当代自然科学的重大基本问题

当代自然科学的重大基本问题l 当代科学技术已发展为一个十分庞大的体系，整个科技大厦是构筑在自然科学的基础上的。l 自然科学的任务是研究自然界各种物质的形态、结构、性质和运动规律，不断探索新现象，揭示新规律，提出新理论，建立新理论。l 不同层次的物质都有其特有的属性和运动规律。因此，自然科学在探索自然奥秘时，根据研究对象不同，诞生出不同的基础学科。l 如物理学、化学、生物学、天文学、地学等。l 所谓科学的基本问题，是那些从亘古开始，人类的圣哲先知就开始探求，而至今人们仍在不停地追索的自然奥秘；是那些与人类认识论、自然观等哲学命题密切关联、相互促进、有重大哲学意义的课题。揭示物质结构之谜l 物质构成之谜 一个古老而年轻的哲学命题物质结构研究的当代进展l 粒子物理学的目标是探索物质的基本组元和它们之间相互作用的规律。近 40多年来，它在对相继发现的数百种粒子性质的研究中，总结出如下规律： l 所有粒子的运动遵循四种基本力的相互作用规律；l 夸克、轻子和传播子（即传递力的粒子）是更为基本的粒子。l 科学家们对四种基本力、粒子性质进行理论和实验研究，总结其规律性和提出理论模型宇宙的起源和演化l 宇宙概观 l 在自然科学中，研究地球以外宇宙环境中各种天体的运动、结构、起源和演化的基础科学叫做天文学l 太阳系l 银河系l 现代宇宙学的诞生 1916 年，爱因斯坦提出广义相对论。l 宇宙膨胀的发现 1924 年，弗里曼在广义相对论框架下，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态l 哈勃定律l 宇宙的年龄： 100200 亿年l 宇宙的物理演化史 大爆炸膨胀的宇宙生命与智力起源l 生命的本质l 生命的本质是什么？这是自然科学长期探索的问题，也是哲学上的一个大问题l 20世纪 50年代，沃森和克里克提出了 DNA（脱氧核糖核酸）的双螺旋模型，宣告了一个富有生命力的新学科 分子生物学的诞生l 分子生物学的研究成果，使我们加深了对生命本质的认识生物大分子的自复制l DNA的双螺旋结构 DNA是一种高分子化合物，组成它的基本单位是脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成l 组成脱氧核苷酸的含氮碱基有 4种，它们是腺嘌呤（ A）、鸟嘌呤（ G）、胞嘧啶（ C）和胸腺嘧啶（ T）l 多个脱氧核苷酸一个连一个，就成为脱氧核苷酸链DNA不仅具有一定的化学组成，还具有特殊的双螺旋结构l DNA的复制 生物大分子 DNA的自我复制机制是 20世纪最令人振奋的科学发现之一。l DNA分子的复制是指以亲代 DNA分子为样板（生物学上称 “模板 ”）来合成子代 DNA的过程。 DNA分子是边解旋边复制的。l 首先， DNA分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，按照碱基互补配对原则，合成出与母链互补的子链。l 新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与对应的母链互相盘绕成螺旋结构，形成一个新的 DNA分子。这样，一个 DNA分子就变成两个完全相同的 DNA分子基因与人类基因组现代遗传学认为，基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段，每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸人基因组 DNA大约由 30亿个核苷酸组成，其息量约为 120亿比特，可以编码 20万种蛋白质。不同的基因，碱基排列顺序不同。人类大约有5万至 10万个基因l 一旦破译工作全部完成，就能掌握人类遗传信息，建立起完整的遗传信息库。危害人类健康的 5000多种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病和精神疾患等，可以因此得到预测、预防、早期诊断与治疗l RNA：l DNA是遗传物质，它的基本功能包括两个方面：一方面通过复制，在生物传宗接代的过程中传递遗传信息l 另一方面，在后代的个体发育中，能使遗传信息得以表达，从而使后代表现出与亲代相似的性状l 蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的，生物体内大部分化学反应也离不开叫做 “酶 ”的蛋白质进行催化。l 因此，基因对性状的决定性作用是通过 DNA控制蛋白质的合成来实现的。l 遗传信息并不能直接由 DNA传递给蛋白质。这是因为 DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中进行的。l DNA所携带的遗传信息，就需要另一种核酸 核糖核酸（ RNA）。l RNA分子由许多分子的磷酸、核糖和含氮碱基组成。l 与 DNA相比， RNA的成分中含有核糖，而不含有脱氧核糖生命语言的 “转录 ”和 “翻译 ”l 基因控制蛋白质合成的过程，包括 “转录 ”和 “翻译 ”两个重要步骤：l 转录是在细胞核内进行的，它是指以 DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成 RNA的过程l 翻译是在细胞质中进行的，它是指以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程遗传密码是大自然最伟大的创造之一l 在密码中蕴藏着 “生命机器 ”工作的重要原理，包含了生命形成和进化的丰富信息。在中心法则里， DNA决定 RNA的性质是遵循着碱基互补配对原则的人类对大脑和智力的探索智力基石：大脑白质大脑白质l 科学家曾认为，白质只是一种被动传输神经信号的大脑组织，但最新研究发现，它也可以主动影响学习过程，并与大脑功能失常相关。l 大脑灰质（由神经元组成）负责思维与计算功能，而白质 由包裹了髓鞘的轴突组咸 负责调控神经信号的传递，协调各