《生命科学绪论》PPT课件.ppt
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1、生命科学导论 第二版,主讲:生科院杨盛昌,教材及参考资料,教材:生命科学导论(第 2 版),张惟杰,高等教育出版社,2008年。参考资料:1、基础生命科学(第 2 版),吴庆余,高等教育 出版社,2006年。2、生命伦理学 沈铭贤,高等教育出版社,2003年。3、基因组学杨金水,高等教育出版社,2007年4、普通生物学 吴相钰 高等教育出版社,2009年,目 录,绪 论 踏进生命科学的殿堂 4第一章 组成生物体的大、小分子 4第二章 细胞的形态结构与新陈代谢 4第三章 细胞的分裂、分化、衰老、死亡和癌变 4第四章 信息传递生命的自我调控 12 第五章 遗传与变异生命特征的延续与发展 12第六章
2、 丰富多彩的生命世界 12第七章 生态与环境生命世界的和谐发展 8第八章 生命科学成为技术创新的源泉 4第九章 生物技术的发展和生命伦理学 4 复习考试 4 共72学时,绪论 踏进生命科学的殿堂,教学目的要求:掌握生命的本质和生命的特征;了解人类研究生命的不懈努力;探讨目前生物学热点问题;展望21世纪的生命科学成为带头学科;掌握生命科学与社会可持续发展的相互关系。教学重点与难点:生命的本质和生命的特征。,第一节 生命是什么?,老师说:生命是永远在黑板上跳动的粉笔;学生说:生命是我们每天表现的活力;画家说:生命是自己笔下的七彩画;司机说:生命是一张有去无回的单程票;运动员说:生命是永远追求的最大
3、极限;演唱家说:生命是自己尽力发挥的最高水平;音乐家说:生命是跳动在内心深处的乐章;舞蹈家说:生命是自己淋漓尽致跳出的舞蹈。,一 生命和非生命 在日常生活中,我们不难区分一个物体是有生命还是无生命,是“活”的还是“死”的。但是要给生命下一个定义却是非常困难的事。自古以来,有关生命的定义众说纷纭,无论是在哲学或是在自然科学,至今没有一个能被所有人认可的定义。生命是什么?这个生命科学最基本的问题,目前没有一个普遍接受的定义。生命作为科学概念是19世纪提出来的。对生命的认识有如下几种理论。,(1)活力论,活力论 认为:生物体具有与物理化学过程不同的生命力。汉语词典将活力解释为:旺盛的生命力。活力用英
4、语表示为“vigor”,意为身体或精神上的力量或能量。目前约定俗成的活力涵盖了以上两种解释,包括:个体感到他们拥有的体力、情绪能量和认知灵活性三方面内容。活力由三个维度的能量组成,即体力、情绪能量、认知灵敏性。,就体力而言,有活力的人表现出身体健康强壮,感觉精力充沛,饮食、睡眠良好等。就情绪能量而言,有活力的人通常表现为情绪稳定,积极乐观,能站在别人的角度思考问题,关心他人、同情他人等。就认知灵活性而言,有活力的人表现出思维敏捷,工作效率高,坚强自信、动机强烈等。,(2)机械论,机械论认为:生命问题说到底是物理和化学问题,一切生命现象都可以用物理和化学定律做出解释,生物体内没有什么与物理化学力
5、不同的生命。狭义的机械论是指:一种用力学解释一切自然现象的观点。广义的机械论则是指:在狭义的机械论自然观基础上发展而来的,一种服从绝对因果律的自然观。,(3)系统论,系统论认为:生物体不同于物理化学系统,是高级的、非常复杂的生命系统,把他还原为简单的物理化学系统后,它所具有的一些特别的性质与功能会失去。,要给生命下一个准确的定义很不容易,生物学家和哲学家数十年来一直努力为生命确定一套恰当的定义,但没有成功。如用“细胞是生物结构的基本单位”这个概念,把凡具有细胞结构的生物就称之为生命,就会把不具有细胞结构的病毒排除在外。,如果把吸收营养物质和排泄废物当作生命,就会把诸如燃烧汽油排出尾气的汽车也包
6、含在生命里。如果把复制和参与进化当作生命的特征,某些计算机的程序也会这样做,但计算机不是生命,驴和马杂交的后代没有生殖能力,却不能排除在生命之外。,难于给生命下一个准确定义的根本原因在于,我们只有地球上的一套样品可以研究,并且地球上的所有生命均起源于共同的祖先,对于构成生命的细胞膜、蛋白质、碳水化合物等,是否是生命的必要条件还是由历史偶然因素造成的结果,我们还不能断定。,也就是说我们没有一个参照物。有人正在研究另外一种不同于现存生命的形式,其构成单位是脂滴,而不是由膜包裹的水质细胞。,生物进化树,二、生命的基本特征,生长(growth):是生物普遍具有的一种特征。繁殖(reproduction
7、):使生命得以延续。遗传(heredity):使生物体的特征得以延续。,细胞(cell):是生命的基本结构和功能单位。新陈代谢(metabolism):是生物体内维持生命活动的各种化学变化的总称。应激性(irritability):能对环境变化引起刺激做出相应的反应。,生命的基本特征,1、生长(growth)是生物普遍具有的一种特征,生命的基本特征2、繁殖(reproduction)使生命得以延续3、遗传(heredity)使生物体的特征得以延续,8,生命的基本特征,4、细胞(cell)是生命的基本单位,生命的基本特征细胞或生物体每时每刻都在进行新陈代谢(,metabolism),新陈代谢,简
8、称“代谢”,是生物体内维持生命活动的各种化学变化的总称,包括同化和异化两个方面。10,酶,生命的基本特征,6、应激性:生物靠应激性(irritability)主动适应环境应激性是生物体能对环境变化引起的刺激,做出相应的反应。,特殊的生命 1、病毒:有蛋白 有核酸 无细胞结构 可结晶 侵入寄主细胞可复制自身 2、朊病毒:(无核酸)3、类病毒:(无蛋白),第二节 人类研究生命的不懈努力,一、探索生命奥秘的起始1、亚里士多德:动物志动物的运动动物的繁殖 创立了种、属的概念。2、李时珍:本草纲目是中国古代生物学成就的代表。3、维萨里:人体构造提出了“小循环”,是古代著名的解剖学家。4、哈维:心血管运动
9、论 提出血液循环理论,是近代生理学之父。,二 细胞学说、进化论和经典 遗传学(1)胡克:发明显微镜、发现细胞。(2)达尔文:用生存斗争、自然选择学说解释物种起源。(3)孟德尔:发现分离定律和自由组合定律,成为经典遗传学的基本概念和基本定律。(4)摩尔根:发现了连锁与交换定律,提出了系统的染色体遗传学说。,三、生命科学的新纪元 1.分子生物学的诞生和发展 分子生物学 molecular biology 是指:从分子水平上研究生命现象物质基础的学科。研究细胞成分的物理、化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象的关系,如遗传信息的传递,基因的结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能,
10、以及细胞信号的转导等。,1953年沃森和克里克首先提出了DNA分子的双螺旋结构,标志着分子生物学的诞生,被称为生物学的革命。,2、生命科学可望成为21世纪的带头学科,(1)2000 年 袁隆平 超级杂交稻 亩产1千公斤。,袁隆平,1930年9月1日生于北京,汉族,江西德安县人,无党派人士,现居湖南长沙。中国杂交水稻育种专家,杂交水稻之父。中国工程院院士。现任中国国家杂交水稻工程技术中心主任暨湖南杂交水稻研究中心主任、西南大学农学与生物科技学院名誉院长、湖南农业大学教授、中国农业大学客座教授。,怀化职业技术学院名誉院长、湖南生物机电职业技术学院名誉院长、联合国粮农组织首席顾问、世界华人健康饮食协
11、会荣誉主席、湖南省科协副主席和湖南省政协副主席。2006年4月当选美国科学院外籍院士,2011年获得马哈蒂尔科学奖。,袁隆平院士获得的奖励和荣誉称号,一、国内科技奖励1、籼型杂交水稻,1978年获全国科学大奖;2、籼型杂交水稻,1981年获国家发明奖;3、杂交水稻新组合威优64的选育和应用,1991年获国家科技进步三等奖;4、双季杂交早稻威优49的选育与应用,1992年获湖南省科技进步二等奖;,5、光温敏核不育水稻育性稳定性及其鉴定技术研究,1998年获湖南省科技进步二等奖;6、杂交水稻育种栽培学,1990年获全国优秀科技图书一等奖,1994年获国家图书奖,1996年获国家科技进步三等奖;7、
12、2000年,袁隆平主持的国家“863”计划两系法杂交水稻研究项目通过科技部的验收。其中,他直接指导取得的“两用核不育系培矮64S的选育及其应用研究”成果,2001年获国家科技进步一等奖;,8、杂交水稻学,2003年先后获全国优秀科技图书一等奖和国家图书奖;9、1991年获首届湖南省“科技兴湘奖”;10、1994年获首届何梁何利基金“科学与技术进步奖”;11、2001年获首届(2000年度)“国家最高科学技术奖”;12、2001年获湖南省农业科技工作“杰出贡献奖”。,二、国内荣誉称号,1、1979年,获“全国劳动模范”称号;2、1984年,获“国家级有突出贡献的科技专家”称号;3、1992年,获
13、湖南省“功勋科学家”荣誉称号;4、1995年,当选为中国工程院院士;,5、1996年,获“全国优秀科技工作者”称号;6、1999年,国际编号为8117的小行星被命名为“袁隆平星”;7、1999年,获“全国杰出专业技术人才”奖章。,三、国际奖励和荣誉称号,1、1982年,在菲律宾国际水稻研究所召开的国际水稻会议上,被国际同行称为“杂交水稻之父”;2、1985年,获世界知识产权组织“发明与创造”金质奖章;3、1987年,获联合国教科文组织“科学奖”;4、1988年,获英国让克基金会“让克奖”(农学与营养);,5、1993年,获美国菲因斯坦基金会“世界饥饿研究荣誉奖”;6、1995年,获联合国粮农组
14、织“粮食安全保障荣誉奖”;7、1996年,获日本经济新闻社“日经亚洲奖”(技术开发);,8、1997年,在国际玉米小麦改良中心获农作物杂种优势利用“杰出先驱科学家”称号;9、1998年,获日本越光国际水稻奖事务局“越光国际水稻奖”;10、2001年,获菲律宾拉蒙麦格赛赛基金会“拉蒙麦格赛赛奖”(公共服务);11、2002年,获越南政府“越南农业和农村发展”荣誉徽章;,12、2004年,获以色列沃尔夫基金会“沃尔夫奖”(农业);13、2004年,获泰国“金镰刀奖”;14、2004年,获美国世界粮食奖基金会“世界粮食 奖”;15、2005年,获亚太种子协会(APSA)“杰出研究成就奖”;16、20
15、06年,当选为美国科学院外籍院士。,(2)2000年 人类基因组工作框架图功能,标志着基因组时代到来。,人类基因组计划(human genome project,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想,在2005年,要把人体内约10万个基因的密码全部解开,同时绘制出人类基因的谱图。,人类基因组计划,换句话说,就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。,(3)2001年
16、 干细胞研究方面取得重大突破,为白血病的治疗提供了有效的手段。,什么是干细胞,干细胞(stem cells,SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。,根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)。干细胞(Stem Cell)是
17、一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞”。,胚胎干细胞的应用前景,胚胎干细胞是基因治疗最理想的靶细胞。这里的基因治疗是指用遗传改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内,达到控制和治愈疾病的目的。这种遗传改造包括纠正病人体内存在的基因突变,或使所需基因信息传递到某些特定类型细胞。,干细胞技术的最理想阶段是希望在体外进行“器官克隆”以供病人移植。如果这一设想能够实现,将是人类医学中一项划时代的成就,它将使器官培养工业化,解决供体器官来源不足的问题;使器官供应专一化,提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现问题,可像更换损坏的零件一样随意更
18、换和修理。,(4)2002年 杨焕明发现了籼稻基因组,提高了籼稻的产量。,杨焕明,男,1952年10月生,籍贯浙江,深圳华大基因研究院研究员、中国科学院院士。杨焕明1988年获丹麦哥本哈根大学博士学位,先后在法国、美国从事博士后研究;1994年回国任中国医学科学院教授;1999年组建深圳华大基因研究院并任主任;2007年当选中国科学院士。杨焕明一直从事人类和其他生物的基因组研究,先后参与、主持人类基因组“1测序”、人类基组单体型图“中国卷”的完成、水稻、家鸡及家蚕等大型基因组和多种微生物基因组的研究,科研方面硕果累累。,杨焕明简介,享受国务院特殊津贴,曾获“杰出科技成就集体奖”、“国家自然科学
19、奖二等奖”、“2002年世界科学领袖”、“2003年度中国科学院杰出成就科技奖”等多项殊荣。2007年带领华大基因团队绘制出第一个黄种人基因图谱,标志着中国基因研发技术达到世界领先地位,被美国科学杂志评为当年世界十大科技进展第一位。,(5)2003年 SARS(非典型肺炎)基因的发现,有效的治疗了典型性肺炎。,非典型肺炎,严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Syndromes),又称传染性非典型肺炎,简称SARS,是一种因感染SARS冠状病毒引起的新的呼吸系统传染性疾病。主要通过近距离空气飞沫传播,以发热,头痛,肌肉酸痛,乏力,干咳少痰等为主要临床表现,严重者
20、可出现呼吸窘迫。,本病具有较强的传染性,在家庭和医院有显著的聚集现象。首发病例,也是全球首例。于2002年11月出现在广东佛山,并迅速形成流行态势。2002年11月2003年8月5日,29个国家报告临床诊断病例病例8422例,死亡916例。报告病例的平均死亡率为9.3%。2003年 SARS基因的发现,有效的治疗了典型性肺炎。,(6)2005年 人类X染色体基因测序。,人类X染色体基因测序,和其它哺乳动物的性别是由一对性染色体X和Y来决定的一样,女性或者雌性动物有一对X染色体,而男性/雄性动物有一条X染色体和一条Y染色体。,对染色体进行详细测序研究的核心目的是鉴别出染色体上所有的基因-也就是能
21、够翻译成为蛋白质的DNA序列编码,找出这些基因在各染色体上的定位。2003年6月美国的研究人员在Nature杂志上发表了已完成的对人类Y染色体的详细分析。,2005年3月17日,在Nature杂志上发表的一篇文章宣告基本完成对人类X染色体的全面分析。对X染色体的详细测序是英国Wellcome Trust Sanger研究中心领导下世界各地多所著名学院超过250位基因组研究人员共同完成的,是人类基因组计划的一部分。,无籽西瓜,人造种子,3、生命科学与社会可持续发展,(1)农业的可持续发展:吃饱、吃好-改良基因。(2)能源的可持续发展:石油-酒精、植物油、氢气(3)人类的健康长寿:研制更有效的药物
22、 疫苗、治疗-抗病基因,细 菌 造 雪,美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾凝结成雪花。,细菌保护古建筑,在含钙的情况下能够形成钙的微晶体,以保护古建筑。,无法假冒的生物笔,利用在墨水中加入含有特定序列的DNA片段,使别人无法假冒你的墨迹。,4、生命科学与维持地球生态平衡,(1)维护生态平衡(2)丰富现有基因(3)增强对自然、遗传的认识 树立“保护地球环境,维持地球生态系统平衡,保护人类家园”的科学理念。,21世纪将面临的许多世界性的难题,人口膨胀粮食紧张环境污染能源紧缺遗传疾病,人口膨胀,根据最新的全国人口普查主要数据显示:中国目前总人口是137053.69万人。其中:大陆31个省、
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