现代生命科学基础

介绍生态学（生命学院：郭聪）

生态学什么是生态学

生态学（ecology）是研究有机体与其周围环境相互关系的科学。环境包括非生物和生物环境，前者如温度、可利用水、风，而后者包括同种或异种其它有机体。显然，Haeckel（1866）的定义在此强调的是相互关系，或叫相互作用（interaction），即有机体与非生物环境的相互作用，和有机体之间的相互作用。

生态学与人类的关系

有益生物的种群（如最适持续产量）

控制有害生物的危害（如害虫的综合防治）人口资源环境温室效应臭氧层酸雨荒漠化人类健康生物多样性与生态系统服务生物多样性保护

生态学的主要研究内容

基础生态学的主要内容：

1、个体生态学（生理生态学、生物与环境）内容：各种生态因子

2、种群生态学内容：种群动态

影响种群动态的主要因子（内部原因，外部原因）

为什么大熊猫濒临灭绝（长期种群动态）

为什么有些生物常常大暴发（举例：新疆小家鼠、成都蜘蛛）

3、群落生态学内容：群落结构、群落动态、生物多样性

影响群落结构、群落动态的生态因子

关于生物多样性：内容、时间空间上的变化规律、干扰对多样性的影响物种的分布与环境

4、生态系统生态学内容：食物链与食物网

能量流动与物质循环

生态系统的服务功能（现在的生态系统是否完美）

5、应用生态学：农业保育and so on

思考题：基础生态学的主要研究内容是什么？请对每个主要内容进行简单的陈述。

Why rich in Biodiversity?

Climate 温度Landform 地形，地貌Low population density Behavior of local people (Living requirement and Religions)

细胞重大生命活动与疾病

细胞分化看家基因（house-keeping gene）与组织特异性基因（luxury gene）

细胞分化是发育的核心问题；

细胞分化的实质在于细胞合成特异性蛋白；

特异性蛋白合成的基础在于细胞基因的选择性表达。

细胞分化（cell differentiation）的概念是指结构与功能相同的细胞发生一系列的变化，成为结构与功能不同的细胞的过程。

分化过程涉及：形态结构的变化、基因活性状态的变化、细胞物质组成的变化、细胞功能的变化。

细胞分化的主要特点:

基因表达上的变化，导致细胞/组织特异性蛋白的产生；

不同细胞在蛋白质组成上的差异导致细胞结构的不同, 改变其组成就可改变其形状；

在细胞分化的早期，不同细胞间的差异难以检测，分化是一个渐进的过程；

进入终端分化的细胞往往不再分裂，而终端分化后能够继续分裂的细胞可以维持和传递终端分化状态；

细胞分化往往由细胞外信号控制，但细胞质因子的不对称分布也能导致子细胞的不同分化。

细胞分化的机制同一个体的不同分化的细胞带有相同的DNA(不包括红细胞，部分免疫细胞)→同一个体的不同分化的细胞带有不同的mRNA(miRNA)→同一个体的不同分化的细胞带有不同的蛋白质→同一个体的不同分化的细胞呈现不同的形态和功能.

细胞分化的组合调控：几种基因调节蛋白以不同的组合调节不同的专一基因表达，产生不同的细胞分化。

分化细胞具有个体全部遗传信息的证明——细胞全能型的证明

植物组织培养动物克隆干细胞植物组织培养/植株再生

细胞核移植实验证明：1. 细胞分化中遗传物质没有发生不可逆改变；

2. 细胞质中含有决定核内基因活性的控制因子。

组合信号是细胞分化调控的重要手段细胞分化是一个渐进的过程！胚胎发育可以看作是一团细胞的逐级区域化的过程！

细胞分化的调控机制1，分化的起始：细胞质成分的不对称分布，感受到不同的胞外信号，

2，分化的继续/维持：级联调控分化状态的维持

干细胞是指功能还没有特化，能够自我复制、自我更新(self-renewal)，并且在一定的条件下分化成多种细胞类型的多能性细胞。

细胞的分化潜能

①受精卵，具有真正的全能性(totipotency)，能分化成三个胚层的所有细胞(包括胚胎干细胞) 和胎盘组织等，

②胚胎干细胞(embryonic stem cell, ES cell)，应该说具有多能性(pluripotency)，但实际上往往被叫作“全能”，在体外培养中能几乎无限制增殖，能分化成三个胚层的所有细胞,

③成体干细胞(adult stem cell), 位于成体各组织中，能分化成多种特异组织细胞。包括造血干细胞，神经干细胞，小肠干细胞等，被叫作“具有多能性”。

细胞分化可以看成是一个细胞分化全能性逐渐丧失的过程。

受精卵——胚胎干细胞——组织特异干细胞——终末分化细胞前体细胞——终末分化细胞

干细胞的关键特性自我更新（Selfrenewal）分化（differentiation）

为什么研究干细胞？

①细胞分化研究系统

②潜在的临床应用前景：糖尿病，老年痴呆症，帕金森症，组织损伤，器官置换

癌细胞动物体内因分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞。

具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤；皮组织的恶性肿瘤称为癌。目前癌细胞已作为恶性肿瘤细胞的通用名称。

癌细胞与正常分化细胞明显不同的一点是，分化细胞的细胞类型各异，但都具有相同的基因组；而癌细胞的细胞类型相近，但基因组却发生不同形式的改变。

癌细胞的基本特征：细胞生长与分裂失去控制，具有侵润性和扩散性，细胞间相互作用改变，mRNA转录谱改变，蛋白表达谱或蛋白活性改变，体外培养的恶性转化细胞不同于非转化细胞：可以无限传代，贴壁性下降，丧失接触抑制，注入易感生物体（免疫抑制小鼠）内，会形成肿瘤。