摘要：
学科的演进伴随着人类思想认识的发展，经历了从分化到交叉融合的复杂过程，学科交叉融合是我们从更深层次认知事物本质并将其灵活应用的必经之路。在学科建设顶层设计框架下，国内外在不同阶段提出的一系列政策和举措，为学科交叉在面向国家需求时更充分、更科学、更高效的发展提供了有利条件。高校作为学科交叉实践核心阵地，由此也在平台建设、人才培养、师资队伍建设、教学科研等各方面取得了显著成绩。当然，学科交叉突破性成果的取得也需要一定的客观条件。生命科学领域的形成和其前两次根本性变革都是学科交叉融合的产物，而以生殖医学视角来看当下第三次生命科学革命的发展，则有赖于经济社会的切实需求，已发展较为成熟的知识和技术及对“学科群”式发展的有效带动。对此，聚焦国家战略能力提升的教学科研组织模式及人才培养体制机制建设是未来学科交叉发展的方向。
关键词：
学科演进；学科交叉融合；学科建设；交叉形成条件
作者简介：
马麟，北京大学医学部助理研究员；
孔菲，北京大学第三医院助理研究员；
程方骁，北京大学医学部博士后；
韩鸿宾，北京大学医学部科学研究处处长、学科办主任；
乔杰，中国工程院院士，北京大学常务副校长、医学部主任、北医三院院长。
学科的形成是人类智慧的产物，标志着对研究目标分析的不断深入。然而，任何事物都不是单一存在的，其多面性注定了学科交叉的兴起。不同角度、不同深度、不同广度的探索打开了科学研究的新局面，改变了人类认识世界、改造世界的方式。当前，学科交叉融合是各学科领域发展方向的高频词，所以，我们有必要从学科演进出发，认识学科交叉形成的过程、国内外在学科建设框架下推进学科交叉的做法，并从自身就是学科交叉融合产物的生命科学领域角度来看交叉变革形成的必要条件，由此提出未来交叉融合发展的方向。
一
学科交叉融合的形成与发展
（一） 学科发展历史
从学科发展的历史进程来看，从古希腊到16世纪，学科正处于“合”的朦胧意识时期，它们均归属于哲学概念下的单科期。而随着学科边界日益明晰，自然科学和社会科学逐渐从哲学中剥离，显示出分化趋势。近代，人类开始对自然界进行系统、详尽地观察和研究，从而形成了较为系统的学科体系。同时工业革命又进一步推动了学科结构的变革，新兴学科不断涌入，这相较于此前对世界模糊的认识来说是一个跨越式的进步。然而，各学科内部本质上的联系是千丝万缕、错综复杂的，单一学科的角度和知识构成会限制研究的宽度和广度，无法真正看清其内涵，学科交叉的理念和思维方式便由此开始萌芽。从20世纪中叶开始，信息化发展的契机催化着知识大爆炸和技术不断迭代升级，因此自然而然地推动了学科交叉融合的发展。后续，学科结构会向着网络化格局发展，各学科高度分化与高度综合相统一，在保持自身独立性和完整性的同时，彼此深入交融、取长补短。
由此看来，学科演进的过程正是学科交叉融合蓬勃发展、内涵不断丰富清晰的过程。学科交叉的兴起，打开了科学研究的新局面，改变了人类认识世界、改造世界的方式，反映了人类科技、教育发展的趋势。当前，科技创新的重大突破、重大原创性成果的涌现，多为学科交叉融合的成果。作为教学、科研、社会服务，特别是培养高层次、复合型人才的核心阵地，高校一直以来都以不断攀登科学研究新高峰、为老百姓幸福生活和人类文明演进作出重大贡献为使命，而学科交叉融合正是实现这一历史使命的有效模式和途径，也是提升高校整体实力的源泉。
（二） 国外交叉学科建设现状和探索
发达国家对学科交叉融合高度重视，形成了一系列行之有效的经验和举措，在国家层面进行前瞻性战略布局，并在高校层面同步推进学科交叉融合。
加强顶层设计，做好方向引领。2004 年，美国国家科学院通过系统全面的调研，发布《促进交叉学科研究》报告，明确了交叉学科研究的内涵和特征，提出了研究人员、学术机构、资助机构、专业学会等融合发展促进交叉学科研究的建议，为学科交叉指明了方向。
搭建合作平台，支撑教学科研。以麻省理工学院为例，学科交叉主要依靠以下三种平台：一是跨系研究组织，包括国家级研究组织和某一院系负责的研究组织；二是跨系研究中心，是跨学科的实体研究机构，包括国家层面资助的和院系自己负责的；三是跨学科计划，集中某学科领域综合优势，进行跨学科合作，是非实体研究机构。
完善评价机制，健全制度保障。科学的评价机制能够大力激发双聘教师开展学科交叉融合研究的积极性。如密歇根大学在交叉学科教师评价方面做了有益的探索，实施了较为完善的双聘制度，使教师在开展跨学科研究时，能和相关学科单位共同签约，确保学科交叉工作得到多部门认可。通过科学合理的考评体系，依托多学科交叉背景的教师评审委员会，对学科交叉活动进行综合评价。
优化课程建设，强化人才培养。普林斯顿大学的学术资源（包括讲座、课程、实验室等）面向全体学生开放，没有院系壁垒的限制，为交叉学科人才培养提供了沃土。英国高校多实行双导师制，两位老师共同指导学生发展，可以一主一辅，也可以不分主次。
优化资助体系，加大经费投入。2018年，英国成立了国家科研与创新署，设立了战略优先基金支持面向国家战略需求的科学研究，重点资助传统资助途径无法覆盖的交叉学科科研项目。同时还通过全球挑战研究基金促进以学科交叉方式来解决发展中国家面临的战略性挑战，重点资助双多边国际合作项目。
（三） 国内交叉学科建设现状和探索
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》强调:“要加强基础科学和前沿技术研究，特别是交叉学科的研究。”2006年，教育部《关于加强国家重点学科建设的意见》中也指出要“促进学科交叉、融合和新兴学科的生长”。学科交叉融合已成为高校发展的重点。但整体上，我国与发达国家的交叉学科的建设存在差距，学科交叉融合还不能满足科技创新的需求。
2009 年，国务院学位委员会、教育部发布《学位授予和人才培养学科目录设置与管理办法》，改革了二级学科设置办法，逐渐出现诸多参照二级学科管理的交叉学科。“十三五”期间，在教育强国、健康中国、科技强国和创新驱动发展等国家战略的大背景下，随着“双一流”建设的深入推进，国家政策层面逐步加强对高校学科交叉融合的重视程度。2017年，《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法（暂行）》明确提出要突出学科交叉融合和协同创新，鼓励发展新兴学科、交叉学科；2018年，《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》进一步提出要优化学科布局，打破传统学科之间的壁垒，整合相关传统学科资源，促进基础学科、应用学科交叉融合，在前沿和交叉学科领域培植新的学科生长点，通过学科组织模式创新，加强学科协同交叉融合。
2020 年7月召开的全国研究生教育会议，决定新增“交叉学科”作为我国的第 14 个学科门类。国家自然科学基金委正式成立第九大学部即交叉科学部，以改革完善项目资助机制，为学科交叉融合和交叉学科的创新发展提供良好的支撑。
（四） 北大医学的学科交叉探索
作为学科交叉融合的顶层设计，2017年实施的“临床医学+X”是北京大学“双一流”建设在未来重点发展和建设的战略方向之一，得到学校高度重视。与此同时，医学部立足国家发展需求、瞄准国际医学发展前沿，开创性地提出了“北大医学”的发展战略和理念，实施创新驱动，旨在打破学部和学科之间的壁垒，交叉学科迎来了发展的“黄金时代”。北大医学发展理念深入人心，交叉学科建设蓬勃发展、日渐成熟。在学科建设、人才培养、师资队伍建设、教学科研等各方面都取得了显著成绩，为将北京大学建设成为世界一流大学奠定了坚实的基础。
面向国家战略需求和重大问题，科研协同创新平台建设取得长足进展。在2016—2020年“双一流”建设期间，成立医学技术研究院、健康医疗大数据国家研究院、精准医疗多组学研究中心、跨学部生物医学工程系、跨学部化学生物学中心、跨学部生物统计系、国际癌症研究院、云南白药国际医学研究中心、宁波海洋药物研究院和公众健康与重大疫情防控战略研究中心。同时，依照“铺、梳、突”的建设原则，完成了临床科学家计划、临床医学+X、交叉种子基金等不同层次共280个交叉合作项目的立项实施，促进了医学、化学、生命科学、工学、材料科学和信息科学共40多个学科方向的学科交叉和联合创新，打造了约550人次的跨学科团队，实现了以医学为中心、多学科交叉融合发展的建设目标，这也为在疑难杂症和罕见病的诊、防、治攻关，颠覆性理论与革新性技术等重大成果的取得上发挥了很大的推动作用。对于人才培养，启动北大医学青年科技创新平台建设，激励青年科研人员开展学科交叉创新研究，培育临床医学与基础学科交叉复合型人才，促进青年科技人才更快更好地成长，为学科的可持续发展奠定了坚实基础。
二
学科交叉融合在生命科学领域中的实践
（一） 生命科学发展史就是学科交叉融合的历史
学科的演进伴随着人类思想认识的发展，经历了从分化再到交叉融合的复杂过程，学科结构也不断发生着动态变革。如果说“分化”是小科学时期学科发展的主要动力，那么“交叉”就是大科学时代各个学科发展的必然选择。1901—2008年，自然科学类诺贝尔奖中学科交叉的研究成果占获奖总数的52%，最近10年这一比例接近70%。而生命科学领域作为在学科演进过程中涌入的“新兴学科”，它的形成、发展和每一次“质”的飞跃都是学科交叉融合的结果。
从有神论到将生命作为客观存在进行描述和推测分析，人类对生命本质的探索历史是十分漫长的。直到1953年，美国遗传学家沃森和英国物理学家克里克发现了DNA双螺旋结构，才真正标志着第一次生命科学革命的开端，分子生物学研究也才正式起步。它的背后是物理学家、化学家主动进入生命科学领域，将研究理念和X射线、核磁共振、电子显微镜等技术手段在生物学研究中的有效应用，这为生命科学研究打开了分子世界的大门。而后，从20世纪90年代开始，数学和计算机科学与生命科学的交叉融合又催化形成了生命科学革命的第二次飞跃——基因组学的创立和发展。从以人类基因组计划为代表的基因组学，到由蛋白组计划、人类早期胚胎转录组及甲基化图谱计划、人类细胞图谱计划等组成的后基因组学，分子技术手段和大数据分析让我们有机会从基因、转录和表达的不同时期及维度，更加动态、全面地探索生命生理及其病理状态的全貌。与此同时，研究精度也在不断提高，多细胞系统异质性的单细胞水平研究正在为生命的每一个细胞赋予独特身份。
当下，我们正处在以2009年美国国家科学院发布的《21世纪的新生物学》为标志的第三次生命科学革命进程中，在多学科基础和各类技术的推动下，将试图研究清楚基因的功能及其与疾病的关系，即在知道有哪些“零件”的基础上进一步理解“零件”间是如何配合发挥功能的，从而真正对生命进行系统地科学解码，解决涵盖基础和临床的生命科学的各类问题。所以，第三次生命科学革命的关键词依然是“学科交叉融合”。不过，在新一轮科技革命和科学研究范式的变革下，以生命科学领域为代表的新时期学科交叉融合具有更多特点:除了包括物理、化学、计算机、数学、生物、工程等学科间更多重大理论和技术突破上的优势互补，不同学科还将为生命科学关键问题的解决提供更为充分、全面和跨领域的切入点。也就是说，新时期学科交叉将不仅是前沿技术上的简单共享，而是多学科按内在逻辑关系所形成的更多的联结渗透，将大大拓展生命科学研究在时间和空间上的广度和深度，为生命科学领域研究带来意想不到的发现和突破。并且，在形成的这个“融合体”中，每一个学科又都是受益方。当然，以上这些既是以学科交叉为核心的第三次生命科学革命的特点，也可视为变革形成的必要条件，适用于生命科学领域中每一个学科的发展。以下从生殖医学视角，探讨第三次生命科学革命形成和发展的实践路径。
（二） 生殖医学视角下的第三次生命科学革命的形成和发展
首先，学科发展的自身需求和经济社会对该学科的要求是原动力。生殖医学作为研究生殖健康的现代医学的重要分支，是近年来迅速发展起来的一门新兴综合性学科，其本身具有高度的多学科交叉性，内容涵盖临床妇科学、产科学、男科学、生殖生物学、生殖生理学、生殖免疫学、生殖遗传学、生殖药理学、生殖毒理学、生殖流行病学等。这一学科的发展对提高我国人口素质和生命质量，支持“健康中国”建设具有重大战略意义。自1978年中国大陆首例试管婴儿诞生，40余年来我国生殖医学在各类技术应用、临床诊疗及基础研究上取得了长足进展，一些技术如胚胎植入前遗传学诊断甚至实现了从跟跑到并跑再到领跑国际的飞跃。当下，人类生殖健康正面临着前所未有的挑战，我国也面临着严峻的人口形势和生育危机，如人口生育率较低、育龄人口生育力下降、新生育形势下高危妊娠比例增加、人口老龄化凸显、出生缺陷发生率居高不下等。这些问题既是挑战，也是瓶颈，需要社会科学和其他自然科学的助力。所以生殖医学学科整体发展态势要求进一步发展基础理论和前沿技术，全方位、多维度解析影响生殖健康、造成不良生育结局的致病因素和发病机制；深入理解生育力建立和维持的调控机制；构建有利于人类生殖健康研究的新型模型和研究体系，建立可用于生育力维护、逆转生育力衰退的新的颠覆性技术和产品等，以提高人群生殖健康水平和出生人口质量。
其次，各领域已发展较为成熟的知识、方法和技术正逐渐打破单一领域的研究瓶颈，是新时期生殖医学发展的重要基础保障。以测序技术、大数据人工智能、基因诊断治疗技术、干细胞技术、多组学技术等为代表的前沿技术和免疫学、内分泌学、遗传学、组织工程学、伦理学等学科外延探索，为生殖医学提供了可能的新的临床诊疗手段和研究层次。例如，基于人工智能算法的胚胎活性监测人工智能系统可对胚胎发育潜能进行预测，能辅助临床选择优质胚胎进行移植：时差成像系统（Time-lapse）可实时动态观察胚胎的发育过程，以捕捉到最优质的胚胎。2020年，Elife杂志报道了由美国马萨诸塞州总医院研究人员开发的人工智能系统，其挑选优质胚胎的准确率高达90%，并可减少80%的耗时。另外，从孕妇外周血浆游离DNA中富集胎儿DNA的无创产前诊断技术，虽然目前还存在难以检测染色体微缺失/微重复、筛查疾病/基因范围有限、无法用于双胎/多胎/嵌合体检测等问题，但相比其他产前筛查手段，无创产前诊断技术具有非侵入性、检出率高、假阳性低、筛查孕周范围大的显著优势，目前在临床上已广泛使用，也为还处于早期探索发展阶段的无创胚胎植入前遗传学检测技术提供了有益借鉴和启发。当然，除了技术层面，不同学科理论也为生殖医学临床问题病因的寻找和解决提供了新的思路。多囊卵巢综合征（PCOS）是严重危害女性生育健康的最常见生殖内分泌疾病，通过蛋白质组、代谢组学、全基因组学、转录组的多组学联合分析，发现代谢紊乱、慢性炎症是重要临床特征，由此进一步发现了菌群及其代谢物调控的肠道免疫异常是诱导多囊卵巢综合征发病的病因，为多囊卵巢综合征的诊疗和生活方式的干预提供了新的思路。可以看到，各类技术和学科的参与正推动生殖医学不断向着多维、精准和高效的方向迈进。
以上两点更多侧重的是社会需求和其他学科对生殖医学的促进作用，结果是加快了生殖医学本身的“内循环”。但第三次生命科学革命的整体形成和发展还需要以每一个学科为出发点，带动其他更大范围的基础医学学科和临床医学学科，以及临床医学不同学科间形成密集型的“学科群”及“联合体”，形成一个个“外循环”。最终，各个学科织成的“内外循环网络”才有引发第三次生命科学革命最终实现和进展的可能。就生殖医学而言，比如不同家系的胚胎植入前遗传检测和产前筛查诊断会涉及各个临床医学学科，在解决具体临床问题的过程中提高它们的诊疗和基础科研能力。同时，生命科学领域的定量化和模型化探索发展也会为数学等底层学科带来新的研究思路。
（三） 生殖医学学科交叉的未来发展方向
未来，生殖医学作为生命科学领域的组成部分将会继续沿着学科交叉的路径发展，重点领域包括：
先天遗传疾病的基因诊断和治疗：建立精准、高效、安全的无创基因检测技术及单细胞多组学技术；研发高效、安全的新一代碱基编辑器及递送系统；利用干细胞技术，建立先天遗传疾病模型，探讨基因治疗的安全性和有效性。
母婴疾病的干细胞移植与组织工程修复：开发符合组织器官力学强度，并与干细胞良好相容的生物功能性材料；融合多学科的原理和方法，解决全细胞分析与建模技术难题；解决3D逐层打印，以及功能性微组织器官培养构建等关键共性技术难题。
大数据和人工智能技术的应用：建立国家层面基础大数据库和共享平台，整合生命组学数据，以及表型组和医疗大数据的多维度母婴健康信息；优化人工智能算法，实现遗传咨询和产前诊断的个性化、精准化和智能化，加强母婴疾病的监测、诊断、生殖健康管理等。
第三次生命科学革命对生命系统的理解也会在学科交叉融合这一必然路径中不断加深。
三
学科交叉未来的发展方向及建议
尽管我国在学科交叉融合上取得了一定的成绩，但当前仍面临诸多问题。主要包括：一是学科交叉意识不强，可持续性较弱；二是交叉学科发展缺乏制度保障；三是交叉学科教育教学体系不健全。为解决以上问题，提出以下三点建议：
第一，建立跨学科、跨领域教学培养模式。鼓励基础理论研究、产出原创性成果，鼓励跨院系合作，鼓励不同背景学者之间合作，科研产出不看数量看质量，破除“五唯”。不断完善、改革现有导师指导制度，允许一名教授在两个不同的学科点指导研究生。设立交叉学科专项招生计划，重点支持交叉学科领域研究，向国家急需紧缺学科、国家级平台、联合创新项目、优秀科学家倾斜。创新交叉学科招生模式，打通交叉学科联合培养渠道，通过联合培养学生等方式，搭建跨学科人才培养的平台。
第二，深化人才发展体制机制改革。进一步挖掘交叉学科人才，激发青年教师开展交叉合作研究的动力和兴趣。建立健全“适配”跨学科发展特色的考核评价体系，完善成果认定及收益分配机制。建立科学完善的分系列人才评价和激励体系，制定科学的晋升考核评价机制，加强对教师的分类评价和综合评价。发挥同行专家作用，实行代表作评价制度，注重标志性成果的质量和影响。提供专门的教学科研人员编制，支持交叉学科发展。完善“双聘”制度，形成对学科交叉的稳定人才支持。加强人才聘任的顶层设计，确保引进人才支撑未来学科发展。建立联合聘任博士后的新机制，大力引进和培养具备开展交叉学科研究能力和兴趣的博士后队伍。
第三，创新交叉学科领域科研组织模式。以国家重大需求和前沿科学问题为导向，发挥交叉学科优势，提升对接国家战略的能力。加强有组织的科学研究，探索“揭榜挂帅”制度，承担国家重大科研任务，解决基础前沿探索和关键技术问题，支持引领性和颠覆性技术创新。建立健全交叉学科项目跟踪考评机制及中期退出机制。加强实体学术机构管理，鼓励先从虚体机构开始培育交叉学科，根据学科发展需要和机构建设进展进行动态调整。对实体、虚体机构建立退出机制，按规定进行关停并转。鼓励教师去校外争取资源，用好地方政府和企业资源，反哺学校学科发展。
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