模块一：你对生命科学了解多少

你对生命科学了解多少 课程认知 课程基本内容 课程地位 学习目的 生物学的发展概况 历史 现代生物学的发展趋势 生物学与现代社会密切关系 生物学的研究方法 科学家思维方式 科学思想 学习要求 1 课程认知 教学内容 生物学 生物科学 是研究生命的科学 因此 又称为生命科学 研究对象包括 各种生物的生命活动 生物的发生与发展规律 生物与生存环境之间的相互作用 1 课程认知 课程地位 专业基础课 必修课系统介绍生物科学的基本知识 基本规律 反映近代生物科学的成就和发展动向 不仅是生命科学各分支学科 生物工程技术的重要基础 而且也是医学 农林牧 食品 环境等科学的重要基础 学好普通生物学将为学习这些学科奠定基础 为生物科学 生物技术等专业后续专业课的学习打下基础 2 课程认知 学习目的 比较全面 系统地了解生命科学的全貌 掌握生物学的基本知识 基本理论 基本规律 基本实验操作技能 培养学生的科学素质 这是一个循序渐进的过程 生命你有多神秘 迄今为止唯一发现有生命的星球 地球45亿年前形成 生命38亿年前出现 为什么地球适合生命生存 地球和生命协同进化 其他星球上有生命吗 生命 物体 物质 即 生物就是具有生命的物体 有机体VS生物 生物的生命活动 生命你到底从哪里来 又该去往何处 生命的发生 发展规律 神创论自然发生论生生论化学进化说宇生论 17世纪中叶 意大利医师弗朗西斯科 雷迪设计了一组对照实验 用实验证明腐肉不能生出苍蝇 1860年巴斯德用实验证明肉汤不能生出微生物 地球上生命来自宇宙空间别的星球 彗星 陨石坑 化学进化论 氨 氢 甲烷 水蒸气 无氧气 太阳辐射火山爆发电闪雷鸣 使无机小分子合成有机小分子 有机酸 氨基酸 单糖 脂类 嘌呤 嘧啶 核苷酸等等 提供能量 推测 生命起源的过程 原始大气 简单有机物 原始海洋 有机物形成 原始生命 高温 闪电 紫外线 生命通过繁殖而延续 DNA是生物遗传的基本物质 课程认知 学习目的 比较全面 系统地了解生命科学的全貌 掌握生物学的基本知识 基本理论 基本规律 基本实验操作技能 培养学生的科学素质 这是一个循序渐进的过程 猛犸之谜 猛犸 也叫毛象 它身高体壮 有粗壮的腿 脚生四趾 头特别大 在其嘴部长出一对弯曲的大门牙 一头成熟的猛犸 身长达5米 体高约3米 门齿长1 5米左右 体重可达4 5吨 它身上披着黑色的细密长毛 皮很厚 具有极厚的脂肪层 厚可达9厘米 从猛犸的身体结构看 它具有极强的御寒能力 在地球上生活了约50万年的猛犸为什么会在1万年前突然灭绝 是由于某种灾变引起的 还是由于猛犸自己缺少适应生存的条件而灭绝的呢 恐龙灭绝之谜 陨星碰撞 气候变迁 物种斗争 大陆漂移 地磁变化 被子植物中毒 酸雨 龟鳖家族的长寿之谜 乌龟有一副坚硬的甲壳 以免受外界的伤害 乌龟还有嗜睡的习性 新陈代谢就显得更为缓慢 能量消耗极少 乌龟细胞繁殖的代次可以达到110代 龟的心脏机能较强 人类的明天又会走向何处 我们并不孤独 生物与生存环境的相互作用 地球上生物的分布岩石圈 水圈 大气圈 生物圈飞翔的鸟类最高离地面可达2000m细菌生活在深达4000m的海底细菌生活在地下深达2000m的石油矿床赤道和南极极 但大多海洋生物则是聚集在150m深度以内的 生物只局限在地下深约50m以内的土壤中 人类与环境 人与自然环境人与社会环境所有生命都在谋求发展 自身发展应该与环境相协调适应 希望以长远发展的角度来看待学习 生活和今后的人生发展 2 生物学的发展概况 是一个时间累积的过程 由最基本的知识连接起来的一个学科的历史 我们现在所学到的每一点基本知识 都得来不易 是通过几代科学家的积累总结而来 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 1 十九世纪以前生物学的一般状况 东方 骨甲文中可看出野猪如何驯化成家猪 豕中国古籍 尔雅 已记录了草 木 虫 鱼 鸟 兽 东汉许慎 最早涉及生物的书籍三国华陀北魏贾思勰 公驴和母马 羸 lei 公马和母驴 骡唐代徐坚 最早的生物学教科书 北宋沈括 涉及解剖学 生理学和医学等方面 明代李时珍 记述了1892种药物 1 十九世纪以前生物学的一般状况 西方 古希腊的亚里士多德 Aristote 已经涉及到解剖学 生理学和医学等方面 有许多精辟的科学见解古希腊的阿尔克美翁 Alcmaen 等已知脑的思维功能和心脏瓣膜比利时的维萨理 Wesalius 1514 1564 解剖学之父1628年 英国生理学家哈维 W Harvey 发现血液循环利迪 Redi 1662 1698 开创实验生物学1665年 英国物理学家胡克 R Hooke 用显微观察到细胞 实验生物学阶段 曲颈瓶实验 2 十九世纪生物科学的综合 十九世纪的生物学发展 主要表现在寻找各种生命现象之间的内在联系 并对积累起来的事实资料作出理论的概括 2 十九世纪生物科学的综合 比较解剖学 脊椎动物各类群的器官和器官系统的形态 结构进行解剖 加以比较 为生物进化论提供证据 比较胚胎学 研究各类动物胚胎发育的过程并加以科学比较 为系统发生和进化论提供证据 细胞学 研究细胞的结构和功能 生长和分裂 受精和分化 遗传和变异 病变和衰老等现象 2 十九世纪生物科学的综合 进化论 生物由非生物发展而来 现代的生物由共同的祖先 通过变异和自然选择 而进化的 古生物学 研究地质历史时期生物的形态 构造 分类 生态 分布 演化等规律的科学 以化石为对象 遗传学 奥地利修道士孟德尔 从杂交豌豆的花和豆荚的颜色变化中发现分离定律和自由组合定律这两条遗传定律 为遗传学的发展奠定了基础 创造生物学阶段 基因工程 3 二十世纪生物科学的新貌 二十世纪随着物理学和化学的发展 以及这些技术向生物学的渗透 改进了生物学的实验手段 这些技术使生物学的研究趋于更深入更本质化 例如 X 射线衍射技术 电子显微镜 激光 中子衍射技术 电子计算机 层析 同位素追踪 电泳和超高速离心技术 以及近年来发展起来的氨基酸自动分析 核酸测序 PCR 聚合酶链式反应 和RAPD 随机扩增多态DNA GPS等技术 90年代后 我国科学家利用胚胎细胞相继克隆成了兔 羊 猪 牛 小鼠等几种动物 2002年初 我国首批成年体细胞克隆牛群体诞生 山东曹县成活的5头克隆牛已怀孕 4 二十一世纪是生命科学世纪 1 生命科学在20世纪取得了飞速的发展 20世纪荣获诺贝尔生理或医学奖的科学家共172人 20世纪获诺贝尔化学奖94项 其中与生命科学直接有关的为31项 生命科学的主要突破体现在细胞和分子水平上 物理和化学技术成为研究生命的主要方法 遗传学成为生命科学中的核心学科 新陈代谢的机理得到阐明 医学与生命科学更紧密的联系在一起 神经和免疫是生命科学研究的重要领域 激素 维生素 胚胎学和固醇类是科学研究的热点 2 当前自然科学的带头学科正开始从物理科学向生命科学转移 20世纪是物理学大发展的世纪 也是爱因斯坦的世纪 21世纪是生命科学大发展的世纪 那么谁将是这一世纪的爱因斯坦 2007年 新闻周刊 亚洲版在封面文章中报道了当今世界最热门 最受人尊敬的十位生物学家 并指出 或许21世纪的爱因斯坦就将从这十大基因奇才当中产生 埃里克 兰德尔 埃里克 兰德尔博士是国际人类基因组计划核心人物 国际权威专家 美国国家科学院院士和医学院院士 他创建和领导的麻省理工学院基因组研究中心 怀特黑德研究院是国际人类基因组计划美国部分的主要贡献者 开发了很多用于现代基因组研究的工具软件 2004年 在兰德尔的倡议下 哈佛大学和麻省理工学院联手成立了布劳德研究所 世界两所顶尖高校联手进行基因研究 50岁 美国哈佛大学 麻省理工学院布劳德研究所创始人兼所长 莱诺伊 胡德 莱诺伊 胡德博士 是人类基因组计划最早的倡导者之一 也是国际系统生物学的创始人 他不到40岁就成为美国科学院院士 在加州理工学院工作期间 他发明了DNA合成仪 DNA测序仪 蛋白质合成仪和蛋白质测序仪 并成功实现了产业化 对世界生命科学研究和产业发展产生了深远的影响 近日 在接受 新闻周刊 采访时 胡德称 自己目前正在进行的研究是单一细胞的分析 通过读出一个细胞内DNA RNA和蛋白质的生物学信息 从而得出一个人的感染史和目前的身体状况 69岁 西雅图系统生物学研究所所长 J 克雷格 文特尔 被称为基因研究急先锋的美国遗传学家克雷格 文特尔总是走在时代的前面 1991年 克雷格 文特尔就宣布开发出新的DNA测序技术 2000年 文特尔以及他创立的塞莱拉基因技术公司和人类基因组计划相继宣布完成人类基因组草图 2001年 文特尔公布了绘制人类蛋白质组图谱的计划 今年9月初 基因研究先驱克雷格 文特尔再有惊人举动 他首次对外公布承载自己遗传秘密的 最完整的个人基因组图谱 文特尔入选今年 时代 杂志 全球最有影响力百人 61岁 J 克雷格 文特尔研究学会的创始人兼会长 大卫 波特斯坦 65岁 普林斯顿大学基因学教授1978年 大卫 波特斯坦开创核酸限制性片段长度多态性分析技术 用于标志不同个体间的基因差别 为后来的人类基因组计划奠定了基础 在斯坦福大学 通过与帕特 布朗的卓越合作 他使得大规模的生物芯片研究在技术领域几乎家喻户晓 目前 他自己的实验室以酵母为研究对象 在绘制目前最完备的物种生物信息数据库中发挥了核心作用 施温提 柏保 52岁 德国莱比锡马克斯 普朗克人类进化学院进化遗传系主任施温提 柏保长期从事基因研究 从而以事实证明进化的存在 例如所谓的FOXP2语言基因 它的突变会导致一系列语言能力障碍 诸如口齿不清 无法区分一些基本音节 不能理解语法和句子等 柏保最令世人瞩目的成就是关于穴居人尼安德特人的基因研究 它揭示了穴居人的进化历程及其和现代人之间的关系 今年4月份 柏保入选 时代 杂志 全球最有影响力百人 菲利普 夏普 63岁 麻省理工学院教授美国生物学家菲利普 夏普的主要研究领域是植物学 生物化学 核糖核酸调控 他是获得美国国内院士称号最多的科学家之一 因发现断裂基因而获得1993年诺贝尔生理学或医学奖 他曾任麻省理工学院生物系主任和癌症研究中心主任 夏普教授在生物医学领域作出了巨大贡献 在国际上享有盛誉 他因开发新的医药产品而获得美国国家技术奖章 目前 他的主要研究方向为RNA干扰素 为治疗疾病带来新思路 鲁道夫 詹尼士 65岁 麻省理工学院生物学教授 怀特黑德研究院成员鲁道夫 詹尼士是转基因学的先驱 他的主要研究方向是制造转基因老鼠 为实验室研究各种癌症和神经性疾病提供基础 上世纪70年代 詹尼士的研究出现了第一个重大突破 首次证明可以将异质DNA融入老鼠胚胎早期的DNA 这种胚胎生出的老鼠在所有组织中都携带这种异质基因 接着 他将逆转录酶病毒 一种致肿瘤病毒 注射进老鼠早期胚胎 结果发现白血病DNA序列不仅融入老鼠的基因组而且遗传到其后代 这些老鼠是历史上第一批转基因动物 詹尼士目前是治疗性克隆领域的领军人物 凯里 斯蒂芬森 63岁 冰岛基因解码公司的创始人之一解码基因公司创始人凯里 斯蒂芬森在辞去哈佛医学院职务的四年后一跃成为拥有净资产4亿美元的富翁 这是因为他的新创公司成为冰岛最有价值的公司 促成这一公司惊人业绩的基础却是经历了1000年的积累才得以实现的 这一基础就是冰岛独特的单一人口 全世界仅有一个国家即冰岛拥有单一家族的人口 冰岛的家谱记载可追溯到公元874年 如今 解码基因公司利用冰岛的基因数据库已经做出了多项重大医学研究 斯蒂芬森入选今年 时代 杂志 全球最有影响力百人 乔治 切奇 53岁 美国哈佛大学遗传学教授 哈佛医学院基因组研究中心主任1984年 乔治 切奇凭借开发第一个直接的基因组测序