生命科学导论公共课.pptx
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生命科学导论公共课.pptx
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生命科学导论杨帆、秦先超人之初:
被精子包围的卵子“一出生就有人告诉我们,生活是场赛跑,不跑快点就会惨遭蹂躏,哪怕是出生,我们都得和3亿个精子赛跑。
”Wasborn,andtheytoldusthatlifeisaracefield,donotrunravaged,evenifitisborn,wehadto,and300millionsperm16个星期之后,受精卵发育成初具雏形的胎儿新生命的诞生使人们欢欣鼓舞同时,人口问题却又是人类社会面临的极大挑战。
人口60亿13亿21世纪面临的世界性难题人口population21世纪面临的世界性难题21世纪面临的世界性难题这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上,不易被鸟发现;工业化后,黑色蛾子逐渐取而代之,因为黑烟污染了环境,黑色蛾子更易藏身。
工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液,促使吃石油的细菌长起来。
矿物能源(石油、煤)必将枯竭,生物能源已在开发之中。
很多不起眼的生物,很可能就是药物、材料等的宝贵资源。
图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。
21世纪面临的世界性难题一个20米直径的水池年产4吨藻类,加工后可得相当于3000升柴油的燃料。
一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料。
图为生长在淡水和海水中的一种硅藻21世纪面临的世界性难题80年代,在美国发现第一例艾滋病,至今美国已有106感染者。
E.Johnson是洛杉矶湖人队球星,1991年被检查出为HIV病毒阳性。
两个月时,因输血染上艾滋病的男孩。
资料:
人类免疫缺陷病毒(HumanImmunodeficiencyVirus,HIV),顾名思义它会造成人类免疫系统的缺陷。
1981年,人类免疫缺陷病毒在美国首次发现。
它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒(Lentivirus),属反转录病毒的一种。
至今无有效疗法的致命性传染病。
该病毒破坏人体的免疫能力,导致免疫系统的失去抵抗力,而导致各种疾病及癌症得以在人体内生存,发展到最后,导致艾滋病(获得性免疫缺陷综合症)。
第一讲踏进生命科学的殿堂一、为什么要学习生命科学导论二、生命的特征三、生命科学的发展四、生命科学的学习方法生命科学导论(公共课)主编张惟杰高等教育出版社2002,面向21世纪课程教材参考书1高等教育的目标全面素质教育职业教育从事某一种职业的训练和准备人是物的附件有一定专业方向的全面素质的培养,面对多个方面的挑战以人为本一、为什么要学习生命科学导论哈佛大学教学计划说明“everyHarvardgraduateshouldbebroadlyeducatedaswellastrainedinaparticularacademicspecialtyorconcentration.”每一个哈佛毕业生应该受到广博教育并且还应在专门的学科方面得到一定的培训.”哈佛大学核心课程主要包括六大门类1.各国文化3.文学美术5.科学:
数学,生命科学2.历史研究4.道德伦理6.社会分析“公共基础”由哪些板块组成?
数理化毕业设计专业课专业基础课政治人文计算机外语生物1980s以来,世界著名大学如MIT等,纷纷把生物类课程列为全校必修课.1995年以后,国内重点大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业大学生的限选或必修课程。
这是因为人们意识到,21世纪将是生命科学的世纪,面向21世纪的大学生应有生命科学基础,而不应该成为“生物盲”。
2、21世纪将是生命科学的世纪
(1)带头学科近300年来(17-20世纪):
物理学一直作为带头学科17世纪中叶牛顿经典力学18世纪中叶(蒸汽机)工业革命19世纪中后电气革命20世纪初量子论、相对论和核物理标志着物理学革命性飞跃。
20世纪上半叶被称为“现代物理学黄金半世纪”物理学主导着工业革命和经济发展带领着天文、地质、气象、化学等学科发展薛定谔(ErwinSchrodinger,1887-1961)是一位近代物理学家,他试着跨越物理世界/生命世界之间难以逾越的鸿沟。
他所写的小册子生命是什么是一个伟大尝试。
21世纪:
生命科学将成为带头学科“牛顿以来的物理学把宇宙统一为一个整体,同时却把我们的世界一分为二物理世界和生物世界”。
.面对复杂系统的许多问题,科学界把目光转向生命科学,寻求新的概念,新的观点,新的思路。
面对工业发展所带来的日益严重的社会问题人口粮食环境能源疾病等等人们意识到要从生命科学中去寻求出路。
二、生命的特征
(一)“生命”应如何定义?
1、从生理学角度定义具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功能的系统。
2、从遗传学角度定义为通过基因复制、突变和自然选择而进化的系统。
3.从物理学角度的定义“负熵”热力学第二定律任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向,即朝着熵增加的方向变化。
生命的演化过程总是朝着熵减少的方向进行,一旦负熵的增加趋近于零,生命将趋向终结,走向死亡。
(二)生命的基本特征细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能物理运动化学运动生命运动最高级运动形式生命的基本特征生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质遗传学家和模特儿生命的基本特征生命的基本特征生物具有个体发育和系统进化的历史生物对外界可产生应激反应,对环境有适应性生命的基本特征生命的基本特征细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能生命通过繁殖而延续,DNA是生物遗传的基本物质生物具有个体发育和系统进化的历史生物对外界可产生应激反应和自我调节,对环境具有适应性生命是具有以上共同特征的物质存在形式
(一)生命科学的定义生命科学是研究生物体及其活动规律的科学,广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。
三、生命科学的发展
(二)生命科学的发展1、生命科学的三大基石细胞学说、进化论和遗传学20世纪以来,随着现代物理、化学、数学以及计算机新理论和方法的广泛深刻的渗入,生命科学已从静态、定性描述学科向动态的、精确定量学科转化。
1926年,摩尔根基因论的提出,促使生物学研究从细胞水平向分子水平过渡,20世纪下半叶,生物化学的发展为分子生物学和分子遗传学的诞生打下了基础。
1973年重组DNA获得成功,开创了基因工程。
80年代以后,以基因工程为主体的生物技术作为高新技术产业在世界范围内兴起,生物技术转化为强大生产力已展示出广阔的应用前景。
2、生命科学的发展1928-1942Fleming(弗莱明)发明青霉素DNA双螺旋1953年Watson(沃森)和Crick(克里克)1973年斯坦福大学Cohn加州大学Boyer基因工程重组DNA技术之父1997年2月苏格兰Wilmut(威尔穆特)1999年绵羊“多莉”的克隆高考作文题“假如记忆可以移植”2000年6月人类基因组计划草图完成2001年干细胞研究20年后?
3、从传统生物学到现代生命科学生命科学能够迎接21世纪的挑战生物学经历了三个发展阶段:
描述生物学阶段(19世纪中叶以前)实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中)创造生物学阶段(20世纪中叶以后)A、描述生物学阶段(19世纪中叶以前)主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物,寻找他们之间的异同和进化脉络达尔文物种起源(1859)进化论关于进化论达尔文认为,生物之间存在着生存争斗,适应者生存下来,不适者则被淘汰,这就是自然的选择。
生物正是通过遗传、变异和自然选择,从低级到高级,从简单到复杂,种类由少到多地进化着、发展着。
以上三点,就是我们常听到的“物竞天择,适者生存”,现在基因学诞生之际,为此提供了重要的证据,事实上,物竞天择,竞的是“基因”。
关于进化论的争论:
争论来自两方面:
一方面是科学界的内部争论,一方面是科学界以外的宗教与进化论争论。
在科学界内部,主要是具体的进化形式和原因中,依然争议不断,如渐变与突变的争议宗教与科学的争论,这是民众感受最多的部分,也是争论最有影响力的领域。
因为民众的专业生物学知识很贫乏,宗教里面尤其是基督教,则惯于歪曲生物学和进化论,把进化论描述为非科学的、蛮横的、可笑的、无证据的或者是捏造的当时报纸上刊登的讽刺达尔文的漫画B、实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中)利用各种仪器工具,通过实验过程,探索生命活动的内在规律微生物学之父巴斯德法国微生物学家、化学家。
他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等,奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础,并开创了微生物生理学。
主要成就:
否定微生物自然发生说曲颈瓶实验巴斯德在实验室里曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论”C、创造生物学阶段(20世纪中叶以后)分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。
沃森和克里克在讨论DNA双螺双螺旋结构的要点1.DNA分子是两条反向平行(一条是5-3、另一条是3-5走向)的互补双链结构。
脱氧核糖和磷酸在外,碱基在内,垂直于螺旋轴。
两链的碱基以氢键结合。
互补配对方式:
A=T,G=C.(A+G=C+T)2.DNA双链是右手螺旋结构螺旋每周含l0对碱基,螺距3.4nm,相邻碱基平面距离0.34nm,直径2nm.3.螺旋的表面有大沟及小沟,是蛋白质DNA相互作用的基础。
4.疏水作用和氢键维系DNA双螺旋结构的稳定性。
第一例基因工程实验(三)、生命科学如何发挥它的重要作用?
从我国科学发展规划看生命科学的重要性生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合现代仪器设备的武装是生命科学发展的必要条件A、从我国科学发展规划看生命科学的重要性基础研究自然科学基金应用研究五年计划国重项目863高科技和新型产业项目高技术研究发展计划(“863”计划)纲要:
选择生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料7个领域15个主题作为我国高技术研究与开发的重点973国家重大基础研究项目:
农业、能源、材料、信息环境和生态、人口与健康B、生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合21世纪是生物的世纪,但生物学要有大突破必须寻求物理学科等其他学科的支持。
现代仪器设备的武装是生命科学发展的必要条件世界著名大学着手组建生命科学和其他学科交叉渗透的综合实验中心光学显微镜电子显微镜早期的光学显微镜电子显微镜电子显微镜透射电子显微镜下正在分裂的大肠杆菌扫描电子显微镜下的杆菌微分干涉相显微镜下的细菌原子力显微镜下的细菌激光共聚焦扫描显微镜下的藻类(四)、生命科学向我们每个人走来1生存与健康2交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战3生命科学渴求各个领域优秀人才的参与
(1)、生存与健康一方面医疗保健的发展,生活质量的提高,使人均寿命延长另一方面人类面临一批新型疾病的威胁心血管病、糖尿病艾滋病、癌症、新传染病
(2)、交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战生物学农学医学工程学人文科学物理学化学数学天文学计算机科学心理学生物物理学生物化学生物数学宇宙生物学人工智能学物生育理学种昆学植虫物学病理学人体及动物生理学药理病学理生学物工生程物学材生料物生传物感生能器物源信息(3)、生命科学渴求各个领域优秀人才的参与例子:
生物计算机美国普林斯顿大学研究人员在一支含有1024种不同RNA链的试管里完成一道有关下国际象棋的数学题计算,这支试管计算机给出43个正确答案,同时给出1个错误答案。
有人说,这是计算机家庭最新的“抽象派”成员,有人认为,比起常规芯片计算机来,RNA分子可以储存更多数据,可以进行超级并行运算。
四、生命科学的学习方法1、生命科学的研究内容生命的起源生命的基本化学组成细胞的基本知识基因与重组DNA技术发酵工程和酶工程2、如何学习生命科学兴趣是最好的老师人人热爱生命热爱生命而喜爱生命科学提出问题富于想象保持天性好奇和经常思考提问、自学把握生命的层次个体器官组织细胞细胞器分子原子分子生物学;进化生态宏观生物学微观与宏观领域相互联系生命的层次既见树木又见森林生命科学是实验科学愿你们在学习基础生命科学知识的同时,体验到探索生命奥秘的乐趣!
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