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1、生命系统与生命科学,第一章,本章内容,生命科学的重要性 生命的起源和定义 生命科学的分科 生命科学的研究方法,为什么要学习生命科学知识？,为什么要学习生命科学知识？ 生命科学是21世纪自然科学的带头学科 生命科学充满未解之谜 生命科学与人类社会的发展息息相关,第一节：生命科学的重要性,生物科学的前沿,分子生物学的发展是生物科学发展史上的一个重要的里程碑 DNA重组技术 原生质体融合技术,生命科学的重要性,为什么学习生命科学 非生物学专业 学分？ 达尔文 1859 物种的起源 1997绵羊“多利”克隆 股票,美国时代周刊 本世纪100件大事 1928-1942 Fleming 发明青霉素 195
2、3年 Waterson和Crick DNA双螺旋 1973年 斯坦福Cohn 加州Boyer 基因工程 重组DNA技术之父 1997年2月 苏格兰 绵羊“多利”的克隆 1999年 高考 “假如记忆可以移植” 2000年6月 人类基因组 2001年 干细胞 2002 2003 2004 20年后 中关村,返回,北京生物科技园,DNA双螺旋结构,生命科学的重要性,人类文明发展的三次技术革命：,生物技术革命21 创造生命 ！ 信息革命 20 解放大脑 工业革命 19世纪 解放双手 比尔盖兹,21世纪将面临的许多世界性的难题,人口膨胀 粮食紧张 环境污染 能源紧缺 遗传疾病,生命科学的重要性,当今人类
3、社会面临最重大的问题和挑战,人口膨胀； 粮食短缺； 疾病危害； 环境污染； 能源危机； 资源匮乏； 生态平衡破坏； 生物物种大量消亡。,解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题，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。,一、生命科学是21世纪自然科学的带头学科,当前自然科学的带头学科 开始从物理科学向生命科学转移,生命科学的重要性,人们的日常生活越来越离不开对生命科学知识的学习和理解。,手机是否对人的健康有影响？,如何面对转基因食品？,抵制野生动物毛皮制作的衣物？,二、新世纪的大学生不能没有现代生命科学基础知识,当生命科学与生物技术的发展到
4、了能改变人类自身构成的时候，它不仅仅涉及技术的复杂性，还涉及伦理道德等社会问题。您的认识和看法以及公众的认识和看法就会对政府的决策及生物技术的发展方向甚至人类社会的发展有重大的作用和影响。 如果你决定成为一名生物学家：大脑、新植物品种、癌症。 生物技术公司：基因药物、诊断芯片 。 如果从事物理学、自动化、计算机、材料科学、学科交叉。 如果从事文科专业：生命科学与人类和社会的联系 。 每一个人：认识自己、认识生命 。 非生物类专业学生学习基础生物学知识是现代高等教育的发展趋势 。,三、生命科学充满未解之谜,“猛犸之谜” “恐龙灭绝之谜” 龟鳖家族的长寿之谜,生命科学的重要性,“猛犸之谜”,生命科
5、学的重要性,“猛犸之谜”,“猛犸之谜”,“猛犸之谜”,“恐龙灭绝之谜”,生命科学的重要性,龟鳖家族的长寿之谜,生命科学的重要性,四、生命科学与人类社会的发展 息息相关,农业方面 能源方面 医药卫生方面 轻工业、食品工业、酶工程 其他方面,生命科学的重要性,1.农业方面,遗传育种农作物、畜牧业的优良品种 （无籽西瓜） 生物杀虫剂 人造种子,生命科学的重要性,超级杂交稻每公顷产量突破了12t,无籽西瓜,生命科学的重要性,人造种子,生命科学的重要性,2.能源方面,酒精代替汽油作燃料 利用太阳能 人工模拟光合作用,生命科学的重要性,展望与预测,您的参与，生命科学将更加辉煌！,3.医药卫生方面,新的抗菌
6、素、疫苗 免疫学 提高了异体器官移植的成功率，并发现了自体免疫疾病的病因 基因工程菌与基因疗法 胰岛素、干扰素、生长激素、淋巴细胞活素、血纤维蛋白溶解剂、白蛋白、血因子、单克隆抗体、DNA探针等,生命科学的重要性,生物技术,干 扰 素,生命科学的重要性,4.轻工业、食品工业,酶工程 食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门 发酵工程 酿酒制曲、味精、抗菌素、维生素等,生命科学的重要性,溶菌酶的分子模型,生命科学的重要性,5.其他方面,细菌造雪 细菌保护古建筑 无法假冒的生物笔,生命科学的重要性,细 菌 造 雪,美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将
7、水雾凝结成雪花。,生命科学的重要性,细菌保护古建筑,生命科学的重要性,在含钙的情况下能够形成钙的微晶体，以保护古建筑。,无法假冒的生物笔,利用在墨水中加入含有特定序列的DNA片段，使别人无法假冒你的墨迹。,生命科学的重要性,生命的定义 生命起源之谜 生命的本质特征 与“生命的本质”相关的一些观点和理论,生命是什么？ “生命”应如何定义？,第二节：生命的起源和定义,生命是什么？ “生命”应如何定义？,生命的起源和定义,生命是什么？ “生命”应如何定义？,生命的起源和定义,生命是什么？ “生命”应如何定义？,生命的起源和定义,一、生命的定义,从生物学角度的定义 从物理学角度的定义 从生物物理学角度
8、的定义 “生命”的完整的、系统的定义,生命的起源和定义,1.从生物学角度的定义,生命的起源和定义,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产生反应的能力。,2.从物理学角度的定义 “负熵”,热力学第二定律 任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向，即朝着熵增加的方向变化。 生命的演化过程总是朝着熵减少的方向进行，一旦负熵的增加趋近于零，生命将趋向终结，走向死亡。,生命的起源和定义,3.从生物物理学角度的定义三要素：物质、能量、信息,在生物体的整个运动过程中，贯穿了物质、能量、信息三者的变化、协调和统一。,生命的起源和定义,4.“生命”的完整的、
9、系统的定义,生命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。,生命的起源和定义,生命的物质基础是蛋白质和核酸。 生命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。 生命是物质的运动，是物质运动的一种高级的特殊存在形式。,生命的涵义,生命的起源和定义,二、生命起源之谜,宗教认为上帝创造了生命 古代人认为生命是自然发生的 达尔文的探索 奥巴林的生命起源假说 米勒的实验生命起源于无机物,生命的起源和定义,1.宗教认为上帝创造了人,生命的起源和定义,2.古代人认为生命是自然发生的,我国古代有“天地合气万物有生”的说法 古代
10、欧洲有“地球乃孕育生命的慈母”的说法,生命的起源和定义,3.达尔文的探索,“适者生存”自然选择理论的精髓；达尔文1859年写下物种起源。,生命的起源和定义,4.奥巴林的生命 起源假说,“团聚体假说”： 无机物 简单的有机物 复杂的有机物 多分子体系 （团聚体） 有新陈代谢功 能的蛋白质体,生命的起源和定义,5.米勒的实验 生命起源于无机物,生命的起源和定义,三、与“生命的本质”相关 的一些观点和理论,生机论 将生物现象归结为一种非物质的“活力” 机械论 将生命现象简单地归结为物理和化学的过程一架结构极其复杂的机器,生命的起源和定义,还原论 生物的一切都可用分子和分子相互作用的规律来说明 整体论
11、 生物各组成部分规律加起来不等于整体的规律,生命的起源和定义,三、与“生命的本质”相关 的一些观点和理论,四、生命的本质特征,化学成分的同一性 严整有序的结构 新陈代谢 应激性和运动 内稳态 生长发育 繁殖与遗传 适应,生命的起源和定义,1.化学成分的同一性,生物体是由蛋白质、核酸、脂类、糖类、维生素等多种有机分子以及C、H、O、N、P、S等无机元素组成。 蛋白质：由20种氨基酸组成。 核酸：由8种核苷酸组成。 各种生物编制基因程序的遗传密码是统一的， 各种生物都是以ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子。,生命的起源和定义,蛋白质由20种氨基酸组成,生命的起源和定义,2.严整有序的结构,生命的基本单
12、位是细胞 细胞的结构 整个生物界是一个多层次的有序结构：,生命的起源和定义,细 胞 的 结 构,生命的起源和定义,植物细胞结构图,细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）,3.新陈代谢,生物体不断地吸收外界的物质，在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢最终产物而被排出体外。 合成作用（anabolism） 从外界摄取物质和能量，将它们转化为生命本身的物质和贮存在化学键中的化学能。 分解作用（catabolism） 分解生命物质，将能量释放出来，供生命活动之用。,生命的起源和定义,新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能 物理运动化学运动生命运动 最高级运动形式 ATP,4.应激性和运动,生物接受外界刺
13、激后会发生反应，生物的运动受神经系统的控制。,生命的起源和定义,5.内稳态,生物体在没有强烈的外界因素的影响下，有某些机制使其内环境能保持动态稳定性。,生命的起源和定义,6.生长发育,生物体能通过新陈代谢的作用而不断地生长、发育，其中遗传因素起决定性作用，而外界环境也有很大影响。,生命的起源和定义,生物具有个体发育和系统进化的历史,7.繁殖与遗传,生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续。 生物的遗传是由基因决定的，生物的某些性状会发生变异；没有可遗传的变异，生物就不可能进化。,生命的起源和定义,漂亮的模特儿 遗传学家,生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质,8.适 应,适应的含义：
14、（1）生物的结构都适应 于一定的功能。 （2）生物的结构和功能 适应于其在一定环 境条件下的生存和 延续。 适应是生物界普遍存在的现象,生命的起源和定义,生物对外界可产生应激反应，对环境具有适应性,生命是什么？ “生命”应如何定义？,生命的起源和定义,生命是什么？ “生命”应如何定义？,生命的起源和定义,生命是什么？ “生命”应如何定义？,生命的起源和定义,五、特殊的生命病毒,DNA,蛋白质,头部,尾部,尾丝,生命的起源与定义,第三节 生命科学的分科,按生物类群或研究对象来分 按研究的生命现象或生命过程来分 按生物结构的层次来分 按与其他学科的关系来分,生命科学的分科,一、按生物类群或研究对象
15、来分,植物学、动物学、微生物学、病毒学、人类学、古生物学、藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等,生命科学的分科,二、按研究的生命现象或生命过程来分,形态学、生理学、分类学、胚胎学、解剖学、遗传学、生态学、进化学、组织学、细胞学、病理学、免疫学等,生命科学的分科,三、按生物结构的层次来分,种群生物学、细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物学等,生命科学的分科,四、按与其他学科的关系来分,生物物理学、生物化学、生物数学、生物气候学、生物地理学、仿生学、放射生物学等,生命科学的分科,第四节 研究生命过程的方法,一般研究方法 研究步骤,生命科学的研究方法,观察、提问、设想、推理、分析及实验验证等是科学创新的基本要素。在这些基本要素中，天性好奇和提出好的问题是学习和创新的发动机。 密切联系实践 。 树立正确的科学态度，掌握正确的科学方法 。,一、 提出问题和设想,二、一般研究方法,描述法、比较法、 实验法、历史法,生命科学的研究方法,三、研究步骤,认识问题搜集资料提出假说检验假说评价数据结果报道,生命科学的研究方法,返回,科学的实验设计和对数据和结果作出科学判断非常重要,小 结,生命科学的重要性 生命的起源和定义 生命科学的分科 生命科学的研究方法,结 束,返回总目录,
