第1章 普通生物学绪论

基础生物学(Generalbiology),基础生物学(Generalbiology),课程性质和基本要求,性质：必修课学时：40学时选用教材：1、吴相钰等主编2005陈阅增普通生物高等教育出版社；2、或任意相关教材上课时间：分单双周，见课表成绩评定:平时成绩：30%期末成绩：70%,纪律要求:不迟到、早退上课关掉手机或设为振动不要随意缺课，一经发现扣除平时成绩平时成绩以到课情况和平时作业情况为依据,教材与参考书,NeilACampbellet.al.,BIOLOGY7thed.MenloPark,Benjamin/CummingsPublishingCompany,Inc.,2005,生物学的定义,生物学(biology)或生物科学(biologicalsciences)是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学，因此，又称为生命科学(lifesciences)。广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。,为什么要开设基础生物学？,为什么要开设基础生物学？,人们意识到，21世纪是生命科学的世纪。生命科学和我们的生活息息相关；和人类的现在以及将来的发展息息相关！21世纪的大学生应有生命科学基础，而不是“生物盲”。,16个星期之后受精卵发育成初具雏形的胎儿,人的酒量大小是否与基因有关？,酒量大小与醛脱氢酶的活性有关！,面对工业发展所带来的愈益严重的社会问题人口粮食环境资源健康等等人们意识到要从生命科学中去寻求出路。,十大死亡原因,順位死亡原因每10万人死亡数1恶性肿瘤152.882脑血管疾病53463心脏疾病50.934糖尿病39.265事故伤害37.796慢性肝病21.357肺炎20.178肾炎及肾变形18.559自杀13.5910高血压8.67,世界卫生组织国际癌症研究中心预测:2020年全世界癌症发病率将比2013年增加30，全球每年新增癌症患者人数将达到1500万人。,其中杀伤力最强的是肺癌、胃癌和肝癌，分别占癌症死亡人数的17.8、10.4和8.8。,17,遗传性疾病多样化：白化病、三体综合征（Edwardssyndrome，47,18,13）,生物技术为遗传检测和预防提供了新方法,1988年3月10日,中国内地第一例试管婴儿在北京医科大学第三医院诞生试管婴儿就是采用人工方法让卵细胞和精子在体外受精，并进行早期胚胎发育然后移植胎发育，然后移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿,人口问题是人类社会面临的极大挑战之一！,粮食危机世界卫生组织的年度报告,世界上每10个儿童中就有一人因为营养不良死亡，在不发达国家，儿童死亡人数有是营养不良造成的。,工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。,雾霾的危害,沙尘暴,世界沙漠化面积，几乎占据世界陆地的1/3.全世界平均每分钟有10Km2土地变成沙漠。每年由于沙漠化而丧失600万Km2.,关爱地球！关爱生命！,世界每分钟的环境灾难数据：耕地：每分钟损失耕地40公顷，每年损失2100万公顷！森林：每分钟消失21公顷，每年消失1100万公顷。沙漠化：每分钟11公顷土地沙漠化，每年沙化600万公顷沙漠化。泥沙入海：每分钟4.8万吨入海，每年250亿吨入海。污水：每分钟排入江河污水85万吨，每年4500亿吨入海污水。死人：因环境污染死人每分钟28人，每年1500万人,面对工业发展所带来的环境危害和愈益严重的社会问题人口粮食环境资源健康等等人们意识到要从生命科学中去寻求出路。,生物科学研究什么？,生物学(biology)或生物科学(biologicalsciences)是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学，因此，又称为生命科学(lifesciences)。广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。生物学研究生物体的形态、构造、行为、机能、演变及其与环境间相互关系等问题的学科。,第一章绪论,一、地球与生命二、生命的特征三、生物多样性与五界分类系统四、生物学分科五、生物学的常用研究方法六、生物学的历史发展简况七、生物学与现代社会生活的关系为什么要学习生物学八、如何学习普通生物学,一、地球与生命,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?,生命起源的种种假说,神造论:上帝造万物，造人（圣经）自然发生论:生物从非生物环境中自然发生出来宇生论:生命来自宇宙中别的星球宇生论生命来自宇宙中别的星球进化论:达尔文进化论,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的海底细菌可生活在地下深达2000m的石油矿床但大多海洋生物则是聚集在150m深度以内的；生物大多只局限在地下深约50m以内的土壤中。,二、生命的特征,（一）结构、组成的统一性1.化学成分的统一性化学元素（常见20多种）、化合物（6种）2.结构的统一性生命的基本单位是细胞整个生物界是一个多层次的有序结构：亚原子原子分子生物大分子细胞器细胞组织器官个体种群群落生态系统,细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）,二、生命的特征,3、新陈代谢、生长、发育是生命的本能新陈代谢是生物最基本的特征在生活的生物体和细胞内，存在着无休止的化学变化，一系列的酶促反应组成复杂的反应的网络，这些化学反应的总和称为新陈代谢合成代谢（anabolism)：即从外界摄取物质和能量,将它们转化为生命本身的物质和储存在化学键的化学能；也称同化作用。分解代谢（catabolism)：即分解生命物质,将能量释放出来,供生命活动只用；也称异化作用。,二、生命的特征,4.生物的应激性和运动生物体对外界刺激发生符合目的反应的特性，叫做应激性。5.生长、发育、繁殖生长：细胞体积和数量的增长发育：有机体发生一系列结构和功能的变化繁殖：为延续种族所进行的产生后代的生理过程,二、生命的特征,6、遗传、变异和进化遗传(heredity)：遗传物质从上代传给下代,从而使上代的形态特征或生理特性等性状在下代得以表现。变异(variation)：上代和下代之间以及后代个体之间总有些差异，这种现象叫做变异。遗传和变异都是普遍的生命现象,二者同时存在。进化：生物即有遗传又有变异，构成了生物进化的历史，即“有饰变的传代”,假如仅有变异而无遗传：,意义：,遗传性：保证种的相对稳定性和生物类型间的区别,产生新的性状导致物种的变化发展,假如仅有遗传而无变异：,变异性：,生物界就无进化的原材料遗传只是简单的重复生物就不能进化,变异就不能延续无法形成稳定的新类型生物也不能进化,漂亮的模特儿遗传学家,生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质,二、生命的特征,（四）适应环境7.稳态(homeostasis)a、生物体内的物理化学条件被限制在很窄的范围之内，用来保持内部调节和新陈代谢的相对稳定，在环境发生一定变化时也可以保持相对稳定。b、生态系统保持相对稳定也是一种的稳态.8.适应(adaptation)生物对环境的适应，指的是这种生物和它具有的某些遗传性状提高了它在特定环境中生存和繁殖的能力。,二、生命的特征,（一）组成、结构的统一性（二）新陈代谢、生长是生命的本能（三）遗传、变异和进化（四）适应环境生命是具有以上共同特征的物质存在形式,三生物多样性与五界分类系统1.生物多样性分布广泛（生态系统多样性）种类繁多（物种多样性）形态各异（遗传多样性）正是生物这种形式多样、千奇百怪、仪态万千的生命形式，才使我们的地球得生机勃勃，我们的生活丰富多彩。,世界因生命而美丽因生物多样性而精彩,三生物多样性与五界分类系统,地球上已命名的生物约有200万种，其中植物26万种、昆虫75万种、脊椎动物50万种。已灭绝的生物约有1500万种。据科学家估计，地球上共有生物500-3000万种。,生物多样性公约(CBD),1992年6月，150多个国家首脑在巴西里约热内卢召开的全球首脑会议上签定，至今，这一公约已经得到189个国家的认同和加盟，从而使之成为至今为止范围最广的环境公约。生物多样性公约的宗旨-生物多样性的保护、生物资源的可持续性利用，以及基因资源既得利益的平等分享。1993年12月29日生物多样性公约作为野生生物保护新框架生效,1994年12月19日,联合国大会宣布12月29日为“国际生物多样性日”,2.生物的命名,林奈及其双名法1735出版自然系统首创纲、目、属、种的分类概念制订了一个统一的生物命名法，即二名法(binomialnomenclature)。二名法（拉丁文）：属名、种名如：Escherichiacoli大肠杆菌书写成斜体字，如手写时则在下面划一横Escherichia:埃希氏菌属,Linnaeus1707-1778,3.生物的分类阶元,生物的分类从高级到低级分为7级：界(kingdom)门(plylum)纲(class)目(order)科(family)属(genus)种（species）,3.生物的分类阶元,瑞典植物学家林奈（CarolusLinnaeus）的两界分类系统：植物界、动物界1886年法国生物学家海克尔（E.Haeckel）提出三界分类系统：原生生物界：单细胞动物、细菌、真菌、多细胞藻类植物界:动物界：,三生物多样性与五界分类系统,五界分类系统：1969年美国学者慧特克（R.H.Whittaker）提出五界分类法：原核生物界(Monera):细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝藻原生生物界(Protista)：单细胞的原生动物（如变形虫、草履虫）、藻类。真菌(Fungi)：真菌植物界(Plantae)：苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物动物界(Animalia)：无脊椎动物、脊椎动物,分类的方法,自然分类：除用形态特征作为分类性状外，还用生态、行为、生理、生化、地理等方面的资料作为分类依据，以生物学概念替代了纯形态概念。细胞分类：应用细胞学特征进行物种分类称为细胞分类学(cytotaxonomy)生化分类：蛋白质电泳、抗原抗体反应、蛋白质序列比较分子分类：利用核酸序列之间的同源性进行分类，亲缘关系越近，同源性序列越多。,四生物学分科,根据具体研究对象动物学（zoology)、植物学(botany)、微生物学(microbiology)根据研究内容的特点分类学，形态学，胚胎学，古生物学，遗传学，生态学，生理学，生物化学，生物物理根据生物的结构水平分子生物学，细胞生物学，组织生物学，器官生物学，个体生物学，群体生物学根据研究生物的手段生物化学，生物物理学，生物数学，仿生学,五生物学的常用研究方法,生物学研究方法很多，解决生物学中碰到的科学问题科学方法依次包括以下内容：科学观察、提出问题、假设、实验、结论。,假说和实验（假说演绎法）实验是人为地干预、在控制研究对象的条件下进行的观察。用实验的方法研究客观事物，要求根据已有的事实(来自观察或来自实验)提出假说，再根据假说推导出一个可以用实验加以检验的预测，然后实施这个实验来加以验证。,模型实验直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用模型代替研究对象来进行实验。1.用动物模型代替人体进行实验。2.抽象模型数学模型、图表模型。用模型研究在时间上极为遥远的事件（生命起源）用机械和电子模型对动物功能进行模拟实验（机器人）用数学模型来研究动物与动物的相互关系（捕食模型）,六生物学的历史发展简况,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）,实验生物学阶段,巴斯德在实验室里,曲颈瓶实验,创造生物学阶段,基因工程,二十世纪生物科学的大事件,青霉素的发现：1928-1942Fleming发明青霉素。分子生物学：1953年Watson、Crick提出分子双螺旋结构。DNA体外重组：1973年美国斯坦福大学教授Cohn、加州大学教授Boyer几乎同时完成DNA体外重组。体细胞克隆羊“多莉”：1997年苏格兰生物学家Wilmut完成了首例哺乳动物绵羊“多莉”的克隆。人类全基因组：2000年中、美、英、法、德、日六国科学家完成人类全基因组的测序。干细胞：干细胞的发现与应用,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，使生物学技术迅猛发展。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(全球卫星定位系统)等技术基因组学、蛋白组学、生物芯片、干细胞,生命科学的发展趋向：（1）学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相辅相承：80年代生物技术年代；90年代生物高科技年代；21世纪生物世纪（2）学科宏观化：环境生态学引起极大的关注，生态问题是直接关系到人类存亡的问题。（3）向生命本质前进（微观方向：深入到细胞、分子、基因水平，而且进展很快）。,21世纪是生命科学世纪,生物技术革命21世纪创造生命！,人类文明发展的三次技术革命：,工业革命19世纪解放双手,信息革命20世纪解放大脑,七生物学与现代社会生活的关系,（一）世界面临的很多重大问题,解决这些问题需要生物学知识技术,人口膨胀；粮食短缺；疾病危害；环境污染；能源危机；资源匮乏；生态平衡破坏；生物物种大量消亡。,利用航天技术育种,转基因抗虫棉,疾病危害,基因治疗获得初步成功血友病等单抗药物“生物导弹”治疗肿瘤疾病、自身免疫疾病。干细胞治疗疾病展示诱人前景。,能源危机,矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。替代能源：一个20米直径的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。生物能源：使生物材料转化成可燃性化合物如乙醇、甲烷、氢气（H2)、沼气等；微生物：提高石油开采量。,资源矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。很多不起眼的生物，很可能就是药物、材料等的宝贵资源。图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。,一个20米直径的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料。,图为生长在淡水和海水中的一种硅藻,七、生物学与现代社会生活的关系为什么要学习生物学,（二）生命科学充满未解之谜“猛犸之谜”“恐龙灭绝之谜”“龟鳖家族的长寿之谜”,“猛犸之谜”,猛犸，也叫毛象。猛犸生活在数万年以前的北冰洋冻土地带，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？猛犸的灭绝，和恐龙的灭绝一样，都是生物进化史中的未解之谜。,“恐龙灭绝之谜”,恐龙是所有爬行动物中体格最大的一类，很适宜生活在沼泽地带和浅水湖里，那时的空气温暖而潮湿，食物也很容易找到。所以恐龙在地球上统治了几千万年的时间，但不知什么原因，它们在6500万年前很短的一段时间内突然灭绝了，今天人们看到的只是那时留下的大批恐龙化石。,龟鳖家族的长寿之谜,民间有“千年王八万年龟”的说法。龟的寿命到底有多长呢？一般情况下，龟的寿命都在几十年至几百年，有的可达300年以上。但在龟的王国里，不同龟种，寿命长短不一，有些种类的龟只能活十几年。,龟的寿命为什么这么长呢