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基因基因与与 人人Genes and HumanGenes and Human

上海交通大学通识核心课

基因与环境：爱斯基摩人生息繁衍在阿拉斯加的阳光、水和大地中。动物为主要食物来源

第二章 第二章 Chapter 2Chapter 2

生命现象符合自然规律生命现象符合自然规律Life Obey Laws of NatureLife Obey Laws of Nature

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探索自然推动人类进步探索自然推动人类进步““To the solid ground of nature trusts the mind that builds for aye”To the solid ground of nature trusts the mind that builds for aye”

“永远积累着的思维，信任大自然的坚实依据”

世界最具影响力的世界最具影响力的《《自然自然》》杂志于杂志于 18691869 年创刊，刊名取自这句诗文年创刊，刊名取自这句诗文

在在《《大地上出现了一族飞翔的诗人大地上出现了一族飞翔的诗人》》一诗中，著名浪漫诗人一诗中，著名浪漫诗人 William Wordsworth William Wordsworth （（ 1770-18501770-1850 ）表达了对大自然主宰万物的敬畏与崇尚）表达了对大自然主宰万物的敬畏与崇尚

基因与环境：爱斯基摩人生息繁衍在阿拉斯加的阳光、水和大地中。动物为主要食物来源

纪实频道纪实频道 1212 集翻译大片集翻译大片人类：我们（所有人）的故事人类：我们（所有人）的故事

History Channel History Channel Mankind The Story of All of UsMankind The Story of All of Us

第一集：为人类定义第一集：为人类定义

“天道”在水面上运行 - 水是生命之源 能量用空气、泥土与水塑造了生命生命是自我复制的能量利用体系生命体系是基因自我复制、变化积累的表达形式

美国宇航局图片：水蒸汽在大西洋上空形成积雨云

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Life obey natural laws 生命现象遵从自然规律 Physics-Chemistry-MathematicsPhysics-Chemistry-Mathematics生命现象符合 物理、化学、数学法则生命现象符合 物理、化学、数学法则

生命的运行规律是什么？

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生命的物质基础是什么？

生命的能量基础是什么？

生命的特征是什么？

生命源于自然，绝不高于自然Life originates from nature, not higher than nature

生命的本质是以碳原子为骨架，可以遗传的能量利用体系Life is a carbon-based and inheritable energy utilization system

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Tree of Life-What is life built of ？生命之树是用什么建造的？

The 1648 potted willow experiment of Johannes Baptista van Helmont

（ 1 ）生命的物质基础The Physical Bases of Life

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H HeHe

LiLi BeBe BB C NN OO FF NeNe

NaNa MgMg AlAl SiSi PP SS ClCl ArAr

KK CaCa ScSc TiTi VV CrCr MnMn FeFe CoCo NiNi CuCu ZnZn GaGa GeGe AsAs SeSe BrBr KrKr

RbRb SrSr YY ZrZr NbNb MoMo TcTc RuRu RhRh PdPd AgAg CdCd InIn SnSn SbSb TeTe II XeXe

CsCs BaBa LaLa ** HfHf TaTa WW ReRe OsOs IrIr PtPt AuAu HgHg TlTl PbPb BiBi PoPo AtAt RnRn

FrFr RaRa AcAc **** RfRf DbDb SgSg BhBh HsHs MtMt DsDs RgRg CnCn UutUut UuUuqq

UuUupp

UuUuhh

UuUuss

UuUuoo

** CeCe PrPr NdNd PmPm SmSm EuEu GdGd TbTb DyDy HoHo ErEr TmTm YbYb LuLu

**** ThTh PaPa UU NpNp PuPu AmAm CmCm BkBk CfCf EsEs FmFm MdMd NoNo LrLr

Periodic table highlighting dietary elements9

（ 1 ）生命的物质基础The Physical Bases of Life

生命中的地球元素（颜色越深含量越高）

轻小活泼

非金属

惰性

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（ 1 ）生命的物质基础The Physical Bases of Life

人体 - 水 65% ： By mass, human cell body consist of 65% water (H2O). Oxygen therefore contributes a majority of a human body‘s mass.

氧、碳、氢、氮、钙、磷 99% ： Almost 99% of the mass of the human body is made up of the six elements oxygen, carbon, hydrogen, nitrogen, calcium, and phosphorus.

钾、硫、钠、氯、镁 0.85% 其余为微量元素，如锌： About 0.85% is composed of only five elements: potassium, sulfur, sodium, chlorine, and magnesium. All are necessary to life. The remaining elements are trace elements, of which more than a dozen are thought to be necessary for life, or play an active role in health

(http://en.wikipedia.org/wiki/Composition_of_the_human_body)

神奇的碳原子 - 生命的最佳骨架选择

http://www.uky.edu/KGS/coal/coalform.htm

生物与碳

神奇的碳原子 - 生命的最佳骨架选择

俯瞰位于加拿大的 Diavik 露天钻石矿

钻探岩芯中的钻石原石

露天煤矿

碳有哪些存在形式？

神奇的碳原子 - 生命的最佳骨架选择抑癌蛋白 p53 结合在一段 DNA 上的分子模型

（ 2 ）生命的能量基础 The Energy Basis of Life风力电场与农场的比较：太阳能转化为电能和化学能

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生命的动力和原料 - 阳光、碳与水：基因的诞生，积累和进化

生命为什么存在？

生命：碳原子为介质的能量利用和循环体系运行

C

CHO

CO2+H2O2CHO

CHO

CHO

2CHOCO2+H2O

生命活动

生命活动

空气组成：78 % ： 氮气 ; 21 % ：氧气 ; 0.9 % ：氩气 . 0.1 % ：二氧化碳 , 氖 , 氦 , 氪 , 氢 臭氧 . 1-4 % ：水蒸汽和其他气态物

二氧化碳占 0.039 % （万分之 3.9 ）

二氧化碳 CO2 是生命之源

光能 +6CO2+6H2O 6CH2O+6O2

碳是生命的双重载体 - 能量载体和结构载体

This diagram of the fast carbon cycle shows the movement of carbon between land, atmosphere, and oceans in billions of tons of carbon per year. Yellow numbers are natural fluxes, red are human contributions in billions of tons of carbon per year. White numbers indicate stored carbon.

Adapted from U.S. DOE, Biological and Environmental Research Information System

碳循环示意图 （美国环保局 DOE ，数字单位 10 亿吨）

The Keeling Curve of atmospheric CO2 concentrations measured at the Mauna Loa Observatory.

The CO2 concentration has increased markedly in the 21st century, at a rate of 2.0 ppm/yr

Carbon dioxide after Berner (2001) & temperature after Scotese (2001; see also Boucot et al., 2004)

地质年代二氧化碳水平 Geological Level of CO2

平均全球温度大气 CO2 浓度

390 ppm

侏罗纪恐龙时代

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1 、本课中“天道”是指： A 、天空的道路。 B 、一种迷信的说法。 C 、自然规律。 D 、研究太空的理论。

2 、变化与积累是： A 、生物现象的发展规律。 B 、基因的发展规律。 C 、人类进化的规律。 D 、以上 A 、 B 、 C全部。

本节课堂作业

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讨论 :

维持生命的基本物质需求是什么？

低碳生活的诉求是什么？

1 、人与自然规律的关系是： A 、人创造了自然规律。 B 、自然规律创造了人。 C 、人可以认知自然规律。 D 、以上 B 和 C 。

2 、对于人类生存什么更重要？ A 、具有说服力的观点。B 、努力了解客观事实。 C 、多数人的认可。 D 、养生之道。

本节课堂作业

学生建议反馈

教学要求• 老师声音可以再响一点，可用话筒• 老师授课时偶尔语速较快，可以适当放慢• ppt 的字体可以适当放大• 既然是双语课程是不是能多用些英语• 不要用英文上课啊• 不要在小组活动统计时耗费大量的时间• 老师在引用故事如《 A for Androimeda 》时能更

突出重点，不要太过于用太多时间讲这些，会带来一定无聊感

课程方式• 考核方式及作业方式不是很清楚，控制作业量，

希望不要有考试• 课上多放些相关视频，增加趣味性• 加强与学生的互动，增加讨论• 多给学生留一些思考的时间，少一些事实性的陈

述而多提问• 经典著作能读完的学生不多，希望推荐几篇经典

论文，增加阅读的同学的数量• 增加辅助视频，最好是一些不好收集的英文原版

资料• 希望之后可以发纸质讲义或教案

感兴趣的方面• 相关伦理如克隆人等• 李老师能多讲讲自己曾经参与的研究，对李老师当年的在美求学经历

很感兴趣• 在科学思维和科学地分析解决问题方面给予更多的指导• 人本身关于基因方面的知识• 增加科学研究方法的普及 (科研过程，方法，报告撰写等）• 比较全面的基因等方面的知识• 最新的时事和国内外的乐事趣事• 转基因食品的讨论，前沿的科研成果，多联系日常生活中身边的现象• 最新的科技以及基因对人的帮助和危害• 基因是怎样影响个人的，不仅仅是对于人的生理特征的决定作用，还

有对于我们日常生活方方面面的影响，对于我们行为的影响• 了解更多生命的产生和传承的知识• 基因起作用的过程，了解基因互动的规则，从人体发育和物种进化两个角度了解基因