第一章 生命系统与生命科学.ppt

1、第一章本章内容n n生命科学的重要性n n生命的起源和定义n n生命科学的分科n n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？n n生命科学是21世纪自然科学的带头学科n n生命科学充满未解之谜n n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生物科学的前沿n n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n nDNA重组技术n n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？达尔文达尔文 1859 1859 物种的起源物种的起源19971997绵羊绵羊“多利多利”克隆克隆 股票股票美国时代周刊 本世纪本世

2、纪100100件大事件大事1928-1942 Fleming 发明青霉素1953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DNADNA双螺旋结构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：生物技术革命生物技术革命2121 创造生命创造生命 ！信息革命信息革命 2020 解放大脑解放大脑工业革命工业革命 1919世纪世纪

3、 解放双手解放双手 比尔盖兹比尔盖兹2121世纪将面临的许多世界性的难题世纪将面临的许多世界性的难题n n人口膨胀n n粮食紧张n n环境污染n n能源紧缺n n遗传疾病生命科学的重要性当今人类社会面临最重大的问题和挑战n n人口膨胀；人口膨胀；人口膨胀；人口膨胀；n n粮食短缺；粮食短缺；粮食短缺；粮食短缺；n n疾病危害；疾病危害；疾病危害；疾病危害；n n环境污染；环境污染；环境污染；环境污染；n n能源危机；能源危机；能源危机；能源危机；n n资源匮乏；资源匮乏；资源匮乏；资源匮乏；n n生态平衡破坏；生态平衡破坏；生态平衡破坏；生态平衡破坏；n n生物物种大量消亡。生物物种大量消亡。

4、生物物种大量消亡。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全方位的。一、生命科学是21世纪自然科学的带头学科n n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人们们的的日日常常生生活活越越来来越越离离不不开开对对生生命命科科学学知知识识的的学学习习和和理理解。解。手机是否对人的手机是否对人的健康有影响？健康有影响？如何面对转基因如何面对转基因食品？食品？抵制野生动物毛抵制野生动物毛皮制作的衣物？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当生生

5、命命科科学学与与生生物物技技术术的的发发展展到到了了能能改改变变人人类类自自身身构构成成的的时时候候，它它不不仅仅仅仅涉涉及及技技术术的的复复杂杂性性，还还涉涉及及伦伦理理道道德德等等社社会会问问题题。您您的的认认识识和和看看法法以以及及公公众众的的认认识识和和看看法法就就会会对对政政府府的的决决策策及及生生物物技技术术的发展方向甚至人类社会的发展有重大的作用和影响。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。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、诊断芯片生物技术公司：基因药物、诊断芯片 。如果从事物

6、理学、自动化、计算机、材料科学、学科交叉。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、认识生命每一个人：认识自己、认识生命 。非非生生物物类类专专业业学学生生学学习习基基础础生生物物学学知知识识是是现现代代高高等等教教育育的的发发展展趋趋势势 。三、生命科学充满未解之谜n“猛犸之谜”n“恐龙灭绝之谜”n 龟鳖家族的长寿之谜生命科学的重要性“猛犸之谜”生命科学的重要性“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

7、学与人类社会的发展 息息相关n n农业方面n n能源方面n n医药卫生方面n n轻工业、食品工业、酶工程n n其他方面生命科学的重要性1.农业方面n n遗传育种农作物、畜牧业的优良品种 （无籽西瓜）n n生物杀虫剂n n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n n酒精代替汽油作燃料n n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n n新的抗菌素、疫苗n n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n n基因工程菌与基因疗法 胰岛素、干扰素、

8、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n n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n n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5.5.其他方面其他方面n细菌造雪n细菌保护古建筑n无法假冒的生物笔生命科学的重要性细 菌 造 雪 美国科学家发美国科学家发现假单胞菌能在寒现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾冷的环境中将水雾凝结成雪花。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

9、重要性在含钙的情况下能够在含钙的情况下能够形成钙的微晶体，以形成钙的微晶体，以保护古建筑。保护古建筑。无法假冒的生物笔利用在墨水利用在墨水中加入含有中加入含有特定序列的特定序列的DNADNA片段，片段，使别人无法使别人无法假冒你的墨假冒你的墨迹。迹。生命科学的重要性n n生命的定义生命的定义n n生命起源之谜生命起源之谜n n生命的本质特征生命的本质特征n n与与“生命的本质生命的本质”相关的一些观点和相关的一些观点和理论理论生命是什么？生命是什么？“生命生命”应如何定义应如何定义？第二节：生命的起源和定义生命是什么？生命是什么？“生命生命”应如何定义？应如何定义？生命的起源和定义生命是什么？

10、生命是什么？“生命生命”应如何定义？应如何定义？生命的起源和定义生命是什么？生命是什么？“生命生命”应如何定义？应如何定义？生命的起源和定义一、生命的定义一、生命的定义n n从生物学角度的定义n n从物理学角度的定义n n从生物物理学角度的定义n n“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n n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”n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

11、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n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、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n生命的物质基础是蛋白质和核酸。n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。n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。生命的涵义生命的涵义生命的起源和定义二、生命起源之谜二、生命

12、起源之谜n宗教认为上帝创造了生命n古代人认为生命是自然发生的n达尔文的探索n奥巴林的生命起源假说n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n n“适者生存适者生存”自然选择理论的精自然选择理论的精髓；达尔文髓；达尔文18591859年年写下写下物种起源物种起源。生命的起源和定义4.奥巴林的生命 起源假说n n“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

13、定义5.米勒的实验 生命起源于无机物生命的起源和定义三三、与与“生生命命的的本本质质”相关 的一些观点和理论的一些观点和理论n生机论 将生物现象归结为一种非物质的“活力”n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n n还原论还原论 生物的一切都可用分子和分子相互作用的规律来说明n n整体论整体论 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三三、与与“生生命命的的本本质质”相关 的一些观点和理论的一些观点和理论四、生命的本质特征四、生命的本质特征n n化学成分的同一性n n严整有序的结构n n新陈代谢n n应激性和运动n n内稳态n n生

14、长发育n n繁殖与遗传n n适应生命的起源和定义1.化学成分的同一性生生物物体体是是由由蛋蛋白白质质、核核酸酸、脂脂类类、糖糖类类、维维生生素素等等多多种种有有机机分分子子以以及及C C、H H、O O、N N、P P、S S等等无无机机元素组成。元素组成。蛋白质：由蛋白质：由2020种氨基酸组成。种氨基酸组成。核酸：由核酸：由8 8种核苷酸组成。种核苷酸组成。各各种种生生物物编编制制基基因因程程序序的的遗遗传传密密码码是是统统一一的的，各种生物都是以各种生物都是以ATP(ATP(三磷酸腺苷三磷酸腺苷)为贮能分子。为贮能分子。生命的起源和定义蛋白质由蛋白质由2020种氨基酸组成种氨基酸组成生命

15、的起源和定义2.严整有序的结构生命的基本单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：细胞 组织 器官 系统 个体种群群落生态系统生命的起源和定义细细 胞胞 的的 结结 构构生命的起源和定义植物细胞结构图植物细胞结构图细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）3.3.新陈代谢新陈代谢生生物物体体不不断断地地吸吸收收外外界界的的物物质质，在在生生物物体体内内发发生生一一系系列列变变化化，最最后后成成为为代代谢谢最最终终产产物物而而被排出体外。被排出体外。合合成成作作用用（anabolismanabolism）从从外外界界摄摄取取物物质质和和能能量量，将将它它们们转转化化为为生生命命本本身身的的

16、物物质质和和贮贮存存在化学键中的化学能。在化学键中的化学能。分分解解作作用用（catabolismcatabolism）分分解解生生命命物物质质，将将能量释放出来，供生命活动之用。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 ATP4.应激性和运动生物接受外界刺激后会发生反应，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

17、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。生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续。生生物物的的遗遗传传是是由由基基因因决决定定的的，生生物物的的某某些些性性状状会会发发生生变变异异；没没有有可可遗遗传传的的变变异异，生生物物就就不不可可能能进进化。化。生命的起源和定义漂亮的漂亮的模特儿模特儿 遗传学家遗传学家生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质8.8.适适 应应适应的含义：适应的含义：（1 1）生物的结构都适应）生物的结构都适应 于一定的功能。于一定的功能。（2 2）生物的结构和功能）生物的结构和功能 适应于其

18、在一定环适应于其在一定环 境条件下的生存和境条件下的生存和 延续。延续。适应是生物界普遍存在适应是生物界普遍存在的现象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？生命是什么？“生命生命”应如何定义？应如何定义？生命的起源和定义生命是什么？生命是什么？“生命生命”应如何定义？应如何定义？生命的起源和定义生命是什么？生命是什么？“生命生命”应如何定义？应如何定义？生命的起源和定义五、特殊的生命病毒DNADNA蛋白质蛋白质头部头部尾部尾部尾丝尾丝生命的起源与定义第三节第三节 生命科学的分科生命科学的分科n n按生物类群或研究对象来分按生物类群或研究对象来分n n按研

19、究的生命现象或生命过程来分按研究的生命现象或生命过程来分n n按生物结构的层次来分按生物结构的层次来分n n按与其他学科的关系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来分一、按生物类群或研究对象来分n n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二、按研究的生命现象或生命过程来分n n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三、按生物结构的层次来分n n种群生物学、细胞生物学、分子生物学

20、、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四、按与其他学科的关系来分n n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第四节 研究生命过程的方法研究生命过程的方法n n一般研究方法n n研究步骤生命科学的研究方法观察、提问、设想、推理、观察、提问、设想、推理、观察、提问、设想、推理、观察、提问、设想、推理、分析及实验验证等是科学创分析及实验验证等是科学创分析及实验验证等是科学创分析及实验验证等是科学创新的基本要素。在这些基本新的基本要素。在这些基本新的基本要素。在这些基本新的基本要素。在这些基本要素中，天性好奇和提出好

21、要素中，天性好奇和提出好要素中，天性好奇和提出好要素中，天性好奇和提出好的问题是学习和创新的发动的问题是学习和创新的发动的问题是学习和创新的发动的问题是学习和创新的发动机。机。机。机。密切联系实践密切联系实践密切联系实践密切联系实践 。树立正确的科学态度，掌握树立正确的科学态度，掌握树立正确的科学态度，掌握树立正确的科学态度，掌握正确的科学方法正确的科学方法正确的科学方法正确的科学方法 。一、提出问题和设想 二、一般研究方法n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n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n n生命科学的重要性n n生命的起源和定义n n生命科学的分科n n生命科学的研究方法结结 束束返回总目录返回总目录