党的二十大胜利召开，吹响了以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的前进号角。习近平总书记强调“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”，明确要求到 2035 年要建成教育强国、科技强国、人才强国。新时代新征程对科技界提出了更高的要求。当前，世界科学技术发展日新月异，不断开辟新的认知疆域，并成为带动经济社会发展的核心变量，新一轮科技革命和产业变革正处于蓄势跃迁、快速迭代的关键阶段。开展面向 2035 年的中国学科及前沿领域发展战略研究，紧扣国家战略需求，研判科技发展大势，擘画战略、锚定方向，找准学科发展路径与方向，找准科技创新的主攻方向和突破口，对于实现全面建成社会主义现代化“两步走”战略目标具有重要意义。
当前，应对全球性重大挑战和转变科学研究范式是当代科学的时代特征之一。为此，各国政府不断调整和完善科技创新战略与政策，强化战略科技力量部署，支持科技前沿态势研判，加强重点领域研发投入，并积极培育战略新兴产业，从而保证国际竞争实力。
擘画战略、锚定方向是抢抓科技革命先机的必然之策。当前，新一轮科技革命蓬勃兴起，科学发展呈现相互渗透和重新会聚的趋势，在科学逐渐分化与系统持续整合的反复过程中，新的学科增长点不断产生，并且衍生出一系列新兴交叉学科和前沿领域。随着知识生产的不断积累和新兴交叉学科的相继涌现，学科体系和布局也在动态调整，构建符合知识体系逻辑结构并促进知识与应用融通的协调可持续发展的学科体系尤为重要。
擘画战略、锚定方向是我国科技事业不断取得历史性成就的成功经验。科技创新一直是党和国家治国理政的核心内容。特别是党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央明确了我国建成世界科技强国的“三步走”路线图，实施了《国家创新驱动发展战略纲要》，持续加强原始创新，并将着力点放在解决关键核心技术背后的科学问题上。习近平总书记深刻指出：“基础研究是整个科学体系的源头。要瞄准世界科技前沿，抓住大趋势，下好‘先手棋’，打好基础、储备长远，甘于坐冷板凳，勇于做栽树人、挖井人，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破，夯实世界科技强国建设的根基。”
作为国家在科学技术方面最高咨询机构的中国科学院和国家支持基础研究主渠道的国家自然科学基金委员会（简称自然科学基金委），在夯实学科基础、加强学科建设、引领科学研究发展方面担负着重要的责任。早在新中国成立初期，中国科学院学部即组织全国有关专家研究编制了《1956—1967 年科学技术发展远景规划》。该规划的实施，实现了“两弹一星”研制等一系列重大突破，为新中国逐步形成科学技术研究体系奠定了基础。自然科学基金委自成立以来，通过学科发展战略研究，服务于科学基金的资助与管理，不断夯实国家知识基础，增进基础研究面向国家需求的能力。2009 年，自然科学基金委和中国科学院联合启动了“2011—2020 年中国学科发展战略研究”。2012 年，双方形成联合开展学科发展战略研究的常态化机制，持续研判科技发展态势，为我国科技创新领域的方向选择提供科学思想、路径选择和跨越的蓝图。
联合开展“中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”，是中国科学院和自然科学基金委落实新时代“两步走”战略的具体实践。我们面向 2035 年国家发展目标，结合科技发展新特征，进行了系统设计，从三个方面组织研究工作：一是总论研究，对面向2035 年的中国学科及前沿领域发展进行了概括和论述，内容包括学科的历史演进及其发展的驱动力、前沿领域的发展特征及其与社会的关联、学科与前沿领域的区别和联系、世界科学发展的整体态势，并汇总了各个学科及前沿领域的发展趋势、关键科学问题和重点方向；二是自然科学基础学科研究，主要针对科学基金资助体系中的重点学科开展战略研究，内容包括学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点、发展现状与发展态势、发展思路与发展方向、资助机制与政策建议等；三是前沿领域研究，针对尚未形成学科规模、不具备明确学科属性的前沿交叉、新兴和关键核心技术领域开展战略研究，内容包括相关领域的战略价值、关键科学问题与核心技术问题、我国在相关领域的研究基础与条件、我国在相关领域的发展思路与政策建议等。
三年多来，400 多位院士、3000 多位专家，围绕总论、数学等18 个学科和量子物质与应用等 19 个前沿领域问题，坚持突出前瞻布局、补齐发展短板、坚定创新自信、统筹分工协作的原则，开展了深入全面的战略研究工作，取得了一批重要成果，也形成了共识性结论。一是国家战略需求和技术要素成为当前学科及前沿领域发展的主要驱动力之一。有组织的科学研究及源于技术的广泛带动效应，实质化地推动了学科前沿的演进，夯实了科技发展的基础，促进了人才的培养，并衍生出更多新的学科生长点。二是学科及前沿领域的发展促进深层次交叉融通。学科及前沿领域的发展越来越呈现出多学科相互渗透的发展态势。某一类学科领域采用的研究策略和技术体系所产生的基础理论与方法论成果，可以作为共同的知识基础适用于不同学科领域的多个研究方向。三是科研范式正在经历深刻变革。解决系统性复杂问题成为当前科学发展的主要目标，导致相应的研究内容、方法和范畴等的改变，形成科学研究的多层次、多尺度、动态化的基本特征。数据驱动的科研模式有力地推动了新时代科研范式的变革。四是科学与社会的互动更加密切。发展学科及前沿领域愈加重要，与此同时，“互联网 +”正在改变科学交流生态，并且重塑了科学的边界，开放获取、开放科学、公众科学等都使得越来越多的非专业人士有机会参与到科学活动中来。
“中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”系列成果以“中国学科及前沿领域 2035 发展战略丛书”的形式出版，纳入“国家科学思想库 - 学术引领系列”陆续出版。希望本丛书的出版，能够为科技界、产业界的专家学者和技术人员提供研究指引，为科研管理部门提供决策参考，为科学基金深化改革、“十四五”发展规划实施、国家科学政策制定提供有力支撑。
在本丛书即将付梓之际，我们衷心感谢为学科及前沿领域发展战略研究付出心血的院士专家，感谢在咨询、审读和管理支撑服务方面付出辛劳的同志，感谢参与项目组织和管理工作的中国科学院学部的丁仲礼、秦大河、王恩哥、朱道本、陈宜瑜、傅伯杰、李树深、李婷、苏荣辉、石兵、李鹏飞、钱莹洁、薛淮、冯霞，自然科学基金委的王长锐、韩智勇、邹立尧、冯雪莲、黎明、张兆田、杨列勋、高阵雨。学科及前沿领域发展战略研究是一项长期、系统的工作，对学科及前沿领域发展趋势的研判，对关键科学问题的凝练，对发展思路及方向的把握，对战略布局的谋划等，都需要一个不断深化、积累、完善的过程。我们由衷地希望更多院士专家参与到未来的学科及前沿领域发展战略研究中来，汇聚专家智慧，不断提升凝练科学问题的能力，为推动科研范式变革，促进基础研究高质量发展，把科技的命脉牢牢掌握在自己手中，服务支撑我国高水平科技自立自强和建设世界科技强国夯实根基做出更大贡献。
“中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”
联合领导小组
2023 年 3 月
生物学是研究生物体的基本特征，探索生命活动基本规律和生命现象本质的科学。随着20世纪分子生物学的发展，现代生物学的研究范式从宏观向微观、从外在描述向机理阐明，涌现出的大批新技术和新方法不断推动生命科学前沿研究，加速了对于生命本质的理解。与此同时，生物学与数学、物理、化学、信息科学、材料科学等学科领域逐渐交叉、渗透、会聚，产生了系统生物学、合成生物学和生物医学影像学等多个交叉学科，为生物学前沿探索和创新研究模式带来了无限潜力。生物学已成为当前科学研究发展最为迅速的前沿领域之一。
生物学研究关系到生命与健康保障、农业及粮食安全、环境与生态文明等多个方面，是国计民生、战略安全和可持续发展的重大保障。生物学研究不仅是对生命本质的了解，不断推进医药、农业的发展，也为环境保护、国家安全提供保障。
在自然科学基金委和中科院联合部署下，中国生物学2035发展战略研究项目组成立，旨在分析生物学发展规律与特点、发展现状与发展态势，提出未来十五年我国生物学领域的总体发展思路、关键科学问题、发展目标和优先发展领域，并提出促进学科发展的相关政策措施建议。
全书共分十四章，涉及的专业方向基本上覆盖了生物学科所有重要的领域，包括总论（概述）、动物学、植物学、微生物学、生态学、细胞生物学、遗传学与生物信息学、发育生物学、免疫学、神经科学/心理学和认知科学、生理学、生物物理与生物化学、分子生物学与生物技术、生物材料/成像与组织工程学等。项目组进行了相应的任务分工，明确了生物学总论及各分支学科的牵头负责专家及调研撰写小组。之后经过多次线上线下研讨、邮件微信交流等多种形式的讨论，并广泛征求同行科学家的意见，进行生物学相关文献资料调研分析。在此过程中，还在自然科学基金委—中科院学科发展战略研究项目交流会以及研究报告出版专家评议会等汇报并征求意见，经过多轮次修改、论证、归纳、综合整理形成了本书。
项目组汇集了国内生物学相关领域的杰出学科带头人，包括学术秘书朱冰；专家组成员：于贵瑞、王立平、王秀杰、王宏伟、王泽峰、王韵、元英进、孔宏智、龙勉、东秀珠、冯新华、宋保亮、罗凌飞、赵世民、徐涛、蒋争凡、薛红卫、魏辅文、瞿礼嘉；参编专家：王天明、王海滨、牛书丽、方方、杜卫国、李劲松、杨元合、杨运桂、陈良怡、范明、胡小玉、聂广军、程功、鲁林荣、解慧琪等。在此对各位专家学者同行在撰写过程中付出的智慧和辛勤劳动表示衷心的感谢！特别感谢中科院生物物理研究所的朱冰研究员，作为本项目的学术秘书，倾注了大量精力；感谢自然科学基金委生命科学部和中科院学部工作局给予的大力支持。
由于时间与认识所限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请各位同人和读者批评指正！
陈晔光
《中国生物学2035发展战略》编写组组长
2021年12月
生物学是研究生物体的基本特征、探索生命活动基本规律和生命现象本质的科学。随着20世纪分子生物学的快速进步，现代生物学的研究范式从宏观向微观、从外在描述向机理阐明深入发展，涌现出大批新技术和新方法，不断推动生命科学前沿研究，极大加速了对于生命本质的理解。与此同时，生物学与数学、物理、化学、信息科学、技术科学、工程科学等多学科领域逐渐交叉、渗透、会聚，产生了系统生物学、合成生物学和生物医学影像学等交叉学科，为生物学前沿探索和创新研究模式带来了无限潜力。
生物学研究关系到生命与健康保障、农业及粮食安全、环境与生态文明等多个方面，是国计民生、战略安全和可持续发展的重大保障。《国家创新驱动发展战略纲要》中指出，要强化原始创新，增强源头供给；坚持国家战略需求和科学探索目标相结合。生物学研究天然具有科学探索和支撑国家战略需求的双重属性，是生命科学原始创新的发源地，是不断满足并推进医药、农业和生物技术等国家战略需求发展的源头供给。
高通量测序技术的革命性突破，以及各种成像技术和组学技术的变革性发展使得生物学研究迈入了大数据时代。涌现出生物信息学、计算生物学、定量生物学等新兴领域，生命科学逐步从描述和定性研究进入了定量研究阶段。通过生物学内部以及多学科交叉融合、技术集成，在生物学研究领域涌现出许多新的交叉学科和研究热点。具体表现为：对于生命活动的解析更加定量化和系统化，人工智能与脑科学研究不断深入，生物大数据的标准化与高效利用，改造、仿生、再生、创生能力不断加强。
瞄准世界科学前沿和国家重大需求，未来15年生物学的重要前沿领域包括：生物重要性状的进化机制，生物表型可塑性与环境适应机制，生态系统结构复杂性、功能多样性和系统稳定性的多尺度—多过程整合研究，基于单细胞及单分子分析技术的生物学研究，病原微生物的致病、耐药及传播机制，细胞命运可塑性与器官再生，细胞精细结构与可视化，遗传与表观遗传信息的建立与继承，个体发育与衰老机制，免疫应答及调控机制，行为与心理的认知过程与神经机制，生物大分子的结构功能与动态相互作用，营养代谢及其调控网络，基因编辑、基因递送与分子操控技术，基于智能生物材料的工程化组织构建、力学调控与医学应用等。
多学科领域的交叉会聚极大促进了生物学的快速发展，为生物学前沿探索和创新变革提供了更多可能性。同时，这些基础科学研究也在生物学的渗透下，开辟了许多新的研究方向。生物学的优先发展交叉领域包括：合成生物学及人工生命体，生物多样性和生态系统功能性状格局及演变的生物地理生态学研究，基于脑认知启发的人工智能和智能增强，光合作用与生物固氮的机制与模拟，类器官仿生构建与虚拟器官建模等。
生命科学是当今科学研究的前沿，新思想、新技术、新方法不断涌现，成为国际合作的活跃领域。国际合作既是生命科学发展的内生需求，也是生命科学发展的强大动力。生物学的重要国际合作方向包括：生物多样性和生命进化及野生动植物对全球气候变化的响应和适应，大尺度生态系统过程联网观测和功能预测生态学，人类表型组的系统分析及健康表型形成的遗传机制，免疫系统对病原微生物和危险信号的感受及功能研究，全球生物多样性与健康组学大数据共享和分析体系建设等。
立足于我国生物学学科发展现状和国家战略需求，本书提出如下发展机制和政策建议：
（1）聚焦两个关键问题：生命科学与生物技术的发展必须更加充分地与国家重大需求相结合，必须更加高效地应对科研范式变革所带来的新挑战。
（2）建立健全重要科学问题的提出机制：加强“自上而下”的顶层设计，针对生物学的发展趋势提出重点攻关方向；建立“从下到上”的自主建议通道，由专家委员会对于各方面的建议进行总结，遴选重要的科学问题列入指南。
（3）鼓励“从0到1”原创探索：对原创探索性科学问题给予专门的项目申请和评审绿色通道，特别是对于非共识项目应提供更为合理的评选机制和资助渠道。建立容错机制，推动颠覆性、变革性创新。
（4）加强成果识别与发现：探索设立专门机构，推动面向临床医学重大需求的基础研究成果落地转化。加强与其他部门、地方政府的合作，推动产出成果与经济社会发展需求对接。
（5）优化经费多元投入机制：探索支持企业投入基础研究的新机制；建立产业目标导向的基础研究问题库和重大基础研究项目悬赏制；探索社会力量以慈善捐赠等方式加大投入的有效机制。
（6）制定择优、长期、稳定的支持模式：着力推进优秀青年人才的培养，通过长期稳定支持一批具有国际竞争力的科学家，形成对生命科学前沿的引领能力。
（7）着力突破制约生物学研究发展的共性问题和瓶颈：推进国家级生物数据中心和资源平台的建设；大力加强对于科学仪器设备研制的支持，规避“卡脖子”风险；加强生物医药转化平台建设，提供系统性和专业化的转化服务。
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.
