科学史话稳态概念的提出和发展.docx

稳态概念的提出和发展一、“内环境”的提出贝尔纳生命是一个开放的系统，与生活环境不断进行物质、能量、信息的交流是生命的重要特征之一。细胞作为构成生物体的基本单位，同样需要与生活环境之间进行高效的交流。动物的细胞如何与其生活环境进行物质交流?单细胞生物和简单的多细胞生物高等多细胞生物细胞外液在生物进化过程中是如何产生的?产生的意义何在?许多生理学家认为，生命现象的独特只是表面现象而已，物理一化学或机械过程能够为细胞和器官层面的生理现象提供一个更为基本甚至最终的基础。但此时拥有相对优良的理化分析工具的机械还原论，依旧未能摆脱生命活力论者对它的持久责难。后者始终强调的是生命的有机性、自主性，并认为生命中存在独一无二的“生命活力”或“生命推动力”。 贝尔纳认为生理学针对的是生命现象以及决定它们的条件，而不是生命的本质或生命的最终原因，实验方法必须撇开冥思苦想地探索“生命要素”。在他看来，有机性、自主性虽然是生命现象的显著特征，但无碍于实验方法的应用。1857年，贝纳德发现，动物的生活需要两个环境机体细胞生活的内环境和整个有机体生活的外环境。由组织液、血浆、淋巴构成的内环境是稳定的，这是生命能独立和自由存在的首要条件。当时，他虽然尚不清楚这个发现对于生理学研究有何具体价值，但他以科学家特有敏锐发现其深刻的哲学内涵。这便是“内环境稳态”的萌芽。1878年2月10日，贝尔纳卒于巴黎法国为贝尔纳举行了国葬，这是法国历史上第一次为一位科学家举行国葬，从这位科学家的故事，我们能从中得到什么样的启发？二、稳态概念的提出坎农1.分析3段生物学史料，了解内稳态概念提出的背景和过程。贝尔纳在研究肝的机能与血糖浓度的关系时发现，当血液中葡萄糖的浓度下降时，肝就释放葡萄糖进人血液以维持一定的血糖水平。他认识到，肝的活动维持着血糖浓度以及整个细胞外液中糖浓度的稳定，并在1857年提出了关于内环境稳定的概念。美国生理学家坎农通过自己的研究认识到全身生理过程的调节，例如温度、代谢率、血糖水平、心博率和呼吸速率等的调节并不是完全像亨德森所强调的那样依靠血液的缓冲作用，还要依靠甚至主要依靠神经系统和内分泌系统的相互作用来实现，是一个异常复杂的问题。 1932年他把这方面的研究总结为身体的智慧一书，这是一本面向普通读者解释稳态的著作，至今仍是生理学的经典著作之一。在书中坎农明确提出了内稳态理论，并指出:内环境的稳定不是靠使生物与环境隔开，而是靠精细地调节生理、生化过程得以实现的；内环境任何变化都会引起机体自动调节组织和器官的活动，产生一些反应来减少这种变化。 美国医生亨德森从1904年开始在哈佛大学开始研究血液的酸碱平衡问题。由于血液的组成成分相当复杂，他首先研究简单的模拟血液中的缓冲系统，定量地测定了人造缓冲系统的物理化学特征。不久他就发现血液中包含着多种缓冲体系，而且生理缓冲系统比人造缓冲系统有效得多。比如说碳酸和碳酸氢纳在试管中只有中等的缓冲效力，但在血液中缓冲效力却很大。经过一系列的实验，他清楚地发现血液的总缓和势并不是各组分缓冲势的简单累加。这些成就都概括在作为物化体系的血液一书中。亨德森把贝尔纳的内环境思想和自己的实验结合起来，通过自己出色的工作大大地发展了贝尔纳的思想，从体液平衡的角度为内环境的稳定提供了科学依据。 2.关于稳态的实例体温（）成员8：0012：0016:0020:00睡前平均温度血压（mmHg）成员8：0012：0016:0020:00睡前平均血压三、稳态概念的发展1.生物体结构与生命系统的结构层次中的稳态：分子细胞器官系统个体 心率 （次/分）种群和群落生态系统生物圈2.生态缸的制作目的要求设计一个生态缸，观察这一人工系统的稳定性基本原理在有限的空间内，依据生态系统原理，将生态系统具有的基本成分进行组织，构建一个人工微生态系统是可能的。要是人工微生态系统正常运转，在设计时还要考虑系统内不同营养级生物之间的合适比例。应该注意，人工生态系统的稳定性也是有条件的，也可能是短暂的。实验材料蚯蚓8-10条，蜗牛5-7个，小乌龟2-3只。浮萍、水草、蕨类植物和一些低矮杂草，仙人掌或仙人球2-3株。玻璃板4-5，黏胶足量；沙土8-10kg，含腐殖质较多的花土40-50kg，自来水足量。方法步骤按100cm70cm50cm的标准制作生态缸框架。在生态缸内底部铺垫沙土和花土，花土在下，一边高，一边低；沙土在上，沙土层厚5-10cm。在缸内低处倒进水。将收集或购买的动物和植物放在生态缸中，其中浮萍、水草与小乌龟放在水中，仙人掌或仙人球移植到沙土上，蕨类植物和杂草移植到花土上，蚯蚓与蜗牛也放置在花土上。封上生态缸盖。将生态缸放置于室内通风，光线良好的地方，但要避免阳光直接照射。观察记录每一个星期观察一次生态缸内的生物种类与数量变化，并且进行记录。附：观察记录表姓名日期年月日组别一、实验参数容器水质植物数量动物数量基质内容见光与否二、实验观察记录日期气温水质植物生活情况动物生活情况基质变化表达与交流实验小组的每一个成员都要写出自己个性化的实验报告，向小组和全