生命科學與其他自然科學，例如天文學、地學等不間，許多基本問題並未解決。這些問題涉及哲學、數學以及系統科學等領域，也涉及生物物理、生物化學等交叉學科。從歷史上看，其他領域的科學家對生命科學的關注往往有助於它的進展，從這個意義上講，探討下面的一些基本問題也許是有益的。
一、生命是什麼？
在60年前，偉大的物理學家、量子力學的奠基人之一薛定諤曾以此為題做了一系列旗講，並在1944年出版了
《生命是什麼？》一書。薛定諤在書中集中討論了兩個主題：一是遺傳的本性；二是生命系統的熱力學。這本小書產生了國際影響，特別是克里克和沃森等人都承認這點，說它是分子生物學的催生婆也不為過。分子生物學只是闡明它的第一個主題“有序來自有序”，但第二個主題“有序從何而來？”或“有序來自無序”還是有待進一步探討的問題。生命現象具有最大的複雜性，這種複雜性如何生成，如何“湧現”，至今仍是一個重要的基本問題。
與這個問題有關的是：生死界在哪裡？用什麼給生物和無生物畫界？一種說法是生物個體有生、有死、有生命週期，但也可說物體、地球、天體甚至宇宙也有生命週期，只不過週期更長而已。這裡面有語言學和邏輯上的困難。另一種說法是從結構上看，組成生物體的生物高分子如DNA及氨基酸都是高度不對稱的，不是左旋，就是右旋，它是否是歷史的產物呢？
20世紀一位偉大的生物學家霍爾丹（Haldane J B S）也寫了一本題為《生命是什麼？》的書。他是20世紀上半世紀三位最偉大的群體遺傳學家之一。他在書中講：“我不能回答這個問題。事實上，我懷疑是否可能給這個問題以完全的解答。”但他說，這個問題絕不是愚蠢的問題。他的書出版於1949年，也就是分子生物學之前，因此，他只能滿足於說：“所有生命的共同之處是化學事件。”他強調蛋白質的重要，但受時代的侷限不能得出更為具體而深刻的見解。不久，克里克和沃森就帶領人們走出了化學的迷宮。
難道核酸和蛋白質（特別是酶〉就是生命的“化學事件”的全部嗎？顯然不是。
二、染色體數目和基因數量的含義是什麼？
回顧歷史，在雙螺旋模型發現的時候，人們普遍認為，人的染色體有24對、48條，只是稍後才確認只有23對。20世紀末，人們還認為，人大約有10萬個基因，現在一般認為只有3萬~4萬個基因。雖然病毒的基因數量很少，但低等動物的基因數量不能說相差甚遠。從染色體數目和基因數量來說，人不是最多的，更不是最少的。因此，這兩個數字有什麼意義呢？難道它只是歷史偶然遺留下來的結果嗎？不同的染色體在某種意義下有獨立性嗎？
三、細胞到底有多少種類？
我們只考慮真核細胞以上的生物。每一物種，例如人類，到底有多少種不同類型的細胞，這個看來很基本的問題，似乎還沒有標準的答案。20世紀末，考夫曼（Kauffman）說有300種左右。當然，這裡面有一個分類的標準問題。兩種細胞可能是同一細胞不同的態或不同的時期（phase）。由於克隆技術的發展以及幹細胞研究成為熱門課題，這個基本的問題變得更為重要。
四、基因完成任務的機制
3萬或4萬個基因不能算少，但比起它們可控制的性狀來講，似乎就少得可憐了。生物體的特點是多樣性：多種多樣的化合物，各種不同的細胞，各有不同的數量及大小形成不同的組織，胚胎髮育過程中時間和空間的分佈，在適當時候啟動或關閉某個基因，對各種外來入侵者的免疫識別，這些都十分精確地得到基因控制。基因組雖然是天書，但整個生物體運行的方式恐怕是千萬倍的天書，它如何指導後者的運行呢？
五、生命起源和進化有沒有並行途徑
法國著名生物學家莫諾（Monod J）認為，生命起源是偶然的，這十分可能。化學進化可能在多種環境下進行，但形成一個細胞，就是十分複雜的工作。單細胞變成不同的品種，以及多種細胞組成多細胞生命體都是不很清楚的。以人類為例，比較多的人贊成人類起源單中心說，也有人贊成多中心說。通常擔起源與進化用進化樹表示，因此，這種多階段進化過程是一株樹還是多株樹還是個問題。每階段進化樹的分支狀況以及演化速度也是一個重要問題。這個問題涉及地外生命，特別是地外智能生命的搜尋。從某種意義上講，進化過程是否最優？
六、智能的分類
美國數學家斯梅爾（SmaleS）在2000年提出18個數學問題，最後一個問題“智能的極限，不管是自然的還是人工的。”這個問題與基本問題“智能是什麼？”、“智能的起源”等有關，也與智能的分類有關。在進行人工智能的研究中，當然應該明確模擬或發展的是哪一種智能。智能最簡單的分類（gardiner）有7類：如邏輯一數學智能、音樂智能、空間智能等等；多的則有幾百類、上千類。另外，許多心理現象是否是智能也有問題。與生命現象對比，智能似乎更難於界定和分類，但從其“物質基礎”上看，生命現象遠為複雜。腦的結構遠為簡單，而且其中的化學遞質只有很少幾種，很自然產生如下問題：
（1）大腦是如何加工不同信息、儲存不同信息的？典型的是圖像信息與語言、邏輯信息如此不同，加工它們的大腦結構並沒有顯示它們有原則不同，就像心、肝、肺、腎的差異那樣？
（2）自然智能與人工智能有某種倒易現象，兒童容易掌握的認知（母親）與自然語言，機器極難學會：而機器易“學會”的邏輯和計算，兒童很難學會，為什麼會有這種現象呢？
七、語言與生命
1993年9月，在都柏林召開一個跨學科的國際會議，紀念薛定i號提出的《生命是什麼？》出版50週年。其後，出版文集《生命是什麼？下一個50年））（What Is Life？TheNext50元ars），其中一篇論文是Smith J Maynard等寫的“語言與生命”。他本人是位著名的進化生物學家，但他提出的這個問題卻是涉及多個學科的重要問題。
他們在論文中講生物體的兩種語言：一種是基於核酸複製的遺傳語言：一種是通常的語言。前者是生物進化的基礎，後者是文化變遷的基礎。儘管他們的研究是初步的，但正如他們的文章最後指出：“……在經歷長期互相不信任之後，語言學家和遺傳學家的合作前景是非常令人激動的。”
實際上，這個問題涉及語言學、信息科學、生命科學、神經科學、行為科學、心理科學、認知科學、人工智能乃至數學和系統科學等諸多領域，也從根本上觸及分子進化和智能起源等基本問題。另外，這個問題對於下一代關鍵技術問題的解決也有一定的作用。
計算機未來發展的重要一步是開發具有“初級”智能的計算機，也就是它能像小孩一樣進行自然語言交流和模式識別。而這對大人和機器來講，反雨是十分困難的事，尤其是學習外語，特別是全面的聽、說、讀、寫，總達不到小孩能達到的境界。
語言和腦的關係雖然已研究近200年，可是除了大腦主管語言之外，其他方面的問題均有很大爭議。近年來，由於其他科學的發展，我們有可能從交叉科學的角度來提一些問題。
（1）語言在大腦中是如何編碼和譯碼的？
語言或言語可以說是一個複雜系統，它的元件有音素、詞素、義素等，然後形成詞、詞組、熟語、句子乃至高級的結構。它有昕覺語和書面語的不同，在表達與理解上也有差異。很早就知道，布羅卡區管口語表達、Wernicke區管語言感受和理解，角回區是閱讀中樞；後來知道，Exner區為言語書寫中樞等。但是，對於語言功能的定位問題仍有較大的爭議。
（2）語言的結構與大腦的結構之間是否有某種相適應的關係？
更進一步，大腦經長期演化到達人腦的地步，是否到頂，不得而知。但是，由大腦產生的“知識”或語言，其形式卻還沒有看到盡頭。這是人腦與動物腦明顯不同之處，而其基礎則是人腦有一個天生的產生語言和理解語言的結構。按照Chomsky的觀點，這是由遺傳而得，但大腦的結構人種間差異不大，而發展出來的語言差異卻大得驚人，特別是漢語、日語和印歐語言之間從某種意義上來講，簡直是不可通約的。
（3）不同語言的理解和使用是否有不同的神經機制？
與此問題有關的是一個敏感的問題：語言的優勢。漢語無疑有很大的優越性，特別是用詞的經濟和數字計算的方便。但是，它的一個最大的不方便之處是錄入的困難，也就是難以機器編碼，與其相關的是漢語和日語的同音字太多，易引起含混和多義性。多語成為未來世界交流和教育的主要問題之一。
從信息論的角度看，無論生物學還是語言學都涉及內外的信息傳輸問題，而信息傳輸則歸結為一對“矛盾”：傳輸效率與精確性。生物的演化和語言的演化都提供了不同的解。它們在所有可能的解中，提供了某種意義下優化的解。現在的問題是，我們如何從這個角度來考慮。
（4）分化與譜系樹的形成。
這個問題與另一個基本問題多少有些關係，關於人類的祖先是一源還是多源，存在著爭議。語言也有同樣的問題，是否有一種原始語言（proto-language）？不管如何，人類是有遷徙的。似乎人類在遷徙過程中應該有原始的語言交流，而不是在定居之後才發展出一種語言。
（5）無論是生物體還是個人言語都存在個體特異性問題。個體特異性來源為何？
（6）語言與智力的關係。人的智能和人工智能的極限。
八、是否存在不同種類的遺傳信息？
分子生物學，特別是雙螺旋模型和中心法則為我們提供了一個漂亮的理論，所有的信息都記錄在一串字符上。只要解讀這本天書，我們就可以掌握足夠的生物信息。而其最原始的形式，就是“一個基因，一個酶”這種簡單的語言翻譯。當然，這種模式很適於科學研究，但生物體終究是個複雜系統，基因組所提供的信息遠不止此，它應該還有：
（1）空間信息和時間信息。例如，在基因指導下，合成血紅蛋白。那麼，蛋白質是自動形成其三維結構，還是在基因指導下完成的？更重要的是，在細胞分化過程中，分化細胞的位置和時間是如何在基因上編碼的？
（2）語法信息和語義信息。基因組是一串字符，這些字符當然不是無組織的，其中包含許多相關信息、組織信息、控制信息，它們是如何經濟地編碼在一串符號上？它們有多少層次？這種結構是如何形成和演化的？
胡作玄，1936年生於北京。1957年北京大學畢業，1964年到中國科學院數學研究所工作，1980年轉至中國科學院系統科學研究所工作，現任研究員。現主攻方向為近現代數學史和科技史。著有《20世紀數學思想》等10餘部專著以及“拓撲學100年”等50餘篇論文。
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