《现代生物科技发展》专题讲座

1、现代生物科技发展专题讲座上虞中学 傅立娟 历史的脚步已迈进了21世纪，展望21世纪，可以说希望与挑战并存，一方面科技的发展更加迅速，而生物科学作为自然科学领域的带头学科将会结出丰硕的果实。另一方面，人类社会面临的人口、粮食、资源、环境和健康等问题更加突出。而这些问题的解决，都将在很大程度上依赖于生物科学的进步。因此，了解生物科学发展的现状，努力研究生物科学，对于我们适应21世纪的挑战具有极其深远的意义，下面我主要介绍一下现代生物科技的发展，以及研究生物科学的精神，对同学们的学习可能有一定的帮助。 一、生物科学发展的历史 生物学是一门具有悠久历史的学科，很久以前，人类在各种生产活动的过程中，就广

2、泛地应用各方面的生物学知识，我国诗经上就记载了生物知识的应用，所以说生物学的历史已有三、四千年或更长的历史。但纵观生物学的发展，可以年看出它大体经历了三个阶段。19世纪以前，生物学主要研究生物的形态、结构和分类，并积累了大量的事实资料，进入19世纪以后，科学技术水平不断提高，显微镜制造精良，促进了生物学的全面迅速发展，具体表现在寻找各种生命现象之间的联系并对积累起来的资料做出理论的概括；在细胞学，古生物学，胚胎学和比较解剖学等方面取得了新的进展。 19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了细胞学说，指出细胞是一切动物和植物结构的基本单位，为研究生物的结构、生理、生殖和发育奠定的基

3、础。 1859年英国生物学家达尔文出版了物种起源一书，科学的阐述了以自然选择为中心的生物进化论，给神创论和物种不变论以沉重打击，在推动现代生物学的发展上起了巨大的作用，可以说在20世纪以前 这一漫长的历史岁月中生物科学的研究领域，到1900年随着孟德尔遗传规律被重新提出，生物科学的研究便 进入了第二个阶段实验生物学阶段。在这个阶段中生物学家更多地用实验手段和理化技术来考查生命过程，于是生物化学、细胞学、遗传学等分支不断涌现，使生物科学研究逐渐集中到分析生命活动的基本规律上来。 20世纪30年代以后，生物科学研究的主要目标逐渐转移到与生命本质密切相关的生物大分子蛋白质和核酸上来。1944年美国生

4、物学家艾弗里用细菌做实验材料，第一次证明了DNA是遗传物质，1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型，标志着生物科学的发展进入了一个新的阶段分子生物学阶段，这是第三个阶段。 随后，在分子生物学的带动下，生物科学的众多分支学科都在迅猛发展，取得了一系列划时代的成就，使生物科学成为当代成果 最多最吸引人的学科之一。 二、生物科学研究的现状及展望 生物科学是一门迅猛发展的学科，它在当今世界科技领域中的地位越来越突出，可以说科技成果显著，硕果累累，如“克隆技术”、“基因工程”、“试管婴儿”、“人类基因组计划”等，下面我就介绍一下生物科学的现状及其发展： 1、人类

5、基因组计划： 人类基因组计划被称为“生物学上的阿波罗登月计划”是从1990年10月开始启动的，主要由美、日、德、英、法等国的科学家共同参与，到20000年6月26日宣布其工作草图绘制成功，然后由中、美、日、德、英、法等国的科学家工同承担人类基因组的破译工作。今年2月11日科学家小组又公布了对脱氧核苷酸（DNA）密码指令构成的人类基因组的初步解析，从而开辟了人体生物学和医学研究的新纪元。 那么什么是“人类基因组计划”这需要从基因说起，基因是控制生物性状的基本单位，是有遗传效应的DNA片段，基因位于染色体上，并呈线性排列。基因不仅可以通过DNA的复制把遗传信息传给下一代还可以使遗传信息在下一代得到

6、表达，从而使子代表现出与亲代相似的性状。正所谓“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”，所以说，人类的各种性状大都是由基因控制的。如身高、肤色、色觉、面目、胖瘦及各种疾病大都与基因有关。而人类只有一个基因组。人类基因组计划就是要弄清楚人类30亿个碱基对的序列，弄清楚所有人类的大约34万个基因，并搞清楚其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类在分子水平上全面认识自我。 随着人类基因组的破译，人类的生活也将发生巨大的变化。这将预示着一场席卷全球的生物技术革命正在起步。正如科学家们预言的那样，一个生命科学的新时代将在21世纪这一代人身边发生，下面我就对它的前景介绍一下。 （1）基因疗法 一提到癌

7、症、艾滋病，就会令人胆颤心惊，为什么呢？因为这些疾病一直被认为是不治之症；一旦患了这种病，就等于被判了死刑，但还不能立即执行，还要让你受尽人体痛苦的折磨才算完事，你说谁不害怕？但是在座的同学们就不必害怕了，为什么呢？人类基因组很快被破译，破译之后，我们就能够知道这些病是由一定的基因诱发而产生的，这些基因称为“诱发疾病基因。”假如某人在几十年后可能得一种癌症，我们已经知道这种癌症是由哪些基因诱发产生的，并且我们还知道这些基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，就可以采用基因疗法，在发病之前或刚出生时对这种疾病做出预测并可以进行基因修改，使人类从根本上摆脱病痛之苦。所以科学家宣布2003年以后癌症将不再是不

8、治之症，所以同学们就不必再害怕了。 那么如何修正致病基因呢？这又涉及药物遗传学。药物遗传学它主要是研究基因如何与药物相互作用。这将是21世纪的医学基础，这一点我就不多说了。总之，不久的将来，我们每人手中都有一张“基因卡”，到医院只需把“基因卡”往机器里一插，就能显示出你患病没有，患有什么病或将要患什么病，以及用什么药物修改诱发疾病基因等，不过大批的疹所，卫生室、医院就要关门大吉了。 （2）帮你变聪明 在座的每一位同学都愿让自己的头脑更聪明，比如说英语吧，是同学们的必修课，而且费很大的力气也不一定学好。那么用什么省事的办法能使每一个同学都能学好英语呢？办法有：不过不是现在，而是不久的将来，利用基

9、因工程，科学家们可以把英语的语言信息下裁到你的脑子里，也就是说可以把知识输入到一个经过遗传工程设计的与电脑中相似的芯片中，然后把这个芯片装入你的大脑中。当然不是简单地打开颅腔插进去了。这样学习就不再是件苦事了。当然这种做法你们是高兴了，可是我们这些以教书谋生的教师可要因此而下岗了。 （3）设计一个“优化基因”的婴儿 未来的基因技术不仅能诊断出胚胎有何遗传疾病，而且还可以设计未来婴儿的体态、面目、智商、个性、健康状况等，现在科学家已经找到一些决定这些性状的基因并且研究出如何控制基因遗传的方法。因此未来科学家预言：应用人类基因密码的全部说明书，将使科学家对人类进行优化基因设计。因此未来的人们或许可

10、以优化一定的基因，设计一个智商高、体格壮、长相美的婴儿 ，比如，有的人想要一个儿子，他要自己的儿子有爱因斯坦一样的智商，象李宁那样强壮，象刘德华那样英俊，还要象王杰那样会唱歌，并且还具有象警犬一样敏锐的嗅觉，象家鸽一样的视觉等等，将这些优良性状整合在一起。这是一个很不错的理想，但这个理想能够成为现实吗？现在还很难说，因为一方面，一个功能基因组往往由许多个基因组成。如一位歌唱家的嗓音好，不仅是由于声带发音，肺部发育等诸多有关基因的作用，还需要后天的培养教育，这绝对不是一个“歌唱”基因就能使之成功的。即使能够成功的话，另一方面，还涉及到法律、伦理、道德、观念等问题。再就是这个儿子的爸爸到底是谁呢？

11、这不就乱套了吗！ 2、克隆技术 1997年2月，从英国传来一头小绵羊咩咩的叫唤声，这叫声令全世界的人们停下了匆忙的脚步，屏住了急促的声息，都将注意力集中到英伦三岛上，人类所拥有的各种新闻媒体报纸、杂志、电视、电台甚至电脑网络都纷纷撤下了原已编排好的版面节目，专为这头小绵羊让出了头版头条，顿时这头名叫“多利”的小羊成了红极一时的“新闻名星”，这是怎么回事呢？这头小绵羊为什么会有这样大的魅力呢？原因是这头小绵羊的叫声意味着人类可以利用动物身上的一个体细胞产生出与这个动物完全相同的生命体，这完全打破了千古不变的自然规律。这是生物遗传工程的巨大飞跃，也是历史上一项重大的科学突破。要弄清这个问题，还要从

12、克隆技术说起。什么是“克隆”呢？其实“克隆”是英语单词clone的音译，就相当于我们常说的拷贝或复制。同学们大都看过电视连续剧西游记对唐僧的大徒弟孙悟空是比较熟悉的。孙悟空与妖魔鬼怪斗法的时候，往往在自己身上拔下一撮毫毛，放在嘴里一嚼，然后一吹，顷刻间满山遍野都是与孙悟空一模一样的孙猴子。其实，孙悟空的这种本领就是“克隆技术”。当然这是神话故事，而在当今世界这种神话已经成为科学的现实。科学家们已经掌握了这种技术。准确地说“克隆”就是用体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代组成的种群。具体一点讲，就说“多利”小绵羊的产生吧，它是从甲绵羊的乳房中提取一个细胞，分离出细胞核，

13、从乙绵羊体内提取卵细胞，去掉细胞核，然后把从甲绵羊细胞中取出的细胞核放入乙绵羊去掉细胞核的卵细胞中，用电击的方法使移植细胞核与卵细胞融合，再把它培养成胚胎，最后植入丙绵羊的子宫内，丙绵羊便生出了“多利”小绵羊。这样说起来很容易，其实做起来是相当复杂的事情，因为克隆技术是一次尖端科学，在座的我们各位，暂时还是做不了的。那么我们研究“克隆技术”有什么意义呢？下面举几个例子。 （1）克隆大熊猫 大熊猫是我们比较熟悉的，它是我们的国宝，可以说是无价之宝，一是外国没有，二是我国的数量也有限，仅有100多只，并且由于环境的恶化，数量在急剧减少，生殖能力极差。很快就会在地球上消失。要想使它永久的存在于我们这

14、个世界上，采用“克隆”的办法可能是上上策。目前我国已在四川省大熊猫自然保护区建立了由陈大元带领的“大熊猫克隆实验室”，并且去年6月21日报导我国科学家通过将大熊猫体细胞核植入去核的兔子卵细胞中，成功地培育出了大熊猫的早期胚胎。这标志着通过无性繁殖的熊猫出现在地球上将指日可待。这将为人类创造大笔财富，所以克隆技术将为挽救地球上的稀有的生物和频临灭绝的生物，保持地球龙腾虎跃、鸟语花香的活泼生机开辟了一条新的道路。 （2）为不育夫妇提供后代 能克隆动物，就能克隆人。因为人具有与动物相同的生物学特性。生物体的任何一个细胞都有发育成一个完整全体的潜在能力。对于一对患有不育症的夫妇来说，虽然可以用不同的方

15、法产生后代，如男性不育可采用人工授精的办法，如女性不育，可采用体外受精的办法，如女性不孕，也可采用代理母亲的办法，如果上述方法都不用，这对夫妇又想有个孩子，那么也可以采用领养的办法，那么夫妇双方都不愿意，在这种情况下，克隆将是一种最适宜的选择。 （3）克隆人引起的风波 我们知道，任何事物都是一分为二的，克隆也不例外，有利就有弊，一只小小的“多利”羊引起的轩然大波，其轰动效应，不亚于人类造出了第一颗原子弹。从生物学家、医学家、伦理学一直到发明原子弹的专家，上至国家政要，下至普通老百姓，众说纷纭。 “多利”绵羊产生以后，美国一位外科医生1998年宣布，它将在三个月内开始克隆人的实验，并且已经物 色

16、到4位愿意捐出卵细胞的妇女，如果克隆人的实验成功，它预计每年将克隆20万个婴儿。此言一出，举世震惊，美国总统克林顿立即呼吁国会立法禁止克隆人的协议。许多国家、政府、国际组织也明确反对克隆人，为什么呢？因为克隆人会带来一系列的社会问题和严重的负面效应。比如说从张三身上取的细胞克隆产生的人，与张三长的一模一样，那么与张三是什么关系呢？是张三的儿子吗？是张三的弟弟吗？还是张三自己呢？很难界定。再如，你克隆几个爱因斯坦，可能不是件坏事，他要是克隆几个希特勒呢？那整个世界还能安宁吗？人们的担心不无道理，关于克隆技术就说这些。 3、环境保护 目前，生物科学研究正向两个方面突飞猛进，我上面介绍的是向微观方面

17、的发展，下面再从宏观方面介绍一下。20世纪60年代以来，人们越来越清醒地认识到了环境保护的重要性，因为人口爆炸、能源危机、环境污染等对人类的危害程度不亚于用于战争的原子弹。记不清楚是谁说过这样一番话，他说爷爷的年代喝生水，爸爸的年代喝开水，我们喝的是净化水，我们的子孙将没水喝。这充分说明了人类生存环境的急剧变化，而这种变化主要是人为因素造成的。我们知道自然界中的各种生物都有直接或间接的联系，它们之间存在着互相依存，互相影响的关系。记得英国生物学家赫胥黎曾讲过一个幽默的故事，它说“英国的强大有赖于它的老女仆”。我们知道英国在20世纪以前是称霸全球的强国，老女仆是富豪家庭中年老的女佣人。那么英国的

18、强大与老女仆有什么关系呢？赫胥黎是这样讲的，他说英国的强大主要是他有强大的海军，英国海军为什么强大呢？因为英国海军战士个个身强力壮。英国的海军战士为什么这么强壮呢，因为营养丰富的牛排是海军战士的主食，英国牛群的主要饲料又是英国盛长的三叶草，熊蜂飞来飞去为三叶草传粉，熊蜂的巢穴经常被野花所破坏，野花的天敌是猫，猫是老女仆喂养的。所以无论从逻辑上，还是在生态学角度上讲，英国的强大都应归功于老女仆。这个幽默的故事告诉我们的是什么？要生存，就要保护环境，要保护环境首要的是维护生态平衡。对于这方面的知识限于时间，我就不多说了，请同学们认真谈一下，我们发的科技创新读本就会知道的更多一些。 三、研究科学的科

19、学精神 在科学领域要想取得一定的成绩或有所成就，首先需要有科学精神。那么，什么是科学精神呢？我候介绍几位科学家的经历来说明。 英国著名生物科学家达尔文，这是所有学过生物学的人都知道的，他是生物进化论的创始人。达尔文1809年出生在英国一个世代从医的家庭里。可是童年时代的达尔文却被父亲认定为“是一个平庸的孩子，智力远在普通人的水平之下”。1826年达尔文遵照父亲的意愿进了爱丁堡大学学医，没学好，1828年他父亲又把他送到剑桥大学去学神学，但他对这些都不感兴趣，勉强毕业，因为他从小热爱生物科学。1831年达尔文结束了神学的学习，可以说他很有资格去当一名传教士。然而他没去，却接受了一位植物学老师的推

20、荐以博物学家的身份随着英国“贝格尔”号海军勘探船作了历时5年的环球航行考察。这次航行由英国出发穿过大西洋到达南美洲，然后横过太平洋，经印度洋绕过非洲好望角又回到南美，再由南美渡过大西洋回英国，在历时5年的环球考查中达尔文考查了数以万计的岛屿和大陆，对不计其数的动植物和地质方面进行了广泛的观察，并采集了大量的生物标本和矿物标本，回国后达尔文就开始研究生物进化的原因和生物进化的过程，同时对自己在航行考查中收集的大量的资料进行了整理，经过20多年的努力，终于在1859年出版了震惊世界学术界的巨著物种起源。 从达尔文由一个“智力平庸的孩子”成长为举世闻名的伟大科学家的过程我们可以看出研究科学需要的是什么精神呢？ 孟德尔也是我们熟悉的科学家，遗传学的创始人。孟德尔1822年出生于奥地利（现捷克）一个贫苦的家庭中，小时候很苦，入了修道院，1847年被授于牧师的职位，成了一名天主教的神父，但他对自然科学非常有兴趣，从1857年开始，用从集市上收集的豌豆品种在修道院的花园里做了生物杂交实验，经过八年的杂交实验和连续的观察，终于1865年获得了他曾经设想过，而当时还没有一个植物学