现代生物学导论现代生物学导论 刘 兢 、刘海燕刘 兢 、刘海燕 张达人 、沈显生张达人 、沈显生

2009.2.232009.2.23

课件地址： ftp://211.86.157.222

余贤军 13866192367

1 1 绪 论绪 论 1.1 什么是生命 1.2 为什么要学习生命科学 1.3 学什么－生命科学的发展史生命科学的发展史 1.4 现代生物学导论课的学习内现代生物学导论课的学习内容容 1.5 如何学－科学与科学方法

1.1 什么是生命？

生命（ life ）或生物体（ organism ）的基本特征

细胞是生命的基本单位。细胞是生命的基本单位。所有的生物都是由一个或所有的生物都是由一个或多个细胞组成的多个细胞组成的 ,, 细胞是一切生命活动的基础细胞是一切生命活动的基础

病毒（如噬菌体）没有细胞结构

生命活动的生命活动的结构基础是结构基础是细胞内严密细胞内严密组织和组织和高度高度有序有序且且动态动态的的结构体系结构体系

病毒的结构病毒的结构

细胞是生物结构与功能的基本单位。

新陈代谢、生长和运动是生命的本能 新陈代谢－是生命存在和生命活动赖以进行的基础

所有生物体都与外界不断进行物质交换与能量交换，一刻也不停止！有机质

合成有机质

分解 物质代谢是能量代谢的载体，能量代谢是物质代谢的动力。

是自然界最高级的运动形式。

生命生命通过繁殖而延续－自然界唯独生物有繁衍

生物可以繁殖产生与自身相似的后代，这种现象叫做遗传。但是子代会发生变化，引起生物的变异。 DNA 是生物遗传的基本物质。 遗传和变异是生物进化的基础 种瓜得瓜，种豆得豆

个体的生活史－生长和发育（从受精卵开始，新个体出生、成熟、繁殖后代、衰老直至死亡）

生物都具有个体发育和进化的历史

系统进化与适应－无数代个体生活史串连起来， 生物与环境相互作用，适应环境，发生变异。 遗传和变异的组合，加上自然选择的长期作用，便构成了生物进化的历史。进化也是生物多样性的来源

生物对环境的适应性－应激反应与稳态 生物对外界

刺激可产生应激

反应，自我调节。

开放体系

生命对环境

具有适应性，

同时又保持它保持它

们们内部的恒定内部的恒定

还要研究生物与还要研究生物与

环境的相互作用环境的相互作用

生命的基本特征生命的基本特征

所有的生物都是由一个或多个所有的生物都是由一个或多个细胞细胞组成的组成的所有的生物都是所有的生物都是高度有序高度有序的 的 (order)(order)新陈代谢新陈代谢（（ metabolism)metabolism) 是生命的本能是生命的本能繁殖繁殖与与遗传遗传 (reproduction)(reproduction) ，通过繁殖，通过繁殖而延续而延续生长生长和和发育发育 (growth and development)(growth and development)应激反应应激反应 (response to the environment)(response to the environment) 与稳态与稳态 (regulation and (regulation and HomeostasiHomeostasiss))

生物系统的生物系统的进化 进化 (evolution)(evolution)

定义

什么是生命－ 是集合了以上所有特征的、开放有序的物质存在形式

地球与生命地球与生命（生物与环境不断交流物质和能量，生命与地球理化环境“协同进化”）新地球观

（盖亚假说） 指的是由地球生物圈、大气圈、海洋、土壤等组成的反馈系统，通过自身调节达到协调，形成了以生物圈为中心的地球表层系统 。地球孕育了生命生命创造了地球

   生命起源于海洋吗？生命起源于海洋吗？

1.2 为什么要学习生命科学

■■ 生命科学是生命科学是 2121 世纪自然科学中世纪自然科学中最可能有重大突破的学科最可能有重大突破的学科

2020 世纪上半叶是物理学的黄金时代 世纪上半叶是物理学的黄金时代 量子论、相对论和核物理标志着物理学革命性飞跃。 量子论、相对论和核物理标志着物理学革命性飞跃。 物理学主导着工业革命和经济发展，带领着天文、地质、 物理学主导着工业革命和经济发展，带领着天文、地质、气象、化学等学科发展气象、化学等学科发展

2020 世纪末进入生命科学的黄金时代世纪末进入生命科学的黄金时代 19531953 年年 Watson-Crick DNAWatson-Crick DNA双螺旋模型 双螺旋模型 19731973 年年 CohnCohn －－ Boyer Boyer 完成完成 DNADNA 体外重组体外重组 19971997 年绵羊“多莉”的克隆－与达尔文进化论比年绵羊“多莉”的克隆－与达尔文进化论比 20002000 年 人类基因组框架图完成年 人类基因组框架图完成 向数学、物理学、化学、信息、材料及许多工程科学提向数学、物理学、化学、信息、材料及许多工程科学提出了新问题、新思路和新挑战出了新问题、新思路和新挑战

上世纪的上世纪的 100100件的大事件的大事自然科学仅自然科学仅 55 －－ 66项项

生物有三项－生物有三项－

人类文明发展的三次技术革命人类文明发展的三次技术革命 工业革命工业革命 信息革命信息革命 生物技术革命生物技术革命　　

《科学》杂志评选的《科学》杂志评选的 20032003 年年度世界十大科技突破度世界十大科技突破

生命科学研究领域的成果占据“半壁江山”生命科学研究领域的成果占据“半壁江山”，， 发现小核糖核酸（发现小核糖核酸（ sRNAsRNA ）起着更重要的作用；）起着更重要的作用；

基因组学研究开始为全球谋福利；基因组学研究开始为全球谋福利； 找到会对化学“味道”和温度变化作出反应的找到会对化学“味道”和温度变化作出反应的蛋白质；蛋白质；

在哺乳动物的视网膜中发现全新感光细胞；在哺乳动物的视网膜中发现全新感光细胞； 有关人类起源的一些最基本看法被动摇；有关人类起源的一些最基本看法被动摇； 利用电子显微镜，科学家今年还观测到了细胞利用电子显微镜，科学家今年还观测到了细胞

中工作的单个蛋白质的分子结构中工作的单个蛋白质的分子结构

其中，有关其中，有关小核糖核酸小核糖核酸的研究成果更是脱颖的研究成果更是脱颖而出，被看作而出，被看作最重大的年度科技突破。 最重大的年度科技突破。

RNARNA 分子越来越引起重视，被看成是与分子越来越引起重视，被看成是与 DNADNA 和和蛋白质同等重要的分子类型。蛋白质同等重要的分子类型。 RNARNA 有可能才是有可能才是分子运行系统的调节者和许多生命活动的创造分子运行系统的调节者和许多生命活动的创造者。 者。

如果说人类的复杂性由如果说人类的复杂性由 RNARNA 控制，这意味着当控制，这意味着当人体在生长发育时，人体中每个细胞的运行系人体在生长发育时，人体中每个细胞的运行系统并不仅仅维持着细胞的运行，同时还与其他 统并不仅仅维持着细胞的运行，同时还与其他 细胞的运行系统发生联系。倘若如此，此前生细胞的运行系统发生联系。倘若如此，此前生物学家对人类本质的研究是否已走向了错误的物学家对人类本质的研究是否已走向了错误的方向？方向？

这一研究成果这一研究成果好像宇宙学中的暗能量，是生物研好像宇宙学中的暗能量，是生物研究的一个全新世界究的一个全新世界

20062006 诺贝尔科学奖诺贝尔科学奖 诺贝尔生理学或医学奖诺贝尔生理学或医学奖 -- 安德鲁安德鲁··菲尔和克雷菲尔和克雷格格··梅洛（梅洛（ 19981998 年在”年在” NatureNature”” 发表，发表， 88 年后获奖）年后获奖）

““RNARNA干扰机制干扰机制””，，揭示了对揭示了对 RNARNA 调控的一套全新的调控的一套全新的机制机制

11 、基础研究、基础研究：： RNARNA干扰干扰成为便捷的工具。对目标成为便捷的工具。对目标基因进行特异性的表达沉默，观察其表达被抑制后细胞基因进行特异性的表达沉默，观察其表达被抑制后细胞乃至生物体从形态到各项生理生化的变化来推导该基因乃至生物体从形态到各项生理生化的变化来推导该基因的功能的功能；；沉默基因闪亮登场沉默基因闪亮登场

22 、临床应用、临床应用：：有望用于基因治疗有望用于基因治疗 诺贝尔诺贝尔化学奖化学奖获得者获得者————罗杰罗杰··科恩伯格科恩伯格 ““真核转录的分子基础”真核转录的分子基础”：他首次在分子基础上展：他首次在分子基础上展

示真核基因信息是如何从示真核基因信息是如何从 DNADNA 被转录被转录至至信使信使 RNARNA 运行过运行过程的。程的。

11 、、基础研究：基础研究：他制作了详细的电镜图片，从中可以看到转录他制作了详细的电镜图片，从中可以看到转录酶是如何合成新的酶是如何合成新的 RNARNA ，以及数个在转录过程中必需的其他分子的，以及数个在转录过程中必需的其他分子的作用，人们可以分清楚不同的原子，从而清晰地理解转录机制和转作用，人们可以分清楚不同的原子，从而清晰地理解转录机制和转录是如何被管理的 。录是如何被管理的 。

22 、 、 医学上的应用：医学上的应用：该工作有助于探寻治疗肿瘤、心脏病等该工作有助于探寻治疗肿瘤、心脏病等疾病的新方法，尤其对干细胞疗法的研究至关重要疾病的新方法，尤其对干细胞疗法的研究至关重要 ！ ！

《自然》杂志评选的《自然》杂志评选的 20072007 年度十大年度十大重要科技新闻重要科技新闻

其中五项与生命科学的研究有关其中五项与生命科学的研究有关 用人类皮肤细胞制造诱导多能干细胞用人类皮肤细胞制造诱导多能干细胞研究位列榜首研究位列榜首 其余四项其余四项分别是：分别是： 人类基因组差异研究人类基因组差异研究 测定肾上腺素受体结构测定肾上腺素受体结构 机体内抵御病毒和肿瘤的机体内抵御病毒和肿瘤的 TT细胞有“立刻保护”和细胞有“立刻保护”和“长期保护”的分工“长期保护”的分工

记忆和想象可能 源自于大脑的海马区。记忆和想象可能 源自于大脑的海马区。 ««科学时报科学时报 »07»07年终专稿－ 裴钢之生命科学年终专稿－ 裴钢之生命科学篇篇

《科学》杂志评选的《科学》杂志评选的 20072007 年度世界年度世界十大科技进展十大科技进展

多能干细胞多能干细胞 (iPS)(iPS)技术也名列榜首技术也名列榜首。。 成功地将人体皮肤细胞诱导成了多能干细胞 ，成功地将人体皮肤细胞诱导成了多能干细胞 ，避开了胚胎干细胞研究避开了胚胎干细胞研究

的伦理之争，因此，这一技术一经公布便立刻得到了科学界和社会的普的伦理之争，因此，这一技术一经公布便立刻得到了科学界和社会的普遍认同，具有重大理论意义和实用价值遍认同，具有重大理论意义和实用价值。。认为这项研究成果具有划时代认为这项研究成果具有划时代的意义。的意义。成为成为 20072007年最重要的科学发现。年最重要的科学发现。

首份个人版全基因组图谱问世首份个人版全基因组图谱问世 南极海域发现多种奇异的深海生物南极海域发现多种奇异的深海生物 英国科学家成功地利用骨髓干细胞培育出了人体心脏英国科学家成功地利用骨髓干细胞培育出了人体心脏瓣膜组织瓣膜组织

找到人类走出非洲的证据找到人类走出非洲的证据 发现世界上最长寿的动物等发现世界上最长寿的动物等 都向人们展示了生命科学研究的勃勃生机都向人们展示了生命科学研究的勃勃生机

我国科学家也作出了重要贡献 ：内蒙古二连盆地晚白垩世二 连组地层我国科学家也作出了重要贡献 ：内蒙古二连盆地晚白垩世二 连组地层中发现的一具巨型兽脚类恐龙化石，是当今世界上最大的似鸟恐龙化石 ，中发现的一具巨型兽脚类恐龙化石，是当今世界上最大的似鸟恐龙化石 ，表明了鸟类特征演化的复杂性。该成果位列表明了鸟类特征演化的复杂性。该成果位列《时代》杂志《时代》杂志榜单第七位。榜单第七位。

美国《科学》杂志预测的美国《科学》杂志预测的 20082008 年年值得关注的值得关注的 77 个个科研热点科研热点

与生命科学有关的就有与生命科学有关的就有 55 个，个，它们分别是：它们分别是： 11 、微、微 RNARNA （（ micro RNAmicro RNA ）） 20072007 年科学家共发表了约年科学家共发表了约 800800 篇与微篇与微 RNARNA 研究有关的论文，内容涉研究有关的论文，内容涉

及微及微 RNARNA 与癌症、心脏疾病和干细胞分化等的关系与癌症、心脏疾病和干细胞分化等的关系 22、人造微生物、人造微生物 33、古基因组学、古基因组学 44、人类微生物组、人类微生物组 55、大脑神经回路、大脑神经回路

除上述热点以外，除上述热点以外， 20082008 年生物质能源、生年生物质能源、生物纳米技术等生物技术及重大疾病防治都将是物纳米技术等生物技术及重大疾病防治都将是各国生命科学发展的重点。各国生命科学发展的重点。

生命的奥秘生命的奥秘 遗传 遗传 进化进化 个体的发育个体的发育 人体有人体有 100100 万亿个细胞，却都是由受万亿个细胞，却都是由受精卵一个细胞发育而来精卵一个细胞发育而来

大脑的功能大脑的功能 思维， 认知思维， 认知 植物能捕食消化昆虫植物能捕食消化昆虫生命科学研究同样充满着风险和挑战生命科学研究同样充满着风险和挑战 尽管如此，尽管如此， 2121世纪面临的人口健康问题、环境问世纪面临的人口健康问题、环境问题、农业问题、生态问题和能源问题等，都需要生命题、农业问题、生态问题和能源问题等，都需要生命科学研究给出答案。科学研究给出答案。

人类面临最重大的问题问题和挑战挑战 人口膨胀；人口膨胀； 粮食短缺；粮食短缺； 疾病危害；疾病危害； 环境污染；环境污染； 能源危机；能源危机； 资源匮乏；资源匮乏； 生态平衡破坏；生态平衡破坏； 生物物种大量生物物种大量 消亡等。消亡等。 在很大程度依赖在很大程度依赖生命科学的发展生命科学的发展

国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜 当今世界当今世界人口膨胀；粮食短缺；疾病危人口膨胀；粮食短缺；疾病危害；环境污染；能源危机；资源匮乏；害；环境污染；能源危机；资源匮乏；生态平衡破坏；生物多样性丢失等一系生态平衡破坏；生物多样性丢失等一系列重大问题和挑战，列重大问题和挑战，在很大程度上要依在很大程度上要依赖生命科学和生物技术的进步与的发展赖生命科学和生物技术的进步与的发展

否则，我们有可能再次失去在激烈的科否则，我们有可能再次失去在激烈的科技竞争和经济发展中领先的机会！技竞争和经济发展中领先的机会！

顺应形势顺应形势

一个 20 米直径

的水池年产 4 吨藻类，

加工后可得相当于 30

00 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

生物学不仅是科学，也是技术生物学不仅是科学，也是技术

2121 世纪将是信息技术、世纪将是信息技术、生物生物技术技术、新材料技术、新能源、新材料技术、新能源技术突飞猛进的发展时期，技术突飞猛进的发展时期，也是这些高新科技迅速产业也是这些高新科技迅速产业化的时期。化的时期。

各国政府对生命科学极大重视各国政府对生命科学极大重视

  如：如：   20022002 年美国会将每年年美国会将每年 44 月月 2121 －－ 2288 日 定为”生物科技周”日 定为”生物科技周” 英国政府“生物技术制胜 英国政府“生物技术制胜 20052005 年年预算和发展展望”预算和发展展望” 日本政府提出”生物产业立国”。 日本政府提出”生物产业立国”。 印度、新加坡等国设立专门政府机 印度、新加坡等国设立专门政府机构发展生物技术产业等等构发展生物技术产业等等

““ 生物经济”的概念生物经济”的概念———— 20002000 年《时代周刊》 发表文章提出，到年《时代周刊》 发表文章提出，到 2020 2020 年年

生物经济生物经济将取代将取代信息经济。信息经济。 预计到预计到 20202020 年，生物医药占全球药品的比重将超过 年，生物医药占全球药品的比重将超过

1/31/3，生物质能源占世界能源消费的比重将达，生物质能源占世界能源消费的比重将达 5%5% 左右，左右，生物基材料将替代生物基材料将替代 10%10% ～～ 20%20% 的化学材料。的化学材料。

20072007 年年 44月，国家发改委发布了我国首个生物月，国家发改委发布了我国首个生物产业发展五年规划产业发展五年规划 -- 《《生物产业发展“十一五”规生物产业发展“十一五”规划》划》

提出， 提出， 20202020 年全国生物产业将年全国生物产业将成为高技术领域的支成为高技术领域的支柱产业和国民经济的主导产业，生物产业将成为继信息柱产业和国民经济的主导产业，生物产业将成为继信息产业之后世界经济中又一个新的主导产业产业之后世界经济中又一个新的主导产业。生物科技革。生物科技革命引发医药、农业、能源、材料等领域新的产业革命，命引发医药、农业、能源、材料等领域新的产业革命，有效缓解人类社会可持续发展所面临的健康、食品、资有效缓解人类社会可持续发展所面临的健康、食品、资源等重大问题，各国已纷纷制订生物产业发展战略规划，源等重大问题，各国已纷纷制订生物产业发展战略规划，努力抢占努力抢占 2121 世纪国际经济技术竞争制高点。世纪国际经济技术竞争制高点。

生命科学是 21世纪自然科学的前沿学科

科学技术部中国生物技术发展中心科学技术部中国生物技术发展中心最近发布了 最近发布了 ““国外生物技术与产业发展专题报告”国外生物技术与产业发展专题报告”（（ 20082008 ）） 全文下载可登陆全文下载可登陆 http://http://www.biotech.ac.cnwww.biotech.ac.cn《中国生物工程杂志》连载《中国生物工程杂志》连载该报告出台的背景就是：该报告出台的背景就是： 生命科学和生物技术的持续创新和重大突破是新世纪科学技术发生命科学和生物技术的持续创新和重大突破是新世纪科学技术发

展的鲜明标志，正在成为新的科技革命的重要推动力，由其引领展的鲜明标志，正在成为新的科技革命的重要推动力，由其引领和孕育的和孕育的生物经济生物经济将引起全球经济格局的深刻变化和利益结构的将引起全球经济格局的深刻变化和利益结构的重大调整。越来越多的国家认识到，重大调整。越来越多的国家认识到，未来未来 1515 －－ 2020 年，拥有生命年，拥有生命科学基础研究优势，就把握了科学创新的源动力；拥有生物技术科学基础研究优势，就把握了科学创新的源动力；拥有生物技术原始创新和产业化优势，就占据了生物新经济竞争的制高点。原始创新和产业化优势，就占据了生物新经济竞争的制高点。

正是看到生物技术在保障粮食安全、提高公众健康水平、促进经正是看到生物技术在保障粮食安全、提高公众健康水平、促进经济发展、缓解能源短缺压力、改善生态环境、维护国家安全中已济发展、缓解能源短缺压力、改善生态环境、维护国家安全中已经显现和正在孕育的巨大潜力，经显现和正在孕育的巨大潜力，越来越多的国家将生物技术及产越来越多的国家将生物技术及产业发展列为国家战略。业发展列为国家战略。研究各国战略，研究各国战略，指导和促进我国生物科技指导和促进我国生物科技和产业化发展 和产业化发展

973 国家重大基础研究项目• 农业• 能源• 材料• 信息• 环境和生态• 人口与健康交叉学科领域

   “ 十一五”阶段（ 2008 － 2010 年）科技重大专项－新药创制和重大疾病等

■新世纪的大学生不能没有现代生物科学基础知识

◇解决人类共同面临的重大问题 人们的日常生活越来越离不开对生命科学知识的学习和理解。转基因食物 ..

◇学科发展 物理学 : 生物分子的单分子检测 / 纳米生物 化学、材料科学： 医学生物材料， 信息科学：生物信息学，计算生物学，系统生物学 工程学科：生物芯片，机器人、机器鱼，生物医学工程 社会科学 : 社会伦理 法律 /生物技术和人类社会的关系 其他学科

◇认识自己 / 认识生命

哈佛大学哈佛大学教学计划说明教学计划说明中一段话中一段话“……“……every Harvard graduaevery Harvard graduate should be te should be broadly educatbroadly educateded as well as as well as trainedtrained in a par in a particular academic specialty or ticular academic specialty or

concentration.”concentration.” 每一个哈佛毕业生应该受到每一个哈佛毕业生应该受到

广博教育广博教育并且还应在专门的学并且还应在专门的学科方面得到一定的科方面得到一定的培训培训 .”.”

资料来源： 北京大学韩敏中教授《文汇报》 02-1-27,第三版

生物科学的发展需要您的参与 回顾生命科学发展的历史

亚里士多德 亚里士多德 382382 －－ 322BC 322BC 动物誌动物誌

薛定谔（薛定谔（ 1887-19611887-1961 ））试着跨越物理世界试着跨越物理世界 //生命世界生命世界

之间难以逾越的鸿沟，写了《生命是什么》的伟大尝试之间难以逾越的鸿沟，写了《生命是什么》的伟大尝试

Watson-CrickWatson-Crick DNA DNA双螺旋模型，生物学和物理学结合双螺旋模型，生物学和物理学结合

控制论、信息论等控制论、信息论等新学科促进了生命科学的发展，也新学科促进了生命科学的发展，也

从生物中获得了从生物中获得了新观点、新思路

生命科学生命科学－自然科学中最具有挑战性的学科－自然科学中最具有挑战性的学科－探索生命的奥秘的科学－探索生命的奥秘的科学－生命科学与社会发展－生命科学与社会发展             生命科学并不为生物学家所专有生命科学并不为生物学家所专有

为使自己成为具有更全面知识结构的人为使自己成为具有更全面知识结构的人才才－所有大学生都要学习生命科学－所有大学生都要学习生命科学

探索生命奥秘，其乐无穷追求理想、热爱科学的人才可能获得诺贝尔！追求理想、热爱科学的人才可能获得诺贝尔！

1.3 1.3  学什么学什么生命科学的概念：生命科学是研究生物体及其活动规律的科学，广义的生命科学还包括生物技术、医学、农学、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域

迄今为止，地球上已发现和命名的生物迄今为止，地球上已发现和命名的生物有有 200200 多万种多万种，，大部分还未被命名，一切生命都有各自不同的特征和大部分还未被命名，一切生命都有各自不同的特征和生存环境。生命活动是自然界最复杂、最高级的运动生存环境。生命活动是自然界最复杂、最高级的运动形式。形式。

另一方面，另一方面，所有的生物都有一些共同的特征，所有的生物都有一些共同的特征，我们可我们可以在不同的层面和深度来认识这些特征。以在不同的层面和深度来认识这些特征。

““ 生命科学导论”生命科学导论”是生命科学的是生命科学的入门科学入门科学

生命的不同层次（植物为例）生态水平 群落水平 群体水平个体水平 器官系统水平 器官水平组织水平 细胞水平分子水平

微观与宏观领域相互联系

生命的结构层次生命的结构层次（动物为例）（动物为例）

生命科学发展史生命科学发展史

从传统生物学到现代生命科学，从传统生物学到现代生命科学，经历了三个发展阶段：经历了三个发展阶段：

描述生物学阶段－描述生物学阶段－ 1616 世纪中叶以前世纪中叶以前 试验生物学阶段－试验生物学阶段－ 1616 世纪中叶到世纪中叶到 2020世纪中叶世纪中叶

创造生物学阶段－创造生物学阶段－ 2020 世纪中叶以后世纪中叶以后

描述生物学时代－描述生物学时代－古代－古代－ 1616 世纪世纪 与疾病斗争，农业畜禽生产，宗教活动与疾病斗争，农业畜禽生产，宗教活动 亚里士多德 亚里士多德 382382 －－ 322BC322BC ，， 540540 种动物，种动物，动物誌动物誌 春秋战国春秋战国（（ 20002000 年前）年前）《诗经》《诗经》 260260 多种动物， 多种动物， 350350多种植物，多种植物，西汉西汉《尔雅》《尔雅》 10001000 多种动植物多种动植物

宋代 贾思 宋代 贾思 （（ 15001500 年前）年前） 齐民要术齐民要术 实用生物学的典范 实用生物学的典范 明代李时珍 明代李时珍 本草纲目 本草纲目 3030 年，记载了年，记载了 18921892 种药物，种药物， 建立了科学分类方法，影响了全世界建立了科学分类方法，影响了全世界 动物，植物，解剖动物，植物，解剖

实验生物学时代－实验生物学时代－ 1616 世纪－世纪－ 2020 世纪中世纪中叶叶

1543 1543 比利时医生比利时医生维萨里维萨里（（ AndreasAndreas Vesal Vesaliusius ） ） 《《人体的结构人体的结构》》 解剖学解剖学

1628 1628 英国医生英国医生哈维哈维（（ Willian HarveWillian Harveyy） ）

《《心血循环论 心血循环论 》》 生理学生理学 1818 世纪 世纪 以以细胞学，进化论，遗传学细胞学，进化论，遗传学为主为主要代表 ，构成了现代生命科学的基石要代表 ，构成了现代生命科学的基石

细胞学细胞学 16651665 年年胡克胡克 Robert Hooke Robert Hooke 显微显微图谱 图谱 ”细胞“”细胞“一词一词（ （ cell )cell )

实际开始于实际开始于 1919 世纪世纪 3030 年代 年代 施莱登施莱登 Matthias Jacob Schleiden,Matthias Jacob Schleiden, 施旺 施旺 Theodor AchwannTheodor Achwann

细胞学建立 细胞学建立 经过了经过了 200200 年时间年时间

进化论进化论 系统生物分类法系统生物分类法 林耐 林耐 Carl LinnaeusCarl Linnaeus

1859 1859 达尔文达尔文 《物种的起源》 《物种的起源》

进化论的创立进化论的创立 不仅是生物学的一项伟大工作，也是不仅是生物学的一项伟大工作，也是人类思想史上的一次伟大的革命人类思想史上的一次伟大的革命

遗传学遗传学 魏斯曼魏斯曼（（ 18391839 －－ 19141914 ） 生物发） 生物发育的种质学说育的种质学说

1865 1865 孟德尔 孟德尔 豌豆杂交实验 豌豆杂交实验 被埋没被埋没 3030 年年 摩尔根（摩尔根（ 18661866 －－ 19451945 ） ） 果蝇实验果蝇实验 共同奠定了共同奠定了经典遗传学的经典遗传学的分离分离，，连锁连锁和和交换交换的三大规律的三大规律

对现代生物学作出重要贡献的对现代生物学作出重要贡献的理论理论

1.1. 细胞理论细胞理论2.2. 自然选择进化论自然选择进化论3.3. 基因理论基因理论

稳态理论（稳态理论（ Homeostasis Homeostasis ））

创造生物学时代－创造生物学时代－ 2020 世纪中叶－至世纪中叶－至今今

从从 19531953 年年 DNADNA 双螺旋模型双螺旋模型的提出的提出分子生物学的诞生－分子生物学的诞生－现代生物学现代生物学的开始的开始

生命科学从静态的定性描述性学科生命科学从静态的定性描述性学科走向走向动态动态、、定量的学科定量的学科

生命科学近生命科学近 5050 年的发展超过了过去年的发展超过了过去 500500 年！年！

当今生命科学已全面进入当今生命科学已全面进入大科学大科学的发展阶段的发展阶段

■■生命科学领域学科界限逐渐模糊生命科学领域学科界限逐渐模糊－－分子、细胞、整体分子、细胞、整体■■新的研究热点新的研究热点如神经网络如神经网络 认知和行为科学认知和行为科学 生态学与生物多样性保护生态学与生物多样性保护 生物信息学生物信息学 系统生物学系统生物学 理论生物学等理论生物学等边缘、交叉学科领域不断出现边缘、交叉学科领域不断出现■■新技术和新方法的引入，新技术和新方法的引入，多学科联手探索生命多学科联手探索生命■■生物技术生物技术走出实验室，成为独立的产业力量，带来巨走出实验室，成为独立的产业力量，带来巨大利益和财富，包括医药、农业、环境和生物安全等大利益和财富，包括医药、农业、环境和生物安全等诸多方面，直接影响到社会发展和人类生活。诸多方面，直接影响到社会发展和人类生活。

21 世纪生命科学的特点1 、各种组学研究使得生命科学分析与综合结合

系统生物学 Systems Biology

2 、由描述性的、定性的科学走向精确定量的科学

( 上图 )围棋 （下图）国际象棋 的 fMRI （核磁共振成像）结果围棋与国际象棋的区别：较强的激活 围棋 - 右侧，国际象棋 - 左侧。

有证据表明 :  右半球参与整体水平加工 .  本结果提示：

围棋 -- 更依赖于 - 整体水平加工，  国际象棋 -- 更注重于 - 局部计算。

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360-4

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3 、多学科交叉－比以往更需要多学科交叉和渗透

我们要跟踪生命科学和生物技术的最新进展！

生命科学最基本的内容至少包括：生命科学最基本的内容至少包括： 生命的化学组成生命的化学组成 细胞的结构与功能细胞的结构与功能 能量与代谢能量与代谢 繁殖与遗传，遗传信息的传递与控制繁殖与遗传，遗传信息的传递与控制 生物的起源，分类生物的起源，分类 生物个体的发育、结构、功能和行为生物个体的发育、结构、功能和行为 生态环境生态环境 生物技术及其他新技术、新方法等等生物技术及其他新技术、新方法等等本课程将简明阐述生物学的基本概念和理论以及本课程将简明阐述生物学的基本概念和理论以及最新进展，激发兴趣，促进学科交叉最新进展，激发兴趣，促进学科交叉

1.4 1.4 如何学如何学－－科学与科学方法科学与科学方法 Science Science is from the Latin word,is from the Latin word, scientiascientia 原意为“去认知”原意为“去认知” Webster’s dictionary defineWebster’s dictionary define science science asas ss

ystematized knowledge derived from obsystematized knowledge derived from observation and experiment carried on to detervation and experiment carried on to determine the principles underlying what is ermine the principles underlying what is being studied.being studied.

■■ 生命科学的特征生命科学的特征

整体大于相加整体大于相加 生物与环境的统一性生物与环境的统一性 宏观与微观的统一性宏观与微观的统一性 结构与功能的统一性 结构与功能的统一性 进化与保守的统一性进化与保守的统一性 从微观到宏观，注重生命科学的最新从微观到宏观，注重生命科学的最新进展，从系统论的观点考察生命进展，从系统论的观点考察生命

■■兴趣是最好的老师兴趣是最好的老师■■把握基本概念和他们之间内在联系把握基本概念和他们之间内在联系■■提出问题和设想提出问题和设想－生命有形、梦想无限！－生命有形、梦想无限！

■■ 科学实验是开启生命王国大门的钥匙科学实验是开启生命王国大门的钥匙 一个好的科学实验不会同时检验多个变量，一个好的科学实验不会同时检验多个变量，而是在而是在有对照有对照的情况下检验一个可以测量的情况下检验一个可以测量的变量。的变量。对照实验要求除了被检验的单个变量对照实验要求除了被检验的单个变量外，其它一切因素都相同。外，其它一切因素都相同。

德国生理学家德国生理学家 loewiloewi 的心脏跳动控制实验是一个好例子的心脏跳动控制实验是一个好例子

观察 假说 1 假说 2 假说 3 假说4

实验

问题

否定假说 1 和4

假说 2

假说 3实验否定假

说 3

预言

实验 1 实验 2 实验 3 实验 4

预言被证实

结构结构与功与功能的能的统一统一 ----壁虎壁虎如何如何飞檐飞檐走壁走壁

理论 理论 假说被多种实验广泛检验，假说被多种实验广泛检验，具有高度的确定性，就变成具有高度的确定性，就变成理论理论

理论不是只对一个事实，而理论不是只对一个事实，而是企图解释多个事实是企图解释多个事实

创新性创新性

生命科学研究的热点问题举例生命科学研究的热点问题举例 1)1) 基础理论研究基础理论研究 :: 生命的起源生命的起源 ,,人类的起源，生物大分子的相互识别、调人类的起源，生物大分子的相互识别、调

控，基因组和各种组学控，基因组和各种组学 , , 高级神经活动的分子机制高级神经活动的分子机制等等

2)2) 应用基础理论应用基础理论 :: 癌症的发病机制、 预防及治疗癌症的发病机制、 预防及治疗 体细胞克隆体细胞克隆 , , 干细胞干细胞与器官再生与器官再生 传染病和多基因病的病因与防治传染病和多基因病的病因与防治 生物医学工程生物医学工程 , , 基因治疗基因治疗 ,,作物基因工程改良作物基因工程改良33 ）生物技术研究：）生物技术研究：成为各国科技竞争的焦点，生物成为各国科技竞争的焦点，生物产业产业等等，不一而述。等等，不一而述。

怀着兴趣、充满热情、勤奋学习，一定能感受到生命的美怀着兴趣、充满热情、勤奋学习，一定能感受到生命的美丽和奇妙，体验到探索生命奥妙的乐趣！丽和奇妙，体验到探索生命奥妙的乐趣！

1.5 1.5 现代生物学导论课的学习内容现代生物学导论课的学习内容 1 绪论—生物和生命科学 （刘兢） 2 生命的基本化学组成 （刘海燕 ） 3 能量与代谢 4 细胞呼吸 5 光合作用 6 细胞 （刘兢） 7 繁殖和遗传 8 遗传的分子基础 / 基因表达的调控

9 人类健康与重大疾病 10 生物技术与人类未来 11 脑与记忆 （ 张达人 ） 12 认知科学 13 生物多样性 （ 沈显生 ） 14 生态学基础 15 生命的起源和进化

1.1. 《基础生命科学》－《基础生命科学》－ 20062006 年第年第 22 版版             主编 吴庆余，                   高等教育出版社主编 吴庆余，                   高等教育出版社  2. 2.  《生命科学概论》－《生命科学概论》－ 20072007 年年 88 月月               主编 沈显生，                  科学出版社主编 沈显生，                  科学出版社  33.. 《生命科学导论》《生命科学导论》               主编 北京大学编写组主编 北京大学编写组 ,    ,     高等教育出版社高等教育出版社  4. 4.  《生命科学导论》《生命科学导论》 主编     张惟杰主编     张惟杰 , ,              副主编 吴敏，刘曼西，  高等教育出版社副主编 吴敏，刘曼西，  高等教育出版社  5.5. 《普通生物学 》《普通生物学 》             主编 陈阅增 主编 陈阅增  ,                     ,                      高等教育出版社高等教育出版社

课外练习题课外练习题你认为生命科学研究面临的最重要的问题是什么？为什么？

思考题：学习生命科学的基础知识为什么重要？

课件地址： ftp://211.86.157.222 文件名： 刘兢课件（ 09春季 )

助 教： 余贤军 13866192367