生命科学概论0绪论.ppt

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1、绪 论,一、生命科学的定义二、生命科学的研究内容三、生命科学的建立和发展四、现代生命科学的地位和作用五、生命科学的学习方法,1、生命科学的定义 生物学又称为生命科学，是研究生命现象和规律的科学，是自然科学的一个重要分支，广义的生命科学还包括生物技术、医学、农学、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。生命科学与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学。它主要研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间的相互关系。,一、生命科学的定义,2、生命科学的任务 了解生物的结构与功能；研究生命活动的本质和特征；探

2、索生命繁衍与代谢的分子生物学机制；揭示生物个体发育和系统发生的规律；掌握生物与环境之间的辩证关系；使人类从本质上认识生命现象，掌握生命世界的运动规律。用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类。,一、生命科学的定义,3、什么是生命？生命泛指有机物和水构成的一个或多个细胞组成的一类具有稳定的物质和能量代谢现象（能够稳定地从外界获取物质和能量并将体内产生的废物和多余的热量排放到外界）、能回应刺激、能进行自我复制（繁殖）的半开放物质系统。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生命特征的个体或群体。,一、生命科学的定义,3、什么是生命？生命一直是人类探索

3、自然奥秘的焦点。而个体生物学是人类认识生物界的最基本层次，主要研究生物的类群、生物体结构、功能及生命活动规律。地球上的生物多种多样，生物多样性反映了地球上包括植物、动物、菌类等在内的一切生命都有各不相同的特征及生存环境，它们相互间存在着错综复杂的关系。同时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。,一、生命科学的定义,在不同的层次和水平上来认识生命,4、生命的特征 4.1 组成物质的统一性 不同的生物虽然形态万千，但在化学组成上却有很大的统一性。组成生物体的化学元素，主要有C、H、O、N、P、S、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn等45-60种元素，这些元素构成了生物

4、特有的基础生物大分子，其中包括核酸、蛋白质、糖类和脂类等，以及许多生物小分子。,一、生命科学的定义,4、生命的特征 4.2 结构层次的高度有序性 生物体的结构不仅具有复杂性，而且具有高度的有序性。首先DNARNA蛋白质的秩序是生命有序性的物质基础；其次细胞内部结构的有序性是生物体结构和功能实现统一的结果；第三从细胞到组织、器官、有机体、种群、群落、生态系统和生物圈，形成了生命世界各个不同的层次体系。,一、生命科学的定义,4、生命的特征 4.3 新陈代谢 生物体通过同化（合成）和异化（分解）作用实现与外界环境进行物质交换和能量转换，使生命得以自我更新。新陈代谢是生命最基本的特征，是生命存在和生命

5、活动赖以进行的基础。,一、生命科学的定义,4、生命的特征 4.4 生长与发育 生长：生物体表现出在体积和重量上的增加。发育：随着生物体的生长，细胞不断增加，细胞和组织不断分化，由营养生长转入生殖生长，最终进入衰老和死亡。生长和发育始终伴随在一起，建立在新陈代谢基础上。个体发育：一个生物有机体的全部发育过程。系统发育：一个物种的发生和演化的历史。,一、生命科学的定义,4、生命的特征 4.5 繁殖与遗传 生物具有产生后代的能力，新的生物体产生的过程称为繁殖。生物的繁殖表现出高度的精确相似性遗传性，“种瓜得瓜，种豆得豆”物种的延续 通过（可遗传的）变异，新物种才能产生，物种才能进化。遗传和变异是生物

6、进化的基础，两者的相互作用推动着整个生物界由简单至复杂、由低级向高级的进化和发展。,4、生命的特征 4.6 应激性：生物体对外界环境的变化和刺激，主动做出的反应和调节的能力。4.7 适应性：生物体通过在形态、结构、生理或行为上的主动变化，提高自身在逆境中的生存能力。,4、生命的特征 组成物质的统一性和结构层次的高度有序性；新陈代谢、生长和发育是生命的本能；生命通过繁殖而延续；生物具有个体发育的经历和系统进化的历史；生物对外界刺激可产生应激反应并对环境具有适应性。生命就是集合这些主要特征的物质存在形式,基础生命科学涵盖的最基本的内容至少应该包括：生命的化学组成，细胞的结构与功能，能量与代谢，繁殖

7、与遗传，遗传信息的传递与控制，生物的起源、进化与系统分类，生物个体的发育、结构、功能和行为，生态环境，生物技术和生命科学的前沿与新进展等。,二、生命科学的研究内容,生命科学研究或正在研究着的主要课题是：生物物质的化学本质是什么？这些化学物质在体内是如何互转化并表现出生命特征的？生物大分子的组成和结构是怎样的？细胞是怎样工作的？形形色色的细胞怎样完成多种多样的功能？基因作为遗传物质是怎样起作用的？什么机制促使细胞复制？一个受精卵细胞怎样在发育成由许多极其不同类型的细胞构成的高度分化的多细胞生物的奇异过程中使用其遗传信息？多种类型细胞是怎样结合起来形成器官和组织？物种是怎样形成的？什么因素引起进化

8、？,二、生命科学的研究内容,生命科学研究或正在研究着的主要课题是：人类现在仍在进化吗？在一特定的生态小生境中物种之间的关系怎样？何种因素支配着此一生境中每一物种的数量？动物行为的生理学基础是什么？记忆是怎样形成的？记忆存贮在什么地方？哪些因素能够影响学习和记忆？智力由何而来？除了在地球上，宇宙空间还有其它有智慧的生物吗？生命是怎样起源的？等等。,二、生命科学的研究内容,主要学习内容生命科学概论这门课程主要学：生命科学的概念与研究内容、生命科学研究简史、生命科学研究热点与发展趋势、生命伦理学)、生命科学基础(生命的物质基础、生命的基本现象、生物的遗传与变异、生命的起源与进化、生物的多样性、生物与

9、环境)和现代生命科学(生命科学与现代生物技术、生命科学与农业科学、生命科学与环境科学、生命科学与生物能源、生命科学与现代医学、生命科学与药物的研究与开发、生命科学与海洋生物资源、生命科学与军事生物技术、生物信息学与生物芯片、生命组学与系统生物学,二、生命科学的研究内容,显著特点 当代生命科学的显著特点是：分子生物学的突破性成果，成为生命科学的生长点，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。20世纪50年代，遗传物质DNA双螺旋结构的发现，开创了从分子水平研究生命活动的新纪元。此后，遗传信息由DNA通过RNA传向蛋白质这一“中心法则”的确立以及遗传密码的破译，为基因工程的诞生提供了理论基础

10、。蛋白质的人工合成，使人们认清了生命现象并不神秘。,二、生命科学的研究内容,显著特点 当代生命科学的显著特点是：这些重大的研究成果，阐明了核酸和蛋白质是生命的最基本物质，生命活动是在酶的催化作用下进行的。绝大部分的酶的化学本质是蛋白质。蛋白质是一切生命活动调节控制的主要承担者。从而揭示了蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构、功能和相互关系，为研究生命现象的本质和活动规律奠定了理论基础。,二、生命科学的研究内容,随着科学研究的深入，生命科学被分成诸多不同的领域或专门分支学科。如基础生物学科方面除了普通生物学外，还包括细胞生物学、生物化学、生物物理学、微生物学、遗传学、分子生物学、生态学、生理学、生

11、物技术学等，分别研究涉及生物与生命活动的不同方面，它们之间也存在某些内容的重叠。,二、生命科学的研究内容,生物体是高度组织化的复杂生命形式，我们可以在不同的层次和水平上来认识它们。,2、微观与宏观领域相互联系,生物体由不同的器官组成，器官由组织组成，组织由细胞组成，真核细胞含有许多细胞器，细胞器中有许多生物大分子，生物大分子由多种原子组成。现代生命科学研究正在由宏观向微观深入发展，分子生物学正在向揭示生命的本质方向迈进。从分子水平上认识核酸等生物大分子的结构特征、功能和变化规律，使人类有可能从本质上和机制上深入地揭示生物遗传、信息传递和代谢调控的奥秘，并有可能主动地重组和改造生命，从而造福人类

12、。,二、生命科学的研究内容,现代生命科学不仅只研究单个生物体及其生命活动的过程，它还研究众多生物个体之间的相互关系与联系（即生物进化与生物多样性问题），研究这些生物体与环境的相互关系与相互作用。现代生命科学同时也正在向宏观方向深入，生命科学的微观与宏观领域是相互联系、相辅相成的。因此，需要从微观和宏观两个方面把握生命科学的基本概念和内容。从分子水平上认识核酸等生物大分子的结构特征、功能和变化规律，使人类有可能从本质上和机制上深入地揭示生物遗传、信息传递和代谢调控的奥秘，并有可能主动地重组和改造生命，从而造福人类。,二、生命科学的研究内容,本门课程简明地阐述生命的化学、细胞、代谢、遗传、分子生物

13、学、进化、生态、健康与疾病和生物技术等方面最基本的概念和理论。,二、生命科学的研究内容,地球孕育了生命，生命创造了地球，自从人类诞生以来，就对包括自身在内的所有生命现象产生了浓厚的兴趣。人类对生命现象的认识，是同劳动生产和与疾病作斗争等过程联系在一起的，并通过观察逐渐积累了丰富的感性认识，以后上升到理性认识，慢慢形成了生命科学。可以简单概括为，生命科学起源于古代、成形于近代、发展于现代。,三、生命科学发展史,1、中国古代劳动人民对实用生物学发展的贡献1.1 农学 6000年前黄河流域和长江流域成为了水稻和小麦的主要种植区；三千年前了解了蚕的习性和生活史，开始养蚕；两千年前在诗经中就记载了“维鹊

14、有巢，维鸠居之”；北魏时期齐民要术总结了我国的农业技术成果，这是我国古代第一部农业百科全书，是实用生物学的典范。东汉时期的神农本草经介绍了365中药物，而南宋时期的全芳备祖被成为我国最早的植物学词典。明代李时珍的本草纲目则记载了1892种药物，药用功效，生长环境都有详细的说明。,三、生命科学发展史,1、中国古代劳动人民对实用生物学发展的贡献 6000年前黄河流域和长江流域成为了水稻和小麦的主要种植区；三千年前了解了蚕的习性和生活史，开始养蚕；两千年前在诗经中就记载了“维鹊有巢，维鸠居之”；北魏时期齐民要术总结了我国的农业技术成果，这是我国古代第一部农业百科全书，是实用生物学的典范。东汉时期的神

15、农本草经介绍了365中药物，而南宋时期的全芳备祖被成为我国最早的植物学词典。明代李时珍的本草纲目则记载了1892种药物，药用功效，生长环境都有详细的说明。,三、生命科学发展史,1、中国古代劳动人民对实用生物学发展的贡献 6000年前黄河流域和长江流域成为了水稻和小麦的主要种植区；三千年前了解了蚕的习性和生活史，开始养蚕；两千年前在诗经中就记载了“维鹊有巢，维鸠居之”；北魏时期齐民要术总结了我国的农业技术成果，这是我国古代第一部农业百科全书，是实用生物学的典范。东汉时期的神农本草经介绍了365中药物，而南宋时期的全芳备祖被成为我国最早的植物学词典。明代李时珍的本草纲目则记载了1892种药物，药用

16、功效，生长环境都有详细的说明。,三、生命科学发展史,2、外国人在生命科学发展史上建立的重要里程碑 A 亚里士多德首次运用属和种的概念写下专著动物志，德奥费拉斯特建立了世界上第一个植物园，引种栽培了500余种植物，在植物的历史中描述了480种植物。B 维萨里解剖人体，于1543年出版了人体的结构，标志着解剖学的建立；哈维于1628年出版了心血循环记，奠定了生理学的基础。C 英国的博物学家胡克在1665年发明了显微镜，看见了肉眼看不见的细胞，打开了生物体的微观结构的大门。,三、生命科学发展史,2、外国人在生命科学发展史上建立的重要里程碑 D 德国动物学家施旺和植物学家施莱登提出细胞学说，统一了动物

17、和植物在细胞水平上基本特征的一致性，说明细胞是生物体结构和功能的基本单位。E 1859年，达尔文的物种起源发表了。他的关于生物进化的革命性理论不但引起科学界的广泛关注，当时也引起了广大平民百姓的兴趣。坚定了反对唯心论、反对神创论的信心，踢开了挡在生命科学发展史上的绊脚石。,三、生命科学发展史,2、外国人在生命科学发展史上建立的重要里程碑 F 孟德尔和摩尔根在遗传学上的贡献 孟德尔发现了遗传学上的自由组合定律和分离定律；1926年，摩尔根把研究成果以孟德尔和摩尔根的名字共同命名为遗传学的分离、连锁和交换三大定律，获得1933年的诺贝尔奖。G 分子生物学的诞生被成为生物学的一场革命。结构学派、生化

18、学派和信息学派对分子生物学的诞生和发展做出了贡献。,三、生命科学发展史,H DNA双螺旋结构和中心法则 1953年，沃森和克里克首次提出了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定是“诺贝尔奖中的诺贝尔奖”。DNA双螺旋结构模型的建立，直接导致了对DNARNA蛋白质中心法则的揭示，为建立基因工程技术提供了条件和理论依据。I 重组DNA技术 1973年，DNA体外重组获得成功，打开了基因工程的大门，开创了基因工程新时代。,三、生命科学发展史,2、外国人在生命科学发展史上建立的重要里程碑 J 人类基因组计划 1978年第

19、一例试管婴儿诞生，1997年克隆羊多莉问世，引起世界强烈的反响。1986年杜柯提出人类基因组计划，90年制定计划并启动，预计15年完成。2000年6月26日，在多方参与和协调下，人类基因组工作框架图提前完成，标志着功能基因组时代的到来。,三、生命科学发展史,1、地位 A 是21世纪的带头学科 B 与其他学科的交叉作用进一步增强 C 促进整个自然科学的发展 2、作用 A 在维持地球生态平衡方面发挥着关键作用 B 在保证社会可持续发展方面产生重要作用 C 在促进人类健康长寿方面起着主导作用 D 在提倡伦理道德文明方面产生积极的作用,四、现代生命科学的地位和作用,生命科学是当今科技发展最快、最具有挑

20、战性的学科领域，学习生命科学也应该与时俱进，不断调整和扩展相关内容。20世纪后叶，生命科学领域一系列突破性成就，不但改变了它在自然科学中的地位，而且引发了一场生物技术革命，这场革命将为人类带来巨大的利益和财富。很多人预测，生物技术引擎助推世界经济继续增长，以高技术、高投入和高利润为特点的生物技术产业将成为全球下一轮新的经济生长点。中国已设立了20多个生物技术园区；我国首创的水稻杂交技术已向20多个国家推广，超级杂交稻每公顷产量突破了12t。,3、跟踪生命科学和生物技术的最新进展,北京生物科技园,超级杂交稻每公顷产量突破了12t,五、为什么要学习生命科学,1、从生命科学发展史角度阐述 当今，以计

21、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迅猛发展，它们代表了现代科学发展的最前沿，并成为现代高科技的两大支柱。科学技术的迅速发展让我们思考，20年后生命科学的发展和生物技术的应用及其产业会达到怎样的程度。2、人类面临的挑战 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、生物物种大量消亡,3、新世纪的大学生不能没有现代生命科学基础知识,人们的日常生活越来越离不开对生命科学知识的学习和理解。,手机是否对人的健康有影响？,如何面对转基因食品？,抵制野生动物毛皮制作的衣物？,当生命科学与生物技术的发展到了能改变人类自身构成的时候，它不仅仅涉及技术的复杂性，还

22、涉及伦理道德等社会问题。您的认识和看法以及公众的认识和看法就会对政府的决策及生物技术的发展方向甚至人类社会的发展有重大的作用和影响。如果你决定成为一名生物学家：大脑、新植物品种、癌症。生物技术公司：基因药物、诊断芯片。如果从事文科专业：生命科学与人类和社会的联系。每一个人：认识自己、认识生命。非生物类专业学生学习基础生物学知识是现代高等教育的发展趋势。,4、生命科学的发展需要您的参与,20世纪后叶分子生物学取得了一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化，现已聚集起更大的力量，酝酿着更大的突破进入了21世纪。生命科学的发展和进步也向其他学科提出了很多新问题、新思路和新挑战。

23、生命科学不但是21世纪自然科学的带头学科，而且正在逐渐成为一门“中心科学”。生命科学与现代生物技术的快速发展又为其他行业开辟了更加广阔的前景，生命科学与技术对国家安全也具有重大意义。诺贝尔奖得主之中有许多曾是非生物学类专业的学生。有您的参与，生命科学将会对人类社会的发展做出更重大的贡献。,六、如何学习生命科学,1、兴趣是最好的老师 世间万物，唯独生命是最美的。尽管每一个人都有不同的知识背景、生活经历和人生目标，但我们都热爱生命，这是共同的。2、把握基本概念和它们之间的内在联系 进化流、信息流和能量流贯穿了整个生物界和生命过程,是我们学习生命科学基本概念时需要重点把握的知识框架和内在联系的主要脉

24、络。,（1）生物在地球上已经有35亿年的历史，进化可以把包括人在内的所有生命形式以及相关现象串联起来，形成进化流。（2）所有生物都需要获得精确的信息指令来指导和控制其生长、运动、代谢、分化和繁殖等，因此发生在分子水平上的信息传递或信息流动是一切生命活动必不可少的过程。信息传递包括由DNA分子组成的遗传信息向后代的传递，还包括由基因控制的遗传信息通过转录、翻译过程合成蛋白质而控制细胞与组织的结构与功能，蛋白质和其他化学物质还可以作为特殊的化学信号通过细胞的信号传导途径来启动相应的生物化学反应。生命信息的传递和流动又简称为信息流。（3）所有生命都共享地球上的外部环境，高度有序的生命要依靠不断从外部

25、输入能量来维持，由此造成生物与环境、不同生物之间和同一生物体内发生以物质流带动的能量流动即能量流是生物之间相互作用和生命活动相互影响的重要原因。,3、提出问题和设想,观察、提问、设想、推理、分析及实验验证等是科学创新的基本要素。在这些基本要素中，天性好奇和提出好的问题是学习和创新的发动机。密切联系实践。树立正确的科学态度，掌握正确的科学方法,4、实验是开启生命王国大门的钥匙,科学实验和观察是假设成为理论的桥梁，生命科学离不开实验。勒维的故事（双蛙心灌流实验）。生物学实验可以帮助我们更深刻地理解生命科学的基本概念和原理，提高我们的动手能力、分析问题和解决问题的能力。从著名科学家的实验设计和研究经

26、历中学习生命科学。,结束,20世纪初，德国科学家LOEWI提出了一个大胆猜想，他猜想神经系统是通过化学物质对身体各部分控制的。他研究迷走神经对于心脏跳动的控制是，一直苦于无法证明究竟是电产生化学物质还是电直接作用于身体，这个问题一直苦恼了他17年。直到1920年复活节前夜，他突然从睡梦中醒来。第二天早上起来他迅速记下了这个睡梦中的灵感，实验其实很简单：他解剖了两只青蛙取出心脏，其中一个连接迷走神经，一个剥离或割断。他将两个蛙心用导管连接实施灌流试验。他先用电击了第一个心脏，当连着迷走神经的心脏的液体流到第二个心脏上时，第二个心脏的跳动变缓！他正是用这个简介的实验成功的首次真出了神经系统对生命活动的调节的机制！他也因此得了诺贝尔奖。,