小学《科学》中若干生物学问题.ppt

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1、小学科学中若干生物学问题,教学理念,热心；恒心；注入式教学；启发式教学；探究式教学；,开课宗旨,传道；授业；解惑；学问；,内容提要,生物界别消化系统营养与健康生物繁殖生物进化人类哪里来我们的环境：土壤：水：大气：垃圾,生物界别,分类学的发展,宏观特征分类法；生理生化分类法；分子分类学。,分类系统演化,3000多年前诗经,动物、植物和蕈类,李时珍本草纲目,动物、植物和人,18世纪林奈,动物和植物,1866年海克尔三界系统,动物、植物和原生生物,19世纪细胞学说的创立,电子显微镜的发明和应用,生物分成几个界？,生物分类系统演化,魏泰克的生物分类五界系统,植物界,动物界,真菌界,原生生物界,原核生物

2、界,真菌界,植物界,真菌界,动物界,植物界,真菌界,原生生物界,动物界,植物界,真菌界,黎德勒生物四界系统图,植物界,生物分类“三域”学说,1993年美国Illionis大学的Carl Woese等发现，在原核生物中，有些生活于极端环境中（如：缺氧、高温、高盐）的细菌其细胞结构和某些代谢途径与真细菌大不一样，于是提出六界学说，即将这些生活于极端环境中的原核生物独立为古细菌界；,生物“三域”学说,Carl Woese等还建议在生物分类阶元“界”之上新增“域”（Domain）这个概念，提出“三域学说”：即把原来的“原核生物界”提升为“细菌域”，另立“古细菌域”，所有的真核生物统归“真核生物域”。,

3、生物分类“三域”学说图解,三域生物特征比较,概念 病毒具有化学大分子反应性以及细胞外感染和细胞内繁殖等独特的性质。,特点 个体极小 不具细胞结构 只有一种核酸类型 严格的胞内寄生与 复制 对抗生素不敏感,非细胞型生物病毒与类病毒,米米病毒”（Mimivirus）,2003年法国地中海大学的Didier Raoult 和Jean Michel Claverie发现了至今最大的寄生在淡水变形虫内的特大病毒“米米病毒”（Mimivirus），大小可达400纳米（nm），几乎与小型细菌相当；“米米病毒”的DNA由80万个碱基对(bp)组成，包含大约1260个基因，其中的50个基因所编码的功能在病毒中从

4、未发现过，包括DNA修复功能以及将信使核糖核酸（mRNA）转化为蛋白质的基因等。,最大海洋病毒,加拿大温哥华市不列颠哥伦比亚大学的Matthias G.Fischera和同事，在2011年10月25日的美国国家科学院院刊（PNAS）网络版上报告一种最大的海洋病毒Cafeteria roenbergensis；该病毒具约73万个碱基对（bp），其中包括超过500个类似于基因的区域。,基本形态：球形 杆形 蝌蚪形,病 毒 的 形 态,最早发现的病毒烟草花叶病毒,类病毒和朊病毒,类病毒：由300多个核苷酸构成的单环状或线状RNA分子。它可以引起动植物疾病，如马铃薯纺锤块状病，仓鼠肿瘤都与类病毒有关。

5、1969年由戴安纳（Diener）首先发现；朊病毒：不含核酸的疏水蛋白质分子，只有3050纳米大小，能引起寄主中枢神经系统病变及死亡。如疯牛病、羊搔痒病和早老痴呆等。1974年美国加州大学普鲁西纳首先发现。,朊病毒（1）,朊病毒蛋白是由动物细胞的正常基因编码。在人类称该基因为Prn-p，位于第20号染色体短臂上。在正常情况下该基因表达的朊蛋白称为PrPC，不具致病性，其-螺旋为42%,-折叠仅3%；致病性朊病毒蛋白是正常朊蛋白的异构体,称PrPSC。其-螺旋为30%,-折叠高达43%。可见，PrPSC是由于PrPC发生蛋白质错误折叠,一些-螺旋变构为-折叠,三维构象发生变化所至。,朊病毒（2）

6、,朊病毒的增殖是一个自我催化、指数式增长的过程；首先一个PrPSC与一个PrPC结合,形成杂合二聚体,然后PrPSC以自身为模板,将PrPC转变成PrPSC；这2个PrPSC又可以去结合2个PrPC,形成4个PrPSC。周而复始，产生愈来愈多的可致病PrPSC。,最小的自由生活细菌SAR11,2005年8月美国俄勒冈州立大学等报道发现了目前已知的最小的自由生活的细菌SAR11，同时它也拥有最小的基因组；,成功的SAR11,海洋中SAR11细菌很丰富，约占大西洋表层水域微生物群体的一半。全球海洋中的SAR11细菌的数量超过21028个，是地球上最成功的生物之一。它们的质量加在一起将超过全球海洋里

7、所有鱼类的质量；2011年7月夏威夷马诺大学等研究者发现，SAR11与真核生物线粒体拥有相同的进化祖先。,“中间型”生物,2000年东京医科大学的小塚芳道等研究人员从伊豆诸岛南部海域约1300米深的海底淤泥中发现一些只有几微米大小的微生物。科研人员发现其细胞内的核膜尚不完整，呈不连续状态，但有近乎完整的线粒体。可能是原核细胞向真核细胞过渡的“中间型”生物。,原始真核生物,裸藻和甲藻都是单细胞生物。它们有成形的细胞核，因此被划入真核生物。但它们核内DNA却是裸露的，不与组蛋白结合，而且首尾连接成环形。这种特征与原核细胞无异，显然它们是一些刚刚晋级的真核生物，在生物进化史上具重要地位。据此有不少科

8、学家提出应称它们为间核生物（mesokaryote），甚至独立成界。,介于动物与植物间的生物,裸藻具叶绿体、线粒体、高尔基体和内质网等细胞器，主要进行光合自养生活,划归低等藻类。但它们没细胞壁，细胞前端具红色眼点能感知光强变化，具鞭毛主运动。它们胞内尚有另一异养代谢系统。在全无光的条件下，可以凭借其前端的胞咽吞食细菌及有机物块，或借助细胞膜的胞吞、胞饮作用直接吸收环境中的有机物。动物学家把裸藻又称为眼虫。,甲藻和裸藻（眼虫）,消化系统,不吃垃圾食品，少喝饮料；消化系统里有很多细菌；细菌影响人的胖瘦；细菌影响人的健康；消化系统里有“腹脑”；消化系统需要得到细心的呵护；,错误的“舌头地图”,舌尖品

9、甜,舌根知苦,舌侧感酸,舌尖周边尝咸？1974年，维吉尼亚库林斯发现，虽然舌头周围的各个部分对四种基本味觉的灵敏度存在差异，但这种差异性却相当小，基本上可以忽略，因为任何有味觉受体的地方都能品尝出所有味道。2002年，美国迈阿密大学医学院研究人员在小鼠舌头上发现了一种对谷氨酸钠(味精)分子特别敏感的蛋白质受体分子，称为味精受体。人与小鼠辨别味精味道的方式是一样的，从而发现了第五种味觉鲜味。,“吃出来”的胃癌,按时用餐对养护胃十分重要。不健康、无规律的生活习惯，将给胃癌发生提供机会；饥一顿，饱一顿；三餐不规律；喜食烫食；喜好熏烤、味重、腌制食物；吸烟、缺觉如果有这些习惯，那你得胃癌的几率可能是常

10、人的好几倍。此外，“幽门螺杆菌”也是胃癌的重要诱因，它最常出现在人们“共餐”饭局上；早期胃癌十分隐匿，常与胃炎、消化性溃疡相混淆，因此大部分胃癌患者确诊时已是中晚期。,“喝出来”的肝癌,原发性肝癌很少，几乎都是由乙型或丙型肝炎病毒感染后引起，或长期酗酒导致肝硬化转变而得（近四成）；食物中“黄曲霉毒素”也是肝癌的重要诱因；阻击肝癌最为关键的是控制乙肝病毒和限酒。世界卫生组织提示，多吃奶制品可将肝癌患病率降低78%；每天坚持吃新鲜水果也能减少52%的肝癌几率。,人体肠道的 微生物分布,肠内细菌影响胖瘦（1）,为什么吃同样的食品，有的人体重增加，另一些人则保持苗条？科学家在无菌状态下培育小鼠，它们的

11、食量几乎比对照多三分之一，但是脂肪却少40%；把普通鼠肠中的微生物注入无菌鼠肠中，同样饮食条件下后者的体重开始增加；取出天生肥胖小鼠的肠中微生物（主要是硬壁菌菌群），注入无菌瘦鼠肠中（主要是拟杆菌菌群），后者体内脂肪大增；,肠内细菌影响胖瘦（2）,结论：肥鼠内的微生物比瘦鼠内的微生物更善于利用肠内物质中获得热量及营养并供给宿主。个体胖瘦与不同种类的肠内菌群比例有关。设法改变肠内微生物的组成，能改变体重以及帮助食不果腹的人改善营养状况。,人的“腹脑”,在大小肠的肠壁上密布着两层由神经细胞和神经束组成的网状结构，被人称为“腹脑”。它不仅能“分析”食物的成分、盐分及水分，还能调控消化道的吸收和排泄，

12、精确地平衡抑制型和激动型神经递质、激素以及保护性分泌物的分泌。“腹脑”和大脑相通，反应也同步。遇到比较紧张的场面时，不仅心情紧张、心跳加快，甚至还会导致排便反应。“腹脑”与大脑也有分工。大脑主管口、食道和胃，小肠和结肠由“腹脑”负责，到了直肠和肛门，控制权又回到了大脑。,消化系统需要细心呵护,要吃早餐，三餐按时定量；不暴饮暴食；不吃过烫、冰冷食物；少食辛辣、烧烤食物；淀粉主食，辅以蔬菜水果、肉食、油盐糖；细嚼慢咽；饭后不激烈运动；,营养与健康,研究发现，美国7%的男孩和5%的女孩属极度肥胖，他们日後出现严重健康问题的风险也在增加。香港儿童的肥胖比率10年间不断上升，卫生署数字显示，小学生肥胖比

13、率达21.3%。资料表明，北京、上海等大城市 318岁儿童、青少年的肥胖发病率平均为 11.35%，尤其在 712岁(小学阶段)的儿童的肥胖发病率达到 22.3%。我国城市儿童、少年膳食中脂肪提供的能量占总能量摄入的比例从24.4%和27.4%分别增加到35.9%和35.7%，超过了中国营养学会建议的30%的上限。,肥胖症的危害,据报道，平均有50%的肥胖儿童到成人后依然肥胖，特别是1013岁的胖孩，到了30岁时将有80%以上的人发展为大胖子。肥胖可能导致多种疾病的发生，如三高、脂肪肝、冠心病、胆石症、高尿酸(痛风)、性发育异常及皮肤、肌肉、骨骼等病变，甚至会诱发肠癌、乳腺癌等癌症。,BMI指

14、数,身体质量指数，简称体质指数，Body Mass Index，（简称BMI），用体重（公斤数）除以身高（米数）平方得出的数字；BMI=体重（kg）身高（m2）BMI值是一个中立而可靠的指标，是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准。建议全班开展一次BMI指数和如何减肥探究。,预防肥胖,提倡每天只吃七、八分饱；少吃脂肪；多吃蔬菜、水果；进行有氧运动；粗细粮搭配；,近视,1985年全国调查学生近视率，大学66.6%，高中61.19%，初中34.85%，小学12.27%，并且发现，城市学校、重点学校、学习成绩较好和用视力较多的学生比农村、非重点学校、学习成绩较差和用视力较少的学生近

15、视发生率要高。国家体育总局2006年9月18日公布的第二次国民体质监测报告显示：小学生31.67%，初中生58.07%，高中生76.02%，大学生为82.68%。我国青少年近视发病率在全世界的排名，已从1998年的第4位，上升为第2位。,2010年中国学生体质与健康调研报告,由教育部等6部委联合组织的第6次全国学生体质与健康调研，指出：7-12岁小学生近视率40.89%（城市为48.81%，农村为32.98%），比2005年增加9.22%；,近视的原因,在15号染色体上发现了与近视相关的RASGRF基因（白种人）和CTNDD2基因（黄种人）；父母中一人近视，子女患近视的机会是三分之一；父母两人

16、都近视，则子女近视的机会是二分之一；澳大利亚悉尼大学的凯瑟琳罗斯对生活在新加坡与悉尼的华裔小学生的近视率进行了研究。新加坡华裔小学生中29%患有近视，相比之下悉尼华裔小学生近视率仅为3%。原因何在？,预防近视,减轻课业负担是减少近视的关键；看远处、户外活动是最好的预防近视的方法；,关注精神健康,尊敬师长；关爱同学；培养团队精神；启迪好奇心；树立战胜困难的信心；,生物繁殖,有性生殖：通过两性生殖细胞的结合形成新个体的繁殖方式。有性生殖可以结合双亲的性状（优点）；有性生殖提供子代重新发育的机会；,有性生殖的方式,接合生殖；配子生殖；世代交替；,蕨类的世代交替,无性繁殖,由亲体的一个至几个细胞或个体

17、的一部分直接经细胞分裂和分化长成新一代个体的过程。优点：能最大限度地保存亲本的基因资源和各种性状，同时能迅速增加种群的个体数量；缺点：未经双亲遗传资源的整合，亲本基因没有得到更新的机会，长久以往将可能导致该物种种质性状的衰退。,裂殖,细菌分裂,芽殖,水螅出芽繁殖,孢子繁殖,曲霉 青霉,营养体繁殖,脱离亲体的营养器官或亲体的一部分经去分化后直接长成新的个体。,全程无菌操作,生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,植物组培原理,植物组培基本过程,常用消毒剂的使用和效果,消毒剂 使用浓度/%清除

18、消毒时间/min 灭菌效果次氯酸钠 2 容易 530 很好次氯酸钙 910 容易 530 很好漂白粉 饱和溶液 容易 530 很好升汞 0.11 较难 210 最好酒精 7075 容易 0.22 好过氧化氢 1012 最容易 515 好溴水 12 容易 210 很好硝酸银 1 较难 530 好抗生素 450 mg/L 中等 3060 较好,诱导去分化形成愈伤组织,添加较高浓度的生长素；琼脂固体培养；黑暗培养；,继代增殖阶段,移植扩增；分割继代；,愈伤组织分化出芽、长根,分化的关键是激素,生长素类激素和细胞分裂素类激素的量以及两者的相对比例决定了愈伤组织能否分化成根或芽或全苗；,光照培养室,愈伤

19、组织分化成苗,移栽成活阶段,保湿是关键；避免强光直射；温度适宜；,“炼苗”,单性繁殖,蚜虫无性繁殖,蜂后排出的卵子若未受精，则发育成雄蜂（n）；,克隆繁殖,特指以人为的手段取出动物体细胞或胚胎细胞的细胞核并将其植入去核未受精卵中，经适当处理后诱导该异核卵经正常妊娠发育成一只完整动物的过程。,1997年2月27日，nature封面，克隆羊“多莉”(Dolly),克隆动物简史,1952年，Briggs取出蛙中胚层细胞的细胞核植入去核受精卵中，未发育；但改用囊胚期细胞核获得部分成功；1964年，Gurdon将非洲爪蟾小肠上皮细胞的细胞核取出，重复上述实验，部分发育成蝌蚪；,动物体细胞克隆进展,198

20、4年，维拉特森以未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊；1994年，菲尔斯特用120个细胞的胚胎克隆出牛；1996年，维尔穆特用羊胚细胞克隆了羊；1997年，维尔穆特用羊乳腺细胞克隆了多莉羊；,克隆哺乳动物基本途径,取出体细胞核 体外发育未受精卵去核 异核卵 早期胚胎 化学或电激诱导融合 产下幼畜,假孕状态,植入代孕母畜子宫中,“多莉”羊艰难诞生,取434个绵羊乳腺细胞的细胞核植入同等数量的去核卵中获得 277个融合细胞（63.8%）；将这些融合细胞移入母羊输卵管发育，成功247个（89.2%），发育到桑葚胚29个（11.7%）；将这些桑葚胚分别植入13只母羊子宫，仅生一只“多莉”（0.23%）。,“

21、多莉”羊克隆示意图,卵细胞去核,“多莉”风云（1）,1996年7月5日“多莉”诞生。苏格兰罗斯林研究所直到1997年2月23日才公布。它被美国Science杂志评为1997年世界十大科技进步第一项，“多莉”的诞生标志着生物技术新时代的来临；“多莉”长大后与威尔士山羊“戴维”“喜结良缘”，于1998年4月产下“邦尼”，证明克隆动物也能生育。1999年，“多莉”又生下三只羊宝宝；,“多莉”风云（2）,2002年1月，罗斯林研究所证实“多莉”患上了关节炎，当时它只有5岁半。2003年2月14日罗斯林研究所宣布“多莉”因患有进行性肺炎，已经病入膏肓，研究人员为它实施了安乐死，享年6岁7个月；1999年

22、6月，科学家就发现“多莉”细胞中的端粒比预期短20%，几乎与其6岁的母亲的端粒长度一样。,染色体两端的端粒,动物体细胞克隆进展,1997年10月3日，日本、英国、美国和意大利等国的科学家克隆出第一只体细胞克隆鼠“卡缪丽娜”，此后还获得了“克隆的克隆”的第二及第三代克隆鼠；1998年7月5日日本科学家克隆出“能都”和“加贺”两头体细胞克隆牛；2000年1月，美国科学家采用胚胎细胞克隆技术，实验13次，成功地克隆出第一只灵长类动物名为“泰特拉”的克隆猴。,2001年中国首例体细胞克隆牛降生,2001年11月3日和6日在山东淄博莱阳农学院先后诞生我国牛胎儿皮肤上皮细胞克隆牛“康康”和“双双”；200

23、3年10月“双双”经人工授精，产下“健健”，证明克隆牛具正常生殖能力。,5周岁时的“康康”（右）和“双双”,自体克隆,2003年8月6日意大利科学家宣布以自体克隆的方式克隆出一只小母马(Prometea)；小母马的“妈妈”也是其“姐姐”，也是“自己”；,2004年2月15日，美国爱达荷大学的研究人员展示三头克隆骡子。科学家们从骡子胚胎细胞内提取细胞核，然后用移植手段将其与去核的马卵细胞结合形成卵母细胞。科学家们共进行了305次尝试，只成功克隆3只骡子。,克隆骡子,这头克隆水牛的顺利出生，是国家“863计划”、“生物反应器”重大研究专项的一项标志性成果。,世界首例成年体细胞克隆水牛2005年3月

24、17日在广西大学诞生,中国转基因克隆牛2005-8-18,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室副主任李宁教授在国家“863”计划生物技术领域重大项目“高效表达人乳铁蛋白等药用、保健蛋白的奶牛乳腺生物反应器”项目的支持下，他们利用转基因体细胞克隆技术，已经获得转基因克隆奶牛49头，存活29头。用吃草的转基因牛生产的“药”要比用传统方法生产的药便宜得多。,国际首例体细胞克隆亚洲黄羊临沂降生,2005年12月8日中国科学院动物研究所用山羊克隆的一只亚洲黄羊(左)与普通山羊一起在山东临沂亮相。,韩国科学家培育出首只克隆狗“史纳比（snuppy）”,汉城大学教授黄禹锡(中),研究中制造的1095个克隆

25、胚胎只有3个成功受孕，其中一个流产，另一只小狗出生22天后因肺炎死亡，只有史纳比（snuppy）生存。,克隆狗成功率只有0.09%,韩国异种克隆狼成功,首尔大学教授李柄千领导的研究小组从饲养的灰狼耳朵上采集体细胞，提取其细胞核，分别植入到剔除了细胞核的251个狗卵中，异核卵然后植入到12只代孕母狗的子宫内。最后，只有两头成功怀孕。2005年10月18日和26日先后剖腹产各生下一只克隆狼。,我国首例体细胞核克隆猪诞生,2006年10月12日东北农业大学、哈尔滨科技局及合作企业联合宣布，采用体细胞核克隆技术，克隆猪取得成功，获得我国首例三头克隆东北民猪。,这三头克隆猪通体黑色，雌性。体重分别为12

26、35克、1120克和740克。它们非常健康，各项形态特征与核供体细胞的东北民猪完全一致。,中国首例转绿色荧光蛋白基因克隆猪问世,东北农业大学教授刘忠华带领的课题组，把水母绿色荧光蛋白基因转移到猪胎儿成纤维细胞的基因组中，再把转基因体细胞的细胞核移植到成熟的去核猪卵母细胞中构建成转基因胚胎。再将其植入受体母猪，经过114天的发育，2006年12月22日成功培育出国内首例绿色荧光蛋白“转基因”克隆猪。,世界冠军赛马“斯卡普”被成功克隆,世界速度赛马冠军查尔马妮詹姆士2006年11月16日宣布，她向德克萨斯州奥斯汀的ViaGen公司支付了15万美元,在四次尝试失败后，最终成功克隆了她的赛马夺得过十项

27、世界冠军的“斯卡普”，产下小马驹“克莱顿”。,日本科学家复活死鼠（2008.12）,日本遗传学家从冷冻保存了16年的死鼠大脑和血液细胞中提取细胞核，而后注入去核小鼠卵子，促使胚胎发育，最终培育出13只健康的活鼠。本研究的关键在于防止动物尸体细胞的腐烂。,阿联酋首次成功克隆出一只骆驼,阿联酋科学家经过5年的研究于2009年4月8日在迪拜成功克隆出一只世界首例名为Injaz的雌性骆驼。,异种克隆大熊猫,1998年中科院陈大元研究员提出；如何实施？目前进展:,克隆大熊猫,把大熊猫体细胞核移植进去核的兔子卵细胞，植入猫的子宫。同时把猫的受精胚胎也放进子宫。8只受孕的母猫中，7只感染肺炎死去，剩下1只最

28、终也没生下活的后代。经过DNA检验，有2个胎儿的遗传物质来自熊猫；能不能试用黑熊做代孕动物？经过3年努力，熊猫体细胞核与黑熊去核卵细胞结合的胚胎，被植入黑熊的子宫。但该胚胎在黑熊子宫里仅发育到早期胎儿即停止。,猛犸象已经消失3000多年；2011年1月日本的一个科研团队计划借助克隆技术，用猛犸象冷冻细胞作为素材再培育出猛犸象；2012年在俄罗斯东部雅库特一个永久冻土猛犸象墓地中发现了一副独特的猛犸象残骸，并在象体内发现了保存完好的细胞，克隆这种动物的希望因此大增。,克隆猛犸象？,流产率高；难产率高；畸形率高；幼年死亡率高；,克隆哺乳动物的忧虑,但2001年6月美籍华裔科学家杨向中利用老年牛的体

29、细胞培育出克隆牛，它们通过自然有性繁殖产下了正常的牛犊。这说明克隆过程可以使牛的生理年龄逆转。,克隆动物夭折原因探究,美国华裔科学家杨向中于2002年5月公布的一项研究结果对克隆动物做了迄今为止比较有说服力的总结：克隆牛易夭折的最主要原因是，克隆母牛的X染色体基因不能正常表达。其他克隆动物也存在这个问题。,意大利医生 安蒂诺里,美国医生 扎沃斯,法国科学家 布瓦瑟利耶,坚持克隆人的三位科学家,美国塞缪尔伍德自我克隆（2008.1）,塞缪尔伍德创造出自己的“胚胎拷贝”，存活5天，针尖大,中国反对克隆人,2002年12月27日有法国科学家声称，世界第一个克隆婴儿已经降生；中国卫生部官员表示，在任何

30、情况、任何场合、任何条件下，都不赞成、不允许、不支持、不接受生殖性克隆人的试验；中国科学院副院长陈竺院士表示：克隆技术虽然在不断发展，但还远远不够成熟。目前的技术离克隆人还远得很；陈大元研究员认为，应该支持治疗性克隆研究，但坚决反对克隆人。克隆人是人类从有性繁殖到无性繁殖的倒退；少数不育夫妇，完全可以利用很成熟的试管婴儿技术生育宝宝，用不着克隆人。,克隆人,克隆人做得到吗？人的年龄会被克隆吗？人的智力能被克隆吗？克隆人的社会伦理问题;世界各国普遍反对克隆人;,中科院院士、大名鼎鼎的核物理学家何祚庥教授，赞成和支持克隆人；我们如果要想研究一个人的基因对这个人的成长究竟有什么和有多大影响，就得找与

31、这个人拥有一模一样基因的人，对比他俩在相同或不同环境下的成长情况。以往我们在这方面的研究，只能靠一卵双胞胎来进行；如果我们能克隆出一个和这个人一模一样的具有相同基因的人，我们也就会越来越多地知道了关于我们人类自己的秘密了。,何祚庥:克隆人可以先克隆我,2012年诺贝尔生理学或医学奖,日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)与英国科学家约翰格登(John Gurdon)获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。前者是诱导多功能干细胞(iPSC)创始人之一，后者主要以在细胞核移植与克隆方面的先驱性研究而知名。,生物进化,长颈鹿的脖子为什么这么长？它老是努力伸长脖子；它要吃树梢上的树叶；走出“

32、目的论”的阴影；,拉马克学说,“用 进 废 退”说“获 得 性 遗 传”说,后天获得的性状能遗传吗？,魏斯曼把小鼠的尾巴切掉，然后让它们繁育后代。他观察了5代，901只小鼠，没有一只后代的尾巴短了；以前许多中国妇女被强迫裹小脚，但并没有导致中国人小脚；犹太男婴出生都得环切割包皮，但并没有导致犹太男婴天生包皮不过长；女性性交后都导致处女膜破裂，但每个女婴出生时都处女膜完整；许多国家（民族）的成年男性都刮胡须，但成年男子还都能长胡须；人的指甲经常被修剪，但指甲仍代代长出：,达尔文进化论,生物具有共同的祖先生物总是不断地自发发生变异；自然界无时不刻都在“审视”各种变异，适者生存；生物普遍具有十分强大

33、的生殖能力，它们往往生殖过剩;只有在中间物种灭亡之后，新物种才能真正从原物种中脱颖而出；,突变、自然选择和各种隔离促使新物种形成示意图,现代综合进化论,人类哪里来？,人和三种猩猩若干特征比较,人与黑猩猩,人类和黑猩猩之间基因的差异仅1.3，肝脏和血液上都没有差异。唯独我们的大脑容量是黑猩猩的5.5倍。人类一定得吃青菜、水果等食物，是因为我们在进化过程中把合成维生素C的基因丢了。,人与黑猩猩染色体比较,H：人类C：黑猩猩,680万年前的化石Toumai,Michel brunt et al.2005年4月在nature宣布，从非洲的乍得德乍腊沙漠发现680万年前的早期人类(人科动物)头颅化石To

34、umai(沙赫人),440万年前的阿尔迪,在埃塞俄比亚发现的440万年前的人科动物阿尔迪（人类远古祖先）部分骨骼化石,女性，身高约1.2m,体重约50 kg，可以用两只脚直立行走；,埃塞俄比亚320万年前的“露西”化石（1974）,“露西”骨骼化石,上海世博会上的“露西”,“露西”与人的比较,南方古猿,从猿到人的后期代表。头骨圆隆，脑容量430-530mL。犬齿小，枕骨大孔的位置与现代人相近，髋骨为直立势。南方古猿演变的两个主要分支：粗壮型和纤细型南方古猿。纤细型南方古猿(440140万年前)典型代表320万岁的“露西少女”粗壮型南方古猿（240180万年前）由于种种原因最后绝灭了。,人属的发

35、展,能人：早期猿人 人属的第一个早期成员，可能从南方古猿演变而来。生活在300150万年前。直立行走。脑容量逐渐增大，平均656 mL。牙齿缩小，穴居，使用石器。,2.直立人：晚期猿人,生活在约18020万年前。其脑容量8501060 mL，齿弓呈抛物线型。能制各式石器，能控制用火，洞穴生活，可能食人，群婚制;,北京周口店发现第一块猿人头盖骨的地点,周口店山顶洞人头骨模型,北京周口店第15号猿人洞,北京周口店山顶洞猿人遗址,北京山顶洞猿人遗址,3.早期智人,中国马坝人头骨,欧洲尼安德特人,生活在约205万年前，旧石器时代中期。其脑容量1175-1400 mL，能制较好石器，能人工取火，狩猎巨兽

36、，母系氏族。,4.晚期智人（新人）,生活在约5-1万年前，旧石器时代晚期。其脑容量与现代人无异，可制精细石器及骨器，能营造简单住所，出现初步的文化，父系氏族。在各地发现的化石智人身上已有明显的人种分化。,在印尼发现1.8万年前的“弗洛勒斯人”,身高仅1m，头只有小柚子大，大脑仅为现代人的1/4。,“弗洛勒斯人”还原图,人类的多个进化分支,5.现代人,1万年前至今，在体质方面与我们已经没区别。社会、文化、科技、经济、生产力不断发展。,1991年在意大利Alps发现的5200年前的“冰人奥茨”,奥茨复原图,发现奥茨现场,现代人起源的两种学说,有些学者根据在非洲东部、南部和我国都发现较多古人类化石的

37、事实提出，上述两地是人类起源的两个中心。多数人类学家赞成一元论，即非洲起源说，主张人类最早起源于非洲南部和东部，以后逐渐迁移到其它大陆。,非洲起源“走出非洲”說,威尔逊等人从20世纪80年代开始分析了非洲、亚洲、欧洲、中东、新几内亚和澳洲胎盘细胞内的线粒体DNA，发现有些线粒体DNA序列互相接近，有些则差别较大。根据这些差异作出人类系统树，可见树的根部在非洲。根据已知线粒体DNA突变速度，计算出大约20万年前的一位非洲女性是现今全世界人的祖先（夏娃），她的后裔在陆续离开非洲家乡，分散到世界各地。当地的土著居民，或者被取代，或者被冰川严寒全部自然消灭。夏娃的后裔来到中国的时间，大约是在56万年前

38、。,基因研究证实人类祖先源自非洲,美国斯坦福大学迈尔斯领导的研究团队，采集51个人口族群、938人的DNA样本，分析65万个DNA位点后发现，早年一群人类老祖先自现今埃塞俄比亚地区出发，陆续到达北非、中东、欧洲、南亚及中亚、澳洲、东亚和美洲等地。古代的雅库特人可能在1.2万至3万年前，经由白令海(当时为陆地)陆桥到达美洲，经由基因演化，衍生出中美洲的马雅人、巴西的苏律人和卡里提亚纳人。,中国人群起源于非洲,中国科学院昆明动物研究所2010-08-22宣布，该所孔庆鹏研究员与张亚平院士课题组收集分析了采自84个中国人群6000余份样本的线粒体DNA序列（母系遗传），结果显示迄今甄别出来的线粒体D

39、NA均源自非洲起源的智人建群类型。,人类祖先走出非洲,人类祖先可能多次走出非洲,中国人祖先迁移的可能途径,南亚先民进入中国,南亚先民从2个入口进入中国，一个在云南，一个是珠江流域。以后分化为3条主要路线。其中一支沿着云贵高原西侧向北跋涉，在距今1万年前的时候到达了河套地区，黄河中上游盆地。他们也就是汉族与藏族人的共同祖先。另一支南亚先民朝东南方向迁徙，绕过老挝的崇山峻岭，距今1万多年前，这一支黄种人从越南、广西方向进入中国，沿着海岸线往东北走，形成百越民族。,多区进化说“人种杂交”学说,以美国密执安大学沃尔波夫(Milford H.Wolpoff)，中国的吴新智院士为代表,欧洲的白种人是由当地

40、的克罗马侬人逐渐演变来的，亚洲黄种人则由当地早期智人（云南元谋人）和北京人、爪哇人等演变而来。他们提出了一些化石证据，指出不同地区的最早人类种群与现代人之间的骨骼特征的连续性。,利用头虱追踪人类起源,研究人员从公元1000年左右秘鲁南部沿海沙漠出土的两具木乃伊上分别收集到400500只的头虱，经基因测试、与现代世界各地人类身上发现的虱子的DNA序列比对显示，它们的序列几乎完全相同，意味着人类原来聚居于同一地区（非洲），头虱伴随着人类移居到世界各角落。,利用体虱研究人类何时着衣,超过330万年前，虱子从大猩猩身上传到人体上。由于人类祖先的体毛越来越少。到了生物学意义上的“现代人”的阶段，虱子经突

41、变和隔离演化出头虱和阴虱两个物种；体虱只隐蔽在衣服中；科学家检测了头虱和体虱的线粒体DNA和核DNA，认为人类穿衣服已经超过19万年。,人种如何产生,各人种都是人类发生并积累了与环境相适应的突变并经地理隔离和自然选择的产物；,炎黄子孙的标记,铲形门齿臀部青斑眼内角眦褶小脚趾趾甲开裂,臀部青斑,眼内角眦褶（蒙古褶）,小脚趾趾甲开裂,我们的环境土壤,土地多，耕地少；我国以世界耕地的7养活世界21的人口。山地多，后备耕地少；全国可作为潜在后备耕地资源的土地仅约为2.01亿亩。人口多，人均耕地少；人均耕地不足1.3亩。荒漠多，良田少；我国的水土流失面积已经占国土面积的38.2。盐渍田地多，优质耕地少；

42、不同程度盐渍化耕地超过总耕地面积一半。,我国耕地面积逐年下降,全国耕地面积衰减图（引自2008年中国国土资源公报）,2008年全国耕地净减少29万亩,耕地危岛 孙以增/绘,国务院常务会议决定,18亿亩的耕地总量要保持到2020年。基本农田总量不能少于15.6亿亩。,我们的环境水,水是生物体内最大宗构成物；水是体内代谢反应的介质和原料；水分散失可带走大量的热量；许多物质通过水分进行运输；许多代谢尾产物靠水排出；,水是生物的命根子，有水才有生命,地球可用水很少,地球水多：地球是水球，地表79%覆盖水，总水量14.6亿立方千米；可用水少：海水 93.84%深地下水 3.84%冰川和积雪 1.99%可

43、利用水 0.33%（包括：江河湖水，大气水，浅地下水）,世界主要流域水资源开采示意图,世界用水量,世界上约70%的淡水用于农业，约22%的水用于工业，水电厂、火电厂、炼油厂都是用水大户。家庭用水约占世界总用水量的8%，主要用于饮用、沐浴、烹调、清洁和私人庭院浇灌；一个国家的用水总量与人口总量和工农业发展水平等因素密切相关。世界用水总量排名前三分别是印度、中国和美国。中国目前年用水总量已经突破了6000亿M3，约占水资源可开发利用量的74%，很多地方水资源的形势十分严峻。,人均水资源丰度,联合国环境署将“水资源短缺”的标准，定为一个国家每年人均水资源低于1000M3；“水资源压力”国家则是100

44、0-1700M3；1700-2500M3为“水资源脆弱”国家；“水资源短缺”国家绝大部分位于非洲和西亚，如埃及、沙特阿拉伯、阿曼等；“水资源压力”国家包括印度、巴基斯坦、叙利亚、南非、韩国、波兰等；“水资源脆弱”国家包括中国、德国、英国、伊朗、伊拉克、阿富汗、乌兹别克斯坦等。,亚太地区严重缺水,中国水少，时空分布不均匀,中国人均水量2200吨，为世界人均的四分之一，居第88位；每年因缺水粮食减产50亿Kg以上；受缺水影响的城镇人口占总人口30%以上；北方和西北农村5000多万人、3000多万牲畜无饮水保障；全国500多座大中城市缺水城市超过300个，其中50座严重缺水。,黄河断流,70年代平均

45、 8d/y;80年代平均 11d/y;90-96年平均 69d/y;1997年 226 d/y；1998年142 d/y；1999年42 d/y；2000年至今至2012年已实现连续13年不断流。,河床裸露,黄河“水荒”,2003年黄河闹“水荒”，到7月10日，黄河主要河段来水仅82亿M3，比有记录以来最旱的1997年同期还少55 亿M3；黄河水资源利用率达到70%，远远超过40%的警戒线；与20世纪50年代相比，年均入海的水量减少34；缺水之痛、断流之痛、污染之痛、生态之痛折磨着母亲河。黄河正日益明显向内陆河演进；,华北地下水“漏斗”,在我国辽阔的华北平原，由于年年不断地抽取地下水，已经形成

46、连绵45万平方公里的“漏斗形”低地下水位复合漏斗区，有的地区甚至打井上百米都出不了多少水；河北省全省累计超采地下水600亿立方米，其中300亿立方米的深层地下水已无法得到补充。,山东省地下水,山东省是一个水资源严重短缺的省份，全省多年平均水资源总量为303亿m3，其中地下水资源量为165.4亿m3。自20世纪70年代以来，山东省开发利用地下水的规模迅速扩大，从1980年的91亿m3增加到2000年的132亿m3，地下水供水量占总供水量的比重，由386上升到53.6，全省平原地下水超采区（水位低于6m）占平原区面积的50%以上。严重的地下水超采形势，造成了区域地下水位持续下降、水源枯竭、土地沙化

47、、地面沉降、海水入侵、水质污染等一系列环境问题。,水质污染严重,污染源：工业；农业；生活；,全国废水和主要污染物排放量年际变化,废水排放量持续增加！,全国七大水系水质类别比例(2011),2011年重要海湾水质类别比例,青岛,发生在东海的特大赤潮,卫星图片,我国东部沿海污染状况（05.11.17）,山东海域赤潮,19902010年间山东海域发生了76次较大面积赤潮灾害事件。赤潮发生集中在莱州湾海域、青岛近海、庙岛群岛的北隍城海域,烟台四十里湾；每年的510月是赤潮灾害的多发期,其中,8月的灾害次数和灾害面积均占全年总数的30%以上;,我们的环境大气,2011年，全国325个地级及以上城市（含部

48、分地、州、盟所在地和省辖市）中，环境空气质量达标城市比例为89.0%，超标城市比例为1.0%。,我国的能源构成,以煤为主：含硫量高；石油不足：2010年，年消费达4.35亿吨，一半以上靠进口（2.39亿吨）；2010年国内天然气产量接近1000亿M3，进口天然气突破100亿M3。污染源：工厂，汽车，家庭，沙尘暴；污染物：CO2,SO2,SO3,NO,粉尘；,大气污染就在身边,温室效应；酸雨；臭氧“空洞”；沙尘暴；,温室气体,包括CO2、CH4、N2O、O3，只占大气组成的1%。靠吸收近红外辐射起到增温作用。各种温室气体增温作用的相对大小 CO2 增温作用 60%CH4 增温作用 15-20%N

49、2O、O3 增温作用 20%。,2010年全球碳排放最高,根据国际能源总署（IEA）的一份研究报告(2011)，去年全球碳排量处于历史最高水平，达 30.6亿吨，这引发人类关于全球气温变化会超出“危险标准”的担忧。碳排量的急剧上升意味着“将气温增加量控制在在2以内的目标或将只是一个美丽的乌托邦”。,45万年以来大气CO2浓度的变化,40万年来四次冰期的气温与CO2和CH4浓度变化关系,冰芯记录的16万年来的气温与CO2浓度变化,近千年来大气CO2浓度变化,红线年平均，据器测数据；蓝线年平均，据树轮、珊瑚、冰芯、历史文献；黑线50年滑动平均；灰线95%的置信范围；横轴1961-1990年的均值,

50、结论（北半球）：20世纪是过去1000年中最强烈增温的世纪；20世纪90年代是过去1000年中最热的年代，1998年是过去1000年中最热的一年。,千年来地球表面气温的变化（北半球）,红柱年平均，据器测数据；黑线10年滑动平均；黑色区间线95%的置信范围；横轴1961-1990年的均值。,结论：20世纪内地球表面平均温度上升了0.6 0.2oC；20世纪内两次增温期最为明显：1910-1945，1976-2000。,IPCC第三次评估报告有关气候变化的结论,过去140年地球表面气温的变化,今后会越来越热,埃里克.沃尔夫等在Nature2004.6载文称，75万年前，大气中的CO2含量至少比目前