生命科學(xué)導(dǎo)論

教材：《生命科學(xué)導(dǎo)論》張惟杰主編

2015.3-2015.6化學(xué)工程學(xué)院葉敏第1頁(yè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》（第2版）（公共選修課）主編張惟杰高等教育出版社，第2頁(yè)第一講踏進(jìn)生命科學(xué)殿堂——生命與生命科學(xué)第3頁(yè)第一節(jié)什么是生命第二節(jié)為什么要學(xué)習(xí)生命科學(xué)第三節(jié)生命科學(xué)涵蓋主要內(nèi)容第四節(jié)怎樣學(xué)習(xí)生命科學(xué)第五節(jié)二十一世紀(jì)現(xiàn)代生命科學(xué)第4頁(yè)1、豐富多彩生物第一節(jié)什么是生命第5頁(yè)（1）生物都有復(fù)雜結(jié)構(gòu)2、生命特征第6頁(yè)

全部生物體都由細(xì)胞組成（病毒除外）第7頁(yè)生物體內(nèi)每時(shí)每刻都有新物質(zhì)被合成，又有一些物質(zhì)不停被分解，在這種物質(zhì)合成和分解中又伴伴隨能量貯藏和釋放，這就是新陳代謝。生物活動(dòng)需要能量，所以生物必須與外界不停地進(jìn)行物質(zhì)和能量交換。

（2）生物體都有新陳代謝第8頁(yè)第9頁(yè)第10頁(yè)生長(zhǎng)：生物體以細(xì)胞分裂為基礎(chǔ)，細(xì)胞數(shù)量增加伴伴隨生物體個(gè)體從小到大，這就是生長(zhǎng)。發(fā)育：從一個(gè)細(xì)胞開(kāi)始，伴隨細(xì)胞分裂和分化，生物體就逐步形成組織、器官、系統(tǒng)等而成為一個(gè)完整個(gè)體，這個(gè)過(guò)程就是發(fā)育。（3）生物都有生長(zhǎng)和發(fā)育第11頁(yè)所謂“生生不息，生命不止”，是說(shuō)任何生物都含有繁殖后代能力。在自然界，唯有生物含有繁殖能力。生物繁殖包含無(wú)性繁殖、有性繁殖等形式，繁殖過(guò)程中伴伴隨遺傳、變異和進(jìn)化。遺傳由基因決定，但一些性狀會(huì)發(fā)生變異，可遺傳變異是生物進(jìn)化基礎(chǔ)，進(jìn)化表現(xiàn)為生物對(duì)環(huán)境改變不停適應(yīng)。

（4）生物都能繁殖第12頁(yè)第13頁(yè)生物能接收外界刺激而發(fā)生符合目標(biāo)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果使生物“趨利避害”。生物都能響應(yīng)刺激能力是生物普遍特征。動(dòng)物感覺(jué)器官和神經(jīng)系統(tǒng)是應(yīng)激性高度發(fā)展產(chǎn)物。

（5）生物都能響應(yīng)刺激第14頁(yè)①生物結(jié)構(gòu)都適合一定功效，如鳥(niǎo)類(lèi)翅膀結(jié)構(gòu)適合于翱翔，人眼睛結(jié)構(gòu)適合于感受物象等；②生物結(jié)構(gòu)和功效適合于該生物在特定環(huán)境條件下生存和延續(xù)，如魚(yú)體型和用鰓呼吸適于在水中生活，被子植物花及傳粉過(guò)程適于在陸地環(huán)境中進(jìn)行有性繁殖等。

（6）生物都能適應(yīng)環(huán)境第15頁(yè)生命是含有以上共同特征物質(zhì)存在形式第16頁(yè)生命是含有以上共同特征物質(zhì)存在形式。從生物學(xué)角度定義：由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成多分子體系，它含有不停自我更新、繁殖后代以及對(duì)外界產(chǎn)生反應(yīng)能力。生命定義第17頁(yè)4、特殊生命——病毒第18頁(yè)第19頁(yè)第20頁(yè)第二節(jié)為何要學(xué)習(xí)生命科學(xué)當(dāng)代生命科學(xué)發(fā)展1928年，F(xiàn)leming發(fā)覺(jué)了青霉素，在第二次世界大戰(zhàn)后期拯救了幾百萬(wàn)人生命。1953年，Watson和Crick首次提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，奠定了當(dāng)代遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)，從而取得了諾貝爾獎(jiǎng)。有學(xué)者高度評(píng)價(jià)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型確實(shí)立是“諾貝爾獎(jiǎng)中諾貝爾獎(jiǎng)”。第21頁(yè)1973年，美國(guó)斯坦福大學(xué)和加州幾個(gè)研究小組科學(xué)家們幾乎在同時(shí)分別完成了DNA體外重組，一舉打開(kāi)了基因工程大門(mén)，他們被譽(yù)為重組DNA技術(shù)之父。1997年，蘇格蘭羅斯林研究所生物學(xué)家完成了首例哺乳動(dòng)物——綿羊“多莉”克隆，消息傳出后，立刻在全球范圍內(nèi)引發(fā)了一場(chǎng)相關(guān)克隆激烈爭(zhēng)論。第22頁(yè)

年6月26日，在多國(guó)參加和協(xié)調(diào)下，人類(lèi)基因組工作框架圖已經(jīng)完成，標(biāo)志著功效基因組時(shí)代到來(lái)。

年，人類(lèi)在干細(xì)胞研究方面取得重大突破。

年，中國(guó)科學(xué)家完成世界第一張秈稻基因組精細(xì)圖。

年，各大媒體上又相繼傳出一些與人類(lèi)重大疾病相關(guān)基因被發(fā)覺(jué)。第23頁(yè)2004年是火星探測(cè)年，其中最引人關(guān)注消息是火星上有水存在痕跡，據(jù)此推測(cè)火星上曾經(jīng)有生命活動(dòng)。，基因組測(cè)序方法改進(jìn)和大規(guī)模測(cè)序。年1000種動(dòng)植物基因組計(jì)劃。20，北大鄧宏魁團(tuán)體用小分子化合物誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程為多潛能干細(xì)胞。當(dāng)今，以計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息技術(shù)、生命科學(xué)及生物技術(shù)為代表高科技正在迅猛發(fā)展，它們代表了當(dāng)代科學(xué)發(fā)展前沿，并成為當(dāng)代高科技兩大支柱。第24頁(yè)2、人類(lèi)面臨挑戰(zhàn)春，一場(chǎng)突如其來(lái)傳染性非經(jīng)典肺炎又稱(chēng)嚴(yán)重性急性呼吸綜合征（SARS）在全世界許多國(guó)家蔓延，災(zāi)難面前人們談虎色變，一場(chǎng)不見(jiàn)硝煙新戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始了。年，禽流感災(zāi)難愈演愈烈，不但造成一些國(guó)家養(yǎng)殖業(yè)巨大損失，禽流感還向人類(lèi)蔓延，防范人類(lèi)感染禽流感成為世界各國(guó)共同面正確重大難題。第25頁(yè)2、人類(lèi)面臨挑戰(zhàn)

年3月底至4月中旬，曾經(jīng)被稱(chēng)為“豬流感”甲型H1N1流感首先在墨西哥被發(fā)覺(jué)和確診，隨即涉及世界各地，引發(fā)世界衛(wèi)生組織和各國(guó)政府高度重視。1918年，世界上1/5人屈服于流感淫威之下，幾千萬(wàn)人死亡。殊不知，以后每隔大約10-20年人類(lèi)就要遭受一次全球性流感殺手攻擊。第26頁(yè)實(shí)際上，當(dāng)今人類(lèi)社見(jiàn)面臨重大問(wèn)題和挑戰(zhàn)還有很多，諸如：人口膨脹、糧食短缺、疾病危害、環(huán)境污染、能源危機(jī)、資源匱乏、生態(tài)平衡被破壞和生物物種大量消亡等。第27頁(yè)

地球人口以爆炸方式增加，由此引發(fā)糧食短缺、環(huán)境污染以及盲目標(biāo)資源開(kāi)發(fā)帶來(lái)生態(tài)環(huán)境破壞長(zhǎng)久以來(lái)一直困擾著人類(lèi)。另一重大挑戰(zhàn)來(lái)自微觀世界。人與HIV等病毒斗爭(zhēng)從未停頓，而人類(lèi)似乎至今仍沒(méi)有顯著優(yōu)勢(shì)。處理人類(lèi)生存與發(fā)展所面臨一系列重大問(wèn)題，在很大程度上將依賴(lài)于生命科學(xué)發(fā)展。生命科學(xué)對(duì)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)、科技、政治和社會(huì)發(fā)展作用是全方位。第28頁(yè)第三節(jié)生命科學(xué)涵蓋主要內(nèi)容

1、生命科學(xué)概念與基本內(nèi)容（1）生命科學(xué)生命科學(xué)是碩士物體及其活動(dòng)規(guī)律科學(xué)。人們慣用生命泛指全部生物和廣義或抽象生物活動(dòng)現(xiàn)象，而用生物來(lái)特指某一個(gè)含有生命特征個(gè)體或群體。第29頁(yè)（2）生命科學(xué)體系生命科學(xué)所包括研究范圍很廣，從最簡(jiǎn)單病毒、單細(xì)胞生物到復(fù)雜龐大藍(lán)鯨和人類(lèi)本身，與生物多樣性一樣，生命科學(xué)分支學(xué)科也是各種多樣。第30頁(yè)①依據(jù)研究對(duì)象不一樣劃分生命科學(xué)分為：動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)、病毒學(xué)等。這些學(xué)科分別研究動(dòng)物、植物或微生物形態(tài)、分類(lèi)、生理、生態(tài)、分布、遺傳、進(jìn)化及其與人類(lèi)關(guān)系。②依據(jù)研究?jī)?nèi)容特點(diǎn)劃分生命科學(xué)可分為：分類(lèi)學(xué)、形態(tài)學(xué)、胚胎學(xué)、古生物學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)等。③依據(jù)生物體結(jié)構(gòu)水平來(lái)劃分生命科學(xué)可分為：分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)、器官生物學(xué)、個(gè)體生物學(xué)、群體生物學(xué)等。第31頁(yè)生物體是高度組織化復(fù)雜生命形式，我們能夠在不一樣層次和水平上來(lái)認(rèn)識(shí)它們。2、宏觀與微觀關(guān)系第32頁(yè)

當(dāng)代生命科學(xué)研究正在由宏觀向微觀深入發(fā)展，分子生物學(xué)正在向揭示生命本質(zhì)前進(jìn)，即用化學(xué)分子語(yǔ)言來(lái)說(shuō)明生命現(xiàn)象統(tǒng)一性、復(fù)雜性和有效性。還能夠使人類(lèi)有可能從本質(zhì)上和機(jī)理上深入揭示生物遺傳、信息傳遞和代謝調(diào)控奧秘。對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)和功效研究最終需要表達(dá)在細(xì)胞和個(gè)體水平上和解釋生物多樣性甚至生態(tài)問(wèn)題。

分子水平上揭示生命奧秘第33頁(yè)3、生命科學(xué)和生物技術(shù)最新進(jìn)展

在生命科學(xué)領(lǐng)域，學(xué)科界限逐步含糊，分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)已經(jīng)密不可分。

新技術(shù)和新方法建立和引入，如生物芯片技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)方法、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)方法、生物信息學(xué)理論和方法、各種質(zhì)譜、波譜、單分子技術(shù)等，在基礎(chǔ)生物學(xué)研究中發(fā)揮著越來(lái)越主要作用。生物學(xué)中熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題還會(huì)不停衍生出新分支學(xué)科和交叉學(xué)科。第34頁(yè)20世紀(jì)后葉，生命科學(xué)領(lǐng)域突破性成就，改變了它在自然科學(xué)中地位，也引發(fā)了一場(chǎng)生物技術(shù)革命，給人類(lèi)帶來(lái)巨大利益和財(cái)富。跟蹤生命科學(xué)和生物技術(shù)最新進(jìn)展，不停更新知識(shí)，是因?yàn)樗鼈兪钱?dāng)今科技發(fā)展最快、最含有挑戰(zhàn)性學(xué)科領(lǐng)域，學(xué)習(xí)生命科學(xué)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。第35頁(yè)1、興趣是最好老師2、提出問(wèn)題和構(gòu)想3、進(jìn)行試驗(yàn)第四節(jié)怎樣學(xué)習(xí)生命科學(xué)第36頁(yè)

試驗(yàn)科學(xué)應(yīng)有科學(xué)方法，大量科學(xué)結(jié)論都是建立在科學(xué)方法之上。（1）觀察①客觀反應(yīng)事物②科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)③不受原有知識(shí)束縛

（2）假說(shuō)和試驗(yàn)第37頁(yè)因?yàn)榉N種原因，直接用研究對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)顯得非常困難，或者簡(jiǎn)直不可能時(shí)，可用模型代替研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。慣用生物學(xué)模型試驗(yàn)有以下幾種：①動(dòng)物模型②機(jī)械和電子模型

（3）模型試驗(yàn)③抽象模型第38頁(yè)第五節(jié)21世紀(jì)當(dāng)代生命科學(xué)物質(zhì)文明發(fā)展引發(fā)了許多嚴(yán)重問(wèn)題，人口爆炸、糧食短缺、環(huán)境污染和資源枯竭等全球性問(wèn)題困擾著人類(lèi)，可連續(xù)發(fā)展已成為全球呼聲。在這種大背景下，人們對(duì)生命科學(xué)寄予很大希望。1、生命科學(xué)與社會(huì)可連續(xù)發(fā)展第39頁(yè)2、生命科學(xué)與農(nóng)業(yè)發(fā)展

超級(jí)雜交稻人工培育超級(jí)雜交稻產(chǎn)量高為處理饑餓與糧食短缺做出了重大貢獻(xiàn)。過(guò)去幾十年中，依靠雜交育種，糧食短缺得到了一定緩解，二十一世紀(jì)中，基因工程將在育種中發(fā)揮更重要作用。農(nóng)業(yè)首要任務(wù)是處理糧食短缺問(wèn)題。世界人口在增加，糧食需求量增大，而耕地面積卻在降低，因而必須依靠培育優(yōu)良品種，大幅度提升單產(chǎn)。第40頁(yè)要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必須克服農(nóng)業(yè)化學(xué)化帶來(lái)惡果?；逝c農(nóng)藥大量使用雖然提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，不過(guò)消耗了大量能源與資源，還造成嚴(yán)重環(huán)境污染。固氮基因工程研究已經(jīng)有不小進(jìn)展，二十一世紀(jì)初期可望成功，到時(shí)氮肥廠將關(guān)門(mén)大吉。培育抗病蟲(chóng)害農(nóng)作物新品種，實(shí)施生物防治，將降低對(duì)農(nóng)藥依賴(lài)性。第41頁(yè)煤與石油資源枯竭指日可待，核燃料也必有罄盡之時(shí)。所以，利用太陽(yáng)能、利用可再生資源，才能真正徹底處理能源問(wèn)題。在處理能源問(wèn)題方面，人們對(duì)生物技術(shù)寄予厚望。①用農(nóng)副產(chǎn)品發(fā)酵生產(chǎn)酒精，代替汽油作燃料，在巴西已進(jìn)入實(shí)用；

②培育含油量高植物生產(chǎn)燃料用油研究也已經(jīng)有進(jìn)展；3、生命科學(xué)與能源問(wèn)題第42頁(yè)③更具吸引力研究課題是：研究清楚植物光合作用中將水分子分解為氫氣與氧氣機(jī)制及其催化劑酶結(jié)構(gòu)，人工模擬光合作用，利用太陽(yáng)能分解水得到氫燃料，這么就有了用之不竭可再生能源。第43頁(yè)（1）研制更有效藥品（2）改造人基因組成

4、生命科學(xué)與人健康長(zhǎng)壽①?gòu)奶烊簧锂a(chǎn)物中提?、诨瘜W(xué)合成③

發(fā)酵產(chǎn)物其中，①和

③都與生命科學(xué)技術(shù)親密相關(guān)。預(yù)計(jì)，到

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世紀(jì)中葉，藥品將主要依靠基因工程改造過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)。人類(lèi)基因組約含2-3萬(wàn)個(gè)基因，把人全部基因在染色體上進(jìn)行定位以及破譯全部遺傳信息，這項(xiàng)巨大科研課題稱(chēng)為“人類(lèi)基因組計(jì)劃”已經(jīng)完成。人類(lèi)將可能從根本上了解各種遺傳性疾病、癌癥和心腦血管疾病發(fā)病機(jī)理及防治路徑，改造人基因組成將成為增強(qiáng)體質(zhì)、預(yù)防和治療疾病主要伎倆。第44頁(yè)地球上生物及其生存環(huán)境組成了一個(gè)巨大生態(tài)系統(tǒng)——生物圈。出于貪婪和自私，人類(lèi)對(duì)自然進(jìn)行掠奪式開(kāi)發(fā)換來(lái)了“物質(zhì)文明”，但