基因与人-上海.ppt

1、2020/10/27,1,1,基因 与 人,上海交通大学通识核心课,上海交通大学教授 李大伟 电邮 电话：34204744 助教 朱奇 电话：34205436,12、结束语：问天寻道，一切为了下一代,质能宇宙-生命循环 基因传递-生命平台 世界变幻-物竞天择 超凡脱俗-天道难违,质能宇宙-生命循环 天道 -物质与能量的宇宙按自然规律运行 E=MC2 生命 -以碳原子为骨架的能量利用循环体 二氧化碳 +水 糖 +氧气,吸收光能,释放能量,天道 -物质与能量的宇宙按自然规律运行 E=MC2,1954年绰号“比基尼”的原子弹 爆炸,NASA 宇宙深空天体“玫瑰”的照片,生命 -以碳原子为骨架的能量利

2、用循环体,阳光通过马里兰州东岸农场的风力发电机为农场提供电力 阳光也通过田间的作物为人和动物提供能量,生命 -以碳原子为骨架的能量利用循环体,地球叶绿素分布 NASA遥测,生命 -以碳原子为骨架的能量利用循环体,海水中的大昆布可以每天长10-12英寸,基因传递-生命平台 核酸 生命信息的最佳编码方式 4个碱基的双链基因编码本DNA 生命依靠一个基因团队： 人有2万5千左右基因 基因稳定与突变的平衡 生命体是基因的演绎平台：传播是“硬道理” 基因指导生命：个体起始于一个细胞：受精卵 不平等的细胞：生命的表演决定基因的命运,1,生命的本质是自我复制,1,孟德尔的基因究竟是什么？ 4种化学分子“核苷

3、酸”连接形成DNA 基因由化学分子-4个核苷酸按特定序列连接而成的DNA 基因的性状传递符合物理与化学原则,基因是传递性状的核酸序列-3,核苷酸,DNA,S R Y ！ U H D A T D,S,T,H,U,D,A,R,!,Y,字母,指令,S T U D Y H A R D !,无义,2020/10/27,10,1,复习：生命延续的本质是基因自我复制,:.nz/Contexts/Uniquely-Me/Science-Ideas-and-Concepts/DNA-chromosomes-and-gene-expression,人 细胞 染色

4、体 DNA 基因,人类基因租：大约 25000 个基因,人类生命来源于受精卵,突变基因必须通过单个细胞遗传-受精卵的基因决定所有细胞的基因,新的基因遗传开始于受精卵,2020/10/27,13,1、个体在生存过程中的有意识改变无法造成生殖细胞基因的改变 2、基因的自然改变多是随机的。 3、基因通过单个细胞（受精卵）遗传,ZEMBER has now taken her rings off after provincial authorities in Mae Hong Son, refused to let her emigrate to New Zealand.,霍加狓 Okapia,长颈鹿

5、 Giraffe,泰国长颈部落-取下的项圈,共同祖先-不同环境,突变是选择的基础，突变先于选择 。 成体大部分细胞的变化不能遗传,突变、选择 ：哺乳动物的进化和恐龙的灭绝,基因突变多样性遗传竞争多因素选择优胜基因突变. 千姿百态的生物,X,X,X,X,X,X,X,X,X,有共同祖先的突变进化树,X,环境,世界变幻-物竞天择 基因与环境 ：红女王的赛跑 基因团队的竞赛和平衡 自私的基因造就公益的个体 爱与死：永恒的主题 有性生殖：明智的选择 强强联合，淘汰落后，保护弱者,2020/10/27,1,16,科学 杂志2001植物疾病专版的封面故事：取自红桃女王和爱丽丝赛跑的典故。 植物与病害的共进化

6、关系：植物必须不断适应来保持对不断进化的病菌的抵抗，达到宿主与病害的平衡，这也是一场宿主和病菌进化的竞赛。 本课提出：宿主与病害的最终平衡是相互适应、共同发展。,it takes all the running you can do, to keep in the same place.,“你只有拼命地跑，才能保持与现在相同的位置”,2020/10/27,1,17,Coevolution of Plants and Their Pathogens in Natural Habitats 2009 Science Jeremy J. Burdon* and Peter H. Thrall,小麦条

7、锈病,苔草黑穗菌,小麦立枯病,共进化：宿主与病原的传播 策略与作用后果,杀死宿主,阻止生殖,宿主致残,生命是“你中有我，我中有你”？,大公无私的基因：合作求生存 基因的融合 预留的发展空间,生物的共生现象 （Symbiosis),地衣 （Lichen）,真菌和藻类,根瘤,生命是“你中有我，我中有你”？,人类内源逆转录病毒（HERV)： 人体中有98000多个片段,人-食物链的主宰,物种突变推动人类文明？,1、农业是人类文明的能量基础 2、物种突变-人类选择是农业发展的动力 （根据线粒体基因测定，狗在15000年前在中国由狼驯化而来） 3、温饱：人类繁衍所需能量的临界点,野生玉米和现代玉米,现代

8、水稻和野生水稻,苏云金芽孢杆菌、毒晶体、和孢子,苏云金芽孢杆菌: 农业害虫的生物防治,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,基因,变化的基因：基因相互作用、改变、消亡、生成,繁衍 探索,2020/10/27,1,24,生物进化的红桃Q假说 ：生物竞争的压力需要有性生殖,蜗牛实验 线虫实验 感冒病毒 抗体进化,2020/10/27,25,是“自私”的基因还是“大公无私”的基因？,基因是遗传的最小单位 “自私”是基因自我复制的必然结果 公益的个体

9、行为和“自私”的基因 并不矛盾,自私的基因公益的个体,哺乳,小孵化海龟,基因决定个体先天行为 人类本能必然、也必须有利个体基因传播 社会行为必然、也必须有利群体基因传播,基因决定个体先天行为 人类本能必然、也必须有利个体基因传播 社会行为必然、也必须有利群体基因传播,Meerkats,Salmon run,The queen and workers,Honeybee dance,自私的基因公益的个体,寿命与突变-环境是主宰,长寿的个体与稳定的基因,2020/10/27,1,29,有性生殖的代价与收益,有性生殖的“双倍代价” Two-fold cost of sex：,有性生殖,无性生殖,每个个

10、体生殖数量减少 每个个体生殖几率减少,促进遗传多样化 传播有益性状 形成具有新型基因组合的个体 增加抗病性 （寄生虫、病菌） (Red Queen Theory) 消除有害突变 保持具有正常基因的个体 消除有害基因突变 推动进化过程,有性生殖 abAB,无性生殖 abAB,2020/10/27,1,30,A male satin bowerbird collecting blue caps,体格,相貌,经济,性格,品德,竞争,2020/10/27,1,31,雌雄分化与性选择,有性繁殖的进化-男女有别,1921年第一届美国小姐选美大赛,超凡脱俗-天道难违,感知和反应：生存所迫 感知整合应对多重信

11、息：神经细胞的远端传递 经验记忆：神经细胞存储器-脑的出现 石破天惊：人脑的出现 量变的阈值-超越死亡 量变的加速-脑的延伸 量变的爆炸-人类网络 询天问道：科学务实是人类发展的不二法门 黄梁幻影：人脑歧途 敬畏事实，天道为大,单细胞绿藻-衣藻,多细胞-团藻,浮在水中的绿藻,+3500万年,2亿年前,1、生命必须感知世界，作出正确反应,向光运动的绿藻：感光的眼点+反应的鞭毛,感光：眼点,能量：叶绿体,鞭毛,收缩泡,反应,多细胞生物的 高效运行,现代的原始部落,2020/10/27,1,35,人类进化史是物种消亡产生的历史，基因选择的历史,基因突变造就人类智慧？,相对于其他灵长动物，人脑容量的增

12、加主要取决于新生儿延长的基因活动 人脑还在加速进化吗？,灵长类头骨比较 （a）,正常人和小头症遗传病患者头骨比较（b） 小头症由 MCPH 基因 1-6 突变引起,为什么知识积累是人的专利？,1、突变积累是生命的特征 2、知识积累是脑的特征 3、人脑容量超过爆发性知识积累临界条件,1,基因是什么？生命的本质是什么？,人是高级动物-脑容量与知识积累,知识的积累量是人与动物的社会本质区别 这种区别的物质基础是大脑信息容量的区别 不到5%的基因差异造成人和猩猩的区别 制造使用工具不是人与动物的本质区别,神经树突使生命对环境更全面地感知和更有效地反应,神经元是多细胞动物的必然选择,神经元,对单一信号就

13、近简单反应,对多信号的长距离综合反应,无神经元,低等动物,进化,正确的信息处理生死攸关：从第一条神经到最简单的脑,脑是神经信息处理中心,生长的蜗牛神经细胞显示复杂的触突链接,线虫：302个神经细胞形成 “脑”,神经细胞示意图,感知-判断-反应-生存-繁衍,复杂的信号-最优的反应：从最简单的脑到最复杂的脑,2011年一月Scientific America：“一百万亿个链接：对大脑细微结构的探索与定位的新努力”介绍对人脑研究的进展,线虫脑：302 个神经元，人脑：一千亿个神经元，一百万亿个链接 形成自我意识,线虫有302个神经元：链接这302个神经元足以保持线虫的正常生命活动：感知环境、作出决定

14、、对身体发出指令。 不同的颜色是不同基因产物,不同基因在线虫头部神经元表达,不同基因在线虫神经元的表达,人脑的神经元网络,生命感知环境的手段不可能、不必要、不应该追求“全面”,红外凹陷 鼻孔,人视网膜锥状细胞 对颜色的识别,蛇的红外感知：热源,蝙蝠的超声波感知 ：回声,感知的目的是判断 判断的目地是反应 反应的标准是后果 后果的赌注是生存,科学、严谨、务实是人类社会发展的必然趋势,蒙特利尔购物中心的大食代,感受器对信号的远距离传输和 脑对复杂信号的综合处理 和远距离指令,光信号 化学信号 触觉信号 听觉信号 体内信号 经验信息,？,？,正确感知、处理信号并作出反应：结果是唯一评判标准,经验与知识积累是人类社会基因传递的关键保障,哥伦布入侵美洲大陆 收到土著欢迎,西班牙军队对土著大屠杀,区别不是基因 而是科学知识积累,自高自大的基因,自然杂志1980年第4期将唐雨和其他“特异功能”青少年作为了封面人物。,2010年武大教授测试耳朵识字,1978年自然杂志创刊号上，首次刊登了有关气功外气物质属性的研究文章 1979年3月11日， 四川日报通讯员高琪、丁先发，记者张乃明报道：大足县最近发现一个能用耳朵辨认字、鉴别颜色的儿童。 1979年4月24日，中共中央宣传部部长胡耀邦对国家科委、中国科学院信访简报揭穿“耳朵认字”的骗术写