一個不斷深化、積累、完善的過程。我們由衷地希望更多院士專家參與到未來的學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究中來，匯聚專家智慧，不斷提升凝練科學(xué)問題的能力，為推動科研范式變革，促進基礎(chǔ)研究高質(zhì)量發(fā)展，把科技的命脈牢牢掌握在自己手中，服務(wù)支撐我國高水平科技自立自強和建設(shè)世界科技強國夯實根基做出更大貢獻。
“中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”
聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)小組
2023 年 3 月
生物學(xué)是研究生物體的基本特征，探索生命活動基本規(guī)律和生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。隨著20世紀(jì)分子生物學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代生物學(xué)的研究范式從宏觀向微觀、從外在描述向機理闡明，涌現(xiàn)出的大批新技術(shù)和新方法不斷推動生命科學(xué)前沿研究，加速了對于生命本質(zhì)的理解。與此同時，生物學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域逐漸交叉、滲透、會聚，產(chǎn)生了系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)影像學(xué)等多個交叉學(xué)科，為生物學(xué)前沿探索和創(chuàng)新研究模式帶來了無限潛力。生物學(xué)已成為當(dāng)前科學(xué)研究發(fā)展最為迅速的前沿領(lǐng)域之一。
生物學(xué)研究關(guān)系到生命與健康保障、農(nóng)業(yè)及糧食安全、環(huán)境與生態(tài)文明等多個方面，是國計民生、戰(zhàn)略安全和可持續(xù)發(fā)展的重大保障。生物學(xué)研究不僅是對生命本質(zhì)的了解，不斷推進醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也為環(huán)境保護、國家安全提供保障。
在自然科學(xué)基金委和中科院聯(lián)合部署下，中國生物學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略研究項目組成立，旨在分析生物學(xué)發(fā)展規(guī)律與特點、發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢，提出未來十五年我國生物學(xué)領(lǐng)域的總體發(fā)展思路、關(guān)鍵科學(xué)問題、發(fā)展目標(biāo)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，并提出促進學(xué)科發(fā)展的相關(guān)政策措施建議。
全書共分十四章，涉及的專業(yè)方向基本上覆蓋了生物學(xué)科所有重要的領(lǐng)域，包括總論（概述）、動物學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)與生物信息學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)/心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)、生理學(xué)、生物物理與生物化學(xué)、分子生物學(xué)與生物技術(shù)、生物材料/成像與組織工程學(xué)等。項目組進行了相應(yīng)的任務(wù)分工，明確了生物學(xué)總論及各分支學(xué)科的牽頭負(fù)責(zé)專家及調(diào)研撰寫小組。之后經(jīng)過多次線上線下研討、郵件微信交流等多種形式的討論，并廣泛征求同行科學(xué)家的意見，進行生物學(xué)相關(guān)文獻資料調(diào)研分析。在此過程中，還在自然科學(xué)基金委—中科院學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究項目交流會以及研究報告出版專家評議會等匯報并征求意見，經(jīng)過多輪次修改、論證、歸納、綜合整理形成了本書。
項目組匯集了國內(nèi)生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的杰出學(xué)科帶頭人，包括學(xué)術(shù)秘書朱冰；專家組成員：于貴瑞、王立平、王秀杰、王宏偉、王澤峰、王韻、元英進、孔宏智、龍勉、東秀珠、馮新華、宋保亮、羅凌飛、趙世民、徐濤、蔣爭凡、薛紅衛(wèi)、魏輔文、瞿禮嘉；參編專家：王天明、王海濱、牛書麗、方方、杜衛(wèi)國、李勁松、楊元合、楊運桂、陳良怡、范明、胡小玉、聶廣軍、程功、魯林榮、解慧琪等。在此對各位專家學(xué)者同行在撰寫過程中付出的智慧和辛勤勞動表示衷心的感謝！特別感謝中科院生物物理研究所的朱冰研究員，作為本項目的學(xué)術(shù)秘書，傾注了大量精力；感謝自然科學(xué)基金委生命科學(xué)部和中科院學(xué)部工作局給予的大力支持。
由于時間與認(rèn)識所限，書中難免存在疏漏和不足之處，敬請各位同人和讀者批評指正！
陳曄光
《中國生物學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》編寫組組長
2021年12月
生物學(xué)是研究生物體的基本特征、探索生命活動基本規(guī)律和生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。隨著20世紀(jì)分子生物學(xué)的快速進步，現(xiàn)代生物學(xué)的研究范式從宏觀向微觀、從外在描述向機理闡明深入發(fā)展，涌現(xiàn)出大批新技術(shù)和新方法，不斷推動生命科學(xué)前沿研究，極大加速了對于生命本質(zhì)的理解。與此同時，生物學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、信息科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、工程科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域逐漸交叉、滲透、會聚，產(chǎn)生了系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)影像學(xué)等交叉學(xué)科，為生物學(xué)前沿探索和創(chuàng)新研究模式帶來了無限潛力。
生物學(xué)研究關(guān)系到生命與健康保障、農(nóng)業(yè)及糧食安全、環(huán)境與生態(tài)文明等多個方面，是國計民生、戰(zhàn)略安全和可持續(xù)發(fā)展的重大保障?！秶覄?chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》中指出，要強化原始創(chuàng)新，增強源頭供給；堅持國家戰(zhàn)略需求和科學(xué)探索目標(biāo)相結(jié)合。生物學(xué)研究天然具有科學(xué)探索和支撐國家戰(zhàn)略需求的雙重屬性，是生命科學(xué)原始創(chuàng)新的發(fā)源地，是不斷滿足并推進醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和生物技術(shù)等國家戰(zhàn)略需求發(fā)展的源頭供給。
高通量測序技術(shù)的革命性突破，以及各種成像技術(shù)和組學(xué)技術(shù)的變革性發(fā)展使得生物學(xué)研究邁入了大數(shù)據(jù)時代。涌現(xiàn)出生物信息學(xué)、計算生物學(xué)、定量生物學(xué)等新興領(lǐng)域，生命科學(xué)逐步從描述和定性研究進入了定量研究階段。通過生物學(xué)內(nèi)部以及多學(xué)科交叉融合、技術(shù)集成，在生物學(xué)研究領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多新的交叉學(xué)科和研究熱點。具體表現(xiàn)為：對于生命活動的解析更加定量化和系統(tǒng)化，人工智能與腦科學(xué)研究不斷深入，生物大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與高效利用，改造、仿生、再生、創(chuàng)生能力不斷加強。
瞄準(zhǔn)世界科學(xué)前沿和國家重大需求，未來15年生物學(xué)的重要前沿領(lǐng)域包括：生物重要性狀的進化機制，生物表型可塑性與環(huán)境適應(yīng)機制，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、功能多樣性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的多尺度—多過程整合研究，基于單細(xì)胞及單分子分析技術(shù)的生物學(xué)研究，病原微生物的致病、耐藥及傳播機制，細(xì)胞命運可塑性與器官再生，細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)與可視化，遺傳與表觀遺傳信息的建立與繼承，個體發(fā)育與衰老機制，免疫應(yīng)答及調(diào)控機制，行為與心理的認(rèn)知過程與神經(jīng)機制，生物大分子的結(jié)構(gòu)功能與動態(tài)相互作用，營養(yǎng)代謝及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，基因編輯、基因遞送與分子操控技術(shù)，基于智能生物材料的工程化組織構(gòu)建、力學(xué)調(diào)控與醫(yī)學(xué)應(yīng)用等。
多學(xué)科領(lǐng)域的交叉會聚極大促進了生物學(xué)的快速發(fā)展，為生物學(xué)前沿探索和創(chuàng)新變革提供了更多可能性。同時，這些基礎(chǔ)科學(xué)研究也在生物學(xué)的滲透下，開辟了許多新的研究方向。生物學(xué)的優(yōu)先發(fā)展交叉領(lǐng)域包括：合成生物學(xué)及人工生命體，生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能性狀格局及演變的生物地理生態(tài)學(xué)研究，基于腦認(rèn)知啟發(fā)的人工智能和智能增強，光合作用與生物固氮的機制與模擬，類器官仿生構(gòu)建與虛擬器官建模等。
生命科學(xué)是當(dāng)今科學(xué)研究的前沿，新思想、新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，成為國際合作的活躍領(lǐng)域。國際合作既是生命科學(xué)發(fā)展的內(nèi)生需求，也是生命科學(xué)發(fā)展的強大動力。生物學(xué)的重要國際合作方向包括：生物多樣性和生命進化及野生動植物對全球氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)，大尺度生態(tài)系統(tǒng)過程聯(lián)網(wǎng)觀測和功能預(yù)測生態(tài)學(xué)，人類表型組的系統(tǒng)分析及健康表型形成的遺傳機制，免疫系統(tǒng)對病原微生物和危險信號的感受及功能研究，全球生物多樣性與健康組學(xué)大數(shù)據(jù)共享和分析體系建設(shè)等。
立足于我國生物學(xué)學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀和國家戰(zhàn)略需求，本書提出如下發(fā)展機制和政策建議：
?。?）聚焦兩個關(guān)鍵問題：生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展必須更加充分地與國家重大需求相結(jié)合，必須更加高效地應(yīng)對科研范式變革所帶來的新挑戰(zhàn)。
（2）建立健全重要科學(xué)問題的提出機制：加強“自上而下”的頂層設(shè)計，針對生物學(xué)的發(fā)展趨勢提出重點攻關(guān)方向；建立“從下到上”的自主建議通道，由專家委員會對于各方面的建議進行總結(jié)，遴選重要的科學(xué)問題列入指南。
?。?）鼓勵“從0到1”原創(chuàng)探索：對原創(chuàng)探索性科學(xué)問題給予專門的項目申請和評審綠色通道，特別是對于非共識項目應(yīng)提供更為合理的評選機制和資助渠道。建立容錯機制，推動顛覆性、變革性創(chuàng)新。
?。?）加強成果識別與發(fā)現(xiàn)：探索設(shè)立專門機構(gòu)，推動面向臨床醫(yī)學(xué)重大需求的基礎(chǔ)研究成果落地轉(zhuǎn)化。加強與其他部門、地方政府的合作，推動產(chǎn)出成果與經(jīng)濟社會發(fā)展需求對接。
?。?）優(yōu)化經(jīng)費多元投入機制：探索支持企業(yè)投入基礎(chǔ)研究的新機制；建立產(chǎn)業(yè)目標(biāo)導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究問題庫和重大基礎(chǔ)研究項目懸賞制；探索社會力量以慈善捐贈等方式加大投入的有效機制。
?。?）制定擇優(yōu)、長期、穩(wěn)定的支持模式：著力推進優(yōu)秀青年人才的培養(yǎng)，通過長期穩(wěn)定支持一批具有國際競爭力的科學(xué)家，形成對生命科學(xué)前沿的引領(lǐng)能力。
?。?）著力突破制約生物學(xué)研究發(fā)展的共性問題和瓶頸：推進國家級生物數(shù)據(jù)中心和資源平臺的建設(shè)；大力加強對于科學(xué)儀器設(shè)備研制的支持，規(guī)避“卡脖子”風(fēng)險；加強生物醫(yī)藥轉(zhuǎn)化平臺建設(shè)，提供系統(tǒng)性和專業(yè)化的轉(zhuǎn)化服務(wù)。
Abstract
Biology is a discipline that studies the basic characteristics of organisms, describes basic phenomena and explores fundamental principles of life. Thanks to the rapid progress in molecular biology and other disciplines, the research paradigm of modern biology has shifted from macroscopic to microscopic, from phenotypic description to the investigation of correlation and causation. The development of cutting-edge technologies and methodologies has greatly promoted the frontier research in life science and will continue to greatly accelerate the understanding of the essence of life. Meanwhile, the convergence of multidisplinary felds, like biology and mathematics, physics, chemistry, information science, technology science as well as engineering science, has produced interdisciplinary sciences including system biology, synthetic biology and biomedical imaging, contributing to the exploration of the endless frontiers in understanding life. Biological research is the foundation for life and health security, agriculture and food safety, environment and ecological civilization, making it a major contributor of our national economy and a guardian of people’s livelihood, strategic security and sustainable development.
This book describes the scientific significance and development status of biology, and analyzes the trend of progression. In addition, the key directions in the field of biology and related sub-disciplines in China from 2021 to 2035 are highlighted, including the critical scientifc questions, the goals and the priority areas, with suggestions of corresponding policies and measures to promote biological research.
Oriented towards the scientific frontiers and the major national interests in the coming 15 years, the critical areas in biological research include but are not limited to the following: the evolutionary mechanism of important biological traits; the principle of phenotypic plasticity and environmental adaptation; multi-scale and multi-process integration of ecosystem’s structural complexity, functional diversity and system stability; biological studies based on single cell and single molecule techniques; pathogenicity, drug resistance and transmission mechanisms of pathogenic microorganisms; plasticity of cell fate and organ regeneration; cell fne structure and visualization; the establishment and inheritance of genetic and epigenetic information; ontogeny and aging mechanism; immune response and regulation; cognitive process and neural basis of behavior and psychology; structure, function and dynamic interactions of biological macromolecules; nutrient metabolism and regulation network; gene editing, delivery and molecular manipulation technology; intelligent biomaterial-based engineered tissue construction, mechanical regulation and medical applications.
The integration of multidisciplinary fields will greatly promote the rapid development of biology and provide more possibilities for frontiers exploration and innovative evolution. Meanwhile, deep integration of biology with other disciplines has opened up many new directions. The emerging cross-fields include: synthetic biology and artificial life; biogeoecological research on the pattern and evolution of biodiversity and ecosystem’s functional traits; artificial intelligence and intelligence enhancement based on brain cognitive inspiration; mechanism and simulation of photosynthesis and biological nitrogen fixation; organoid bionic construction and virtual organ modeling.
Life science lies in the frontiers of scientific research nowadays, with the constant emergence of new ideas, technologies, and methods, making it one of the most active areas in the international cooperation. Recommended important international cooperation directions include: biodiversity, life evolution and the response and adaption of wild animals and plants to global climate change; large-scale ecosystem process networking observation and function prediction ecology; systematic analysis of human phenotype group and genetic mechanism of healthy phenotype formation; perception and function of immune system to pathogenic microorganisms and danger signals; big data sharing and analysis system construction of global biodiversity and health omics.
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