高中生物 1.1《走进生命科学的世纪》素材（1） 沪科版第一册

用心 爱心 专心 1 第第 1 1 节节 走进生命科学的世纪走进生命科学的世纪 20 世纪已经过去 回顾 20 世纪的科学发展史 不难看出 上半个世纪 科学发展主要 在物理学 爱因斯坦的相对论将现代物理学推到了光辉的顶峰 但在下半个世纪 科学的重 心显然偏向生命科学 自 19531953 年 克里克和沃森发现年 克里克和沃森发现 DNADNA 双螺旋结构双螺旋结构以来 生命科学成果 迭出 截止 1989 年 已有 22 位科学家共 9 次在此领域获得诺贝尔奖 1989 年 1997 年除 1990 年默里和托马斯因器官移植 骨髓移植获诺贝尔医学和生理学奖外 其余年份均在生命 科学领域 1993 年诺贝尔化学奖得主史密斯和穆利斯因发明聚合酶链反应 亦是生命科学领 域 回顾 20 世纪下半叶生命科学的重大突破 可以展望 21 世纪生命科学作为先导学科的 前景 50 年代 1953 年 4 月 Nature 发表了美国生物学家沃森和英国物理学家克里克共 同研究的成果 DNADNA 分子的双螺旋结构模型分子的双螺旋结构模型 此模型的建立 是分子生物学诞生的标志 打 开了 生命之谜 的大门 改变了生物学在整个科学中的地位 同时还给技术科学和社会科 学带来了巨大的影响和冲击 因此 被称之为是 生物学的革命 60 年代 1965 年 9 月 15 日报道 我国首次用人工方法合成具有生物活性的牛胰岛牛胰岛获得 成功 这是在控素生命起源过程中的一次突破 它突破了一般有机物分子与生物大分子的界 限 带来了人工合在成生命的曙光 它更有力地打破了生命神秘论 提示了生命与非生命物 质的统一性 70 年代 出现了基因重组技术基因重组技术 从而开创了基因工程这一生物技术的新领域 在这个 基础上 现代生物技术逐渐兴起 特别是近十多年来发展很快 越来越受到世界各国的重视 80 年代 PCR 技术发明 美国加州 Cetus 生物技术公司的史密斯发现在克隆过程中 不 用细菌来复制经筛选的 DNA 而用 DNA 多聚酶来进行复制 因为细菌本身也用它来复制 DNA 他发明的这种方法叫多聚酶链反应 简称 PCR 用这种方法可以扩增试管中的任何特异 性 DNA 序列 90 年代 克隆动物掀起热潮克隆动物掀起热潮 在胚胎学上 克隆是指通过无性繁殖的手段 从一个细 胞获得遗相同的细胞群或个体群 这些细胞中克隆细胞 个体群称为克隆动物 直到本世纪 来 人们才有足够的知识和科学实验结果 能把某一成年动物的个体细胞移入一个去除遗传 物质的成熟卵母细胞 然后移入另一只成年动物体内 让它生长发育 最终产生具有与体细 胞相同的基因的幼体 克隆动物 用心 爱心 专心 2 1997 年是克隆年 2 月 24 日 英国罗斯林研究所与 PPL 生物技术公司宣布 他们利用 一只 6 岁母羊的体细胞于 1996 年 7 月成功地繁殖出了一只小母羊多莉 3 月 2 日 美国宣布 利用不同的胚胎细胞于 1996 年 8 月成功地复制出了两只基因各异的猴子 3 月罗斯林研究所 又发布消息 他们正利用死牛的细胞进行无性繁殖试验 这是世界上首次利用已死亡动物 进行克隆试验 如果这项试验获得成功 克隆死去的人是否将成为可能 7 月 24 日 他们又 宣布于 1997 年 7 月繁殖出世界上第一批无性繁殖的转基因羊 其中 7 月 9 日出生的小母羊 波莉已被确认含有植入的人类基因 标志着朝着大规模为人类服务阶段迈了一步 8 月 6 日 美国威斯康星州一家生物技术公司宣布于 6 个月之前克隆出一只毛色黑白相间 名为 基因 的小公牛 可用来大批复制繁殖出多奶 多产肉的优质牛 10 月中旬 英国巴斯理工大学宣 布培育出无头青蛙胚胎 这种技术改良后 有可能利用人体组织培养出人体无头胚胎 待其 发育成熟后 从中取下相应器官进行人体器官移植 解决了全球移植供体短缺问题 日本 法国 巴西 韩国等国也纷纷开始动物无性繁殖技术研究 德国科学家 1997 年初宣布培育 出转基因羊 其奶液中含有人体所需的血凝蛋白 俄罗斯则培育出一只转基因绵羊 可用来 制作奶酷 还可用来提炼药品 克隆技术的突破是一项伟大的科学成就 该技术施用于组织 植物和动物 已导致癌证 糖尿病和恶性纤维化等疾病新疗法的成功开发 将来可用来为事 故中受伤者制造代用皮肤 软骨或骨组织 以及为治疗脊髓受伤而制造神经组织 开发前景 广阔 美国芝加哥科学家理查德 席德于 12 月 5 日一次生育技术研讨会上 谈到计划借用 多莉的技术 利用一此显微操作器械将取自某位妇女卵子中的 DNA 剔除出去 代之以将要克 隆的那个人的 DNA 一旦受精 这个受精卵就会分裂为 50 100 个细胞 此时形成的胚胎就 用心 爱心 专心 3 可以移植体内 一个婴儿克隆体就会在 9 个月之后出生 并且 他打算将生产过程企业化 最终目的是在美国设 10 20 个复制诊所 另在海外设 5 6 个同类型诊所 全世界每年克隆 20 万人 受到各国政府及科学家的谴责 反对 禁止 2 月 23 日罗斯林研究所和英国 PPL 医疗公司宣布 该公司又克隆出一头牛犊 名叫 杰弗逊先生 用是的细胞核移植技术 但用的是胚胎细胞 故与多莉不同 20 多年来 生物技术在工业 农业 化学 环境保护等各个领域都有广泛的应用 但迄 今为止 生物技术生物技术最突出的成就是在医学方面 由于基因工程师已经掌握了基因剪切 拼接 和重组技术 因此可以在生物体内取出无用基因 加入有用基因 生产出新的药物 创造出 新的诊断 治疗方法 例如 1962 年以前 用于治疗糖尿病的胰岛素 只能从猪或牛的胰脏 中提取 1978 年 利用基因工程技术人工合成胰岛素取得成功 此后不久 科学家已能够用 经过基因转移的微生物 批量生产纯净的人工胰岛素 用于治疗侏儒症的人体生长激素于 1979 年研制成功 1983 年应用于临床 1986 年 在美国和欧洲 基因工程干扰素先后投放 市场 此后 促红细胞生长素 乙肝疫苗等一大批基因工程药物相继投放市场 现今世界已 有 50 多种生物技术新型药物和疫苗投放市场 我国已有自行研制的 15 种投放市场 80 年代 末 我国也研制成功了基因工程 干扰素 并用于临床和实现了产业化 科学家认为 基因 工程师在今后几年内 将有可能研制出治疗免疫系统疾病 心血管疾病和癌症等顽疾的基因 工程药物 利用生物技术开发出的新疗法也日益增多 在治疗遗传性疾病和免疫系统疾病方 面 尤为突出 例如 美国国立卫生研究院的科学家用基因疗法治疗一名腺苷脱氨酶缺乏症 的患儿 他们将能分泌腺苷脱氨酶的健康基因注入患儿体内 患儿免疫系统缺陷得到修复 功能恢复正常 我国复旦大学遗传研究所与长海医院合作 采用反转录病毒基因转移技术 治疗两例血友病患者 取得了显著疗效 长期依靠输血维持生命的患者 关节出血 肌肉萎 缩等症状大为改善 体内凝血因了浓度成倍上升 凝血活性大大提高 已持续 18 个月未进 行输血治疗 这是迄今世界上治疗血友病疗效最好的一例 1990 年国际上正式将基因疗法用 于临床 经卫生部批准 上海复旦大学遗传研究所与长海医院的基因治疗血友病技术 已正 式应用于临床 成为我国第一例获国家批准的基因治疗技术 迄今 在临床实践中应用生物 技术开发的诊断 检测装置已有数百种 其中最重要的是血液产品筛选试验装置 这种装置 可以保证血液制品不被艾滋病毒 乙型和丙型肝炎病毒所污染 生物技术在农业 畜牧来 和食品工业中的应用也引人注目 1994 年 5 月 18 日 美国联邦食品和药物管理局正式批准 应用基因工程培育的西红柿上市销售 加州基因公司投资 2000 万美元 耗时 8 年培育成功 的这种转基因西红柿 不易腐烂 耐贮存和运输 可以在充分成熟后再进行采摘 所以味道 特别鲜美 日本培育成功的转基因西红柿也已在筑波市种植 抗病虫害马铃薯已在墨西哥培 育成功 去年开始 墨西哥政府已向农民供应这种转基因马铃薯种苗 这样 每年约可避免 60 10 的损失 不怕除草剂的转基因棉花 专供织牛仔布的蓝色棉花 具有杀虫能力的转 基因烟草均已培育成功 最近我国科学家利用低能离子束技术培育出世界首例转基因水稻 用心 爱心 专心 4 利用基因重组技术培育出花期长 能改变花色的牵牛花 表明我国植物基因工程已缩小了与 世界水平的差距 在动物基因工程方面也硕果累累 进入 90 年代以来 转基因动物 牛 羊 猪 鸡等相继培育成功 欧洲莱夫德生物工程公司不久前培育了一头带人类基因的奶牛 它的雌性后代能产含有铁乳酸的奶 这种牛奶像人的母乳那样 能促进儿童吸收铁元素 1992 年 英国爱丁堡医药蛋白公司 培养出一种叫 特蕾西 的转基因绵羊 这种羊的奶中 含有一种能控制人体组织生长的蛋白酶 这种蛋白酶只存在于人体 无法用化学方法合成和 进行工业化生产 所以 特蕾西 羊的培育成功 引起医药界的极大兴趣 德国拜尔化学 公司不惜重金买下了这种羊的使用权 英国爱丁堡罗斯林生理和遗传研究所培育出一种转基 因公鸡 它的雌性后代所产的蛋中含有能治疗血友病所必须的凝血因了降治疗肺气肿病的一 种人体蛋白质 今年 1 月 以色列科学家也培育成功一头名为 吉蒂 的山羊 吉蒂 身 上带有人类的血清蛋白基因 吉蒂 的雌性后代所产的每一升牛奶中可以提取 10 克白蛋 白 血清蛋白是人体血浆中的一种主要成分 它可以用来治疗休克 烧伤和补充血液损失 英国剑桥大学的科学家培育出能为人体提供心 肺 肾的转基因猪 这种猪的器官移植到人 体可大大降低受体排斥的危险性 随着时间的推移 生物技术产业在规模和重要性方面 都 将超过计算机工业 成为 21 世纪发展最迅速的产业 21 世纪将是生命科学世纪 胚胎干细胞胚胎干细胞具有发育的全能性全能性 胚胎干细胞建系成功说明人类已掌握了在体外保持发育全能 性的方法 我们可以利用胚胎干细胞发育的全能性 建立由