科学前沿与哲学第3讲课件

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1、第第3讲讲探究宇宙与生命之谜的新征程探究宇宙与生命之谜的新征程科学前沿与哲学第3讲课件 一、化学的发展与分子生物学o从某种意义上来说，从某种意义上来说，炼金术构成了近代化炼金术构成了近代化学的起源。学的起源。o英国科学家波义耳英国科学家波义耳（1627-1691）把）把元素定义为在化学反元素定义为在化学反应中不能继续分解的应中不能继续分解的要素，冲破了炼金术要素，冲破了炼金术的的“火，气，水，土火，气，水，土”的四元素论。这是的四元素论。这是化学中的哥白尼革命。化学中的哥白尼革命。科学前沿与哲学第3讲课件 道尔顿：化学原子论o1803年，英国化学家道尔顿（1766-1844）将希腊思辨的原子论

2、改造成了化学原子论。o1.化学元素是由非常微小的、不可再分的物质粒子即原子组成。o2.原子是不可改变的。o3.化合物是由分子组成，而分子是由几种原子化合而成，是化合物的最小粒子。o4.同一元素的所有原子均相同，不同元素的原子不同，主要表现在重量的不同。o5.只有以整数比例的元素的原子相结合时，才会发生化合。o6.在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会创生或消失。科学前沿与哲学第3讲课件原子论：化学中的开普勒式突破o1808年，道尔顿出版化学哲学的新体系。o戴维说，道尔顿在化学中的贡献，犹如开普勒在天文学中的贡献，因为他把零碎的化学知识系统化了。科学前沿与哲学第3讲课件气体化合体积定律o180

3、8年，法国的盖-吕萨克（1778-1850）提出，各种气体的在彼此起化学作用时常以简单的体积比相结合。这使他猜想，相同体积的不同气体所含原子数目可能都相同。o他原以为这是对道尔顿原子论的支持，没想到，道尔顿坚决反对这一设想。在道尔顿看来，不同元素的原子大小并不相同，同体积的不同气体的原子数不可能相等。科学前沿与哲学第3讲课件水：H2 O？o比如，根据盖-吕萨克定律，2升氢同1升氧化合，产生2升水蒸气。o在道尔顿看来，这就意味着2个水粒子是由2个氢原子与1个氧原子组成的，那1个水粒子就是由1个氢原子与半个氧原子组成的了，显然参加反应的不可能是半个原子。科学前沿与哲学第3讲课件 分子学说o1811

4、年，意大利的阿伏伽德罗（17761856）提出了分子学说，能够很好地覆盖盖-吕萨克定律。o他认为，在同温同压下，气体元素及化合物或混合物在相同体积中包含相同数目的分子。原子是参加化学反应的最小质点，而分子是游离状态下单质或化合物能独立存在的最小质点。分子是具有一定特性的物质的最小组成单位。o分子由原子组成。单质的分子由相同元素的原子组成，化合物的分子由不同元素的原子组成。o比如，2升氢同1升氧生成2升水蒸气，是2分子氢同1分子氧化合生成2分子水，1个水分子由1个氢分子与半个氧分子构成。科学前沿与哲学第3讲课件阿伏加德罗科学前沿与哲学第3讲课件化学元素的关系o1789年，拉瓦锡列出了一张33个元

5、素的元素表，把元素分为四类：能氧化和成酸的简单非金属物质，能氧化和成酸的简单金属物质，气态的简单物质，能成盐的简单土质。o19世纪初，贝齐里乌斯从他的电化学观点出发，把元素分为负电性、正电性和过渡元素三类，科学地改造了中世纪的“亲和力”思想。o1815年，英国的普劳特（17851850）发现，若以氢的原子量作为一个单位，那所有元素的原子量恰为氢原子量的整数倍。由此他提出一切元素都是由氢原子组成的假说。o但是，后来人们发现氯的原子量是35.45，所以这个假说未被人接受。科学前沿与哲学第3讲课件化学元素表的先驱o1829年，德国的德柏莱纳把15种元素分为5组：o Li Na K o Ca Sr B

6、ao P As Sbo S Se Teo Cl Br Io每一组的三个元素相似，中间元素的原子量等于前后两元素原子量的平均值。o1864年，德国的迈耶尔认为元素的性质是其原子量的函数，提出了包括29个元素的元素表。o1866年，英国的纽朗兹提出了“八音律”。他按原子量增加的次序来排列元素，发现第八个元素同第一个元素的性质相似，好象音乐里八音度的第八个音符一样。 科学前沿与哲学第3讲课件门捷列夫（1834-1907）o1869年，俄国化学家门捷列夫发表了他关于元素周期性质的研究，提出了元素性质与其原子量之间存在着周期性变化的规律，并给出了第一张元素周期表。o在元素性质与原子量的关系一文中提出了两

7、个观点：o1.元素按照原子量的大小排列后，呈现出明显的周期性；o2.原子量的大小决定元素的特征。o另外，原子价的大小会出现周期性。科学前沿与哲学第3讲课件 元素周期表核外电子排布和元素周期系科学前沿与哲学第3讲课件预言新元素：经典化学革命的牛顿式综合o门捷列夫根据元素周期表预言了11种未知元素，后来陆续得到证实。o他预言在铝与铟之间的空位是未知元素亚铝的位置，它的相对原子质量是68，密度5.96。1875年，法国的勒科克-布瓦保德朗在比利牛斯锌矿中发现了镓，计算其密度为4.7。门捷列夫指出其错误，后来反复计算，果然是5.96。o1886年，瑞典的温克勒发现了Ge，正是门捷列夫预言的亚硅。o门捷

8、列夫对所预言的9种元素的原子量作了修改，到1940年都被证明是正确的。而且量子力学通过对电子轨道能级的研究，成功地解释了元素周期律，这是揭开微观世界美妙旋律的先声。科学前沿与哲学第3讲课件基尔霍夫定律oo基尔霍夫基尔霍夫让阳光通过燃烧的金属火焰发现了暗线，而他的朋让阳光通过燃烧的金属火焰发现了暗线，而他的朋友本生发现金属得到的是明线，这意味着友本生发现金属得到的是明线，这意味着：太阳内部温度很：太阳内部温度很高，发出连续光谱，太阳外围温度较低，这其中有什么元素，高，发出连续光谱，太阳外围温度较低，这其中有什么元素，就会把连续光谱中相应的谱线吸收掉，产生吸收线。就会把连续光谱中相应的谱线吸收掉，

9、产生吸收线。oo18591859年，基尔霍夫提出两条著名定律：年，基尔霍夫提出两条著名定律：1 1、每一种化学元、每一种化学元素都有它自己的光谱；素都有它自己的光谱；2 2、每一种元素都可以吸收它自己能、每一种元素都可以吸收它自己能够发射的谱线。这就是基尔霍夫定律。够发射的谱线。这就是基尔霍夫定律。 oo运用这些发现，基尔霍夫和本生很快就证明了太阳上有氢、运用这些发现，基尔霍夫和本生很快就证明了太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素。钠、铁、钙、镍等元素。oo基尔霍夫还发现基尔霍夫还发现黑体辐射的“成分”（能量按频率的分布）只依赖于周围腔壁的温度而不依赖于腔壁的材料，或者说：“在相同的温度下的同一波

10、长的辐射，其发射率和吸收率之比，对于所有物体都是相同的”。这时，电磁辐射和粒子处于平衡态:dE=c(,T)do黑体辐射光谱是连续的，光谱中间没有间隙。科学前沿与哲学第3讲课件科学前沿与哲学第3讲课件玻尔对元素周期表的解释：质子数决定了原子的身份，电子数则决定了原子的性情o1913年，玻尔结合原子结构的研究，指出：o元素的化学性质与物理性质，取决于核外电子的编排。o电子在原子核外，形成了电子壳层。o每一壳层只能容纳一定数量的电子，而化学性质是和一个壳层接近填满或接近空出有关系的。外层电子填满的就是惰性气体。nkms总态总态数数第一壳层1101/22=2第二壳层22120-1,0,11/21/22

11、 =86第三壳层3331230-1,0,1-2,-1,0,1,21/21/21/226=1810科学前沿与哲学第3讲课件 有机化学的诞生o18世纪末，生物学界流行活力论。化学家柏采留斯接受了活力论，认为化学物质分为两类：视其是否来源于有生命的组织而分为无机物与有机物。由于有机物中含有生命力，无机化学的一些规律并不适用于有机化学。o1824年春天，柏采留斯的学生，德国的维勒（18001882）在斯德哥尔摩研究氰与氨水这两种无机物的作用时，竟得到两种有机物，一种是当时只能从植物中提取的草酸，另一种是从哺乳动物体中排出的尿素。他又花了4年时间，找到了人工合成尿素的方法。科学前沿与哲学第3讲课件从化学

12、原子的“太阳系”到有机分子的“星系团”o在维勒的启发下，乙炔、乙烷、酒精、苯、脂肪等有机物人工合成成功。o恩格斯在1867年6月16日致马克思的信中说：“化学的进步的确是极其巨大的，C.肖莱马说，这种革命还每天都在进行，所以人们每天都可以期待新的变革。”o维勒的朋友李比希（18031873）酷爱化学，是农业化学的创始人。李比希指出，有机物由基组成，基是一系列化合物中稳定不变的组成部分。在无机化学中，基是简单的，在有机化学中，基是复杂的。单键旋转时，各基团处于极限构象之间的渐变过程的形象也是该分子所呈现的构象。科学前沿与哲学第3讲课件有机化学的发展o1839年，法国的杜马（18001884）提出

13、了类型论，认为在有机化合物中存在着一定的类型，有机化合物中的氢被等量的氯，溴等元素取代后，类型保持不变，即决定分子基本性质的是分子的类型。o1843年，法国的热拉尔（18161856）提出了同系列的概念，认为有机化合物存在着许多系列，每一个系列都各有自己的代数组成式。而在同一系列中，两个化合物分子式之差总是CH2的整数倍。同系列的各化合物的化学性质相似。o1865年，凯库勒（18291896）提出了苯的环状结构式，并把原子的化合价（一个原子或原子团能和其他原子相化合的数目）解释为一个原子对另一部分原子在单位时间内撞击的次数。o1897年，随着汤姆逊（1856-1940）发现了电子，他用原子交换

14、电子的观念来解释化学键。1904年，阿贝格（1869-1910）提出每一个元素可以有一正价，同时也有一个相反符号的负价，它们绝对值之和为8。特鲁特与拉姆塞等把原子价理解为化学键中原子得失电子的数目。科学前沿与哲学第3讲课件凯库勒与苯环梦：如果苯是CHCCH=CH=CH2，那么苯就很活泼，而实际上苯并不活泼。科学前沿与哲学第3讲课件细胞学说o最早提出细胞概念的是胡克，他在1665年用放大40140倍的显微镜观察到了软木片上的细胞壁。o德国自然哲学家奥肯（17791851）指出：所有的有机物都是由小泡或细胞组成的。小泡是在原始海洋中由无机物演化而来。o德国植物学家施莱顿（18041881）在183

15、9年指出：“在每个单独的细胞中都存在着生命的本质”。o动物学家施旺（18101882）说：“凡是有生命的东西都来自细胞”。o微尔和（18211902）认为，生物体是细胞组成的社会细胞联邦。就个体发育而言，一切细胞都来自细胞。科学前沿与哲学第3讲课件生命来自何处？o自然发生说认为生命是从无机物直接地，迅速地变成的，不需要通过亲代的遗传，不需要经历一个过程。o古中国人认为腐肉生蛆，枯草化萤；o古印度人认为汗液与粪便可以产生虫类；o古埃及人认为尼罗河的淤泥经过阳光的暴晒可以产生青蛙，蛇与鼠。科学前沿与哲学第3讲课件 对自然发生论的挑战o首先向自然发生说提出挑战的是17世纪意大利医生雷第。他把肉放进封

16、闭的瓶中，几天后肉并未腐烂生蛆。o他又把一块纱布盖在肉上，使苍蝇不能直接在肉上产卵，蛆就只在纱布上出现，而不可能在肉上出现。o以后的科学家证明，青蛙是由水里的卵通过蝌蚪发育而来的.科学前沿与哲学第3讲课件微生物能自然发生吗？o荷兰的列文虎克（16321723）用显微镜在雨水，泥土甚至人的牙垢中发现了大量微生物。o在封闭容器里的肉虽然没有生蛆，但通过显微镜可以看到在短时间内可以产生许多微生物。o这些发现使人们认为各种生物是从微生物直接变成的，而微生物又是从其他无生物中直接形成的，有利地支持自然发生说。科学前沿与哲学第3讲课件微生物学家巴斯德o法国微生物学家巴斯德（18221895）1854年开始

17、研究发酵问题，1858年开始研究生命自生问题。o他受达尔文缓慢进化论的启发，认为微生物不可能在短时期内由其他物质变成，微生物只能通过微生物的繁殖而产生，空气中可能有一种能产生微生物的胚种。科学前沿与哲学第3讲课件巴斯德的判决性实验o巴斯德起初做了如下实验：玻璃瓶内盛有极易腐败的液体，瓶口用棉花堵住，几天后溶液没有变质。棉花上有黑色的尘埃，如果溶液同尘埃接触，很快就会变质，说明尘埃中有胚种存在。o但是，普谢提出质疑：如果不让空气流入瓶内，那瓶内的生物是无法生成的，所以液体才没有变质。科学前沿与哲学第3讲课件 巴斯德的判决性实验o随着争论的升级，法国科学院在1864年4月7日在巴黎大学举行辩论会。

18、o巴斯德制造了各种形状的长颈瓶，放进煮沸过的肉汤，不封口，肉汤几天后都没有变质。巴斯德的解释是尘埃中的胚种经过弯曲的颈部时，都被沾留在管子的内壁上，不能同肉汤直接接触，所以肉汤没有变质。o如果把瓶子倾斜或用力摇晃几下，使肉汤同管壁上的尘埃相接触，肉汤就会变质。o他得出结论：“生命就是种子，种子就是生命。自然发生生物的学说绝对不能复兴了。”科学前沿与哲学第3讲课件 生命来自外太空吗？o生命永恒论认为：生物体虽然有生有死，但是生命本身却是永恒的，所以研究生命起源的问题是毫无意义的。o德国化学家李比希在1868年说：“我们只可以假定：生命正像物质自己那样古老，那样永恒，而关于生命起源的一切争端，在我

19、看来已由这个简单的假定给解决了。”o如果地球最初没有生命，那么地球上的生命只能是从别的天体迁移而来的。科学前沿与哲学第3讲课件 天外生命的传播o19世纪初法国的莫尼瓦提出陨石可能携带胚种在太空中旅行，开尔文在1871年又重新提出了这种观点。o瑞典化学家阿累尼乌斯（18591927）认为光压不仅是避免天体引力塌缩的力量，而且是生命胚种转移的动力。一个微小物体的直径小于0.0015厘米，则太阳辐射的压力就大于引力，就会被推离太阳。科学前沿与哲学第3讲课件 对天外生命胚种的怀疑o阿累尼乌斯估计胚种在光压作用下，从火星飞到地球要84天，而从金星飞到地球则只要40天。胚种落向地球表面的速度很慢。o不少人

20、怀疑阿累尼乌斯的观点，认为宇宙空间是很广阔的，胚种在星际间转移要经历很长时间，而星际空间的温度很低，没有氧气，胚种能经受这些考验而不死吗？o恩格斯指出，胚种输入说需要两个前提：（1）蛋白质是永恒的；（2）生命的原始形态是永恒的。但这两个前提都不成立。科学前沿与哲学第3讲课件生命起源的实验探索o苏联生物化学家奥巴林经过长达30年时间的实验与理论探索，在地球上生命的起源（1957）中，提出了类似有机物团聚体的原始生命体系在地球的原始海洋中自发诞生的生命起源假说。o1953年，美国生物化学家米勒利用模拟闪电，从氨水，甲烷中合成了氨基酸等简单有机物。科学前沿与哲学第3讲课件 生命起源的三个阶段o奥巴林

21、认为，生命起源分为三个阶段：o第一阶段是原始碳氢化合物的发生。现在已经发现甲烷（CH4）存在于弥漫星云以及恒星，行星与卫星的大气层。o第二阶段是氨基酸的形成，并导致蛋白质的出现。紫外线和闪电对原始海洋的辐射起了关键作用，米勒的模拟实验支持了这个推测。o第三阶段是具有新陈代谢功能的蛋白质系统团聚体形成。科学前沿与哲学第3讲课件团聚体实验科学前沿与哲学第3讲课件蛋白质的合成：生物化学的哥白尼革命o恩格斯指出：“生命是蛋白体的存在形式，这种存在方式实质上就是这些蛋白体的化学成分的不断的自我更新。”o蛋白质由20种不同的氨基酸组成，它一方面含有氨基（-NH2），另一方面含有羧基（-COOH）。科学前沿

22、与哲学第3讲课件中国学者首次合成结晶牛胰岛素o1907年，德国化学家费歇尔合成了18个氨基酸的肽链。o1954年，金格尔和他的同事在剑桥测定了构成胰岛素分子两条肽链的51个氨基酸的排列顺序。o1965年，上海生物化学研究所的科学家首次合成结晶牛胰岛素。科学前沿与哲学第3讲课件核酸的发现o1869年，瑞士的米歇尔从病人绷带上取下来的脓细胞中，得到了一种不同于蛋白质的物质，称为“核素”。后来人们发现它有酸性，又称“核酸”。o19世纪末，美国的威尔逊认为染色体的主要成分是核素，所以核素是遗传物质。o1911年，俄裔美国科学家莱文发现核酸有核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两种。1934年他又

23、提出核酸由4种核苷酸组成，核苷酸由一个核糖（或一个脱氧核糖），一个磷酸和一个有机碱基分子组成。碱基有四种：o腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C），胸腺嘧啶（T）。科学前沿与哲学第3讲课件 肺炎双球菌的研究o肺炎双球菌有两种类型，一种有外膜，有传染性，另外一种没有外膜，没有传染性。o1928年，英国的格里菲斯发现有一种转化因子能使无膜型变成有膜型。o1944年，美国的艾弗里（18771955）通过10年的研究，发现这种转化因子就是DNA。但是，他的发现当时没有得到承认，人们还以为艾弗里提取的DNA不纯，还残留少量的蛋白质，而正是这一点点蛋白质造成了病菌的转化。科学前沿与哲学第3讲课件物理学的

24、理性光芒照耀着生命混沌汤o德尔布吕克（19061981）原来是德国人，在哥廷根大学学习时，从天体物理学转向理论物理学，曾到哥本哈根向玻尔学习，是薛定谔的好友。o薛定谔在生命是什么中，采用量子论与信息论的观点，理解生命现象，把生物分子看成“非周期性晶体”。玻尔认为可用互补原理来分析物理学与生物学的关系，给他留下了深刻影响。申农的“信息”概念与玻尔兹曼的熵的统计解释明显相似，薛定谔把“信息”理解为“负熵”。o但是，布里渊在科学和信息论中指出，现在的信息论不适合于讨论生物学问题。因为信息如果尚未获得其“完整意义”，或者产生出新信息还有多种选择时，申农信息论就无济于事。艾根认为，进化论需要引入与选择有

25、关的“价值”参数。科学前沿与哲学第3讲课件 噬菌体的研究o德尔布吕克在柏林研究铀分裂时，就常同遗传学家讨论问题，使他的兴趣又转向生物学。1938年他到美国研究基因，创建了著名的噬菌体小组。o噬菌体构造简单，只有一个蛋白质组成的外壳，其中含有DNA，它比细菌小，繁殖又快，是研究的好材料。o他们发现，噬菌体能在细菌体内大量繁殖后代，但噬菌体并不需要钻入细菌体内，它只要把DNA注入到细菌体就行了。科学前沿与哲学第3讲课件噬菌体与DNAo这个实验雄辩地说明噬菌体的子代之所以象亲代，并不是因为子代获得了亲代的蛋白质，而是因为从亲代那儿获得了DNA，可见主管遗传的不是蛋白质，而是DNA。o噬菌体小组对DN

26、A遗传物质概念的确立作出了重大贡献，这个小组有20名成员先后获得诺贝尔奖金，成了分子生物学的摇篮。科学前沿与哲学第3讲课件碱基的配对o莱文根据粗糙的分析，得出核酸的4种碱基含量相同的结论，提出四核苷酸假说，认为核酸的化学结构是：含有4种不同碱基的4个核苷酸组成一个分子，这些分子再聚合为一个核酸大分子。因此，核酸与油脂，多糖一样是单调的分子。o奥地利的查哥夫在19481952年用比较先进的方法测出DNA中4种碱基不是相等的，各种不同来源的DNA，其4种碱基也不相同。但是，又有一种规律：o在4种碱基中，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的总量相等，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）的总量相等。o查哥夫的发现，推

27、翻了错误的四核苷酸说，直接导致了碱基配对原则。科学前沿与哲学第3讲课件 澳森与克里克o美国科学家澳森（1928）毕业于芝加哥大学动物系，后来成为噬菌体小组的成员。1951年在意大利接触到分子生物学发展的情况，决心从事分子生物学研究。随后来到英国卡文迪许实验室，进行蛋白质和多肽的结构分析工作，并结识了克里克。o克里克（19162004）原来在伦敦大学学习物理，后来转向生物学。他俩在一间办公室工作，都读过薛定谔的生命是什么，都决心解决DNA的分子结构问题。科学前沿与哲学第3讲课件 威尔金斯与弗兰克林o威尔金斯毕业于剑桥大学物理系，后在薛定谔影响下，开始研究生物学。1951年他通过DNA的晶体结构分

28、析，证明在一定的温度下，DNA呈螺旋形结构，并初步算出螺旋的直径与螺距。o弗兰克林（19201958）从1951年开始研究DNA分子的X射线衍射技术。她一开始就推测DNA分子呈螺旋形，有多股链，磷酸根集团在外侧，则碱基在螺旋的内侧。科学前沿与哲学第3讲课件 DNA双螺旋结构的发现o澳森和克里克处理已经获得的数据，在1951年底提出了第一个三股链组成的螺旋结构模型，但后来发现，由于算少了DNA的含水量而设想的三股链是不对的。他们还被缪勒的相同碱基配对的设想所误导（A-A，T-T等）。o1952年7月，查哥夫访问剑桥，告诉克里克有关碱基的研究成果，克里克确立了碱基配对原则。科学前沿与哲学第3讲课件

29、分子生物学的开普勒旋律o澳森根据染色体成对现象，推测DNA二链成对的可能性很大。o1953年，他们看到了威尔金斯拍的X射线衍射照片和弗兰克林精确的数据之后，终于提出了正确的DNA双螺旋结构。o1953年4月，他们在英国自然杂志上发表了一篇1000多字的短文，宣布了他们的模型。它宣告了分子生物学的诞生。o1962年，澳森，克里克和威尔金斯获得了诺贝尔医学与生理学奖。科学前沿与哲学第3讲课件遗传密码的发现：生物分子的非遍历性oDNA由4种碱基组成，而蛋白质由20种氨基酸组成，4种碱基如何决定20种氨基酸的排列？o1944年，薛定谔在生命是什么中，提出了遗传密码的思想。他认为，莫尔斯电码只用了点与划

30、两种符号，通过排列组合就可以产生几十种代码；特别是每一个组合用符号不超过4个，就可编码30种不同的代号。他相信基因编码也是如此。o人们发现，蛋白质分子的肽链折叠结构与核酸分子的碱基双螺旋结构，都不可能是氨基酸或核苷酸按照各态历经进行随机排列的产物。经典统计力学是失效的。科学前沿与哲学第3讲课件 天界的理性光辉揭开生命密码o1954年，美国天体物理学家伽莫夫认为DNA的4种碱基可能就是薛定谔所说的点与划，一种碱基对应一种氨基酸，显然是不够的；伽莫夫就设想两种碱基对应一种氨基酸，可是用4种碱基每两个排列在一起，只有16种组合，仍然不够用。o于是，他设想三种碱基决定一种氨基酸，其排列组合共64种，比

31、氨基酸种类多出44种，他又设想有的氨基酸可以用几种碱基密码来重复排列。三联密码假说是伽莫夫业余从事生物学研究的成果。科学前沿与哲学第3讲课件克里克确立中心法则oDNA在细胞核内，而蛋白质的合成是在细胞质中进行。DNA是如何指导蛋白质合成的？o1959年，克里克提出了中心法则，有力地支持几乎被人遗忘的三联密码假说。o克里克认为DNA分子一方面自我复制产生新的DNA分子，另一方面又把遗传信息转录给信使RNA，把遗传信息从细胞核携带到细胞质，再在细胞质内决定蛋白质的合成。科学前沿与哲学第3讲课件中心法则：分子生物学的牛顿定律科学前沿与哲学第3讲课件 遗传密码的破译o1961年，克里克与布伦纳用实验证

32、明核酸密码的确是由三个核苷酸组成的。这年夏天，美国尼伦伯格研究小组合成了碱基鸟嘧啶（U），然后用三个鸟嘧啶合成了苯丙氨酸，确定了苯丙氨酸的密码是UUU。o以后，密码陆续被破译，1966年克里克排出了遗传密码表。科学前沿与哲学第3讲课件基因工程：信息革命引导生物学o对DNA进行重组，按照人类的某种愿望，剔除不好的基因，补充好的，再把重组的DNA植入适当的细胞中，让它表达出来，这就是基因工程。o90年代以来，人类基因组计划取得重要突破。科学前沿与哲学第3讲课件艾根的超循环论o德国生物化学家艾根（1927-）是“超循环”理论的创始人，从20世纪60年代开始对变异进化，遗传信息等问题深入研究。o艾根提

33、出了生命体的自组织理论“超循环论”，揭示了生物化学循环的功能耦合组织网络，把“否定之否定”规律具体化了。超循环由酶的催化作用所推动的循环，是催化循环，以这种低层次循环所组成的高层次循环称为超循环。科学前沿与哲学第3讲课件光合作用与呼吸作用中的化学循环科学前沿与哲学第3讲课件二、从大陆漂移到二、从大陆漂移到 板块学说板块学说科学前沿与哲学第3讲课件1.魏格纳的大陆漂移学说 o1880年11月1日出生于柏林o先后在海德堡大学、因斯布鲁克大学、柏林大学学习o1905年获得天文学博士o1906年以气象学家的身份参加格陵兰岛的考察。o1911年出版大气热力学一个气象学家怎么会对地理学感兴趣呢？Alfre

34、d Wegener,1880-1930科学前沿与哲学第3讲课件 突突然然，他他惊惊奇奇地地发发现现，大大西西洋洋两两岸岸的的轮轮廓廓竟竟然然是是如如此此的的互互相相对对应应，尤尤其其是是巴巴西东端的直角突出部分，与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。西东端的直角突出部分，与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。 科学前沿与哲学第3讲课件大陆难道发生过“漂移”？ 怎么会有如此的巧合呢？要是把它们拼合在一起，简直就像一块完整的大陆？o 魏格纳的脑子里忽然闪过一个奇怪的念头：莫非非洲大陆与南美洲大陆曾经贴合在一起，也就是说，它们原是连接在一起的一整块原始大陆，它们之间没有大西洋，到后来才破裂、漂移

35、而分开的。o 这种大胆的想法，从此就一直困惑着、缠绕着这位学者，他决心一定要弄个水落石出。 科学前沿与哲学第3讲课件这些仅是猜测这些仅是猜测o哲学家培根就曾经指出：非洲西部和南美东部海岸线的吻合，不可能是偶然的巧合，肯定有着某种原因。o19世纪中叶，地质学家斯尼德尔发现欧洲和北美煤层中的植物化石雷同，他认为，煤层形成时期的石炭纪，欧洲大陆和美洲大陆曾经连接为统一的大陆。o19世纪末，进化论的创立者达尔文的儿子、英国天文学家乔治达尔文又认为，月球原本是地球上的一部分地壳脱离地球后演变成的，而在月球形成后，地球上的大陆块重新调整了位置，大陆便发生了漂移。科学前沿与哲学第3讲课件o舌羊齿植物化石：距

36、今2亿多年前的二叠纪，它们的化石发现在英国、印度、中国、澳大利亚等地区。古生物化石的证据澳大利亚舌羊齿化石科学前沿与哲学第3讲课件“你过来吧！你过来吧！”“太远了，我怎么游过去？太远了，我怎么游过去？”o中龙（中龙（Mesosaurus），二叠纪时期最古老的），二叠纪时期最古老的水生爬行类动物水生爬行类动物它们的化石发现在巴西、南它们的化石发现在巴西、南非非科学前沿与哲学第3讲课件不是“陆桥”o魏格纳强调指出，对于一些大陆上古生物的分布，用大陆漂移说解释比用陆桥说更为确切。o 比方说，舌羊齿植物化石在非洲、南美、澳大利亚和印度等地的石炭二叠纪地层中都有发现。而这些地区相距万里，所处气候带也不一

37、样。因此，即使用陆桥把它们联系起来，仍然很难理解舌羊齿植物在同一时期的分布状况。o 大陆漂移说则不仅认为这些大陆曾经连接，而且认为它们之间的距离上并不十分遥远。也就是说，它们在当时曾经汇聚在一起，所处气候带也比较相近。这样一来，舌羊齿植物化石的分布才得到圆满的解释。 科学前沿与哲学第3讲课件“把撕碎的报纸再粘起来”o魏格纳想到，如果现在被大洋隔开的大陆从前果真是一个大陆的话，那么，在当时所形成的地层也一定像大陆轮廓一样可以拼接起来，同时，由这些地层褶皱所形成的褶皱山系也必定可以连接起来。o 魏格纳首先考察了大西洋两岸的褶皱山系和地层。他发现，大西洋两岸的岩石、地层和褶皱构造确实像搭积木一样可以

38、搭配起来。如巨大的非洲片麻岩高原和巴西的片麻岩高原遥相对应，二者所含的火成岩和沉积岩，以及褶皱延伸的方法也非常一致。o魏格纳对于这种地层和构造上彼此相接的现象，作了一个比喻。他说，这就好比一张被撕碎的报纸，如果按其毛边拼接起来，报纸上的印刷文字行列也恰好齐整切合，凭这一点，我们就得承认这两片报纸原来是连在一起的。 科学前沿与哲学第3讲课件大陆就是这样漂移的？2.4亿年前1.8亿年前600万年前现在科学前沿与哲学第3讲课件并不看好的学说o1914年第一次世界大战爆发，魏格纳被征入德国军队，负伤住院后，构思他的学说，并在1915年写成大陆和海洋的起源，1920年出版，1922,1924年修订。o先

39、后译成英、法、西、瑞典、俄、日、汉等文字o1926年在纽约召开“首届大陆漂移学说讨论会，14个主要发言人中5个赞同，2人有保留赞同，7人反对。科学前沿与哲学第3讲课件壮志未酬o为了收集美洲离开欧洲漂移的直接证据，1929年后，两次领导探险队赴格陵兰岛考察，但是，1930年11月1日，也正是他50生日那天，不幸在格陵兰冰原上遇难。o魏格纳（后排中）在考察船上科学前沿与哲学第3讲课件沉寂的时期o“定量不够，定性不当，我们所需要了解的，他什么也没有说明。”（英国地球物理学家杰弗里斯地球：它的起源、历史和物理组成1959）o“一个漂亮的梦，一个伟大诗人的梦，”当人们试图拥抱它时，将发现“他得到的只是一

40、堆泡沫和一缕青烟”；“一个门外汉把他掌握的事实从一个学科移植到另一个学科，显然不会获得正确的结果。”o关键：大陆漂移的动力机制是什么大陆漂移的动力机制是什么？o魏格纳：大陆漂移，就像船在水中航行一样，不断的冲开地壳（地幔）前进。科学前沿与哲学第3讲课件2、深海地质学的重大发现o早在19世纪中叶为了铺设欧洲到美洲的海底电缆，开始了对海底地貌的探测，20世纪59年代，由于精密回声探测仪器（声纳）的使用，可以测到10000米的洋底，精度达到5千分之一。o1957年美国科学家Heezen公布了大西洋海底地形图，海底地貌的四大发现：洋中脊、深海沟、断错带、海底平顶山科学前沿与哲学第3讲课件“一颗不平静的

41、心！”科学前沿与哲学第3讲课件大洋中脊、海沟科学前沿与哲学第3讲课件海底扩张科学前沿与哲学第3讲课件大陆漂移动力机制的发现！o在不同的海区，海底扩张大致有两种情况，一种情况是扩张着的洋底同时把两侧大陆推开，大陆有如冻结在相邻的海底上，与海底一起向同一方向移动这样，随着新海底不断地生长和向两侧扩张，新生的大洋不断张开，两侧的大陆逐渐远离漂开。像大西洋这样的大洋，在海底扩张的作用下，不到两亿年就可以形成。所所以以，大大西西洋洋中中脊脊和和印印度度洋洋中中脊脊的的裂裂谷谷系系，不不但但是是制制造海底的场所，实际上也是大陆漂移的发源地。造海底的场所，实际上也是大陆漂移的发源地。o 另一种情况是，当洋底

42、扩张到达海沟处，便向下俯冲，重新返回到地幔中去。这时，洋底并不推动相邻大陆向两侧漂移。像太平洋这样古老的大洋，其洋底处在不断新生、扩张和潜没的过程中，只需两亿年左右，洋底就可以更新一次。 科学前沿与哲学第3讲课件3、板块构造学说o 1965年，英国学者威尔逊勾勒出了板块构造的最初轮廓，最先提出了“板块构造学说板块构造学说”。o 威尔逊指出，在中脊与中脊、中脊与岛弧（海底），以及岛弧与岛弧之间都可以由转换断层连接起来，中脊、转换断层、岛弧海沟系这三种构造活动带就好像没有端点，它们连绵不断地从一种活动带转换成另一种活动带，直到最后封住自己的端部。o 这样，整个地球表层就被这种首层相连的活动带分割成

43、若干巨大的板块。 科学前沿与哲学第3讲课件o1968年6月，法国地球物理学家勒皮雄把板块旋转运动的研究又向前推进了一步。o 勒皮雄把全球板块概括为六大板块（1）欧亚板块、（2）非洲板块、（3）美洲板块、（4）印度洋板块、（5）南极洲板块和（6）太平洋板块。o大陆漂移、海底扩张、板块构造，这三个学说的诞生，标志着从魏格纳开始的地球科学的革命终于进入了一个新的历史时期。科学前沿与哲学第3讲课件板块构造科学前沿与哲学第3讲课件o在这些板块下面有一层很厚的炽热流体，海洋中脊的裂谷就是这个被称为“软流层”的炽热流体不断对流上或的部位，也是板块的分界之一。科学前沿与哲学第3讲课件o浮在软流层上在的板块，无

44、论是大陆还是洋底，就像大海中随流漂移的船只一样，向各个方向移动，形成了多板块之间的互相碰撞或俯冲，引起了沧海桑田的海陆变迁。科学前沿与哲学第3讲课件“大陆漂移学说”新生o当两个板块相对撞击时，如果是海洋板块碰到大陆板块，就会插入大陆板块下面；如果相撞的两个都是大陆板块，那就会互相顶撞，发生强烈的挤压，使地层发生褶皱，崛起成为山脉，而这两个板块则通过火山岩浆活动和挤压作用，逐渐合并成一块。o 随着地球的演化，有的板块合并在一起，有的板块则分裂开来，分裂以后又向相反方向漂移开去。o 这就是大陆漂移学说的理论。o 由于板块构造说已发展到全球规模，把大陆和海洋统一在同一系统之下一起探索，所以，它又被称为“新全球构造”理论。 科学前沿与哲学第3讲课件喜马拉雅：我心中永远的梦幻！o喜马拉雅山脉曾是印度板块和亚洲大陆之间的古地中海海底的沉积岩。6千万年至2千万年间由于印度板块向亚洲板块推进和挤压，至200万年前出现喜马拉雅山脉，直至今日。科学前沿与哲学第3讲课件