生命科学作业.doc

一、生命科学的发展可以分成哪几个时期？它们的主要特点是什么？生命科学可以分为前生物学时期、古典生物学时期、实验生物学时期以及分子生物学时期。前生物学时期的主要特征是着手对于人类生产、生活密切相关的生物进行形态及其本性的描述和记载。古典生物学时期科学家除了继续对各物种的特性进行描述外，已经逐渐深入到微观的水平。经过归纳和总结，提出了一些初步阐明生命科学规律的理论和学说，标志着生命科学正在酝酿一场从感性认识到理性研究的变革。实验生物学时期生物学家已经不再囿于以观察、描述性的手段研究生物体和生命现象，他们通过一系列的实验设计与操作，迈开了窥视生命奥秘的步伐。分子生物学时期生物学研究深入到细胞和分子的层次，取得一系列辉煌的成就。二、简要说明生物的共同特征是什么？病毒是生命吗？ 生物的共同特征在于：1、除病毒外，所有的生物体都是由细胞组成的，具有严谨的结构；2、新陈代谢是生命体最基本的特征，生物体可以通过同化作用、异化作用和外界进行物质和能量的转化；3、生物体可以通过新陈代谢进行生长发育，并繁殖后代；4、生物体具有遗传变异的特征，既保证了生命的稳定延续，又为生命进化提供了动力；5生物体具有应激性，可以对外界的刺激做出反应。虽然病毒没有细胞结构，都是由核酸芯子和蛋白质外鞘构成，其大小、形态和结构也各不相同，但它仍符合上述特征中的B、C、D、E项特别是有新陈代谢致以最根本的特征，所以毫无疑问，病毒也是生命，只是它有它存在的特殊性。三、什么是生物分类的五界系统？在五界系统中，为什么没有病毒？什么是双名法？五界系统：它是由美国生物学家魏泰克（R.H.Whittaker,19241980）在1969年提出的。魏泰克在已区分了植物与动物、原核生物与真核生物的基础上，又根据真菌与植物在营养方式和结构上的差异，把生物界分成了原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界五界。五界系统中没有病毒是因为五界系统反映了生物进化的三个阶段和多细胞阶段的三个分支，是有纵有横的分类，它没有包括非细胞形态的病毒在内，而且生命的历史经历了几个重要阶段，最初的生命应是非细胞形态的生命，当然，在细胞出现之前，必须有个“非细胞”或“前细胞”的阶段。病毒就是一类非细胞生物，只是关于它们的来历，是原始类型，还是次生类型，仍未定论，因为病毒系统地位不明，所以五界系统不包括病毒。双名法：双名法规定，每种生物的学名由两个拉丁字或拉丁化的字组成。第一个是属名，是主格单数的名词，第一个字母大写；后一个是种名，常为形容词，须在词性上与属名相符，表示该种的主要特征或产地。在学名之后应写上命名人的姓氏或其缩写。学名都应以斜体字打印出，手写时应在学名下划横线表示。四、 细胞学说形成过程中有哪些主要的事件？在 18 世纪的德国 ，自然哲学非常盛行。这个体系的内容之一是描述他们认为是组成有机世界多样性的典型单位。歌德认为叶子是各种不同植物的典型单位结构，而奥肯则主张脊椎节是一般动物原型结构的基本单位。奥肯还进一步认为有机体由粘液囊泡或活的单位所组成，并在它们暂时所属的有机体死亡后继续生存着，形成另一个生物的一部分。在 19 世纪早期，这样一种观点相当流行，并且同对动植物结构的显微镜观察结合在一起，导致了细胞学说的发展。 在 17 世纪初胡克 (Robert Hooke)、马尔比基和列文虎克 (Antonie van Leeuwenhoek)，都曾用显微镜看到了植物细胞，但是并没有被认为是植物世界的独立的、活的结构单位。 在 19 世纪初期，植物解剖的研究复活了，德国植物学家特雷维拉努斯 (Ludolph Christian Treviranus) 和冯莫尔认识到细胞是植物的结构单位。19 世纪 20 年代， 意大利的亚米齐和其他人制成了改进的消色差显微镜，使人们得以观察到有机细胞的详细情况。一个伦敦医生罗伯特布朗 (Robert Brown) 于 1831 年观察到植物细胞一般具有一个核，不过他对自己的发现并不怎样重视。 捷克人普金叶在 1835 年用显微镜观察了一个母鸡卵中的胚核，并指出动物的组织在胚胎中是由紧密裹在一起的细胞质块所组成，这些细胞质块与植物的组织很类似。 这些观察导致耶拿大学的植物学教授马提阿斯施莱登 (Matthias Jakob Schleiden) 于 1838 年宣布，细胞是一切植物结构的基本活动单位和一切植物借以发展的根本实体的学说。卢万大学的解剖学教授泰奥多尔施旺 (Theodor Schwann) 于 1839 年把细胞说扩大到动物界。 19 世纪 40 年代许多研究者纠正了他们其中的一些错误观点，特别是植物学家冯莫尔，耐格里和霍夫迈斯特以及动物学家克里克尔、莱迪希和雷马克，他们证明新细胞是靠分裂形成的，细胞核先在母细胞内分裂为二，然后是母细胞分裂为两个子细胞。五、简述细胞学说的内容。1、细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所构成； 2、所有细胞在结构和组成上基本相似； 3、新细胞是由已存在的细胞分裂而来； 4、生物的疾病是因为其细胞机能失常。 5、细胞是生物体结构和功能的基本单位。 6、生物体是通过细胞的活动来反映其功能的。 7、细胞是一个相对独立的单位，既有他自己的生命，又对于其他细胞共同组成的整体的生命起作用。 8、新的细胞可以由老的细胞产生。六、从细胞学发展简史，你如何认识细胞学说的重要意义?细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源。这一学说的建立推动了生物学的发展，并为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据。恩格斯曾把细胞学说誉为 19 世纪最重大的发现之一。 施莱登和施旺的细胞学说为 19 世纪细胞的研究指出了方向。然而，他们虽然正确地指出新的细胞可以由老的细胞产生，却提出了一个错误的概念即新细胞在老细胞的核中产生，由非细胞物质产生新细胞，并通过老细胞崩解而完成。由于这两位科学家的权威，使得这种错误观点统治了许多年。 许多研究者的观察表明，细胞的产生只能通过由原先存在的细胞经过分裂的方式来完成，1858 年德国病理学魏尔肖 (Rudolf Ludwig Karl Virchow) 概括为“一切细胞来自细胞” (Omnis cellula e cellula) 的著名论断，这不仅在更深的层次上揭示细胞作为生命活动的基本单位的本质，而且通常被认为是对细胞学说的重要补充，甚至有人认为直至于此细胞学说才全部完成。 尽管细胞学说的某些部分已成为历史的陈迹，然而其中心思想仍广泛而深刻地影响了后来生物学的发展，任何生物学的重要问题都必须从细胞中寻求最后的解答。七、人体衰老和细胞衰老有何区别？人体衰老与细胞衰老虽然是两个不同的概念，但二者是密切相关的，人体衰老是以细胞衰老为基础的。近数十年来，关于细胞衰老原因虽有各种假说，但均不能圆满解答各种因果问题，尚未被多数人接受，如“内生因素”说，认为细胞衰老是由于构成细胞本身的原生质的胶体状态发生不可逆的变化。“外生因素”说，认为细胞衰老是细胞周围的介质、或直接影响细胞介质的各种外界条件：如温度、食物、光线、宇宙射线等的影响。如“遗传因素”说，认为细胞衰老是细胞本身所携带的遗传物质被扰乱所引起的。还有人认为衰老是既定的遗传程序，不论是生长、发育或性成熟以及衰老至死亡都是遗传规定好的程序。近来较被人重视的是“细胞大分子合成错误成灾”说，认为细胞里的核酶和蛋白质在生物合成过程中，如果由于某些原因而发生差错，这些差错会（得到）累积而迅速扩大，引起代谢功能大幅度降低，造成衰老。使人感兴趣的是“免疫功能改变”说，发现胸腺功能随年龄增长急剧下降，并与衰老有平行关系，故认为可能是衰老的主要因素，甚至有胸腺决定寿命的说法。特别要提出的“自由基学说”，认为生物机体在代谢过程中可以产生“自由基”并可随年龄增加而增加。自由基诱发细胞损伤的一个重要途径是使细胞膜中的不饱和脂类产生过氧化作用，从而使膜的结构发生变化，特别是线位体和线粒体的膜很脆弱，膜中的脂类过氧化作用可以产生脂褐素（即老年色素）。 许多研究工作目前可认为衰老的基本原因是遗传，衰老的机理是代谢失调，因此欲求推迟衰老就必须了解妨碍细胞代谢的各种因素，并设法减少或除去这些不利因素。妨碍细胞代谢的因素可概括为外因和内因。内因有：遗传缺陷；酶的生物合成和功能障碍；激素分泌失调；神经调节失常等。外因有：社会因素（经济、职业和意识形态）；生活方式和生活条件（包括不良嗜好）；环境因素（空气、水上、污染、放射性物质、噪声等）；饮食、医药。各种因素的性质和对细胞代谢影响的作用各不相同，但都是从不同程度使细胞的结构和功能发生衰退。 八、细胞为什么会死亡？细胞死亡有哪些形式，有何不同？细胞因受严重损伤而累及胞核时，呈现代谢停止、结构破坏和功能丧失等不可逆性变化，此即细胞死亡。死亡的原因很多，一切损伤因子只要作用达到一定强度或持续一定时间，从而使受损组织的代谢完全停止，就会引起细胞、组织的死亡。细胞死亡的形式以及不同：目前认为除了坏死外细胞死亡形式分为程序性细胞死亡（Programmed cell death，PCD），包括凋亡（Apoptosis）和自噬（Autophagy）及非程序性细胞死亡（Non-programmed cell death，NPCD），包括副凋亡（Paraptosis），细胞有丝分裂灾难（Mitotic catastrophe）和胀亡(Oncosis)等。1. 凋亡 1972年Kerr从形态学的角度描述了细胞的生理死亡，并将其命名为凋亡。凋亡的形态学特征为染色质凝集、边缘化，细胞皱缩，细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸外翻，细胞出泡形成凋亡小体。细胞凋亡受到一系列相关基因的严格调控。根据凋亡信号的来源可以将细胞凋亡信号转导通路分成两条：外源性通路（死亡受体通路）和内源性通路（线粒体通路）。两条信号通路汇集于下游的效应Caspase。效应Caspase在细胞凋亡的执行阶段能够直接引起重要蛋白质的降解和核酸酶的激活并最终导致细胞凋亡。也有一些凋亡不依赖于Caspase，而是通过AIF等分子发挥效应，其形态学变化属于凋亡样程序性细胞死亡。2. 自噬（Autophagy） 1966年Duve和Wattiaux在发现溶酶体的同时发现了细胞的自吞噬现象。1977年Mortimore和Schworer发现肝细胞在处于饥饿状态时，自吞噬对其维持自身的稳态发挥着至关重要的作用，自吞噬细胞形态学上最主要的特征是细胞内出现大量泡状结构，即双层膜自吞噬泡，吞噬泡内为胞质及细胞器。3. 副凋亡（Paraptosis） 2000年Sperandio等在293T细胞系中超表达胰岛素样生长因子1受体（IGFIR）时发现一种与经典凋亡不同的死亡表型，并定义为Paraptosis.Paraptosis的形态学特征是细胞浆空泡化，线粒体和内质网肿胀，但没有核固缩现象。4. 细胞有丝分裂灾难(Mitotic catastrophe) 1989年，Lisa Molz等发现在酵母的一种对热敏感的突变株中，细胞分裂时染色体分离发生异常。相应的一些学者便把这种在DNA发生损害时，细胞无法进行完全的分裂从而导致四倍体或多倍体的现象称为细胞有丝分裂灾难，对于细胞有死分裂灾难的形态学特点描述并不是很完全，但主要是巨细胞的形成，内有多个小核，染色质凝聚。有丝分裂灾难和凋亡的染色体固缩是否一样，现在看法并不一致。DNA发生损害时，如果细胞不能有效地阻断其细胞周期的进行，会导致染色体的异常分离，这些非正常分裂的细胞在下一轮有丝分裂中会继续导致细胞多倍体的形成从而成为癌变的基础。而细胞有丝分裂灾难作为一种死亡机制可以使这种非正常分裂的细胞死亡。细胞有丝分裂灾难由多种分子调控，如CDK1，P53及Survivin等，其死亡信号传递有很大一部分与凋亡相重叠。5. 胀亡(Oncosis) 1910年，von Reckling-hausen在骨软化病中发现由于缺血而肿胀坏死的骨细胞，他把这种肿胀坏死叫做Oncosis。1995年Majno和Joris为与凋亡相区别，重新引入了Oncosis的概念，把具有明显肿胀特点的细胞死亡命名为Oncosis，中文一般翻译为胀亡。胀亡的形态学特征是细胞肿胀，体积增大，胞浆空泡化，肿胀波及细胞核、内质网、线粒体等胞内结构，胞膜起泡，细胞膜完整性破坏。胀亡细胞周围有明显炎症反应。九、何谓自然选择？自然选择是进化生物学中最核心的概念，同时也是导致生物进化的关键因素。自然选择是指能够导致同一种群中，不同遗传性状的分布比例在下一个世代发生变化的过程。 达尔文的自然选择学说，其主要内容有四点：过度繁殖，生存斗争（也叫生存竞争），遗传和变异，适者生存。 过度繁殖：达尔文发现，地球上的各种生物普遍具有很强的繁殖能力，都有依照几何比率增长的倾向。达尔文指出，象是一种繁殖很慢的动物，但是如果每一头雌象一生（3090岁）产仔6头，每头活到100岁，而且都能进行繁殖的话，那么到750年以后，一对象的后代就可达到1 900万头。因此，按照理论上的计算，就是繁殖不是很快的动、植物，也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球。但事实上，几万年来，象的数量也从没有增加到那样多，自然界里很多生物的繁殖能力都远远超过了象的繁殖能力，但各种生物的数量在一定的时期内都保持相对的稳定状态，这是为什么呢?达尔文因此想到了生存斗争。 生存斗争：生物的繁殖能力是如此强大，但事实上，每种生物的后代能够生存下来的却很少。这是什么原因呢?达尔文认为，这主要是繁殖过度引起的生存斗争的缘故。任何一种生物在生活过程中都必须为生存而斗争。生存斗争包括生物与无机环境之间的斗争，生物种内的斗争，如为食物、配偶和栖息地等的斗争，以及生物种间的斗争。由于生存斗争，导致生物大量死亡，结果只有少量个体生存下来。但在生存斗争中，什么样的个体能够获胜并生存下去呢?达尔文用遗传和变异来进行解释。 遗传和变异：达尔文认为一切生物都具有产生变异的特性。引起变异的根本原因是环境条件的改变。在生物产生的各种变异中，有的可以遗传，有的不能够遗传。但哪些变异可以遗传呢?达尔文用适者生存来进行解释。 适者生存：达尔文认为，在生存斗争中，具有有利变异的个体，容易在生存斗争中获胜而生存下去。反之，具有不利变异的个体，则容易在生存斗争中失败而死亡。这就是说，凡是生存下来的生物都是适应环境的，而被淘汰的生物都是对环境不适应的，这就是适者生存。达尔文把在生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程叫做自然选择。达尔文认为，自然选择过程是一个长期的、缓慢的、连续的过程。由于生存斗争不断地进行，因而自然选择也是不断地进行，通过一代代的生存环境的选择作用，物种变异被定向地向着一个方向积累，于是性状逐渐和原来的祖先不同了，这样，新的物种就形成了。由于生物所在的环境是多种多样的，因此，生物适应环境的方式也是多种多样的，所以，经过自然选择也就形成了生物界的多样性。 达尔文虽借用了人工选择中的“选择”这个词，但这只是一种比喻，并非说有超自然的力量在进行选择。按照达尔文的意见，自然选择不过是生物与自然环境相互作用的结果。从进化的观点看，能生存下来的个体不一定就是最适者，只有生存下来并留下众多后代的个体才是最适者；又考虑到进化是群体而不是个体的现象，现代综合进化论从群体遗传学的角度修正了达尔文的看法，认为自然选择是群体中“不同基因型的有差异的（区分性的）延续”，是群体中增加了适应性较强的基因型 频 率的过程 。例如 ，英国有一种桦尺蛾，在1850年前都是灰色类型。1850年在曼彻斯特发现了黑色的突变体。19世纪后半叶，随着工业化的发展，废气中的HS杀死了树皮上的灰色地衣，煤烟又把树干熏成黑色。结果，原先歇息在地衣上得到保护的灰色类型，这时在黑色树干上却易被鸟类捕食；而黑色类型则因煤烟的掩护免遭鸟类捕食反而得到生存和发展。于是黑色类型的频率迅速提高，灰色类型的频率则不断下降。到19世纪末，前者已由不到 1上升至90以上；后者则从90以上下降为不到 5。表明了自然选择通过保留有利基因个体和淘汰不利的基因个体，导致种群基因频率的定向变化使种群产生的适应新环境的黑色突变类型得到发展，这种情形就是人们所能看到的自然选择。十、你如何理解生物进化？进化是有方向的吗？为什么？生物界各个物种和类群的进化，是通过不同方式进行的。物种形成（小进化）主要有两种方式：一种是渐进式形成，即由一个种逐渐演变为另一个或多个新种；另