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1、第一章 走进生命科学21世纪是生命科学的世纪20世纪30-50年代 核能的开发和利用 20世纪50-70年代 航空航天技术的研究 20世纪80年代以后 生命科学、信息科学 曼哈顿计划阿波罗登月计划人类基因组计划第一节 走进生命科学的世纪l生命科学发展简史l展望生命科学新世纪1、生命科学发展简史l古代生命科学l近代西方l现代生命科学生命科学的研究手段早期：描述法和比较法现代：实验法生命科学的研究方向微观和宏观两个方向同 时发展我国是世界上最早研究和利用动植物和真 菌的国家春秋时代的诗经已经记载动 植物达200多种。诗经我国是世界上最早研究和利用动植物和真 菌的国家贾思勰（北魏）齐民要术齐民要术是
2、我国现存 最早的一部农学著作，是 我国古代“四大农书”之一 ，受到国内外专家的广泛 重视和高度评价。该书总 结了人工选择、人工杂交 、定向培育的科学原理和 方法我国是世界上最早研究和利用动植物和真 菌的国家本草纲目李时珍（明代）本草纲目共有52卷，既是一本医药学著作，又是一本生物学 巨著。载有药物1892种，记载了可供药用的1094种植物和444种 动物，其中载有新药374种，收集药方11096个，书中还绘制了 1111幅精美的插图，是我国医药宝库中的一份珍贵遗产。西方对生命科学的研究始于古希腊和古罗 马时代古希腊的亚里士多德 对动植物进行过广泛 的观察古罗马医师盖伦用牛、羊、狗和猴等动物 为
3、材料，进行内部器官的解剖，并得出人 体内部结构与这些动物相似的推论17世纪显微镜的发明和细胞发现1665年，英国的物理学家 罗伯特胡克（Robert Hooke, 16351703）用 自己设计并制造的显微镜 观察栎树软木塞切片时发 现其中有许多小室，状如 蜂窝，称为“cella”，这是 人类第一次发现细胞，不 过，胡克发现的只是死的 细胞壁。胡克的发现对细 胞学的建立和发展具有开 创性的意义，其后，生物 学家就用“cell”一词来描 述生物体的基本结构。 1604年，荷兰眼镜商 詹森发明了世界上第 一台显微镜罗伯特胡克用自制的显 微镜第一次观察到细胞18世纪林耐创立生物分类法则18世纪瑞典博
4、物学家林耐创立了 “生物分类法则”，制定了生物命 名的方法，对生物分类的发展起 了重要作用。细胞学说19世纪自然科学三大发现之一1838-1839年，德国植物学 家施莱登和动物学家施旺提 出了细胞学说。细胞学说的主要内容是：所 有生物都是由细胞构成的， 细胞是生物体结构和功能的 基本单位，所有的细胞都来 自于细胞。细胞学说被恩格斯誉为19世 纪自然科学三大发现之一。生物进化论19世纪自然科学三大发现 之一1859年，英国博物学家达 尔文发表了物种起源 一书，详细阐述了进化论 的有关证据和论点，生物 进化论被恩格斯誉为19世 纪自然科学三大发现之一 。生物遗传规律的发现1865年奥地利遗传学家孟
5、德尔用豌豆杂交实验揭示了生 物遗传的基本规律。孟德尔被称为遗传学之父。生物遗传规律的发现1910年，美国遗传学家摩尔根用果蝇为实验材料，进 一步揭示了遗传机制。微观领域分子生物学的建立1953年，美国生物学家沃森和英国生物物理学家克里克提出了 DNA双螺旋结构分子模型，从此将生命科学研究引入到分子水平 的新阶段，并为现代生物技术的形成和发展奠定了基础。我国科学家的杰出贡献我国科学家成功合成了结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸 转移核糖核酸，突破了一般有机物和生物大分子的界限 ，带来了人工合成生命的曙光，打破了生命神创论，揭 示了生命与非生命物质的统一性。宏观领域生态学逐渐兴起生态学是一门综合探讨个体和群
6、体、生物和环境之间相互关系 的学科1、生命科学发展简史（1）生命科学发展阶段 描述法和比较法研究生命科学阶段：实验法研究生命科学阶段：分子生物学阶段：诗经、齐民要术、本草纲目国外：亚里士多德（古希腊）、盖仑（古罗马） 17世纪显微镜的发明细胞水平 18世纪瑞典博物学家林耐创立“生物分类法则” 19世纪德国施莱登、施旺提出“细胞学说”，英国达尔文 提出“进化论”孟德尔的豌豆杂交实验和摩尔根的果蝇实验揭示了遗传的基本规律 1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋模型我国科学家成功合成了结晶牛胰岛素和酵母 丙氨酸转移核糖核酸我国古代：1、生命科学发展简史（2）当代生命科学的发展方向l微观领域：分子生
7、物学领域l宏观领域：生态学领域 （3）当代生命科学研究的重大成果l克隆羊“多利”l干细胞的研究l人类基因组计划l人体器官移植克隆羊“多利”的培育1997年，英国 科学家成功地 培育出克隆羊“ 多利”，这是人 类采用高度分 化的体细胞克 隆动物的重大 突破。干细胞的研究l干细胞是在生命的成长和发育过程中起“主干 ”作用的细胞。它的特点是既能通过分裂自我 更新，又能分化，具有再生各种组织器官的 潜在功能。l干细胞可分为三类：全能干细胞多能干细胞单能干细胞科学家首次用干细胞培育出万能血型(图) 人类基因组计划人类基因组计划(human genome project, HGP)是 由美国科学家于198
8、5年率先 提出，于1990年正式启动的 。美国、英国、法国、德国 、日本和我国科学家共同参 与了这一价值达30亿美元的 人类基因组计划。这一计划 旨在为30亿个碱基对构成的 人类基因组精确测序，发现 所有人类基因并搞清其在染 色体上的位置，破译人类全 部遗传信息。与曼哈顿原子 弹计划和阿波罗计划并称为 三大科学计划。中国承担1% 项目(3号染色体3000万个碱 基对) 水稻基因组计划2000年5月，我国科学家以“杂交水稻 之父”袁隆平培育出的超级杂交稻为材 料，实施“水稻基因组计划”。2001年 10月完成水稻“工作框架图”。2002年4 月4日，中国科学院和美国科学杂 志在北京联合宣布，中国
9、科学家绘制完 成全世界第一张水稻全基因组框架序列 图，从而使人类第一次在基因组层面认 识水稻。籼稻基因组的总基因序列有4.66亿碱基 对，这是继人类基因组之后，迄今所测 定的最大的植物基因组。什么是基因组？l基因组就是一个物种中 所有基因的整体组成。l人类基因组有两层意义 ：遗传信息和遗传物质 。要揭开生命的奥秘， 就需要从整体水平研究 基因的存在、基因的结 构与功能、基因之间的 相互关系。罗纳德（左）捐肾给哥哥理查德人体器官移植1954年，美国波士顿的 医学家哈特韦尔哈里森 和约瑟夫默里成功地完 成了第一例人体器官移 植手术肾移植手术 。为了避免出现身体排 斥外来组织这个最大的 难题，这次手
10、术是在一 对双胞胎身上进行的。 尽管如此，它还是开创 了人体器官移植的新时 代。2、展望生命科学新世纪l后基因组学l转基因技术l基因治疗l生物多样性保护l脑科学后基因组学l后基因组学主要包括功能基因 组学、蛋白质组学和结构基因 组学。l由全套基因组编码控制的蛋白 质称为蛋白质组。l绘制人类蛋白质图谱，研究每 一种蛋白质的生物学功能，研 究蛋白质结构与功能的关系。转基因技术荧光鼠抗早熟转 基因番茄基因治疗世界上首例基因治疗患者基因治疗是向靶细胞或 组织中引入外源基因 DNA或RNA片段，以纠正 或补偿靶细胞或组织的 基因缺陷，关闭或抑制 异常表达的基因，从而 达到治疗的目的。生物多样性保护吉林长
11、白山自然保护区保护完整 的森林生态系统。珍稀植物有人参、红松 等。珍稀动物有梅花鹿、东北虎等。青海湖鸟岛自然保护区 保护斑头雁、棕头鸥等鸟类 及它们的生存环境。脑科学l日常生活中的睡眠与觉醒、情绪和行为 、学习和记忆都是脑活动的结果。l许多与神经系统损伤或脑功能失调有关 的疾病，如截瘫、阿尔茨海默病（早老性 痴呆症）、帕金森病等，严重危害人类健 康甚至生命。l通过细胞及分子水平上的认识与行为水 平上的分析相联系，有可能揭示脑的神经 计算原理，为计算机和人工智能提供新的 设计思路。l脑科学从分子水平、细胞水平、行为水 平研究自然智能机理，建立脑模型，揭示 人脑本质。什么是生命科学？生命科学是以生
12、命为 研究对象的科学和技 术的总称，它是研究 生命活动（Life action）及其规律的 科学，并涉及到医学 、农学、健康、环境 等领域。什么是生命？l生命是由核酸和蛋白质等物质组成的多分子 体系，它具有不断自我更新，繁殖后代以及 对外界刺激产生反应的能力l生命的特征 化学成分的同一性 严整有序的结构 新陈代谢 生长发育 遗传和繁殖能力 应激能力 进化美科学家发现 能抑制91%艾滋病病毒超级抗体 以美国国家过敏及传染病研 究院（NIAID）为首的科研 团队近期发现了能抑制91% 艾滋病病毒的超级抗体，科 学家称有望生产出首个有效 地艾滋病疫苗。艾滋病病毒 很难消灭的一个原因是它会 不断地发生
13、变异，人的免疫 系统和药物只能很被动的去 追这个游离不定的目标。“超级细菌”引发的思考近日有报道称，一些赴印度接受治疗的患 者感染了一种新型超级细菌，其含有一种 叫NDM-1（新德里金属蛋白酶-1）的基因 。目前，这种变种超级细菌已经传播到英 国、美国、加拿大、澳大利亚、荷兰等国 家，并有可能在全世界范围内进一步蔓延 。 滥用抗生素惹的祸！圣元奶粉与“早熟门”事件圣元奶粉被疑致女婴性早熟近日来 ，全国多地发现婴儿性早熟的现象 ，最小的受害婴儿仅为三个月大。 这些婴儿或体内雌激素检测超标， 或乳房提前发育，出现硬块，或外 阴充血，出现阴道炎的症状。而这 些婴儿都曾经或正在食用圣元品牌 的奶粉，因
14、此圣元奶粉被怀疑添加 了激素成分。目前，卫生部表示对 此事件高度重视，已经责成专门领 导小组进行调查处理。农业部门也 已制定了奶粉中雌激素的检测方法 和标准，并即将公布。克隆牛肉和牛奶已经小 规模进入欧美市场牛肉一直是人们餐桌上的美食。但现在，牛肉也 可能重新走下餐桌，走回农场。最近美国科学家从 屠宰的牛肉中提取出了细胞，准备用于克隆研究。 而大西洋彼岸的英国人也不甘示弱，撇开了可能造 成的巨大伦理争议，加入到牛肉“复活计划”的研究 队伍中。英国许多专家认为，这一计划会带来许多伦理 和动物福利方面的问题。大规模的克隆可能会对 动物造成伤害，现在已经有证据表明克隆会造成 动物流产、寿命缩短、器官
15、畸形、肥大症、难产 等。同时也有不少科学家认为，与传统牲畜制品 相比，在实验室中制造出来的人造牛排和香肠， 对环境更加友好。科学界对此众说纷纭，但现在最大的问题是 ，克隆食品上市之后，百姓究竟会不会买账。http:/http:/http:/http:/http:/生命科学相关网址第二节 走进生命科学实验室达尔文我的成功不管多大， 我认为重要的一点是 ：爱科学，在长期思 考任何问题上的无限 耐心，在观察和实验 上的勤奋。1.生命科学研究的基本步骤2.生命科学实验的基本要求3.细胞的观察和测量学习内容1、生命科学探究的基本步骤l柳条鱼实验l“库鲁病”病原体的发现柳条鱼产仔实验为什么柳条鱼在 4月中
16、旬产仔？假设1：水温升高假设2：日照延长实验方案1实验方案2实验中观察、记录分析数据水温升高引 起柳条鱼开 始产仔其他因素？进一步探究设计实验 时要控制 单一变量“库鲁病”病原体的发现l假设“库鲁病”是由蛋白质引起的。如果“库鲁 病”是由蛋白质引起的，那么把从“库鲁病”患 者的脑组织提取的蛋白质注入健康猩猩的脑 部，就会使这只猩猩发病。l证明实验的可靠性和可重复性。l科学实验是从发现问题开始的，在发现问题 以后，要大胆地提出假设，通过观察和实验 验证假设，并用具有重复性的实验进行验证 ，直至得出结论。科学实验是艰苦而富有创 造性的。维生素B的发现维生素的发现经历了漫长的时间。脚气病是以大米 为主食的亚洲人群中经常发生的一种疾病，得病的人 体重下降，食欲减退，肌肉无力，心动过速
