生物学研究进展.ppt

生物学研究进展,一、生物学是既古老又年轻的科学,2)、1859年，英国生物学家达尔文，出版了物种起源一书,科学地阐述了以自然选择学说为中心的生物进化理论,这是人类对生物界认识的伟大成就，给神创论和物种不变论以沉重的打击，在推动现代生物学的发展方面起了巨大作用。,近代生物学发展的三个阶段：描述、实验、分子生物学。一)、描述性生物学阶段：1)、19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出细胞学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位，为研究生物的结构、生理、生殖和发育等奠定了基础。,二）、实验生物学阶段。19世纪中后期，自然科学在物理学的带动下取得了较大的成就。物理和化学的实验方法和研究成果也逐渐引进到生物科学的研究领域。到1900年，随着孟德尔发现的遗传定律被重新提出，生物学迈进到第二阶段实验生物学阶段。在这个阶段中，生物学家更多地用实验手段和理化技术来考察生命过程，由于生物化学、细胞遗传学等分支学科不断涌现，使生物科学研究逐渐集中到分析生命活动的基本规律上来。,三）、分子生物学阶段：20世纪30年代以来，生物科学研究的主要目标是生物大分子蛋白质和核酸上。1944年，美国生物学家艾弗里用细菌作实验，第一次证明了DNA是遗传物质。1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克共同提出了DNA分子双螺旋结构模型(图5)，这是20世纪生物科学最伟大的成就，标志着生物科学的发展进入了一个新阶段-分子生物学阶段。,二、当代生物科学的新进展：,生物科学已经从基本上是静态的、以形态描述与分析为主的学科演化发展成动态的、以实验为基础的定量的学科。为表达其鲜明的时代特征，人们将其称为生命科学。当今的生命科学正从分化走向综合，其特征是对分子、细胞、组织、器官及整体的全方位的综合研究。如果说，20世纪生物学是分化的世纪，那么21世纪生命科学将从分化走向综合。目前，生命科学正向微观、宏观两个方向纵深发展，生物技术的应用前景也非常广阔。,一）、宏观方面生态学研究人类生存的大环境，已成为生命科学中最为活跃的研究方向之一。其范畴扩展到对整个生物圈的研究。,1：生物圈的概念：地球上由各种生物和它们地生活环境所组成的环绕地球表面的圈层。,生物圈的组成,大气圈的底部水圈的全部岩石圈的上部,以前人们对生物圈缺少认识和关心，对其中的森林乱砍滥伐，对草原随意开垦，对各种动物乱捕滥杀，并把大量的废物以及有毒物质任意倾倒和排放，致使这个大环境遭到严重破坏和污染，生物圈面临崩溃的危险。人们感到21世纪人类面临的首要问题就是人类的生存和发展。人类生存的惟一家园是地球。人在地球上生活离不开地球的环境条件和其他各种生物，因此，人要生存下去并得到持续发展，必须爱护地球，关爱其他生物，保持人与自然的和谐发展。目前面临的人口、环境、能源、污染、水土流失这一系列困扰人类的问题，在一个局部范围内都是不可能得到解决的，只有把地球看作一个整体来研究，才有可能获得突破性进展。,2、为什么当今世界特别重视生物圈的研究?,地球是人类唯一的家园。让我们一起来保护我们的家园。,这，就是黄河上游的黄土高原！一个人类不能居住，鸟儿无处做窝，连蚯蚓也找不出几条的地方。在两千多年前，这里根本就不是这个样子，那时这里林木茂盛，山青水秀，是一个富饶美丽的地方。她成为现在这个样子，完全是人类造成的，是大自然对人类掠夺式开发自然资源的无情的报复！,3、挽救危机：早在1971年联合国就制定了“人与生物圈”的研究计划，谋求协调人与生物圈的关系，合理地开发和利用生物资源，维护和改善自然环境，化害为利，逐步创造出一个适合人类和各种生物生存的美好环境。根据这种思想，国外一些学者提出“地球村”、“地球飞船”等想法，说明地球是一个大家庭。这种意识不仅在自然科学，而且在社会科学、文化道德等方面都会产生深远的影响。目前关于生物圈的模拟研究，无论是美国建造的“生物圈2号”，还是日本搞的“第二个生物圈计划”，都想建造一个完全封闭的“小地球”，但经过多年实验最终失败。由此说明，在目前条件下，人类还无法模拟出类似地球可供人类长期生存的生态环境，地球是人类唯一的家园。,4、生态学研究的热点,1）、地球变化的研究：地球变暖、臭氧层的破坏、沙漠化、海洋污染、野生物种减少等问题。2）、生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性。为了保护生物的多样性，建立自然保护区。在此基础上，联合国教科文组织又提出了生物圈保护区的概念，保护区不是一个“堡垒式”或“要塞式”的庄园，而是一个开放的资源管理的战略基地。,5、当前生态学在实际研究中最多的是“生态农业，和建立“生态村”。“生态农业”，强调生物与环境、资源相协调，充分认识生态系统自身的多样化，强调生态系统的生物过程，充分发挥其自我调节和自我维护能力重视生态系统中物质和能量多层次、多途径的转化和利用，因而生态农业是最经济和最高效的农业。,农作物,饲料,粪肥,家禽（畜）,人,食物,食物,粪肥,生态农业生态系统的结构模式图,传统农业生态系统结构,农作物,饲料,粪肥,家禽（畜）,人,秸杆,沼气池,沼液作肥料,燃料,粪便,食用菌,菌渣等,粪便,沼渣,二）微观方面分子生物学(包括分子遗传学)、细胞生物学和神经生物学(或脑科学)已发展成当代生命科学研究的三大热点。,1、“人类基因组划”(HumanGenomeProject)。与原子弹的“曼哈顿计划”和登月球的“阿波罗计划”相比拟的宏伟工程，自1990年正式启动以来，经过全球科学家们的共同努力，于2000年6月26日向世界宣布“人类基因组工作草图”已基本绘制完成，标志着人类认识新纪元的开始。当然，人类基因组测序的完成并不等于工作的结束，还要认清上面有多少基因，以及这些基因是如何发挥作用的，因而诞生了“后基因组计划”。,2、脑科学(思维科学或神经生物学)是生命科学研究的又一前沿领域。目前科学家们把脑科学、认知科学、心理学、行为学从生命科学里单独出来，因为它是更高一个层次的研究，是最深的奥秘的探索，是当代自然科学面临的最大挑战之一。近30年来，脑科学出现了爆炸性的发展，特别是近10年来发展更为迅速，被誉为“脑的10年”。如果说，生命科学以分子为基础正酝酿着重大突破，并将为农业、医疗医药和人类健康带来新的革命，那么，脑科学、认知科学、心理学、行为学的研究进展与突破，将为人类教育、社会、经济发展和信息技术带来革命。,三）、应用领域生物工程(也叫生物技术)如，基因重组技术、PCR技术、DNA和蛋白质序列分析技术、分子杂交技术、细胞和组织培养技术、细胞融合技术、核移植技术等，促进了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、染色体工程、组织工程、胚胎工程等的诞生和发展，已在工业、农业和医疗卫生等方面得到了广泛应用，并取得许多突破性进展。21世纪，生命科学技术是对社会影响最大的领域，将在保护人类健康、促进农业生产发展、恢复生态环境等方面作出不可估量的贡献。,1医疗保健方面1）在疾病的诊断上，21世纪可望对人类大部分疾病实现基因水平的诊断，再辅助以先进的医疗器械，便可以准确无误地诊断病因，使患者得到及时治疗。2）在治疗方面，未来的疾病治疗是以基因治疗为主，即把人的正常基因导人病人体内，使它代替异常致病基因，从而达到治疗目的因而像遗传病、恶性肿瘤、艾滋病、心血管病等都将成为可治之病。3）人衰老的原因也会从根本上得到阐明，以后将有相应的措施和对策，实现人类延年益寿的梦想。4）今后医疗发展的一个明显趋势是更加注意预防医学和日常保健，当前应特别重视防止世界性的流行病(如艾滋病、疯牛病、埃博拉病毒病、登革热病等)入侵，确保人类生命的安全。,2农业方面未来的生物技术将彻底改变农业面貌。转基因技术将引起一场农业革命。转基因技术能使动植物具有它原来没有的全新的特性，达到改良食品特性、扩充食品内容，使粮食更有利于人体健康，并可以预测丰收，提高水的利用率以及减少农药、化肥的使用等等。随着基因工程的进展，转基因产品已进入商业运作阶段。据测，在21世纪初，转基因产品将占领很大市场。另外，农业基因组学在水稻基因组研究上已有所突破。它的基因组可以提供小麦、玉米、高粱、谷子等的同源基因，这一成果将为解决人类21世纪面临的粮食问题作出重要贡献。一般认为，新世纪的粮食增产将有50是靠基因工程创造的。基因工程在农业上大有可为。,3环保方面生物技术在环境治理方面可以发挥不可替代的作用。它的最大特点是可以根据环境治理的需要，设计、构建比天然微生物净化环境的能力强和效率高得多的工程微生物(“超级工程菌”)。它可以处理“三废”，还能从废弃物中“变废为宝”，提取有用物质。此外，在保护生物多样性方面，克隆技术、生殖工程等可以挽救珍稀濒危的动、植物，而这些均是化学、物理学等环境治理手段无法比拟的。4工业方面生物工程的发展不仅影响食品、药物工业的生产，而且会产生许多新兴产业，除发酵工程、酶工程外，还可将细菌、哺乳动物或植物作为生产药物的“工厂”，如“土豆工厂”、“奶牛工厂”、“细胞工厂”等应运而生，开辟新的产业。,5、仿生学的发展，模拟“蛙眼”、“电子耳”、“电子鼻”模拟器官、人造瓣膜、人工喉、人造关节等已在医学上广泛应用。生物传感器是另一个热门课题。神经网络的仿生学和生物力学等方面的研究已取得一定进展，有人预计21世纪人工智能机器人将代替人类做许多事情，直接把生物系统过程连接到技术系统中去研究，是今后仿生学的主要发展方向。目前科学家们还利用生物分子计算机已研制开发出某些“生物芯片”，利用这种“生物芯片”制成的计算机是当今各代计算机远不能相比的，生物技术在工业上的应用前景也非常