农业与生物工程学院市公开课获奖课件

1、农业与生物工程学院生命科学与生物技术第1页第1页课程简介课程名称：生命科学与生物技术教学时数：32学时讲课对象：全校非生命科学专业硕士考试方式：笔答（开卷）90%，出勤及讨论发言10%， 名单没有者不能参与考试。考试时间：按学校统一安排教 材：生命科学与生物技术 主编 季 静、王 罡 科学出版社，9月 面向21世纪课程教材 特 色：趣味性、启发性、知识性、前沿性讲课方式：多媒体为主（结合动画、录像）、不要求做笔记（以教材为准）第2页第2页课程主要内容第一章 绪论 第二章 生命基本单位-细胞 第三章 生物遗传与变异 第四章 生物进化 第五章 生物技术原理 第六章 生物技术应用 第七章 生物信息学

2、 第八章 丰富多彩生物世界 第九章 宏观层次生命系统-环境生态学概述第十章 生物技术发展与应用带来伦理学和社会问题 第3页第3页1、是高等教育目的要求为何要上生命科学与生物技术课职业教育从事某一个职业训练和准备全面素质教育有一定专业方向全面素质培养，面对多个方面挑战第4页第4页 1995年以后，国内重点理工科大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业学生限选或必修课程。 1980s以来，世界著名大学如MIT等，纷纷把生物类课程列为全校必修课.第5页第5页2、是当代社会科学迅猛发展需要 这是由于人们意识到，21世纪将是生命科学世纪，面向21世纪研究生、大学生应有生命科学基础，而不应当成为“生物盲”

3、。第6页第6页3、“公共基础”课板块构成数理化毕业设计专 业 课专 业 基 础 课 政 治 人 文计算机 外 语 生 物第7页第7页第一章绪 论第8页第8页 伴随科学技术不断进步，生命科学与生物技术发展日新月异。为了在宏观上更为全面系统地理解生命科学与生物技术，本章将主要简介： 1、生命本质及基本特性 2、生命科学与生物技术发展概况 3、当代生命科学及生物技术发展热点 4、生命科学及生物技术与社会发展 5、当代生命科学与其它学科间互相作用 6、生命世界未解之迷 旨在通过本章学习掌握生命本质、把握生命科学与生物技术研究热点及发展趋势。第9页第9页第一节 生命与生命科学 什么是生命（life）？这

4、个问题是人类一直苦苦思考问题，在人类社会发展不同阶段，人类对生命认识也在不停发展，但时至今日对于这个问题尚难给出一个明确答案。 亚里士多德、康德、恩格斯等都曾对生命提出过自己看法。恩格斯认为“生命是蛋白体存在方式，这个存在方式基本原因在于和它周围外部自然界不停地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质分解。” 美国里德学院人工生命主编马克比多(Mark Bedau)提出所谓“生命灵活适应说”，认为：“解释生命多样性统一特性根本标准似乎是适应过程中那种灵活性即它对生存、繁殖，或更普通地说，繁盛问题中碰到难以预料改变能够产生新奇处理方法恒久能力。”第10页第10页生理学对生

5、命定义：含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功效系统。新陈代谢对生命定义：生命系统含有界面，与外界经常互换物质但不改变其本身性质。生物化学对生命定义：生命系统包括储藏遗传信息核酸和调整代谢酶蛋白。遗传学对生命定义：为通过基因复制、突变和自然选择而进化系统。热力学对生命定义：生命是个开放系统，它通过能量流动和物质循环而不断增长内部秩序。伴随科学技术不断发展，人类将对生命结识愈加准确、进一步、系统、全面。第11页第11页 一、生命本质 终归人类在何时开始关注生命恐怕已难以考证，推测应在人类出现不久。这能够从现今幼儿通常会提出“我是怎么来？”得到旁证，在某种意义上讲，这有些类似于“

6、个体发育重演系统发育”一个现象。但是人类最初对生命结识是模糊和不自觉，仅仅停留在表观水平，难以形成系统结识。第12页第12页 在生命科学出现早期或更早时期，人们就开始了对生命本质探索。该领域争论来自于多个方面，有不同学科从不同角度得出不同结论，也有来自于宗教方面。经典例子是“上帝创造人类”宗教观点，基于这一出发点所得出相关生命本质结论，将与从科学角度揭示生命本质所得出结论谬以千里。 与大多其它自然科学领域发展情况相同，对生命本身进行系统研究，进而形成一门学科通常认为是从19世纪初开始。从此产生了硕士命本质及生命现象学科-“生物学”或称“生命科学”。第13页第13页活力论（vitalism）：生

7、命是同物理与化学力对抗，物理与化学力起破坏作用，而生命则与之抗争以维护有机体结构及功效。宏观、物理及化学角度居维叶（1769-1832）以及李比希（1803-1873）第14页第14页 在19世纪中叶，从生命特性角度去描述生命，如贝尔纳德（1813-1878） 组织、繁殖、营养、生长以及对疾病和死亡敏感性等五大特性。 人工生命创建者兰顿（Chris Langton）、人工生命积极支持者法默尔(D. Farmer)等认为，生命本质主要在于形式和功效，而不在于详细物质,是组织特性，而不是单个物质实体属性。机械论观点（mechanistic view）：其主要论点是基于物理及化学规律，认为生命本质就

8、是物理及化学问题。路德维希（1816-1895）、赫姆霍兹（1821-1894）等。第15页第15页 在生命科学领域发展主要集中在对自然界生物观测描述、规律归纳等方面。 相应生理学、细胞学、遗传学等学科得到了快速发展，而对于生命本质（至少在生命物质构成方面）揭示则更多地来自于物理学家及化学家，众多物理学家及化学家涉足生命科学。 众所周知，标志着生命科学进入新时代DNA双螺旋结构发觉是离不开当代物理学发展；在当代分子生物学领域占有主要地位、两度取得诺贝尔奖桑格（Sanger）本身就是一位杰出化学家。第16页第16页 生命本质问题是诸多科学家和哲学家非常关怀问题，然而，生物学家往往感到这个问题太“

9、哲学”，因而把它当作是一个哲学问题，而不是一个科学问题。而另一方面，哲学家们也许感到这个问题太“科学 ”，因此把它主要当作一个科学问题，而不是一个哲学问题。“哲学”？ “科学 ”？第17页第17页 难以在学术上给出一个准拟定义，对生命本质也还难以做出全面描述，还需要人类不断摸索、补充和完善。 这是由生命科学本身复杂性所决定，也正是生命科学魅力所在。第18页第18页 二、生命基本特性 尽管我们当前还难以对生命给出一个准拟定义，对生命本质结识还仅仅停留在一定阶段，在生命科学领域也尚有诸多之迷有待于人类破解，但是就当前结识水平，还是能够归纳出非生命物质所不具备一些基本特性，这些特性主要表达在下列五个

10、方面。第19页第19页 （一）生长 人类最早观测到生命特性就是生长（growth），相关生命朴素结识就是它（他）是“活”。之因此是“活”，主要表现是变大，即生长。一棵树木由树苗长成参天大树，一只蝌蚪长成青蛙，都伴伴随生长过程，这是所有生物含有一个普遍特性，也是非生命物质所不具备。第20页第20页 （二）繁殖与遗传 繁殖（reproduction）与遗传（heredity）也是生命基本特性之一。通常，生物不但有生（包括生长），也会有死，要维持生物种延续,就要有繁殖。 人类早已结识到“种瓜得瓜、种豆得豆”这一普遍现象，这种遗传特性确保了生物种类相对稳定性。第21页第21页（三）调整与应激性 生物体

11、较非生命物质结构更为复杂，同时对外部环境改变能够做出相应调整（regulation）以适应各种改变。 哺乳动物：各种调整仍能够使体温始终保持在一个恒定温度。 植物：调整叶片气孔开闭以适应土壤环境中含水量改变。 人：手摸到刺会马上缩回来，碰到危险心跳加速。第22页第22页 原生质（protoplasm）原意是指构成生命原始物质，后泛指构成细胞所有物质。 细胞（cell）是生物体基本结构单位，它发觉是生命科学领域主要里程碑。 （四）原生质及细胞第23页第23页 （五）新陈代谢 新陈代谢（metabolism）是生物体维持生长、运动、繁殖等生命活动过程中各种化学改变总称。生物体维持生命需要物质与能量

12、作为基础，生物体不断与周围环境进行物质与能量互换，使生命得以维持，这种能量互换停止将意味着生命结束。第24页第24页三、特殊类型生命-病毒 通常，我们能够依据上述生命基本特性来判断某物是否含有生命，但病毒则属于一类特殊生命。 不具备细胞结构，在侵入寄主细胞前，既不能繁殖，也没有新陈代谢，不与环境发生物质与能量互换，甚至能够像无机物同样取得结晶。 含有生命物质构成中最主要两种生物大分子-核酸及蛋白质，而入侵寄主细胞后，又能够借助寄主细胞蛋白质合成等系统合成本身所需蛋白质及核酸分子，从而完毕自我复制、进行大量繁殖。噬菌体电镜照片第25页第25页结构极其简朴。体积微小（10-300nm）。多呈现近球

13、形多面体，也有病毒呈杆状或砖形。其化学构成是核酸和蛋白质，结构复杂病毒还含有脂类及糖类。基本结构是由蛋白质衣壳（capsid）及位于内部中心核酸构成，其基因组中通常含有几种到数百个基因。第26页第26页第二节 生命科学及生物技术发展第27页第27页一、生命科学地位及生物分界（一）生命科学地位 21世纪是生命科学和生物技术大发展世纪，生物技术及其产业发展，将为中国乃至世界解决疾病防治、人口膨胀、食物短缺、能源匮乏、环境污染等一系列问题带来新希望。发展生物技术及其产业必须加强生命科学基础研究。第28页第28页自然界中五种运动形式：机械运动（杠杆原理） |物理运动（光，电） | 自然科学化学运动（氧

14、化还原反应等） |生命运动（生命本质等） |社会运动（人类各种活动规率等） 社会科学 第29页第29页20世纪50年代以前，人类取得最重要发现无疑主要集中在物理学及化学研究领域。 牛顿、居里夫人、门捷列夫、爱因斯坦进入到20世纪后50年中，生命科学已得到前所未有发展。1997年体细胞克隆羊“多莉”降生则标志着21世纪这一生命科学世纪提前到来。第30页第30页 最早将生物仅划分为植物和动物两界，随后，出现了三界及四界分类系统。 1969年魏泰克（Whittaker）提出了生物五界分类系统： 原核生物界（Monera） 原生生物界（Protista） 真菌界（Fungi） 植物界（Plantae）

15、 动物界（Animalia） 当前学术界应用较为广泛分类系统。 陈世骧：病毒独立为病毒界。（二）生物分界第31页第31页第32页第32页第33页第33页 人类对生命较为系统结识能够追溯到公元前6世纪，主要集中在古希腊。二、生命科学与生物技术发展概况哥白尼（Copernicus，1473-1543）提出“日心说”。第34页第34页阿那克西曼德（公元前610-公元前546）就提出，最早产生是水生生物，随后，一部分水生生物逐步适应了陆地上环境，形成陆生生物，甚至人类也是起源于某种类似于鱼动物，其依据是婴儿在母体内环境是水。这在某种意义上讲，距提出“个体发育重演系统发育”理论仅一步之遥。恩培多克勒（约

16、公元前500-公元前430）提出不完善、错误结合生物，由于其生活能力差，因而遭到淘汰，而能够生存下来并得以繁衍物种都含有某种特殊能力，这似乎与达尔文（1809-1882）两千多年后提出“物竞天择、适者生存”理论极为靠近。第35页第35页 亚里士多德（公元前384-公元前322）。他研究了500各种生物，包括对50各种动物解剖，并编有动物志、动物繁殖、动物运动等著作。在动物方面，排出了由低至高，蚤虱类、蠕虫类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类生物分类等级顺序。生物分类等级排列与生物进化思想相距并不遥远，而“进化论”提出则是两千二百年以后事了。我们不能不为亚里士多德在生命科学领域所取得超时代成就

17、感到惊叹！第36页第36页中国古代主要属于形态学、分类学及解剖学范围。最著名著作莫过于李时珍本草纲目，该书收录了大约1 200种植物，并以外部形态、生态习性及用途将其划分为5部29类。尽管在古代，生命科学领域取得了许多进展，但大多停留在对生物在宏观上进行外部形态特性观测，生命科学真正得到飞速发展主要还是发生在近二百年时间里，除了分类学等古老学科外，生命科学领域绝大多数学科都是在这一期间形成。第37页第37页1798 E. Jenner初次报道接种牛痘病毒预防天花，从而，建立了积极免疫原理，创建了免疫学。第38页第38页1838 M.J. Schleiden和T. Schwann建立了细胞学说（

18、生物学界唯一可与进化论相比伟大法则），Schleiden在核内发觉了核仁。第39页第39页1859 达尔文发表物种起源。第40页第40页1865 G. Mendel在自然科学研究协会每月例会上汇报并解释了他豌豆遗传研究。第41页第41页1902 Haberlandt依据细胞理论，提出植物细胞全能性理论。第42页第42页1911 T.H. Morgan提出果蝇白眼，黄体和小型翅基因都连锁在染色体上（1933年诺贝尔奖）。第43页第43页1912 A. Wegener提出大陆漂移概念。第44页第44页1926 J.B. Summer分离出第一个结晶酶（脲酶），并证实它（脲酶）是一个蛋白质(1946

19、年诺贝尔奖)。第45页第45页1929 A. Fleming发觉了青霉素（1945年诺贝尔奖）。第46页第46页1941 G.W. Beadle和E.L. Tatum提出了一个基因一个酶学说。第47页第47页1944 Avery, Macleod和McCarthy通过肺炎球菌转化证实了遗传物质DNA, 而不是蛋白质。第48页第48页1950 B. Mcclintock发觉了玉米AcDs转位因子（1983年诺贝尔奖）。第49页第49页1952 F. Sanger及其同事阐明了蛋白质激素胰岛素所有氨基酸序列（1958年诺贝尔奖）。第50页第50页1953 J.D. Watson和F.H.C. Cr

20、ick提出了DNA双螺旋模型 (1962年诺贝尔奖)。华生和克里克在讨论DNA双螺旋模型第51页第51页1958 Meselson和Stahl发觉了DNA半保留复制。第52页第52页1961 F.H.C. Crick, L. Barnett, S. Brener和R.J. Watts-Tobin提出遗传语言由三联体密码构成。第53页第53页1961 F.Jacob和J.Monod提出乳糖操纵子模型(1965年诺贝尔奖)。第54页第54页1965 中国科学家人工合成胰岛素。第55页第55页1970 Temin和Baltimore发觉了逆转录酶（1975年诺贝尔奖）。第56页第56页1973 H.

21、 Boyer和S. Copen用酶将基因连接到质粒载体上，开创了DNA重组技术。第一例基因工程试验第57页第57页1974 A.L. Olins及D.E. Olins在电镜下观测到了核小体。染色质电镜照片核小体结构模型电子显微镜第58页第58页1975 F. Sanger和A.R. Coulson发展了第一个DNA序列快速测定法(1980年诺贝尔奖)。第59页第59页1976 成立了第一个遗传工程公司，Genetech公司。第60页第60页1978 世界第一例“试管婴儿”在英国诞生。第61页第61页1981 J.D. Kemp和T.H. Hall通过根癌农杆菌质粒将菜豆贮藏蛋白基因转移到向日葵

22、中，创造出了“太阳豆”。 D. Edge合成了514核苷酸干扰素基因。第62页第62页1982 Eli Lilly跨国公司初次销售重组DNA技术制造出药物人胰岛素，其商品名为Humulin。第63页第63页1983 S. Altman, N. Peace及其同事发觉了核糖核酸酶（1989年诺贝尔奖）。第64页第64页1984 Kohler, Milstein和Jerne由于发展了单克隆抗体技术取得诺贝尔奖。第65页第65页1987 Heler Doms-Keller等人绘制了人类第一张遗传图谱（400多个遗传标识）。第66页第66页1993 Mullis 由于创造了聚合酶链索反应技术取得诺贝尔

23、奖。第67页第67页 1997 克隆羊多莉诞生（苏格兰）。第68页第68页 破译老鼠基因组。第69页第69页 人类基因组计划顺利地完毕。第70页第70页 成功地克隆出人类胚胎。第71页第71页一、当代生命科学及生物技术发展热点 回顾近年来历届由科学杂志及我国两院院士评出世界十大科技突破，不难发觉，涉及生命科学领域结果占有非常高百分比。 在生命科学与生物技术飞速发展今天，热点层出不穷，这里着重简介其中几种发展热点。第三节 新世纪当代生命科学与生物技术第72页第72页 HGP由美国提出并于1990年10月在美国正式启动实行。计划在时间，投入30亿美元，完毕人类染色体30亿个碱基序列测定。英、日、德

24、、法等国随后积极响应，使人类基因组计划逐步演变成为一项大型国际科技合作计划。我国作为参与这一计划惟一发展中国家，于1999年跻身人类基因组计划，承担了1测序任务。（一）人类基因组计划（Human genome project，HGP）第73页第73页6月，人类基因组计划完毕了人类基因组序列“工作框架图”；年2月又公布了人类基因组“精细图”； 该计划已提前至20完毕。HGP与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为二十世纪三大科学计划。 真正所有完毕是在205月18日，英国自然杂志发表了人类第一号染色体基因序列。第74页第74页 人类基因组 DNA序列图谱完毕后，鉴定基因编码蛋白质功效，以及寻找其

25、在生物和医学应用中主要作用成为了人们关怀热点。，国际人类蛋白质组组织(HUPO)正式成立，并迅即在北美、欧洲、韩国、日本成立了相应分支机构。日前，我国也成立了相应人类蛋白质组组织。以研究基因功效为关键“后基因组时代”已经来临。第75页第75页1997年，克隆羊“多莉”诞生成为生命科学与生物技术领域发展一个重要里程碑,标志着21世纪是生命科学世纪提前到来。随后，动物克隆技术发展迅速，在短短几年内，其它哺乳动物克隆相继获得成功，如克隆牛等。由此，人们自然会联想到下一个目的是否会是克隆人。（二）动物及人克隆克隆羊“多莉” 第76页第76页吴明杰小组：5只克隆猪美籍华人杨向东小组：初次取得克隆牛3月中

26、国农业大学李宁：人岩藻糖转移酶基因体细胞克隆牛我国批量生产体细胞克隆牛达300多头（世界之最）第77页第77页沃尔小构成功克隆两只恒河猴第78页第78页 11月，美国 “先进细胞科技公司”公布，成功克隆了世界上第一个人类胚胎。但是，他们目的在于治疗人类疾病，而不是克隆人体婴儿。许多国家相继颁布相关严禁克隆人法律，但是，现在还不能必定世界上克隆人是否已经存在。克隆人想象图 第79页第79页 当前，一些人已声称克隆出了人类，比较著名是，加拿大魁北克地域广为人知邪教雷尔教下属“克隆爱德”公司法国女科学家布瓦瑟利耶宣称，世界上第一个名叫“夏娃”克隆女婴已经于12月26日诞生。年1月，雷尔教派科研人员又

27、宣称，他们哺育世界上第二个克隆婴儿已在北欧诞生。另外205月意大利医生塞韦里诺安蒂诺里也声称另外3名克隆婴儿已经出生，然而，他们所说种种消息均没有提供出任何可信证据，全世界科学家对此说法表示怀疑，其可靠性迄今仍未得到证实。第80页第80页即使，当前还不能必定克隆人是否已经来到这个世界，但相关克隆人争议却早已进行得如火如荼。 早在，美国食品和药物管理局便提出警告，不允许在美国进行克隆人试验。 年6月，意大利众议院通过人工生殖法案，要求进行克隆人试验可判徒刑。人们反对克隆人试验示威第81页第81页多莉羊之父-威尔穆特：3月7日认可自己抄袭行为。然而，克隆研究含有十分诱人前景，就是器官克隆。现在器官

28、移植两大难题是器官起源和异体排斥反应。普通情况下，异体器官移植通常会产生排异反应。但假如能移植克隆器官，这两大难题均可迎刃而解。 因领导哺育出克隆羊多莉而被誉为“克隆之父”苏格兰科学家伊恩威尔穆特呼吁，克隆人研究不应当被完全严禁，该技术将在预防遗传性疾病等方面发挥巨大作用。 4月14日，西安西京医院为一位云南僳僳族男子完毕了国内首例“换脸”手术。 器官移植：5月26日，都市快报报道，58岁患者移植了26岁脑死亡者心脏（哈尔滨医科大学附属第二医院），头发变黑，外表及心态均变年轻。第82页第82页 1973年重组DNA取得成功，开创了基因工程新时代。生物技术极大地推动了医学和农业科技发展，在这些领

29、域中正展示出辽阔应用前景。（三）转基因动、植物及基因克隆第83页第83页1982年第一只转基因动物（小老鼠）降生以来，各种转基因动物相继问世。1998年，中国科学家取得成功取得了首批（5只）转基因山羊。其中一只奶山羊乳汁中，含有堪称血友病人救星药物蛋白-有活性人凝血因子。 把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型转基因小鼠。第84页第84页日本报导含水母绿色荧光蛋白基因转基因猪第85页第85页 荷兰一家公司用转基因牛生产乳铁蛋白，每年销售额达数亿美元。 英国罗斯林研究所（第一个研究出克降羊）用转基因羊生产可治疗肺肿一个蛋白酶，每升羊奶可售6000美元。第86页第86页 在转基因植物方面，1983年，科

30、学家哺育出了第一批转基因植物。最早种植转基因作物国家是中国。 1995年全球转基因种植面积仅为20万公顷， 到年全球转基因作物种植面积已达到 6 770万公顷，比增长了15。第87页第87页 全球转基因作物占各自作物种植总面积百分比为： 大豆 55 棉花 21 油菜 16 玉米 11 当前，转基因作物中，四种主要转基因作物占转基因作物总面积分别为：转基因大豆占61；转基因玉米占23；转基因棉花占11；转基因油菜占5。第88页第88页 转基因作物所携带基因主要包括抗除草剂、抗虫及抗病基因。第89页第89页 转基因作物当前主要种植在美国、阿根廷、加拿大、中国、巴西和南非。在全球转基因作物种植面积中

31、， 美国占63 阿根廷占21 加拿大占6 中国占4 巴西占4 南非占1。第90页第90页 可榨取有益心脏食用油及味道更鲜美且更容易消化强化大豆。 高含量抗癌物质西红柿。 可用于生产血红蛋白玉米和预防心脏病发作大豆。 内含疫苗香蕉和马铃薯。 可出产天然蓝色和黄褐色纤维以用于纺织布料棉花。 从转基因玉米中提取塑料工作也正在加快研究中。植物生物反应器第91页第91页 基因分离（克隆）是开展转基因工作前提和基础。迄今,科学家们已成功地克隆出植物分蘖基因、矮杆基因、植物抗病基因、人类耳聋基因，与人类长寿相关基因、甚至克隆出了猴子奴隶基因、田鼠花心基因等。在猴子中克隆出奴隶基因第92页第92页（四）生物芯

32、片 “生物芯片” 是一个微型多参数生物传感器。它通过在一个微小基片表面固定大量分子辨认探针，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量筛选或检测。 第93页第93页 人类所患病症有2530与基因相关。未来能够利用生物芯片等对疾病进行基因诊断，进而进行基因治疗。 人类还能够通过对病原菌遗传密码“破译”，理解各类传染病病因，从而有效控制这些传染病传播。 预计到至年，基因疗法有望成为一个较普遍疗法。 （五）基因治疗第94页第94页 科学家利用基因工程技术，消除、修饰不利致病基因；注入或增强有利基因，达到治疗疾病目的，这就是基因治疗或基因疗法。基因治疗当前已取得不少结果。第95

33、页第95页 美国国立卫生研究院科学家们利用基因疗法，成功地救治了一名免疫系统缺点遗传病患者。 我国科学家利用基因疗法治疗血友病也取得了较好疗效。 美国波土顿塔夫茨大学科学家向患者心脏中注入一个名叫管内皮生长素因子（VEGF）基因，使患者长出了心血管再生。 在英国巴斯大学研究人员也开发出一个治疗糖尿病新办法，他们向人体肝细胞内注入一个基因，使这些细胞转变为可产生胰岛素细胞，从而为最后治愈糖尿病提供了希望。第96页第96页 当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团（Inner Cell Mass）细胞即为胚胎干细胞。这些未分化细胞可进一步分裂、分化，发育成个体。 内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始

34、分化。每个胚层将分别分化形成人体各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等，中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织，内胚层将分化为肝、肺和肠等。当内细胞群在培养皿中培养时，我们称之为胚胎干细胞。（六）胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell, ES细胞）第97页第97页 早在1970年Martin Evans已从小鼠分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。第98页第98页 然而，人类ES 细胞研究工作引起了全世界范围内很大争议，出于社会伦理学方面原因，有些国家甚至明令严禁进行人类ES细胞研究。 但是，无论从基础研究角度来讲，还是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类益处远远不小于

35、在伦理方面也许造成负面影响，因此要求展开人类ES细胞研究呼声也一浪高似一浪。第99页第99页“人造子宫”内成真将带来巨大伦理挑战 科学家预言，能够让人类胎儿在母体之外完全发育人造子宫，也许会在内变成现实。美国康奈尔大学一个研究组宣布，成功地在人类子宫内层哺育出细胞样本，并用细胞工程技术造成如同子宫同样形状。当一个受精卵被放置到这个子宫里，它就附着在子宫壁上从而进入自然怀孕阶段。但是6天后这个试验被中断，由于法律限制进行人类子宫试验。 日本科学家业曾将怀孕中期山羊胎儿从母体子宫中取出，放入一个所谓“子宫箱”里，让其在里面完毕所有孕期。 未来也许会发生这样事：有些妇女想要孩子但又不想承受怀孕或者分

36、娩之苦，她们有也许利用人造子宫生孩子。 专家提出一个问题：用人造子宫哺育孩子是真正意义上生孩子还是制造孩子？ 第100页第100页另外，人体骨髓细胞也含有“万能细胞”性质，它可生成血管等各种人体组织。日本奈良县立医科大学吉川隆章领导科研小构成功地利用骨髓细胞进行了皮肤再生。 第101页第101页在太空失重状态下进行生物诱变和基因转移比在地球上更容易，成功率更高。当前，原因尚不清楚。据推测，宇宙射线提升了生物产生诱变概率，而由于地球轨道低重力，某种当前尚不清楚原因使基因转移愈加容易。（七）生物太空育种第102页第102页科学家当前正计划在国际空间站上建立基因工程试验室，该试验室不但可进行基因移植

37、工作，并且还可在太空中哺育新转基因植物，如在太空将各种疫苗基因移植到大豆体内，甚至进行转基因动物研究。 科技日报报道，茅台、杜康自“神州三号”开始将酒曲及窖泥送入太空，酿成了酒体丰满、口感纯净、绵甜爽口、回味无穷太空酒。搭载神州5号哺育太空椒重达200公斤第103页第103页（八）生物信息学生物信息学是生物学与计算机科学以及应用数学等学科互相交叉形成一门新兴学科。20世纪80年代末伴随基因组测序数据迅猛增长，尤其是人类基因组计划顺利推动，产生了大量生物学数据，这些数据含有丰富内涵，其中隐藏着丰富生物学知识。充足利用这些数据，通过数据分析、处理，揭示这些数据内涵，得到对人类有用信息，这就是生物信

38、息学研究内容。 它通过对生物学实验数据获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含生物学意义目的。生物信息学以核酸、蛋白质等生物大分子数据为主要对象，以数学、信息学、计算机科学为主要手段，以计算机硬件、软件和计算机网络为主要工具，对浩如烟海原始数据进行存储、管理、注释、加工、解读，使之成为具有明确生物意义生物信息。建立“生物学周期表”。它对21世纪生命科学发展具有不可估量推动作用。第104页第104页 在生命科学乃至所有科学中，相关脑高级功效是最令人感兴趣。在过去一个世纪内，脑科学研究取得了突飞猛进发展，尤其是上个世纪后半叶，在学习与记忆机制、视觉信息加工、神经系统发育、精神和神经疾病

39、、人工智能等领域取得了重大进展。脑科学是一门综合性学科，需要用整合办法将分子、细胞、器官、行为等多个层次，利用分子生物学技术、计算机技术等各种手段来进行研究。脑科学发展正在显示出其辽阔发展前景。（九）脑科学第105页第105页 人工生命（artificial life）是通过把隐藏在生命现象背后基本、动态原理抽象出来，并在其它物理媒介（如计算机）上重现这一过程，使之能够进行全新类型试验操作和检查，从而理解生命。总体上说，人工生命关键是利用适当非生命过程手段，通过对生命基本特性（新陈代谢、生长、繁殖、遗传、变异、学习、进化等）进行模拟，以深化人们对生命现象结识。（十）人工生命 人工生命研究有着主

40、要理论意义和广泛应用前景。在工程方面，机器人研究已逐步靠近实用阶段；在基础生命科学研究方面，人们正使用人工生命办法摸索一系列问题：生命起源、细胞起源、多细胞生物起源、性别起源、生物发育、生物行为、脑与认知科学，等等。第106页第106页人类发展进程是以加速度方式进行。在刚刚过去20世纪，人类实现了登月计划，原子能、半导体、集成电路、计算机、智能控制、基因克隆等，高新技术增进了人类物质文明，改进了人类生活水平及营养健康水平。但是，伴伴随物质文明发展同时，也带来了前所未有危机，如何维持人类社会可连续发展，保护我们赖以生存地球环境正成为人类必须处理主要课题。二、生命科学及生物技术与社会发展第107页

41、第107页（一）生命科学及生物技术与可连续发展人类从没有象今天同样感受到地球狭小及资源匮乏。 21 世纪，人类将面临各种挑战,而首当其冲将是人口与粮食问题。联合国宣布，世界第60亿个婴儿已于1999年10月12日诞生，预计世界人口到2050年将达到近90亿。第108页第108页与此形成鲜明对比是，地球上可耕地面积急剧减少。因而只有通过生物技术提升单位面积产量来满足人们对粮食需求。 在未来农业，生物技术将发挥越来越主要作用。 1964年，发觉了水稻不育系；1976年，大面积推广种植成功；，实现亩产700公斤；20，实现亩产800公斤；20，将实现亩产900公斤（20已创造百亩连片田亩产980公斤

42、）。自1976年至年，已累计推广45亿亩，增产4亿顿。第109页第109页（二）生命科学及生物技术与生态平衡 地球上生物通过漫长进化，形成了现今生物圈及生态系统。生物间存在着一定互相关系与秩序，人为打破这种特定平衡是极其危险。通过生命科学研究证实，伴随社会发展，地球上物种灭绝速度正在逐步加速。如何既保持人类社会发展，又维持生态平衡、保护地球环境，是生命科学与生物技术需要研究与处理问题。第110页第110页第111页第111页 （三）生命科学与能源 地球上亿万年积累化石能源石油、天然气、煤等，假如按既有开采技术和连续不断地日夜消耗，有效年限分别是：1001、3050年和1830年。显然21世纪所

43、面临严重危机之一是能源问题。 人类近年来已发觉“可燃冰”（甲烷包括在水结晶外壳中），相称于地球上所有已开采及未开采石油、煤及天然气能量总和2倍。 人类必须寄托于可再生能源。当前，包括我国和许多国家已开始研究和使用生物能源。同时，探明植物光合作用机理，将有也许利用太阳能这一可再生资源，创造服务于人类新型能源。 2月28日，一家环境保护租车公司（甲壳虫环境保护租车公司）在洛杉矶开门营业（植物柴油）。 3月7日都市快报报道，日本找到利用牛粪产生汽油办法，预计5年内实现产业化。 一个20 米直径水池年产 4 吨藻类，加工后可得相称于3000 升柴油燃料。第112页第112页 青霉素发觉曾挽救了无数人生

44、命。生命科学与生物技术在此后必将发挥更为主要作用，尤其是新型基因工程疫苗方面。 人类将全面致力于对人类基因构成、功效等系统研究。在基因水平上诊断、治疗各种疾病。生产基因工程产品生物反应器（四）生命科学及生物技术与人类健康第113页第113页任何事物都是一把“双刃剑”,都有正、负两个方面，生命科学及生物技术也像原子能同样。在看到生命科学及生物技术美好未来同时，也要清醒地结识到其也许对人类造成潜在威胁。生命科学及生物技术能制造出种类繁多生物武器、生化武器、基因武器。（五）生命科学及生物技术与人类安全第114页第114页 假如将艾滋病基因或蛇毒基因与感冒病毒重组，用于军事，后果将不堪构想。 恐怖份子

45、假如掌握了霍乱、鼠疫、炭疽菌、SARS、禽流感等病原及繁殖与制备技术，将使极其危险。 深入构建成对人类不同种族特异识别病毒，用于种族屠杀，也并非不可能。 ，环球时报报道，美军正在研究制造一个同性恋炸弹，耗资750万美元，6年完成。正在火化病牛以预防“疯牛病”传播显微镜下炭疽菌第115页第115页 人类是地球生命世界中一员，但又有其社会、伦理、道德等方面独特性。伴随生命科学及生物技术发展，产生了新伦理、道德问题。如，人工授精技术、试管婴儿技术、克隆人技术等。这些无疑将对人类老式伦理、道德观念发起新挑战。（六）生命科学及生物技术与伦理、道德问题全球首位试管婴儿出嫁，右为试管婴儿之父，中为全球第二位

46、试管婴儿第116页第116页 生命科学发展自始至终伴伴随其它学科发展而发展。学科间渗入、交叉趋势会越来越明显。在其它学科推动生命科学发展同时，生命科学领域也将越来越多地增进其它相关学科领域发展。三、当代生命科学与其它学科间互相作用第117页第117页数学物理化学机械计算机管理天文生命科学结识发展能源医药卫生农业工业食品业环境（第六章）第118页第118页 数学在近代生命科学发展中曾发挥过主要作用，将数学办法利用到生命科学中，先后形成了生物统计学、数量遗传学等交叉学科。在未来生命科学领域，伴随计算机技术应用与发展，生命科学中生物大分子空间排列等问题将不断需要数学中拓扑学混沌等理论办法加以处理，我

47、们无法想象人类基因组计划及后基因组计划这些庞大研究工程没有数学理论办法及计算机技术作后盾结局。（一）数学与当代生命科学第119页第119页 物理学为生命科学发展提供了强有力手段，生物物理学学科建立本身就阐明了物理学对当代生命科学发展增进作用。历史上，许多重大发觉基础是建立在物理学技术发展基础上。物理学应用到生命科学至少可追溯到到1663年列文胡克（Leeuwenhoek）利用显微镜观测生物细胞。没有显微镜创造，很难想象细胞发觉；同样，没有光电子理论，我们也无法想象对细胞中能量传递、呼吸作用以及光合作用在分子水平上进行进一步研究。伴随物理学技术发展，电子显微镜、核磁共振、X衍射、纳米技术等已经和

48、正在利用到生命科学各个学科中，相信更多物理学新理论、新办法以及新技术手段将不断应用到生命科学领域。（二）物理学与当代生命科学第120页第120页近代生命科学发展离不开化学分析手段进步，生物化学这一交叉学科在生命科学领域占有极其主要地位，对核酸、蛋白质等生物大分子结构、构成进行分析离不开化学手段。在前面谈及生命本质时，曾提到机械论认为生命本质就是物理及化学问题，先无论其观点是否全面、准确，至少从侧面上反应出生命科学与物理学及化学（尤其是化学）特殊关系。至于当前生命科学及生物技术领域正在应用各种分析技术更是不胜枚举。至于像桑格（Sanger）这样化学家涉足生命科学并两度取得诺贝尔奖，则愈加阐明化学

49、对生命科学发展主要性。（三）化学与当代生命科学第121页第121页 无论是数学、物理学，还是化学，主要表达是对生命科学发展增进作用，各个学科互相交叉增进社会发展，日本成功地利用玉米生产出了计算机光盘。 年5月30日都市快报报道，玉米塑料瓶已在英国上市（在商业肥料作用下12周便可所有降解）。 年4月12日，科技日报简介，DNA逻辑门：通向未来分子计算机（十几小时DNA计算，相称于所有电脑问世以来总运算量）。用玉米制造计算机光盘 生命科学与其它学科互相渗入、交叉第122页第122页 美国研制成功一个用草莓加工制成新式环境保护型食品包装材料。新产品完全符合环境保护要求，预计这种新型材料未来很也许取代

50、老式聚乙烯塑料薄膜，成为食品包装主要材料。该新型包装材料性能与老式食品包装材料没有什么区别，同样能制止氧气渗入，达到保鲜效果。 这种包装材料主要选取不适合食用蔬菜和水果中次品，因此，成本低，但能够自然分解。同时，它还能改进香蕉和苹果等水果味道。专家表示，不但草莓，甚至胡萝卜、花椰菜等蔬菜和水果都能够用作包装材料。 第123页第123页 机器人小孩9月面市 最近，日本科学家创造了一个适合家用智能机器人，它能够记住1万个单词，辨认10个人面孔并与人交流，能在生活中同时饰演“保姆”“秘书”等多个角色。9月这种新型智能机器人名叫“若丸”，身高1米，体重30公斤，外形看起来很像小孩，是由日本三菱重工公司

51、研制开发。若丸能自动测定方位并自如移动。 “若丸”最大特点就是聪明，它能记住主人及其家共10个人容貌，通过辨认这些人面孔，与其进行比较简朴交流。假如有盗贼入室行窃或者家中有些人病倒，它都能够通过移动电话将信息快速传递给主人。 9月16日，在东京3个展区展出“若丸”，并开始接受定单，售价约为1.43万美元，第一批向东京市民销售100个。 10月，日本报道了能够会骑自行车机器人（前行、发觉障碍停车或后退）。 年6月20日，科技日报报道，中国科大“蓝鹰”及清华大学、北京大学、浙江大学、上海交通大学等近20只来自中国代表队出征机器人足球世界杯（德国不来梅）。 年6月27日，科技日报报道，由哈尔滨工业大

52、学机器人研究所与德国宇航中心合作开发含有各种传感功效新一代机器人机灵手在哈尔滨问世。 第124页第124页 地球上，生命已出现了几十亿年，通过如此漫长生物进化，形成了现今五彩斑斓生命世界，各种生物精细结构及功效是我们当前人类所难以制造出来，甚至难以完全结识。将生命科学发觉利用到技术科学领域，无疑含有极为辽阔前景，并将给技术科学带来一场空前革命。生命科学发展将增进材料科学、信息科学、智能控制、建筑学、军事科学等学科领域发展，在生命奥秘中最为神奇莫过于高等动物由神经系统控制感觉与思维，因此，机器人制造、仿生学等领域将得到蓬勃发展，美国科幻巨片未来世界中情景将在不久未来出现在人类现实生活中。第125

53、页第125页其实，我们没有发觉生物奥秘尚有诸多，这需要包括工科在内多学科科学家共同努力。四、生命科学充斥未解之谜第126页第126页宇宙间是否有外星人？是否存在除人类以外高智能生物？（一）外星人之迷第127页第127页不明飞行物 否认观点一派认为，人们所观测到各种不明飞行物（UFO）出自特殊情况下人造飞行器，或特殊气候引起影像，至于外星人更是杜撰，或人们思维混乱时出现错觉。 12月3日，今晚报报道，中科院紫金山天文台研究员、国际UFO研究专家王思潮在观看了9月8日在新疆上空出现不明飞行物录象后认为，不排除UFO是与地外智慧生命相关飞行器也许性。第128页第128页必定观点一派认为，高智能生物和

54、不明飞行物（如，飞碟）确实存在，并时常光顾我们所在地球，之因此无法取得令人绝对信服证据，是由于这些高智能生物智能远高于人类，在与人类面接触之后清除了所有迹象，甚至包括人类大脑中记忆。曾被称作是外星人照片 第129页第129页 一说是来自遥远太空，二说是来自于地球本身，或兼而有之。就当前人类掌握资料而言，还不能简朴地必定或否认高智能生物是存在。相信，伴随科学不断发展，人类最后将有能力揭开其神秘面纱。第130页第130页 人们在21世纪初开始结识了一种看不见新生物-“空中飞棍”又称“空中飞鱼”（Sky fish）。体长10-120厘米，飞行速度高达160千米/小时，人类看不到它，只有借助高精度摄像

55、机才干捕获它身影。（二）空中飞棍之迷飞棍照片 第131页第131页飞棍模式图 即使，当前人类还没有捕获到一只飞棍，但该种生物存在确是不争事实，我们能够看见飞棍在刻意避开跳伞者，避免与他们接触，这一点极其主要，由于它阐明了飞棍是有智力。第132页第132页第133页第133页第134页第134页在中生代，地球曾经是一个恐龙主宰世界，它们曾在地球上生存了一亿多年，可是，恐龙居然绝灭了，关于恐龙灭绝原因有各种猜想，其中，几种主要观点下列。 （三）恐龙灭绝之迷第135页第135页 观点一：恐龙灭绝是由于气候变冷。在白垩纪末期六千五百万年前，全球气温下降，日温差增大，冷热季节交替明显。使习惯热带环境生活恐龙，不能像蛇、蜥蜴那样进行冬眠，又不像毛皮动物那样躲进山洞里