浅谈生命科学的发展对人类生活的影响

浅谈生命科学的发展对人类生活的影响

12310432 王正化学学院12级环境科学

摘要回顾了生命科学的主要发展历程，对20世纪中叶以来生命科学的发展趋势作了简要介绍。20世纪70年代诞生的基因工程及PCR技术、克隆技术和干细胞研究等现代生物技术，使生命科学的发展进入了一个新阶段．这些以创造或改变生物类型及生物机能为目标的现代生物技术已成为新技术革命的三大支柱之一。通过探寻生命本质及生长发育、疾病、衰老等奥秘，揭示生命现象的内在规律。随着生物技术在医药、食品化工、农业、环保以及能源、采矿等工业部门中的广泛应用，它正在对人类经济及社会生活和社会进步产生深刻而广泛的影响。

关键词生命科学生物技术人类生活影响

1 生命科学的概念

简单来说生命科学就是研究生命现象及其规律的科学。它既研究各种生命活动的现象和本质，又研究生物与生物之间、生物与环境之间的相互关系，以及生命科学原理和技术在人类经济、社会活动中的应用。它是由多个基础学科、应用学科及交叉学科协同发展构成的综合学科群。

随着生命科学的发展，人们逐步认识到生命是高度组织化的物质结构，其分子基础是蛋白质和具有自我复制和负载遗传信息功能的核酸等生物大分子。生命具有新陈代谢、生长发育、遗传变异和对刺激反应等特征。这些特征是生命活动的具体反映。生命科学就是研究生命运动及其规律的科学。

2 生命科学的发展历程

生命科学是一门历史悠久的学科。在人类文明的初期，人们就注意到了生命与非生命的区别，并对生物进行观察、描述，收集整理了大量的材料。l7世纪前，由于科学技术水平的限制和神学对人们思想的桎梏，古老的生物学始终停留在观察和描述阶段。到l8世纪，伴随工业革命和自然科学的发展，对生物进行分门别类的研究成为主要课题，林奈(C．Linnaeus)总结了前人的成果，建立了系统分类学。l9世纪，物理学和化学进一步发展，新技术不断地应用于生物研究，使生物学由描述性的学科发展为实验性的学科。1838—1839年，德国的植物学家施莱登(M．J．Schleiden)和动物学家施旺(T．Schwann)分别通过对植物和动物细胞的研究，提出了细胞学说：一切生物的基本构造单位是细胞。英国科学家达尔文

(C．R．Darwin)在1859年出版的巨著《物种起源》中，提出了生物是由低级向高级不断进化的进化论学说，他认为生物的变异和自然选择是推动生物进化的根本原因。1865年，遗传学的奠基人奥地利的孟德尔(G．Mende1)发现了生物性状遗传的2个基本定律，即分离定律和自由组合定律。遗憾的是，他的发现在当时未引起人们的重视。直到19o0年，荷兰的德·弗里斯(de·Vfies)、德国的科伦斯(CoITen8)和奥地利的切尔马克(Tschermak1，分别独立地发表了与孟德尔相同的研究结论。而且不约而同地引用了孟德尔在35年前宣读的论文。孟德尔遗传定律的被重新发现．正式宣告了遗传学的诞生。1909年，丹麦植物学家和遗传学家约翰逊(W．L．Johannsen)首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念。20世纪初，美国遗传学家摩尔根f1r．H．Morgan)进一步提出了基因定位于染色体上和基因学说，从而使生物学跃入了近代科学的行列。基因是染色体上携带遗传信息的DNA 片段，然而得出这个结论决非易事。早在1869年，瑞士科学家米歇尔(F．Micscher)在用蛋白酶水解病人的脓细胞的裂解物时分离出了细胞核，在细胞核中发现了一种含磷量很高的酸性化合物，他称之为“核素”。1889年生物化学家奥尔特曼(Altmann)将米歇尔的“核素”改称为核酸，并将对核酸的研究向前大大推进了一步。1928年英国科学家格里费斯(F．Gfi th)等人利用肺炎双球菌感染小鼠。发现即使具有致病力的S型肺炎双球菌被灭活，它仍能使不具致病力的R型肺炎双球获得致病力。格里费斯认为，S型死细菌中有一种活性因子——转化因子使R型细菌获得了致病力，并把这种改变遗传性状的现象称为细菌转化。1944年，美国科学家艾弗里(O．T．Avery)等人为弄清转化因子的化学本质，通过化学分馏法，把提取物逐步分离并纯化后，最终通过实验证明转化因子是DNA，而不是蛋白质。艾弗里是世界上第1个用实验方法证明DNA是遗传物质的科学家，但当时更多的人认为蛋白质是遗传物质，艾弗里的发现引起了科学界的强烈争论。

生命科学又是一门发展迅速的学科。它的一些基本概念和理论都是随着20世纪以来物理学、化学等有关学科的迅速发展而建立起来的。1945年，量子力学创始人之一奥地利物理学家薛定锷(E．Schrodinger)在《生命是什么》一书中预告，一个生物学研究的新纪元即将开始。他说：“目前的物理学和化学显然还缺乏说明在生物体中所发生的各种事件的能力，然而，丝毫没有理由去怀疑它们是

不能用这两门科学来说明的”。随着电子显微镜、X一射线晶体衍射、同位素等先进技术在生物学中的应用，生物学研究取得了重大突破。1951年，美国科学家鲍林(L．Pauling)用x一射线衍射方法研究了蛋白质的分子结构，发现由氨基酸构成的肽链在一定条件下，可以形成螺旋结构。20世纪50年代初，有3个小组在进行DNA生物大分子的分析研究，他们分属于不同的派别，竞争非常激烈。一是以英国伦敦皇家学院的威尔金斯(M．Wilkins)和富兰克林(R．Franklin)为代表的结构学派；一是以美国加州理工学院鲍林为代表的生物化学学派；一是以剑桥大学的沃森(J．D．Watson)和克里克fF．H．Crick)为代表的信息学派。1952年，富兰克林通过x一射线衍射方法成功地拍摄到一张举世闻名的B型DNA 的x一射线衍射照片。沃森和克里克通过对富兰克林的DNA X一射线衍射照片进行分析，并综合多方面研究结果，搭建起了完整的DNA双螺旋结构模型。1953年4月25日，由沃森、克里克、威尔金斯和富兰克林共同撰写的一篇只有900字的文章，发表在《自然》杂志上，向、世界宣布揭开了生命信息储存和传递的最大秘密，提出了遗传信息就是以核苷酸排列的顺序储存于DNA分子之中。至此，有关对遗传物质是DNA还是蛋白质的争论方告结束，同时也宣告了分子生物学诞生。1962年，沃森、克里克及威尔金斯因其划时代的贡献，获得了诺贝尔生理学或医学奖。虽然最早认定DNA为双螺旋结构的卓越女科学家富兰克林，因英年早逝而未能分享荣获诺贝尔奖的荣耀，但其高尚的科学道德倍受后人的赞扬。随后尼伦伯格(M．W．Ni~nberg)等科学家们又破译了全部遗传密码，指出蛋白质分子中的氨基酸排列顺序是以DNA分子中核苷酸排列为模板翻译的，每3种核苷酸为1种氨基酸密码。不久，克里克提出了遗传的中心法则：遗传信息的表达，是以DNA为模板转录为mR．NA，再以mRNA为模板，按遗传密码翻译为蛋白质。这样，构成生命的两大类最基本的生物大分子——蛋白质和核酸在生命过程中的作用达到了统一，从本质上解释了生命现象。

20世纪后半叶，随着分子生物学的兴起，生命科学的发展获得了前所未有的速度。一方面传统生物学的学科分支进一步深化、细化，另一方面学科间的交叉进一步加强，具体表现在：1)从量子水平、原子分子水平、亚细胞和细胞水平、组织器官水平、个体水平、种群和群落、生态系统、生物圈等不同层次上研究生命现象及其相互关系，相应出现了量子生物学、分子生物学、细胞生物学、组织