当代自然科学的重大基本问题.ppt

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 l20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 lDNA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 lDNA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。 lDNA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 lRNA： lDNA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。 lDNA所携带的遗传信息，就需要另一种核酸核 糖核酸（RNA）。 lRNA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，协调各脑区