生命科学导论课件01

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生命科学与技术学院 袁明雄
是 现 代 高 等 教 育 的 发 展 趋 势
第二节 为什么要学习生命科学
4. 生命科学的发展需要你的参与 人类社会进入20世纪以后,各门自然科学已经发展到相当高的水平, 20世纪后叶分子生物学取得了一系列的突破性进展,使得生命科学在自然 科学中的地位发生了革命性的变化。 21 世纪被誉为是生命科学的世纪。 一方面,自然科学的其他领域取得的成就为生命科学的进一步发展提供 了理论上和实验技术上的支持。 另一方面,生命科学的发展和进步向数学、物理学、化学、信息科学、 材料及许多工程科学甚至社会科学也提出了很多新问题、新思路和新挑战, 还会带动其他学科的发展和提高。 简单回顾一下:进化论、显微镜、微生物和发酵理论、孟德尔的遗传定 律、摩尔根的染色体的基因定位、 青霉素的发现、 遗传物质 DNA 的证明, DNA 双螺旋结构模型,DNA 的体外重组,PCR 技术的发明,克隆羊“多莉” 的诞生等等。生命科学的下一个(几个)名人是谁?
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第二节 为什么要学习生命科学
实际上,当今人类社会面临的重大问题和挑战还有很多,诸如:人口膨 胀、粮食短缺、疾病危害、环境污染、能源危机、资源匮乏、生态平衡被破 坏和生物物种大量消亡等。
地球人口以爆炸的方式增长,由此引发的粮食短缺、环境污染以及盲目的资 源开发带来的生态环境的破坏长期以来一直困扰着人类。另一重大挑战来自微观 世界。人与 HIV 等病毒的斗争从未停止,而人类似乎至今仍没有明显的优势。
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引 发 公 众 对 世 界 及 人 类 未 来 的 遐 想 。
们 对 待 生 命 的 态 度 和 对 自 身 的 认 识 , 并 且
生 命 科 学 每 前 进 一 步 都 直 接 影 响 着 人
第二节 为什么要学习生命科学
20 世纪末,一些国际著名的新闻媒体评选 20 世纪 100 件大事,在包括 政治、经济、文化、历史、战争和科学等的 100 件大事中,涉及自然科学的 大事大部分属于生命科学领域。 1928 年,Fleming 发现了青霉素,在第二次世界大战后期拯救了几百万 人的生命。 1953 年,Watson 和 Crick 首次提出了 DNA 双螺旋结构模型, 奠定了 现代遗传学和分子生物学的基础,从而获得了诺贝尔奖。有的学者高度评价 DNA 双螺旋结构模型的确立是“诺贝尔奖中的诺贝尔奖”。 1973 年,美国斯坦福大学和加州的几个研究小组的科学家们几乎在同时 分别完成了 DNA 体外重组,一举打开了基因工程的大门,他们被誉为重组 DNA 技术之父。 1997年,苏格兰的罗斯林研究所的生物学家完成了首例哺乳动物——绵 羊“多莉”的克隆,消息传出后,立刻在全球范围内引发了一场有关克隆的 激 烈争论。 生命科学与技术学院 袁明雄
噬菌体结构模式图
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第一节 什么是生命
生命的家园 自然界存在生物与非生物两大类,它们可以被区分,但 又不能彼此孤立地存在。生物依赖于环境,它们与环境不断地交换物质 和能量,并适应于环境而生存;生物又影响和改变着环境。生物与环境 是相互作用的统一体。
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第二节 为什么要学习生命科学
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。
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第二节 为什么要学习生命科学
3. 生命科学知识多多益善 (1)没有生命的大自然难以想象 地球上的生物有形有色、千变万化,多种多样的生物构成了真实和精彩 的大自然。 它们制造氧气,让我们能够呼吸;它们提供食物,让我们的生命得以延 续;它们提供能源和各种资源,让我们的生 动 活有了物质的保证。事实证明,人们的日常 人 物 的 如是 生活越来越离不开对生命科学知识的学习和 毛 健 手 何 皮 否 康面 机 理解。 制的 应 造 对 作电 该 成 当生命科学与技术发展到能改变人类自 转抵 的 危基 磁 皮 制 害因 身构成的时候,它就不仅仅是涉及到技术的 辐 革 使 ?食 射 服是 用 复杂性,还涉及到伦理道德等社会问题, 品 饰否 野 ? 的认识和看法以及公众的认识和看法就会或 ?对 生 多或少地发挥着作用和影响。如转基因。
你曾否注意到:在所有的科技新闻中,与生命科学和生物技术相关的 报道出现的频率最高。我们生活在一个生命科学大发展的时代,新的生命 科技浪潮使我们的生活更富有挑战性。 1. 从达尔文的进化论到克隆羊“多莉” 在 1859 年,达尔文的《物种起源》 出版了,一天之内该书的第一版便销售 一空。因为他的关于生物进化的革命性 理论不仅引起了科学界的广泛关注,在 当时还引起了广大平民百姓的兴趣。 1997 年2 月,当生物学家完成了首 例哺乳动物——绵羊“多莉”的克隆时, 这个神奇的故事立刻上了各种传播媒介 的首页和头条。一夜之间,全球大多数 生物技术公司的股票价值迅速上升。
动物的拟态和其他适应
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第一节 什么是生命
4. 特殊的生命——病毒 病毒没有细胞结构,在它侵入宿主细胞之前,不能繁殖,连新陈代谢活 动也没有,生命的许多基本特征病毒都不具有。而且,许多病毒却可以像无 机物一样结晶。它们好像不是生物体。 但是,病毒的结构中有最基本的两种生命大分子——蛋白质和核酸,一 旦它侵入宿主细胞,就能够借助于宿主细胞的一套生命物质系统复制自己, 大量繁殖,明显地表现出了生命的特征。
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第二节 为什么要学习生命科学
除了媒体评选的大事以外,近年来有关生命科学的大事还有很多。 2000 年 6 月 26 日,在多国参与和协调下,人类基因组工作框架图已经 完 成,标志着功能基因组时代的到来。 2001 年,人类在干细胞研究方面取得重大突破。 2002 年,Science 杂志以长达 14 页的篇幅介绍了中国科学家完成的世界 第一张籼稻基因组的精细图。 2003 年,各大媒体上又相继传出一些与人类重大 疾病相关的基因被发现。 2004 年是火星探测年,其中最引人关注的消息是 火星上有水存在的痕迹,据此推测火星上曾经有生命 的活动。 当今,以计算机科学及信息技术、生命科学及生 物技术为代表的高科技正在迅猛发展,它们代表了现 代科学发展的前沿,并成为现代高科技的两大支柱。 英国《nature》封面
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第一节 什么是生命
(6)生物都能适应环境 适应是生物中普遍的现象,生物对环境的适应性有 2 个方面的涵义: ① 生物的结构都适合一定的功能,如鸟类的翅膀的构造适合于飞翔, 人的眼睛的构造适合于感受物象等; ② 生物的结构和功能适合于该生物在特定环境条件下的生存和延续, 如鱼的体型和用鳃呼吸适于在水中生活,被子植物的花及传粉过程适于在 陆地环境中进行有性繁殖等。 什么是生命? 生命就是集合上述主要特征、 开放有序的物质存在形式。 这是一种回答或一家之言。
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第一节 什么是生命
3. 生命的特征 (1)生物都有复杂的结构 除了病毒以外,所有的生物体都是由细胞组成的,由成千上万的细胞 可以组成复杂的生物体,如大熊猫或人体,高大的树木。单个细胞也可以 是简单的生物体,如细菌或单细胞藻类。
所 有 的 生 物 体 都 由 细 胞 组 成
第一章
生物与生命科学
生 命 科 学 导 论
第一节 什么是生命 第二节 为什么要学习生命科学
第三节 生命科学涵盖的主要内容
第四节 如何学习生命科学
第五节 21 世纪的现代生命科学
生 命 科 学 与 技 术 学 院 袁 明 雄 ymingx@
第一节 什么是生命
1. 丰富多彩的生物 自然界之所以美,除了大自然巧夺天工的让人美不胜收的各种各样的 景观外,那生活在这自然界中的各种生物确也令人眼花缭乱、遐想无穷。 相信不少同学在《动物世界》或《人与自然》节目面前流连忘返!生 命有形,梦想无限。我们享受生活,因为我们具有生命,我们也是生物界 中的一员。 2. 生命的本质 哲学家难以回答“人是什么”,美学家难以回答“美是什么”,生物学 家也 难以回答“ 生命是什么”。 生命是什么?“活的东西就是生命”,“能动的东西是生命”,“生命 可以 新陈代谢”等等。这些回答都没有错。但是,对于生命,至今还没有一个被 普遍接受的定义。 为了简单明了并且较系统地回答什么是生命这个问题,就要区别生命 与非生命,首先要讨论生命的特征,认识生命与非生命物质的根本区别。
食 虫 植 物
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袁明雄
第一节 什么是生命
(3)生物都有生长和发育 生长:生物体以细胞分裂为基础,细胞数量的增加伴随着生物体个体的 从小到大,这就是生长。 发育:从一个细胞开始,随着细胞的分裂和分化,生物体就逐渐形成组 织、器官、系统等而成为一个完整的个体,这个过程就是发育。 (4)生物都能繁殖 所谓“生生不息,生命不止”,是说任何生物都具有繁殖后代的能力。 在 自然界,唯有生物具有繁殖的能力。生物繁殖包括无性繁殖、有性繁殖等形 式,繁殖过程中伴随着遗传和变异。 (5)生物都能响应刺激 生物能接受外界刺激而发生符合目的的反应,反应的结果使生物 “趋利 避害”。 生物都能响应刺激的能力是生物的普遍特性。动物的感觉器官和神经系 统是应激性高度发展的产物。
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第三节 生命科学涵盖的主要内容
1. 生命科学概念与基本内容 (1)生命科学 生命科学是研究生物体及其活动规律的科学。 人们常用生命来泛指所有的生 物和广义或抽象的生物活动现象, 而用生物来特指某一种具有生命特 指的个体或群体。 (2)生物多样性 据估计在地球的生物共有 500 —5000万种。不同的生物有不同的 特征和生存环境,另一方面,所有 的生物都具有一些共同的特征。我 们可以在不同的层面和深度来认识 这些特征。
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第二节 为什么要学习生命科学
(2)你有可能成为一名生物学家 即使你不打算以生命科学或生物技术的某一领域为今后的职业,学习 生命科学也将帮助你更好地认识你自己,因为人体本身就是生命。 也许你会成为一名生物学家,你将会帮 学 习 助阐明人类大脑的复杂机理,或培育抗病、 生 抗旱的农作物品种,或发现征服人类很多疾 命 科 病包括癌症的方法,等等。 学 (3)缺少生命科学的基本概念是遗憾 如果在大学生时代不懂得什么是 DNA、 什么是克隆等基本概念,不了解保护生物多 样性的重要意义,不了解生物技术与人类社 会及经济发展的关系,将可能成为一种遗憾。 许多大学都将基础生命科学列为本科生 的必修课程实在是不足为怪。
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第二节 为什么要学习生命科学
2. 人类面临的挑战 我们不妨再从人类发展的角度转换到人类面临的危机与挑战的角度来 看待问题。 2003年春,一场突如其来的传染性非典型肺炎又称严重性急性呼吸综合 征(severe acute respiratory syndrome, SARS)在全世界的许多国家蔓延, 灾难面前人们谈虎色变,一场不见硝烟的新战争开始了。 2005年,禽流感的灾难愈演愈烈,不但造成了一些国家养殖业的巨大损 失,禽流感还向人类蔓延,防范人类感染禽流感成为世界各国共同面对的重 大难题。 2009 年 3 月底至 4 月中旬,曾经被称为“猪流感”的甲型 H1N1 流感首 先 在墨西哥被发现和确诊,随后波及世界各地,引起世界卫生组织和各国政府 1918 年,世界上 1/5 的人屈服于流感的淫威之下,几千万人死亡。殊不 的高度重视。 知,以后每隔大约 10-20 年人类就要遭受一次全球性流感杀手的袭击。
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第一节 什么是生命
(2)生物体都有新陈代谢 生物体内每时每刻都有新的物质被合成,又有一些物质不断被分解,在 这种物质合成和分解中又伴随着能量的贮藏和释放,这就是新陈代谢。生物 的活动需要能量,因此生物必须与外界不断地进行物质和能量交换。
物 质 的 合新 成陈 与代 分谢 解 及 能 量 转 换
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