第一章生物科学概论

1、2022-2-2生物科学概论12022-2-2生物科学概论2主要内容主要内容2022-2-2生物科学概论3一、什么是生命一、什么是生命二、生物科学的学习内容二、生物科学的学习内容三、生物科三、生物科为什么要学习生物科学为什么要学习生物科学五、如何学科学与科学方法五、如何学科学与科学方法2022-2-2生物科学概论4一、什么是生命？一、什么是生命？生命（生命（life）或生物体（）或生物体（organism）的基本特征）的基本特征 2022-2-2生物科学概论52022-2-2生物科学概论62022-2-2生物科学概论7球形杆形弧形螺旋形2022-2-2生物科学概论8青霉菌阿米巴藻类细菌2022

2、-2-2生物科学概论9光镜暗视野荧光透射电镜超薄切片冷冻切片扫描电镜DNA蛋白质复合物2022-2-2生物科学概论10腺病毒吸附在鸡红细胞上2022-2-2生物科学概论11基本形态球形廿面体对称杆形螺旋对称蝌蚪形复合对称2022-2-2生物科学概论12真核细胞原核细胞电镜微生物的相对大小肉眼光学显微镜可见范围病毒2022-2-2生物科学概论13病毒（如噬菌体）没有细胞结构2022-2-2生物科学概论14n细胞是生物结构与功能的基本单位。细胞是生物结构与功能的基本单位。2022-2-2生物科学概论15单链DNA 乙肝表面抗原脂层（来自宿主细胞）乙肝核心抗原病毒基因编码的蛋白质核衣壳包膜2022-

3、2-2生物科学概论16n新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能新陈代谢新陈代谢是生命存在和生命活动赖以进行的基础。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，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！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。新陈代谢是自然界最高级的运动形式。2022-2-2生物科学概论17通过繁殖而延续通过繁殖而延续自然界唯独生物有繁衍。u生物可以繁殖，生物可以繁殖，产生与自身相似的产生与自身相似的后代，这种现象叫后代，这种现象叫做做遗传遗传

4、。u但是子代会发生但是子代会发生变化，引起生物的变化，引起生物的变异。变异。uDNADNA是生物遗传的是生物遗传的基本物质。基本物质。u遗传和变异是遗传和变异是生生物进化物进化的基础。的基础。“种瓜得瓜，种豆种瓜得瓜，种豆得豆得豆”。2022-2-2生物科学概论18个体的生活史生长和发育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）。n 生物都具有个体发育和系统进化的历史生物都具有个体发育和系统进化的历史2022-2-2生物科学概论19 系统进化与适应系统进化与适应无数代个体生活史串连起来，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。生物

5、与环境相互作用，适应环境，发生变异。n 遗传遗传和和变异变异的组合，加上的组合，加上自然选择自然选择的长期作用，便构的长期作用，便构成了成了生物进化生物进化的历史。的历史。进化也是生物多样性的来源。进化也是生物多样性的来源。2022-2-2生物科学概论20n生物对外界可产生应激反应，对环境具有适应性生物对外界可产生应激反应，对环境具有适应性生物对外界刺激生物对外界刺激可产生应激反应，可产生应激反应，进行自我调节。进行自我调节。开放体系：开放体系：生命生命对环境具有对环境具有适应性适应性，同时又同时又2022-2-2生物科学概论21细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）。细胞是生物的基本组成单位（

6、病毒除外）。细胞是生物结构与功能的基本单位。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基本功能。新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能。生命通过繁殖而延续，生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。是生物遗传的基本物质。 生物具有个体发育和系统进化的历史。生物具有个体发育和系统进化的历史。生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境具有适应性。生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境具有适应性。 生命是具有以上特征的物质形式，是能量流、信息流、进化流。生命是具有以上特征的物质形式，是能量流、信息流、进化流。2022-2-2生物科学概论222022-2-2生物科学概论23（

7、1 1）从生物学角度的定义）从生物学角度的定义由核酸和蛋白质等物质组由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有成的多分子体系，它具有不断自我更新、繁殖后代不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能以及对外界产生反应的能力。力。2022-2-2生物科学概论24（2 2）从物理学角度的定义）从物理学角度的定义-“负熵负熵”n热力学第二定律：任何自发过程总是朝着使体系越热力学第二定律：任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱，越来越无序的方向变化，即朝着熵增加来越混乱，越来越无序的方向变化，即朝着熵增加的方向变化。的方向变化。n生命的演化过程总是朝着熵减少的方向进行，一旦生命的演化过程总是朝着熵减少

8、的方向进行，一旦负熵的增加趋近于零，生命将趋向终结，走向死亡。负熵的增加趋近于零，生命将趋向终结，走向死亡。2022-2-2生物科学概论25n生命的物质基础是蛋白质和核酸。生命的物质基础是蛋白质和核酸。n生命运动的本质特征是不断自我更新，是生命运动的本质特征是不断自我更新，是一个不断与外界进行物质和能量交换的开一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系统。放系统。n生命是物质的运动，是物质运动的一种高生命是物质的运动，是物质运动的一种高级的特殊的存在形式。级的特殊的存在形式。（3 3）生命：）生命：2022-2-2生物科学概论26（生物与环境不断交流物质和能量，生命与地球理化环境“协同进化协同进

9、化”）新地球观新地球观（盖亚假说）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 。地球孕育了生命地球孕育了生命生命创造了地球生命创造了地球2022-2-2生物科学概论27（1 1）宗教认为上帝创造了人宗教认为上帝创造了人2022-2-2生物科学概论28（2 2）古代人认为生命是自然发生的）古代人认为生命是自然发生的2022-2-2生物科学概论29（3 3）达尔文的探索）达尔文的探索n“适者生存适者生存”-自自然然选择理论的精髓；选择理论的精髓；1859年写下年写下物种物种起源起源。2022-2-2生物科学概论30（4 4）奥巴林的生

10、命起源假说）奥巴林的生命起源假说2022-2-2生物科学概论31（5 5）米勒的实验）米勒的实验-生命起源于无机物生命起源于无机物2022-2-2生物科学概论32二、生物科学的学习内容二、生物科学的学习内容生命科学是研究生物体及其活动规律的科学，生命科学是研究生物体及其活动规律的科学，广义的生物科学还包括生物技术、医学、农学、广义的生物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。生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。2022-2-2生物科学概论33（植物为例）生态水平生态水平 群落水平群落水平 群体水平群体水平个体水平个体水平 器官系统水平器官系统水平 器官水平器

11、官水平组织水平组织水平 细胞水平细胞水平分子水平分子水平微观与宏观领域相互联系微观与宏观领域相互联系2022-2-2生物科学概论342022-2-2生物科学概论35（1 1）按生物类群或研究对象来分）按生物类群或研究对象来分n植物学植物学n动物学动物学n微生物学微生物学n病毒学病毒学n人类学人类学n古生物学古生物学n藻类学藻类学n昆虫学昆虫学n鱼类学鱼类学n鸟类学等鸟类学等2022-2-2生物科学概论36（2 2）按研究的生命现象或生命过程来分）按研究的生命现象或生命过程来分n形态学形态学n生理学生理学n分类学分类学n胚胎学胚胎学n解剖学解剖学n遗传学遗传学n生态学生态学n进化学进化学n组织学

12、组织学n细胞学、病理学、免疫学等细胞学、病理学、免疫学等2022-2-2生物科学概论37（3 3）按生物结构的层次分）按生物结构的层次分n种群生物学种群生物学n细胞生物学细胞生物学n分子生物学分子生物学n分子遗传学分子遗传学n量子生物学等量子生物学等2022-2-2生物科学概论38（4 4）按与其他学科的关系）按与其他学科的关系n生物物理学生物物理学n生物化学生物化学n生物数学生物数学n生物气候学生物气候学n生物地理学生物地理学n仿生学仿生学n放射生物学等放射生物学等2022-2-2生物科学概论39三、生物科学的发展史三、生物科学的发展史n描述生物学阶段描述生物学阶段1616世纪中叶以前世纪中

13、叶以前n实验生物学阶段实验生物学阶段1616世纪中叶到世纪中叶到2020世纪中叶世纪中叶n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2022-2-2生物科学概论402022-2-2生物科学概论412022-2-2生物科学概论42（1 1）细胞学）细胞学2022-2-2生物科学概论432022-2-2生物科学概论44（2 2）进化论）进化论2022-2-2生物科学概论45（3 3）遗传学）遗传学2022-2-2生物科学概论46实验生物学实验生物学阶段阶段2022-2-2生物科学概论472022-2-2生物科学概论48u标志：从标志：从19531953年年DNADNA双螺旋模型的

14、提出，标双螺旋模型的提出，标志着现代生物学志着现代生物学u生命科学从静态的定性描述性学科走向动生命科学从静态的定性描述性学科走向动态、定量的学科态、定量的学科2022-2-2生物科学概论49现代生物学现代生物学阶段阶段2022-2-2生物科学概论50 “这个世界上发生的一切事情这个世界上发生的一切事情都与都与DNADNA序列息息相关。序列息息相关。” “决定我们命运的不是星宿，决定我们命运的不是星宿，而是而是DNADNA。”沃森博士沃森博士(James Dewey Watson 1928) 美国生物化学家美国生物化学家DNA双螺旋结构模型的建立者：双螺旋结构模型的建立者：2022-2-2生物科

15、学概论512022-2-2生物科学概论522022-2-2生物科学概论532022-2-2生物科学概论542022-2-2生物科学概论552022-2-2生物科学概论562022-2-2生物科学概论572022-2-2生物科学概论582022-2-2生物科学概论592022-2-2生物科学概论602022-2-2生物科学概论612022-2-2生物科学概论622022-2-2生物科学概论63生物信息数据呈指数增长生物信息数据呈指数增长2022-2-2生物科学概论64GENOME TO LIFE2002年，美国能源部紧接年，美国能源部紧接着人类基因组计划之后提着人类基因组计划之后提出了认识生命的

16、十年宏伟出了认识生命的十年宏伟规划规划系统生物学系统生物学2022-2-2生物科学概论652022-2-2生物科学概论662022-2-2生物科学概论672022-2-2生物科学概论68（1 1）当今生命科学已全面进入大科学的发展阶段）当今生命科学已全面进入大科学的发展阶段2022-2-2生物科学概论69（2 2）2121世纪生命科学的特点世纪生命科学的特点系统生物学系统生物学 Systems Biologyu各种各种“组学组学”研究使得生命科学的分析与综合相结合研究使得生命科学的分析与综合相结合2022-2-2生物科学概论70u由描述性的、定性的科学走向精确定量的科学由描述性的、定性的科学走

17、向精确定量的科学( (上图上图) )围棋围棋 （下图）国际象棋（下图）国际象棋 的的fMRI fMRI （核磁共振成像）结果（核磁共振成像）结果围棋与国际象棋的区别：较强的激活围棋与国际象棋的区别：较强的激活 围棋围棋- -右侧，国际象棋右侧，国际象棋- -左侧。左侧。有证据表明有证据表明: : 右半球参与整体水平加工右半球参与整体水平加工. .本结果提示：围棋本结果提示：围棋-更依赖于更依赖于- -整体水平加工，整体水平加工， 国际象棋国际象棋-更注重于更注重于- -局部计算。局部计算。0306090 120 150 180 210 240 270 300 330 360-4-20246BO

18、LD signal time course in left and right BA7 BOLD signal change (%)Time (s) Left Right2022-2-2生物科学概论71u多学科交叉比以往更需要多学科的交叉和渗透多学科交叉比以往更需要多学科的交叉和渗透2022-2-2生物科学概论722022-2-2生物科学概论73四、为什么要学习生物科学四、为什么要学习生物科学 2022-2-2生物科学概论742022-2-2生物科学概论752022-2-2生物科学概论761928-1942 Fleming发现青霉素1953年 Waterson和Crick建立DNA双螺旋模型1

19、973年 Cohn、Boyer基因工程、重组DNA技术之父1997年2月 苏格兰，绵羊“多利多利”诞生 1999年 高考作文：“假如记忆可以移植”2000年6月 人类基因组计划初步完成2001年 干细胞200220032004 20年后 中关村2022-2-2生物科学概论772022-2-2生物科学概论782022-2-2生物科学概论79与生命科学有关的就有与生命科学有关的就有5个，它们分别是：个，它们分别是：2007年科学家共发表了约800篇与微RNA研究有关的论文，内容涉及微RNA与癌症、心脏疾病和干细胞分化等的关系 2022-2-2生物科学概论802022-2-2生物科学概论812022

20、-2-2生物科学概论82计算机辅助药物筛选高通量虚拟筛选方法分子数据库、组合化学化合物库、靶标生物大分子的功能分析.蛋白质蛋白质相互作用识别，信号传导系统、代谢途径的分子模拟、蛋白质折叠和构象变化的长时分子动力学模拟.图像处理、聚类分析、表达谱和调控网络分析.计算机辅助先导化合物设计、药物设计2022-2-2生物科学概论83u一个20米直径的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。u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2022-2-2生物科学概论842022-2-2生物科学概论85u20022002年美国国会将每年年美国国会将每年4 4月

21、月21212828日定为日定为”生物科生物科技周技周”；u英国政府提出英国政府提出“生物技术制胜生物技术制胜20052005年预算和发展展年预算和发展展望望”；u日本政府提出日本政府提出”生物产业立国生物产业立国”；u印度、新加坡等国设立专门政府机构发展生物技术印度、新加坡等国设立专门政府机构发展生物技术产业。产业。2022-2-2生物科学概论862022-2-2生物科学概论87u到到21世纪中期，当生物经济进入成熟阶段时，生物应用技世纪中期，当生物经济进入成熟阶段时，生物应用技术将渗透到我们生活中许多与生物无关的角落。术将渗透到我们生活中许多与生物无关的角落。u有关专家估计，不久的将来，生物经济将有关专家估计，不久的将来，生物经济将10倍于信息经济。倍于信息经济。 2022-2-2生物科学概论882022-2-2生物科学概论892022-2-2生物科学概论90 农业农业 能