生命的起源和智慧的演进

生命的起源和智慧的演进第1页，课件共88页，创作于2023年2月第2页，课件共88页，创作于2023年2月生命科学产生的基础与趋势分子生物学兴起DNA双螺旋结构的建立20世纪自然科学的重大突破之一，生物学重要里程碑。生物科学生命科学人工智能脑科学基因工程生物工程第3页，课件共88页，创作于2023年2月目录现代生命科学生命的起源人类的起源及其智力的发展人工智能第4页，课件共88页，创作于2023年2月1现代生命科学生命现象作为自然界的奇迹，历来对哲学家和科学家具有持久的魅力。现代生命科学包括现代遗传学、分子生物学、生物化学和神经科学等诸多学科，其中以分子生物学为代表。分子生物学主要研究生物大分子的结构及其功能之间的关系。主要指高分子聚合物，即蛋白质、核酸、多糖、脂肪以及它们相互结合的产物。第5页，课件共88页，创作于2023年2月高分子产物在分子水平上体现着各种重要的生命特征，如遗传、新陈代谢、细胞增殖和分化、免疫等。其中，遗传是人们研究的重点问题。第6页，课件共88页，创作于2023年2月现代遗传学与分子生物学现代遗传学奠基人，奥地利生物学家孟德尔天主教布隆修道院的修士1845年寺院9年豌豆杂交实验主要成果:《植物杂交实验》创立染色体和基因理论遗传定律：独立分配定律和分离定律成就埋没了30多年后，被证实。第7页，课件共88页，创作于2023年2月第8页，课件共88页，创作于2023年2月摩尔根对基因理论作出重大贡献，果蝇杂交实验《遗传生物学》、《基因论》染色体是基因载体，主要有蛋白质和核算组成核酸具有遗传作用，主要是DNA(脱氧核糖核酸)其次是RNA（核糖核酸）第9页，课件共88页，创作于2023年2月第10页，课件共88页，创作于2023年2月染色质第11页，课件共88页，创作于2023年2月染色体第12页，课件共88页，创作于2023年2月染色体DNA关键序列第13页，课件共88页，创作于2023年2月DNA的双螺旋结构的建立1953年，克里克和奥森建立起DNA双螺旋结构模型。20世纪生物学方面的重大发现，也是分子生物学诞生的标志。DNA是一种高分子化合物，具有特殊的双螺旋结构第14页，课件共88页，创作于2023年2月DNA主要特点DNA分子有两条反向平行脱氧核苷酸链围绕同一个中心轴，像螺旋扶梯一样盘旋而成的稳定结构。脱氧核糖酸和磷酸交替链接。两条链口的碱基通过氢键连接形成碱基对。第15页，课件共88页，创作于2023年2月碱基+戊糖 核苷+磷酸核苷酸 poly

聚合核酸(核苷酸之间通过3,5-磷酸二脂键连接)核酸的化学结构碱基戊糖磷酸第16页，课件共88页，创作于2023年2月碱基腺嘌呤A尿嘧啶U胞嘧啶C鸟嘌呤G胸腺嘧啶T第17页，课件共88页，创作于2023年2月DNA一级结构5-磷酸3-羟基碱基脱氧核糖第18页，课件共88页，创作于2023年2月DNA的二级结构(双螺旋)1953年，Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构小沟大沟第19页，课件共88页，创作于2023年2月能够有效地解释遗传信息的储存、传送和自我复制提出了遗传信息的流动过程复制DNA转录RNA翻译蛋白质DNA双螺旋模型的意义第20页，课件共88页，创作于2023年2月基因的含义DNA分子结构的遗传含义：自我断键复制。基因是一个化学实体，是具有遗传效应的DNA分子中的一定的核苷酸顺序，它是遗传信息储存，传递，表达，性状分化和发育的依据。第21页，课件共88页，创作于2023年2月证明遗传物质是核酸(DNA或RNA)有3个著名的实验第22页，课件共88页，创作于2023年2月①肺炎双球菌的转化试验

第23页，课件共88页，创作于2023年2月②噬菌体感染实验第24页，课件共88页，创作于2023年2月Wataon和Crick于1953年提出了影响无比深远的"DNA双螺旋结构"。第25页，课件共88页，创作于2023年2月基因的调节与控制：中心法则遗传效应DNA片断的基本功能：1、复制，传递遗传信息。2、表达传递信息，使子代与父代相似。基因对生命性状的决定性作用是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的，主要有转录和翻译。第26页，课件共88页，创作于2023年2月中心法则DNAmRNA蛋白质细胞质自我复制细胞核信徒RNAtRNA+氨基酸氨酰基合成酶在核糖体内DNADNADNADNADNADNADNADNADNADNADNADNA转录第27页，课件共88页，创作于2023年2月第28页，课件共88页，创作于2023年2月遗传密码的破译1944年，薛定谔在《生命是什么》预测必定有一种同分异构的连续体构成非周期性晶体，其中含有巨大数量的排列组合，构成遗传密码的稿本。第29页，课件共88页，创作于2023年2月遗传密码是以三联核苷酸的形式代表20种不同的氨基酸。每3种碱基决定一个氨基酸，碱基组合可达64种。到1969年，64种遗传密码含义全部得到解答遗传密码具有稳定性和突变性。基因的自然突变率在10-4—10-9之间。基因突变是密码子变化的结果。分子生物学是继物理学之后20世纪自然科学又一次革命，21世纪将是生命科学的世纪。第30页，课件共88页，创作于2023年2月生物变异>>基因突变遗传物质在传递过程中,一般可保持稳定,但有时也会发生变异,适当的变异是进化的驱动力。变异可发生在基因水平和染色体水平上。一基因突变指DNA上碱基序列的改变1突变类型替换突变碱基发生改变，如A改变为C，此时肽链上对应的氨基酸也会改变。有时突变不会引起氨基酸序列的变化,如GGC→GGA，均编码甘氨酸。移框突变DNA链中增加或减少一个碱基。这种情况较严重，因为后续的氨基酸全会改变，合成的氨基酸链通常无活性。

第31页，课件共88页，创作于2023年2月2突变原因DNA复制时，在已有的单链模板上根据碱基互补原则合成另一条链时存在10-10错配概率，另外碱基有时会发生化学变化，成为无效碱基。诱变

射线诱变：紫外线，破坏碱基，尤其是T；X－射线、γ－射线也具有诱变效应。

化学诱变：HNO2等物质可改变碱基组成或者插入碱基，引起突变。

第32页，课件共88页，创作于2023年2月染色体结构变异缺失：缺失一个片段。重复：某一片断重复出现。第33页，课件共88页，创作于2023年2月倒位：片段断裂，倒转180度，重新连接。易位：片段断裂，移到另一条染色体臂上。第34页，课件共88页，创作于2023年2月染色体数目变异1倍数变化：染色体数目整倍变化。例如：雄蜂为单倍体(1n)，只有16条染色体。某些药物（如秋水仙素）可以抑制减数分裂，产生2n的精子，后者与1n的卵子结合，会产生3n后代，这些后代无育性（如无籽西瓜）。进化中自发产生的染色体加倍现象。例如：小麦（原始小麦为2n,栽培小麦为6n）。*一般染色体倍数变化，对动物的副作用大，对植物小。第35页，课件共88页，创作于2023年2月2非整倍性变化在正常染色体组中丢失或者添加一条或几条完整的染色体。单体：缺一条染色体。缺体：缺一对同源染色体。三体：增加一条染色体，某一染色体有三份拷贝。四体：增加两条染色体，某一染色体有四份拷贝。*对动物而言，遗传物质的平衡很重要，染色体数目变化一般会致死，即使不死个体也极不正常。例如：先天愚型即为22号染色体三体综合症。第36页，课件共88页，创作于2023年2月人类基因组计划人类基因组计划于1990年正式启动,拨款30亿美元,完成人类基因组30亿bp全部序列的测定。人类基因组的工作草图已经在2000年6月26日胜利绘制完成,该工作草图包含人体90%以上碱基对的位置信息。图为科研人员正在基因测序工作第37页，课件共88页，创作于2023年2月第38页，课件共88页，创作于2023年2月1999年9月，中国获准加入人类基因组计划，负责测定全部序列的1%。坐落在北京顺义空港工业园B区的中科院遗传所人类基因组中心承担了"1%"主要测序任务。第39页，课件共88页，创作于2023年2月(二)意义促进生物信息学、生物功能基因组和蛋白质等生命科学前沿领域的发展,也将为世界基因资源开发利用、医药卫生、农业等生物高技术产业的发展开辟更加广阔的前景。第40页，课件共88页，创作于2023年2月(三)作图：染色体不能直接进行核酸序列的测定。首先应当将其分解成为小的结构区域，然后将这些小的结构区域按其在染色体上的位置和先后次序进行准确的排列,这个过程简称作图。第41页，课件共88页，创作于2023年2月1.遗传图遗传图又称遗传连锁图(linkagemap),是指标记基因在染色体上的相对位置与遗传距离。遗传距离用连锁交换频率标识。如两个基因之间的重组交换值为1%,将这两个基因之间的遗传图距定义为1个cM,即1%交换值为1cM。人类基因组全长约3300Cm,1cM相当于1000kb。使用技术：对于动植物中,可以利用杂交方案,制作遗传连锁图。但对于人类只能采取系谱分析以及体细胞遗传学等特殊方法进行。利用遗传标志自祖代到后代中的传递,进行跟踪。第42页，课件共88页，创作于2023年2月2.物理图谱物理图谱是指各基因或遗传标志之间,以物理距离(bp)来表示其在DNA分子上的位置而构成的位置图。使用技术：YAC克隆、PCR技术、计算机分析技术第43页，课件共88页，创作于2023年2月2生命的起源生命的起源问题为人们誉为“宇宙之谜”。两种对立思想1、来自非生命“自然发生说”2、来源于生命“生生说”天命说，上帝造人..1924年，奥巴林《生命资源》，认为生命来源有机小分子化合物—复杂有机化合物—生命。第44页，课件共88页，创作于2023年2月从无机物合成有机小分子生物大分子的合成多分子体系和原始生命的出现第45页，课件共88页，创作于2023年2月从无机物合成有机小分子1925年，美国科学家米勒模拟原始地球条件下产生复杂有机物的过程，产生了氨基酸。无机物/简单分子------〉有机物-----〉复杂有机物-----〉生命第46页，课件共88页，创作于2023年2月第47页，课件共88页，创作于2023年2月生物大分子的合成有机化合物生物大分子脱水，缩合高温，热聚第48页，课件共88页，创作于2023年2月陆相起源说：地球火山熔岩地带和局部地表热区高温。海相起源说：海洋无机物矿物所形成的粘土和颗粒上。第49页，课件共88页，创作于2023年2月第50页，课件共88页，创作于2023年2月第51页，课件共88页，创作于2023年2月多分子体系和原始生命的出现多分子体系的两种模型1、奥巴林：团聚体模型2、福克斯：微球体模型微球体模型与现代的细胞具有相似性质。具有催化活性，双层界膜，分裂繁殖等方式多分子体系原始生命生物体原始生命蛋白质核酸生物进化第52页，课件共88页，创作于2023年2月第53页，课件共88页，创作于2023年2月3人类的起源及其智力的发展在化学进化之后漫长的生物进化过程中，一个伟大的飞跃就是人类的出现，这对于整个自然发展史上具有划时代的意义。人类起源于动物，又超越了动物。人类智力也在不断了超越中发展。第54页，课件共88页，创作于2023年2月人类的起源脑科学对人类智力发展的研究认知科学对人类智力发展的认识第55页，课件共88页，创作于2023年2月人类的起源拉马克《动物学的哲学》达尔文的《生物进化论》第56页，课件共88页，创作于2023年2月达尔文进化论近代提出具体进化学说的首推18世纪法国博物学家布丰。他在1766年提出，不同物种可能由共同祖先通过变异而形成，认为生活环境的改变可以引起生物有机体的改变。

第57页，课件共88页，创作于2023年2月第一个提出系统的生物进化学说的学者是法国生物学家拉马克，他提出了两条著名的法则：用进废退和获得性状遗传。用进废退指生物使用得多的器官会变得发达，用得少的器官会逐渐退化。此外，拉马克认为生物进化是有方向性的单线渐变过程，即每种生物都由各自比较低等的祖先逐渐向高级发展而来。

第58页，课件共88页，创作于2023年2月另一位对达尔文进化论的产生有过重要影响的学者是马尔萨斯。他在《人口论》中提出了人口增长过剩引起人类生存斗争的观点。达尔文进化论的核心正是他在大量观察证据的基础上精心构思形成的自然选择学说。1858年7月，达尔文和华莱士同时发表了各自关于自然选择学说的论文。第59页，课件共88页，创作于2023年2月生物进化的证据1古生物学证据

2解剖学和胚胎学证据3生态学征据

4分子生物学证据第60页，课件共88页，创作于2023年2月古生物学证据利用古生物学家多年来在世界各地发掘的化石资料，可以大致确定生物进化历程与地质年代的关系。约35亿年前的最古老的生物化石是原核细胞，10多亿年前出现真核单细胞生物，7亿年前后出现多细胞低等动物、植物，随后才依次出现由低等到高等各个门类的动物和植物。不同生物种类之间过渡类型物种化石的发现具有特殊意义，例如1861年在法国发现的兼有爬行类和鸟类特征的始祖鸟化石，提供了鸟类由爬行类进化而来的有力证据。第61页，课件共88页，创作于2023年2月孔子鸟第62页，课件共88页，创作于2023年2月中华龙鸟第63页，课件共88页，创作于2023年2月解剖学和胚胎学证据进化过程中出现的新结构通常是在原始结构基础上的变异。解剖学上的同源器官指不同生物具有的功能不同但基本结构非常相似，来源于某个共同祖先器官的各种器官。例如，蝙蝠的翅膀、鲸的鳍、猎豹的前腿和人的上肢这些不同生物的器官的基本构造相似，表明它们是同源器官，尽管各自的功能完全不同，分别用于飞翔、游泳、奔跑和操作。第64页，课件共88页，创作于2023年2月第65页，课件共88页，创作于2023年2月生物由单细胞向多细胞复杂生物的进化是逐步完成的，在进化过程中基本的分化发育过程会被保存下来。因此，高等动物从一个受精卵发育成一个完整的生物个体的胚胎发育，可以真实地重演主要进化过程。例如，鱼、两栖动物、爬行动物、鸟类、很多哺乳动物和人的胚胎发育在初期阶段都非常相似，差异是在胚胎发育的中后期才出现的，与这些生物进化中共同祖先的出现次序大致一致。第66页，课件共88页，创作于2023年2月第67页，课件共88页，创作于2023年2月生态学证据引导达尔文形成进化观点的最早线索之一是生物地理分布以及各地生物对当地特殊生存环境的适应性变异。达尔文在加拉巴戈斯群岛的不同岛屿上采集的地雀标本中，外形及大小区别很大，与各种鸟的食性适应性直接有关。达尔文认为这是来自美洲大陆的同一种鸟迁移到群岛后，在自然选择作用下对各个岛屿独特环境的适应性进化的结果。第68页，课件共88页，创作于2023年2月分子生物学证据近来，进化生物学的迅速发展在很大程度上得益于分子生物学手段的应用。关于生命起源和早期生物进化的很多信息都是由分子生物学研究获得的。例如，生物界几乎通用一套遗传密码，各种生物的rRNA、tRNA的基本分子结构相似。这些共同特征表明所有生物有共同的起源。

第69页，课件共88页，创作于2023年2月对于不同生物之间的进化关系，也可以通过对它们同类分子之间的结构差异比较，从而进行更精确的分析。亲缘关系较近的物种之间，在同源分子的结构上具有更多的相似性。例如，通过比较不同生物的同源蛋白质的氨基酸组成的差异，或通过比较不同生物的DNA的同源序列碱基排列的差异，都能分析不同生物之间亲缘关系的远近。第70页，课件共88页，创作于2023年2月第71页，课件共88页，创作于2023年2月生物进化的历史第72页，课件共88页，创作于2023年2月第73页，课件共88页，创作于2023年2月人类起源于动物界，劳动在人从动物到人的变化中起到了重要作用。直立行走语言手的发展人脑的形成与发展第74页，课件共88页，创作于2023年2月脑科学对人类智力发展的研究人与动物最大的区别在于人能够能动的改造自然界。脑的基本神经单元为神经元即神经细胞。脑的区域分工：左侧：语言功能右侧：音乐，复杂视图，形状识别第75页，课件共88页，创作于2023年2月认知科学对人类智力发展的认识认知：cognition1780年，德国，英国，法国心理学实验室华生的条件反射说斯金纳的行为主义加涅认知学说认知学说：人是一个信息加工的系统，人类的认知可概括为人的全部的心理活动。第76页，课件共88页，创作于2023年2月4人工智能计算机科学脑科学认知科学与逻辑学心理学人工智能：研究人类智能人工实现方法的科学第77页，课件共88页，创作于2023年2月人工智能的发展历史人工智能的两个主要学派人工智能主要研究的内容第78页，课件共88页，创作于2023年2月人工智能的发展历史图灵(A.M.Turing)是现代计算机的发明者之一。图灵《计算机能思维吗?》图灵测验基于行为主义的图灵测验图灵奖是以由美国计(ACM）每年颁发给在计算机领域做出意义重大而深远的个人。1966年开始颁发，通常每年仅有一位获奖者。图灵奖的奖金是每年10万美元，由美国的英特尔公司（IntelCorporation）提供。第79页，课件共88页，创作于2023年2月1936年，年仅24岁的英国人图灵发表了著名的《论应用于决定问题的可计算数字》一文，提出思考实验原理计算机概念。图灵把人在计算时所做的工作分解成简单的动作，与人的计算类似，机器需要：（1）存储器，用于贮存计算结果；（2）一种语言，表示运算和数字；(3)扫描；（4）计算意向，即在计算过程中下一步打算做什么；（5）执行下一步计算。具体到一步计算，则分成：（1）改变数字可符号；（2）扫