生物控制论

我们知道，工程自动控制系统可以无需人的直接干预而完成各种生产任务，这是由于其内部有完善的通讯和反馈控制机制。同样，大千世界中存在数百万种生物，在长期的进化过程中，沿着从无序到有序、从低级到高级的发展途径，在其体内形成了复杂精巧的自动调节系统，使得生物能在千变万化的竞争环境中生存和发展。自然界中每一种生物都能按照自己的方法，适应各自所处的环境，就像一部部最灵巧的自动机器。正是由于自动机器和生物都具有反馈控制的共性，人们创立了生物控制论这一崭新的边缘学科，其基本思想就是根据控制论的思想和方法，研究生物体各部分以及生物体内与周围环境之间的信息传递、加工和自动调节规律，以及有关生物医学的信息加工和控制问题。

生物体的结构是多层次的，由亚细胞、细胞到器官和整体，每一层次都有其特殊的调节和控制方式。而且，地球上现存的数百万种生物，它们的控制和处理形式又千差万别。因此，生物控制论研究的范围是极其广泛的，它既为生物医学服务，也为工程技术的发展作出贡献。一方面，利用控制论的理论与方法可解决生物学中的问题，为深入了解生物医学的原理以及解决生物医学中的实际问题提供新的方法与工具；另一方面，通过对光怪陆离的生物世界中各种生物控制和信息处理原理的研究，反过来又为新的工程技术设计提供新的思路。人们在这两方面都已做了大量的工作。

在生物医学领域，很需要控制论这样的跨学科的理论和研究方法。由于生物系统十分复杂，大部分还处于疑谜阶段。比如动物和人的脑系统，它是当前生物科学的重大研究课题。研究感觉信息加工的机理，探索学习和记忆的奥秘，都要研究这个系统。脑与感觉器官都具有巨大的信息处理能力和灵活性，它们不断接受、传递、加工和储存信息，并对身体各部分发出相应的动作指令。据估计，人的大脑皮层约有100～1000亿个神经细胞，这些细胞通常被称为神经元，神经元是脑内信息处理的基本单元。每一个神经元通过称为突触的树枝状通道，从数以千计的其他神经元接受输入信号，又对其他许多神经元提供输出，因而神经元之间的联系网呈犬牙交错的立体分布。神经元通常有两种基本状态：兴奋与抑制，决定于神经元从突触接受到的神经脉冲。神经元所传递的信号是在千分之一秒的时间内完成的局部电位变化。当大脑皮层中的神经元兴奋而载有外界有关信息时，通过神经元内部与外部的化学物质的作用，信号从一个神经元传递到另一个神经元，最后由大脑中有关神经细胞进行综合处理，将它们变成所需要的决策，并对外界的各种刺激作出反应。大脑真不愧为自然界中最高级的、最复杂的信息加工与调节控制系统之一。

除了对人脑研究以外，应用控制论解决生理学问题也取得了重要进展。

记得前些年有一家外国报纸报道说用遗传工程的方法育成了牛肉西红柿，这种新型西红柿体较硬，而且有牛肉的味道。该报道立刻引起强烈反响，各国报纸纷纷转载，事后才知道这是在愚人节登出的玩笑的新闻。如果在20年前有人杜撰这样一条消息，恐怕谁也不相信，而今天居然连科学家都跟着上当了。这的确说明遗传工程的发展为实现人们对生物生长的控制和调节，获得各种优良运行和植物的愿望，带来了新的曙光。尤其是遗传工程近年来的一系列惊人成果更是引起了世人的极大关注和广泛兴趣。

1982年，美国科学家把大白鼠的生长激素的基因植入小白鼠的受精卵中，结果培育出来的小白鼠长得非常大，它的照片被各杂志竞相刊登，使这只超级小鼠成了轰动一时的动物名星。很自然地人们立刻联想到，如果将此项技术成功地用于渔业和畜牧业，我们不就可以获得个体大、生长快、价格便宜的超级鱼、超级鸡、超级鸭、超级猪、牛、羊了吗!

同样，如果用类似的技术把豆类的固氮基因转移到水稻、小麦等农作物的细胞中，那么每一棵植物都成了小的天然化肥厂，不用再施化肥而获高产；如果把抗病虫害的基因移植到农作物体内，则不需要喷洒农药而获丰收。到那时，我们的环境必将更优美，身体会更加健康。