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1、An Introduction to Life Science 生命科学导论 （公共选修课）,教 师: 曲鑫建 讲师 联系方式: 13840966510 电子信箱: 生命与医药学院 2013.06.21,2,生命科学知识,日常生活,健康,技能,职业,饮食,旅游,宠物,生物反应器,疫苗接种,流行疾病,科学研究,医疗,3,课程要求,掌握基本概念 掌握基本原理 了解前沿内容 课堂讲授内容 与课本并重,4,平时成绩（考勤,作业等）20% 综述10% 开卷考试 70% 4.考试内容：上课的PPT内容和教材,考核方式,授课教师,曲鑫建 讲师 生命与医药学院 伍会健 教授 生命与医药学院 副院长 4.张嘉
2、宁 教授 生命与医药学院 院长,参考书目,第一章 绪论 (一) 生命科学的意义 (二) 课程的讲授内容 (三) 课程的实现目标,农业方面 医药卫生方面 轻工业、食品工业、酶工程 其他方面,(一) 生命科学的意义,生命科学与人类社会的发展息息相关,1、农业方面,无籽西瓜,方法：先用一种叫秋水仙素的物质浸泡二倍体的西瓜种子，得到四倍体的西瓜，然后用四倍体西瓜作母本、用二倍体西瓜作父本进行杂交，便得到三倍体的无籽西瓜。,2、医药卫生方面,干扰素(IFN)是由干扰素诱生剂诱导生物细胞后所产生的一类高活性多功能的糖蛋白。 IFN对抗病毒性疾病和恶性肿瘤以及增强机体免疫调节能力有明显效果。所以，IFN日益
3、受到人们的广泛关注。,干扰素,10,人口膨胀,3.当今人类社会面临 最重大的问题和挑战,粮食短缺,疾病危害,生态破坏,黄土高原,The Starving Sudan,2012年70亿人,遗传育种-高产,癌症 病原微生物,生态学 物种多样性,肺部的鳞状细胞癌,11,环境污染,。,能源危机,燃料乙醇纤维素的发酵,吉林燃料乙醇有限公司,解决这些问题，在很大程度上将依赖于生命科学的发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展的作用是全方位的。,油料作物 淀粉纤维素发酵,极端生物,渤海漏油,喷洒吃石油的细菌,12,哈佛大学的通识教育（8类） Aesthetic & Interpretive Under
4、standing 美学和诠释理解 Culture & Belief 文化和信仰 Empirical & Mathematical Reasoning 实证和数学推理 Ethical Reasoning 伦理分析 Science of Living Systems 生命的科学 Science of the Physical Universe 物理宇宙的科学 Societies of the World 世界社会 United States in the World 美国 www.generaleducation.fas.harvard.edu,世界顶尖大学对本科生的要求,13,麻省理工对本科生的
5、要求 分为两个主要部分 Humanities, Arts, and Social Sciences Requirement （人文、艺术和社会科学要求） Science Requirement （科学要求） MIT expects its graduates to have an understanding and appreciation of the basic concepts and methods of the physical and biological sciences. （MIT期望它的毕业生拥有理解和赏识物理和生物科学的基础概念和方法）,清 华 大 学 公共选修课（现代生物
6、学导论） 高等教育百门精品课程精品项目 上海交通大学 公共选修课，国家精品课程 浙 江 大 学 公共选修课，国家精品课程 武 汉 大 学 公共选修课，国家精品课程 中 山 大 学 公共选修课，国家精品课程 北 京 大 学 公共选修课 北京师范大学 公共选修课 厦 门 大 学 公共选修课 南 开 大 学 公共选修课 华东理工大学 公共选修课 。,生 命 科 学 导 论,开课单位,15,生命科学在我校的通识教育重要性,全球化与社会发展,毕业设计,学科专业课,公共 基 础 课,市场经济与战略管理,科技创新与科学方法,公民与社会,历史与文化,文学与艺术,语言与传播,哲学与思维,自然进化与生命关怀,16
7、,近300年来(17-20世纪)：物理学一直作为带头学科 17世纪中叶 牛顿经典力学 18世纪中叶 工业革命（蒸汽机） 19世纪中后 电气革命 20世纪初 量子论、相对论和核物理标志物 理学革命性飞跃 20世纪上叶 被称为“现代物理学黄金半世 纪”物理学主导着工业革命带领着天 文、地质、气象、化学等学科发展,4. 21 世纪将是生命科学的世纪带头学科,细胞与细胞工程,人类遗传学与优生,医药生物技术,基因与基因工程,农业生物技术,营养与健康,(二) 生命科学导论内容,生物多样性与保护生物学,肿瘤及其防治,种群生态学与人口问题,生态平衡与环境保护,生物伦理及社会决策,微生物与传染性疾病,生物的进化
8、,社会生物学与繁殖对策,植物界 Plantae,特征： 真核 多细胞 光合作用 自养生物,动物界 Aminalia,特征： 真核 多细胞 异养 无细胞壁 能运动,1.下列动物与人类亲缘关系最近的是（ ） A. 黑猩猩 B. 金丝猴 C. 大猩猩 D. 长臂猿,2.下列动物和马亲缘关系最近是 （ ） A.牛 B.犀牛 C.山羊 D.绵羊,遗传学 基因组学 系统生物学,1. 初乳含有较多的蛋白质和有形物质。脂肪、乳糖含量较少，富含胡萝卜素，有利于新生儿消化吸收。 2. 初乳中含有较多的免疫球蛋白，尤其是分泌型IgA含量很多。主要分布在新生儿的消化道黏膜、呼吸道黏膜和泌尿道黏膜表面上，保护机体免受病
9、原微生物的侵袭。,遗传学-优生 营养学-优育,全球环境面临威胁和挑战,大气污染,生态平衡与环境保护,中国河流遭严重污染-苏州,环境污染致动物畸形,工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。,1. 地球正逐渐失去保证人类生活素质能力。 近400年里，已记录到有484万种动物灭绝。 随着世界人口的爆炸，经济的发展，物种灭绝的速度还要加快。 2.人类活动破坏了地球将近一半的陆地, 正导致自然界的动植物加速走向灭绝。 估计到本世纪后半叶, 将有三分之一至三分之二的物种从地球上消失。,人类对生物资源的破坏,保护地球的生态平衡，净化环境，提高人类的生存环境,矿物能源（石油、煤）必将枯竭
10、。 生物质能转化的生物能源是最理想的可循环绿色能源。 图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。,资 源,图为生长在淡水和海水中的一种硅藻,一个20 米直径的水池年产4 吨藻类，加工后可得相当于3000 升柴油的燃料。,资 源,微生物与传染性疾病 医药与生物技术,弓形虫是一种细胞内寄生的原虫，目前唯一确认的最终宿主是猫科动物。 弓形虫通过胎盘传染给胎儿，导致死胎或 畸形，如 小头畸形、智力障碍等。,生物信息学,生命科学与其他学科的关系,算法 统计学 信息理论 科学可视化 非线性动力学 计算机模拟 分布式系统 机器学习,基因组图谱 蛋白结构预测 药物设计 同源比较 分子进化 数据库检索 基因预测 数据库构
11、建 基因调控 基因诊断及治疗,生命科学,数据库 软件工程 计算机网络 语言学,图形学 图像识别 人工智能 密码学,计算机科学和数学,生命科学与其他学科的关系,生命科学（Life Science ）：研究生命现象与规律的 科学 。,(三) 生命科学的概念、任务,生命科学的任务: 探索生命的奥秘。 1.生命活动的本质特征； 2.生物的结构与功能； 3.生物个体发育和系统发生的规律； 4.生物与环境之间的辩证关系。 生命最大的奥秘：人是如何从一个细胞发展成为复杂得不可思 议的一个生物个体。,36,生命科学导论课程的学习内容,生命科学的概念和内容,研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以
12、及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。,生命的起源 生命的基本化学组成和细胞结构 生命的多种形式（微生物、植物、动物、生态） 基因与遗传技术 营养与健康,课程内容,37,1、生命科学的发展,生命科学：是研究生命现象和生命活动规律的一门综合性学科。 研究内容：生命物质的结构与功能，生物与生物之间及生物与环境之间相互关系。 生物学经历了三个发展阶段： 描述生物学阶段 （19世纪中叶以前） 实验生物学阶段 （19世纪中到20世纪中） 创造生物学阶段 （20世纪中叶以后）,38,（1）描述生物学阶段（19世纪中叶以前）,主要从生物外部形态特征描述、比较和分类，寻找它们之间的异同和进化脉络.,比
13、较解剖学、进化生物学 林奈Carl Linneaus 达尔文，The Origin of Species（物种起源） （1859）,加纳帕格斯岛的地雀（达尔文雀）,达尔文所乘贝格勒号的航线,39,（2）实验生物学阶段（ 19世纪中到20世纪中）,利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律,巴斯德（1822-1895）曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论”,曲颈甑实验,40,（3）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）,分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。,华生和克里克在讨论DNA双螺旋模型1950s,英国罗林斯研究所伊恩威尔默特和多利羊,41,（4）交叉学科和边缘领
14、域同时提供机会与挑战,人文科学,物理学,计算机科学,天文学,数 学,化 学,生 物 学,农 学,医 学,工 程 学,心理学,生物物理学,生物化学,生物数学,宇宙生物学,人工智能学,植物栽培学,土壤学,植物保护学,预防医学,药理学,免疫学,生物工程学,仿生学,生物传感器,生物信息学,42,四、生命的起源,伊甸园（The garden of Eden- Jan van Kessel, 1600s）,是主要由核酸和蛋白质组成的具有不断自我更新能力的多分子体系的存在形式，是一种过程，是一种现象。,物质基础：蛋白质和核酸。 运动的本质特征是不断自我更新，是一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系统。 生
15、命是物质运动的一种高级的特殊存在形式。,生命的内涵,生命(live systems),43,有复杂的结构和精细的组织形式 感受并应答环境变化 能从环境捕获，转换和利用能量 具有显著的自我复制，组装能力 生长和发育 生命体结构的等级秩序 群体中变异的遗传,进化,1. 生命(live systems)的基本特征,44,（1）复杂的结构和精细的组织形式,美妙的花，精巧的蜻蜓,多分子的逻辑构成 高度的组织化 每个层次都具有的复杂性 复杂精巧的反馈调节机制,45,（2）感受并应答环境变化,捕蝇草的应激,复活节岛的石像,应激性，生命体接受外界刺激后会发生反应。,眼镜蛇的应激,46,（3）能从环境捕获，转换
16、和利用能量,生命与环境之间的能量交换不断地吸收外界的物质，转换成能量，维持分子的有序性和数量变化。新陈代谢和稳态(homeostasis),牛吃草，转化为肉和奶,稳态：调节并维持内部环境（如温度、pH 等）恒定的特性。,47,（4）自我复制，组装能力,2000多年前的石鼓文早已斑驳不堪，而一亿年前的生活活蚂蚁依然鲜活。 生命以遗传物质为指导，不断自我复制，延续。,秦代石鼓文（小篆）,蚂蚁,基因组相同的蚂蚁群体,48,具有美妙结构的石英晶体。 符合生命部分特征： 结构，复制生长，推陈出新,变形金钢对生命一种诠释,它们有生命么？,49,(5) 生长和发育,生长：生命体从环境中摄入物质多于释放回环境 ，并且将其转变为自身
