普通生物學(xué)緒論67956

1、第 1 章 緒 論 生物界與生物學(xué) 緒論：生物界與生物學(xué) 地球上高度的生物多樣性 大小 支原體：單細(xì)胞，直徑100 nm； 巨杉：北美，83 m，6167 t。 壽命 細(xì)菌：一般每分鐘分裂一次， 壽命 1分鐘； 巨杉：3200年，可能有更長者； 細(xì)胞構(gòu)成 變形蟲：單細(xì)胞； 人：1014個(gè)（1萬億） 高度分化 復(fù)雜人體； 營養(yǎng)方式 自養(yǎng)：植物、藻類、藍(lán)細(xì)菌； 異養(yǎng)：滲透營養(yǎng)：真菌、細(xì)菌； 吞噬營養(yǎng)：原生動(dòng)物、 動(dòng)物。 生物的分布 橫向：全球； 縱向：樹高 100m，鳥飛 2000m 海洋生物：大多 150 m； 細(xì)菌：深 4000m； 土壤生物：大多 50； 有機(jī)分子：種類繁多； 特別是起關(guān)鍵作

2、用的生物大分子 核酸，蛋白質(zhì)，多糖，脂質(zhì)； 生物分子 細(xì)胞器 細(xì)胞。 細(xì)胞 結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜、高度有序的系統(tǒng) 動(dòng)物細(xì)胞 植物細(xì)胞 生物體的基本結(jié)構(gòu)、功能單位 細(xì)胞中可以進(jìn)行生命所需要的 全部基本新陳代謝活動(dòng)； 即：生物體全部基本新陳代謝活動(dòng) 都是在細(xì)胞中進(jìn)行的。 多細(xì)胞生物中 高度分化的細(xì)胞 各有特定的功能； 整個(gè)生物體的生命活動(dòng) 有賴于其組成細(xì)胞的功能的整合。 新陳代謝 (metabolism) 定義：活的生物體、細(xì)胞內(nèi) 存在著無休止的化學(xué)變化， 這些化學(xué)反應(yīng)的總和 即新陳代謝； 本質(zhì)：一系列酶促反應(yīng) 復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)； 生命活動(dòng)需要能量 所有生物都要從外部獲得自由能 來驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng) 自養(yǎng)生物 獲

3、取太陽光能、利用簡單的原料 合成自身復(fù)雜的有機(jī)分子； 異養(yǎng)生物 從食物中獲得能量； 食物：其他生物合成的有機(jī)物質(zhì)； 食物 小分子 + 能量； 小分子（原料） 合成自身生物大分子。 生物體是一個(gè)開放的系統(tǒng) 生物體內(nèi)每一次能的轉(zhuǎn)換， 總有一些自由能 熱； 一些富含自由能的大分子 簡單代謝廢物 系統(tǒng)無序性 生物體、細(xì)胞 不斷和環(huán)境進(jìn)行能量、物質(zhì)交換 維持內(nèi)部的新陳代謝。 新陳代謝是生命的屬性 每一個(gè)反應(yīng)環(huán)節(jié) 是化學(xué)反應(yīng)，遵循化學(xué)規(guī)律； 整體上 突顯出生命的屬性， 如：自主進(jìn)行、 能不斷更新自己。 新陳代謝過程的統(tǒng)一性 各種生物的基本代謝過程相同； 如：動(dòng)、植物細(xì)胞呼吸 不需氧 糖酵解 三羧酸循環(huán) 需

4、氧 穩(wěn)態(tài)、應(yīng)激性 穩(wěn)態(tài)是生物體新陳代謝的需要 生物新陳代謝 需要內(nèi)部條件相對穩(wěn)定； 原因：酶促反應(yīng)需要嚴(yán)格的 物、化條件（溫度、pH等） 穩(wěn)態(tài)（homeostasis） 定義：生物體具有許多調(diào)節(jié)機(jī)制， 在環(huán)境發(fā)生某些變化時(shí)， 來保持內(nèi)部條件的相對穩(wěn)定； 如：當(dāng)某種細(xì)胞成分過多時(shí)， 產(chǎn)生它的過程就會(huì)關(guān)閉； 當(dāng)細(xì)胞中能量供應(yīng)不足時(shí)， 釋放能量的過程就會(huì)加強(qiáng)。 應(yīng)激性 (irritability) 定義 生物體有多種多樣的機(jī)制， 能感受刺激 應(yīng)答 利于保持體內(nèi)穩(wěn)態(tài) 利于維持生命活動(dòng)； 刺激 體內(nèi)外的物理、化學(xué)變化， 如：溫度，壓力， 光線顏色和強(qiáng)度， 土、水中化學(xué)成分，等； 生殖和遺傳 生殖 (re

5、production) 個(gè)體不能永久存活， 它們通過生殖產(chǎn)生子代 使物種得以延續(xù)； 遺傳（heredity） 子代具有和親代相似的性狀； 生殖和遺傳的核心機(jī)制 DNA的自我復(fù)制； 遺傳信息的傳遞 全部遺傳信息通過細(xì)胞 從親代傳遞到子代； 遺傳信息流 DNARNA蛋白質(zhì) 遺傳的本質(zhì) DNA攜帶的遺傳信息 沿DNARNA蛋白質(zhì)的途徑， 表達(dá)為性狀， 從而使親代性狀重現(xiàn)于子代。 生長和發(fā)育 生長（growth） 定義：由小到大的生理過程； 原因：細(xì)胞體積或數(shù)量的增長； 本質(zhì)：生物體吸收的營養(yǎng)物 精確調(diào)控下的一系列變化 細(xì)胞組分； 無生命物體的“生長” 食鹽：過飽和溶液 食鹽晶體 晶體“長大”； 本質(zhì)

6、：同類物質(zhì)的聚集。 發(fā)育（development） 和生長密切相關(guān)的過程； 定義：多細(xì)胞生物生活史中發(fā)生的 一系列結(jié)構(gòu)、功能的變化， 包括：組織器官的形態(tài)建成、 性成熟、衰老等； 本質(zhì)：精確調(diào)控、程序性變化過程。 進(jìn)化和適應(yīng) 變異：生殖過程中， 遺傳物質(zhì) 重組、突變 親、子代間 差異， 子代個(gè)體間 差異； 進(jìn)化（evolution） 原因：突變、漂變、基因流、 非隨機(jī)交配和選擇 生物種群進(jìn)化； 達(dá)爾文：進(jìn)化是“有飾變的傳代” （descent with modification） 不同品種的菊花不同品種的菊花 適應(yīng) 產(chǎn)生原因 選擇 生物一代代越來越 適應(yīng)它所處的環(huán)境； 生物對的環(huán)境適應(yīng) 指生物

7、和它具有的某些遺傳性狀， 提高了它在特定環(huán)境中 生存和生殖的能力。 進(jìn)化概念的意義 生物學(xué)中一個(gè)重要的基本概念； 借助這個(gè)概念能合理解釋 生物界的 多樣性、統(tǒng)一性和適應(yīng)性。 生物、非生命物體的區(qū)分 根據(jù)上述生物的六大共同特征； 病毒 (virus) 病毒的組成 蛋白質(zhì) + 核酸（DNA or RNA） 無進(jìn)行新陳代謝所必需的基本系統(tǒng)； 無自身的復(fù)制系統(tǒng)； 病毒的復(fù)制 接觸宿主細(xì)胞 脫去蛋白質(zhì)外套； 核酸（基因） 宿主細(xì)胞； 借助宿主細(xì)胞的復(fù)制系統(tǒng) 按照病毒基因的指令 復(fù)制新的病毒； 病毒的地位：生命、非生命體之間。 1.2 生物界是一個(gè) 多層次的組構(gòu)系統(tǒng) 地球上的物質(zhì) 組織起來形成一個(gè) 多層次

8、的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)； 生物界 多層次的組構(gòu)系統(tǒng)； 每個(gè)層次都建筑在 下一層次之上； 11 個(gè)組構(gòu)層次 生物大分子、 細(xì)胞器、細(xì)胞、 組織、器官、系統(tǒng)、 個(gè)體、種群、群落、 生態(tài)系統(tǒng)、生物圈。 個(gè)體 個(gè)體（individual） 自然界能獨(dú)立存在的 基本生命單位； 單細(xì)胞個(gè)體 原核、原生生物； 多細(xì)胞個(gè)體 人，復(fù)雜； 個(gè)體 下面先考察個(gè)體以上 的各個(gè)層次（宏觀） 種群（population） 定義：在一個(gè)地區(qū)， 一群互交繁殖的 同種個(gè)體； 物種存在、繁殖、 進(jìn)化的單位。 物種 物種的組成 一個(gè)物種可以由許多種群組成， 分別生活在不同地區(qū)； 物種的形成 地理隔離 阻斷種群間基因交流； 環(huán)境差異、長期隔離

9、種群 亞種 新物種； 群落 (community) 定義 在一定空間里， 多種生物種群 的集合體； 群落適應(yīng)它的環(huán)境； 群落內(nèi)不同物種 種群之間的關(guān)系 不是任意物種的 隨機(jī)組合； 相互制約、相互依存； 群落是各個(gè)物種 適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境 并彼此適應(yīng)的產(chǎn)物。 生態(tài)系統(tǒng) (ecosystem) 定義 在一定空間內(nèi)， 生物、非生物成分 通過能量流動(dòng)、 物質(zhì)循環(huán) 構(gòu)成相互依賴、 制約的 生態(tài)系統(tǒng)； 性質(zhì) 地球表面自然界的基本單位； 大小 鄱陽湖、長白山原始森林， 小池塘、水坑； 生物圈（biosphere） 地球上所有生態(tài)系統(tǒng)的總和， 最大的生態(tài)系統(tǒng)。 上面介紹的是 個(gè)體以上層次 （宏觀） 下面介紹 個(gè)體以

10、下層次 （微觀） 個(gè)體 器官系統(tǒng) （系統(tǒng)，system） 定義 若干相關(guān)器官組成 能完成特定功能； 個(gè)體 人體：至少 11 個(gè)系統(tǒng)（第 6 章） 消化、呼吸、循環(huán)、排泄 神經(jīng)系統(tǒng)（圖6.10i） 功能：調(diào)節(jié)各器官、系統(tǒng) 協(xié)調(diào)一致 整體； 組成：腦、脊髓、腦神經(jīng)、脊神經(jīng) 器官 (organ) 定義：若干組織組成， 能完成特定功能； 腦：圖13.10 神經(jīng)系統(tǒng)的 一個(gè)重要器官， 由神經(jīng)組織構(gòu)成； 組織 (tissue) 定義：一種、幾種細(xì)胞 結(jié)合起來的細(xì)胞群； 神經(jīng)組織： 神經(jīng)細(xì)胞，圖13.1 + 膠質(zhì)細(xì)胞（支持、營養(yǎng)） 交織 網(wǎng)絡(luò)； 類型：上皮、結(jié)締、 肌肉、神經(jīng)。 細(xì)胞（cell） 生物體組構(gòu)

11、的基本單位； 不同類型的細(xì)胞 各有特定的形態(tài)、功能； 又具統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式 如：細(xì)胞膜（質(zhì)膜）、 細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器； 細(xì)胞器（organelle） （圖3.4 ） 核、線粒體、 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、 溶酶體、 高爾基體等； 都有各自特定的位置、結(jié)構(gòu)、功能 如：線粒體，細(xì)胞呼吸處所，動(dòng)力站 動(dòng)物細(xì)胞 植物細(xì)胞 分子（molecule） 最后一個(gè)層次 相當(dāng)重要的層次； 生物體的化學(xué)成分特點(diǎn) 含多種有機(jī)化合物， 特別是核酸、蛋白質(zhì)等 生物大分子 biomacromolecule 核酸 相對分子質(zhì)量（舊稱分子量） 很大，自然界中最大的化合物； 許多小的單體分子聚合而成； 重要作用：遺傳物質(zhì) 脫氧核糖核酸，DN

12、A， 遺傳信息編碼在 DNA長鏈中核苷酸順序上。 生物界向外延伸 生物分子、生態(tài)系統(tǒng) 位于連續(xù)的階層兩端； 生物分子向下 原子等； 生態(tài)系統(tǒng)向上 地球等； 但它們已不屬于生物界。 1.3 生物界可劃分為 5 個(gè)界 物種的數(shù)量 已知現(xiàn)存： 200萬種； 絕滅： 1500萬種； 物種間的差異 形態(tài)構(gòu)造、生活習(xí)性、 營養(yǎng)方式、生殖方式，等。 命名和分類：研究生物的需要 俗名（common name） 日常生活中常用 猴、猿、鷹、蠅等； 缺點(diǎn)、問題 一個(gè)名稱往往包含多個(gè)物種， 一個(gè)物種可能有多個(gè)名稱； 需要：制定統(tǒng)一、準(zhǔn)確的學(xué)名。 學(xué)名（scientific name） 林奈 Carl von Lin

13、ne，圖1.2， 18世紀(jì)（17071778） 瑞典，植物學(xué)家 雙名法 binominal nomenclature 用兩個(gè)拉丁名作為物種的學(xué)名， 屬名 + 種名； 例：家貓 Felis catus Felis 屬名，catus 種名； Felis 屬其他成員 Felis silvestris 歐洲野貓， Felis margarite 沙貓， Felis chaus 叢林貓，等。 人（智人）Homo saptiens Linne Homo 人屬，saptiens 智慧。 分類階元 (category) 定義：多級的分類系統(tǒng)中， 每級為一個(gè)分類階元； 基本階元：7 個(gè) 界 (kingdom)、

14、門 (phylum)、 綱 (class)、目 (order)、 科 (family)、屬 (genus)、 種 (species)。 輔助階元：在某一階元上、下 再增加一個(gè)階元； 如：科之上，超科 superfamily； 目之下，亞目 suborder； 生物的分界 界：最大的分類階元； 兩界系統(tǒng) 200 多年前，林奈， 植物界、動(dòng)物界。 三界系統(tǒng) 1886年，?？藸?E. Haeckel， 增加原生生物界 （單細(xì)胞生物） 五界系統(tǒng)（圖1.3） 細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和真菌的地位 不能再歸在植物界； 1967年，美，生態(tài)學(xué)家， 惠特克 R. H. Whittaker Monera Protisia

15、Platae FungiAnimalia 原核細(xì)胞 (prokaryocyte) 細(xì)菌 (bacteria) 藍(lán)細(xì)菌 (cyanobacteria) 單細(xì)胞； 顯著區(qū)別于其他四界生物的細(xì)胞 染色體：環(huán)狀 DNA 分子； 無核膜、無其他具膜的細(xì)胞器。 原核生物界 從細(xì)胞結(jié)構(gòu)上看， 細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌 應(yīng)從植物界中 分離出來， 另立為 原核生物界。 真核細(xì)胞 (eukaryocyte) 其他四界生物的細(xì)胞， 染色體：DNA分子、 組蛋白、其他蛋白質(zhì)； 有雙層核膜； 有多種具膜的細(xì)胞器 線粒體、高爾基體等； 單細(xì)胞的真核生物 原生生物界（原生動(dòng)物、藻類） 原生動(dòng)物：protozoans 和動(dòng)物一樣， 吞噬

16、營養(yǎng)， 吞食藻類、 細(xì)菌等。 藻類 algae 和植物一樣，光合作用 食物； 單細(xì)胞藻類：大多數(shù)； 多細(xì)胞藻類：少數(shù)； 細(xì)胞很少分化、類型簡單， 與植物差別較大， 更接近單細(xì)胞藻類， 故仍歸原生生物界。 多細(xì)胞的真核生物 依據(jù)營養(yǎng)方式不同 植物界、真菌界、動(dòng)物界； 植物 葉綠體 光合作用 食物， 堅(jiān)固的細(xì)胞壁； 真菌：圖 29.1 2，蘑菇 子實(shí)體：固著于地面、樹干， 像植物：有細(xì)胞壁； 不同于植物：無葉綠體， 不能行光合作； 菌絲體：子實(shí)體下方土壤中， 滲透營養(yǎng)：菌絲 水解酶 體外環(huán)境 分解生物遺體； 復(fù)雜的生物大分子 小分子 吸收 自身的營養(yǎng)素。 真菌、植物不同 營養(yǎng)方式、解剖結(jié)構(gòu)； 分屬

17、兩個(gè)界是有道理的。 動(dòng)物 似真菌：異養(yǎng)生物； 無葉綠體，不能行光合作用； 不同于真菌 吞食方式獲得營養(yǎng)； 能自由地運(yùn)動(dòng)； 不同于植物、真菌：無細(xì)胞壁。 生物界的三個(gè)域 (domain) 原核生物 近 20 年來，基因組比較， 原核生物 2 個(gè)主要分支： （真）細(xì)菌、古細(xì)菌 (archaea)； 兩者存在許多區(qū)別 結(jié)構(gòu)、生化、生理學(xué)特性； 一些人將生物界分成三個(gè)域 真細(xì)菌域 Bacteria； 古細(xì)菌域 Archaea； 真核生物域 Eukarya 緒論：生物界與生物學(xué) 真細(xì)菌 古細(xì)菌 原生生物界 植物界 動(dòng)物界 真菌界 1.4 生物和它的環(huán)境 形成相互聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò) 生態(tài)系統(tǒng)：定義 在一定空間中共

18、同棲居著的 所有生物與其環(huán)境之間 由于不斷進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng) 而形成的統(tǒng)一整體。 生態(tài)系統(tǒng)中的非生物環(huán)境 參與系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的 多種無機(jī)元素、化合物， 氣候條件、其他物理?xiàng)l件， 如：溫度、日照、氣壓、降水等。 生態(tài)系統(tǒng)中的生物 通常都有上述 5 個(gè)界的生物， 分別擔(dān)當(dāng)生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者。 生產(chǎn)者 (producer) 植物、藻類、藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌； 自養(yǎng)生物：捕獲太陽能，光合作用 利用CO2（空氣）和水（土壤） 制造有機(jī)物； 功能：為生態(tài)系統(tǒng)提供食物、能量。 消費(fèi)者 (consumer)：動(dòng)物 以植物、或其他動(dòng)物為食。 分解者 (decomposer) 絕大多數(shù)異養(yǎng)的細(xì)菌、全部真菌 類型

19、 腐生型：水解酶 環(huán)境 分解生物遺體中復(fù)雜有機(jī)物 小分子有機(jī)物 自身的食物、能量； 寄生型 生活在活的動(dòng)植物體內(nèi)， 分解宿主的組成成分。 分解者的重要作用 沒有分解者， 動(dòng)植物尸體將會(huì)堆積成災(zāi)， 物質(zhì)不能循環(huán)， 生態(tài)系統(tǒng)將走向毀滅。 食物鏈 (food chain) 定義：生態(tài)系統(tǒng)中 生物成員之間的營養(yǎng)關(guān)系； 意義：生物成員間最主要的聯(lián)系； 植物蝴蝶蜻蜓蛙蛇鷹； 食物網(wǎng) (food web) 圖35.2 生態(tài)系統(tǒng)中具若干個(gè)食物鏈， 食物鏈 彼此交錯(cuò) 食物網(wǎng)； 生態(tài)系統(tǒng)功能：物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng) 周而復(fù)始的物質(zhì)循環(huán) 生命所需的基本化學(xué)物質(zhì) （CO2、水、各種無機(jī)物） 空氣、土壤 植物 沿食物鏈在生

20、態(tài)系統(tǒng)中傳遞 （一種生物 另一種生物） 空氣、土壤； 永不停息的能量流動(dòng) 植物、光合生物 捕獲太陽光能 食物分子中的化學(xué)能 沿食物網(wǎng)流動(dòng)； 能量流動(dòng)過程中 不斷有能量 熱 離開生態(tài)系統(tǒng)； 生物體內(nèi)可用于做功的能量 持續(xù)衰減； 生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷補(bǔ)給能量 否則，生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)自行消亡； 圖1. 4 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng) a 生產(chǎn)者捕獲、轉(zhuǎn)換、利用并貯存來自太陽的能量； b 能量在生物體之間轉(zhuǎn)移，并逐步化為熱返回環(huán)境； c 物質(zhì)在生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者及環(huán)境之間循環(huán) 1.5 生物界巨大的多樣性中 存在著高度的統(tǒng)一性 多樣性 屬于同一分類群的多種生物， 總有一些性狀將它們彼此分開； 例：鹿科

21、動(dòng)物，我國，14 種 麇鹿、馬鹿、梅花鹿、 馴鹿、麝等； 統(tǒng)一性：人類認(rèn)識逐步加深 早期認(rèn)識 同一類群的多種生物彼此很相似， 即有某種統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式 將它們包容在一個(gè)分類階元中； 細(xì)胞發(fā)現(xiàn)、分子生物學(xué)發(fā)展 使人類對生物統(tǒng)一性的認(rèn)識 提到一個(gè)又一個(gè)新高度； 生物都是由細(xì)胞組成的 19世紀(jì)，顯微鏡發(fā)明、改進(jìn) 所有動(dòng)植物都由細(xì)胞組成； 細(xì)胞在顯微鏡下都十分相似； 細(xì)胞成為生物界統(tǒng)一的基礎(chǔ)； 所有生物細(xì)胞都有相同的組分 核酸、蛋白質(zhì)、多糖等； 蛋白質(zhì)的統(tǒng)一性 組成：20 種氨基酸， 以肽鍵連接而成； 功能：蛋白質(zhì)長鏈中 氨基酸序列決定的。 遺傳物質(zhì)統(tǒng)一性 遺傳物質(zhì)均為 DNA 或 RNA 脫氧核糖核酸

22、 核糖核酸； DNA 組成相同 4 種核苷酸 磷酸二酯鍵 長鏈； 2 條互補(bǔ)長鏈 雙螺旋分子； 核苷酸 磷酸根 堿基 糖 遺傳信息流的方向相同 DNA長鏈的核苷酸序列 蛋白質(zhì)長鏈的氨基酸序列 為每個(gè)物種、個(gè)體編制藍(lán)圖 即：DNA 的信息 調(diào)控生物體代謝、 生長、發(fā)育等過程； 遺傳密碼相同：三聯(lián)體密碼子； 現(xiàn)代生物學(xué)的重要理念 DNA-RNA-蛋白質(zhì)的遺傳系統(tǒng) 是生物界的統(tǒng)一基礎(chǔ)； 所有生物有共同的祖先 彼此都有或近或遠(yuǎn)的親緣關(guān)系， 整個(gè)生物界是一個(gè)多分支的 物種進(jìn)化系譜。 1.6 研究生物學(xué)的方法 所有自然科學(xué)的研究方法， 有一些相同的關(guān)鍵要素： （1）觀察 (observation) （2）

23、提出問題 (questioning) （3） 假說 (hypothese) （4） 預(yù)測 (prediction) （5） 檢驗(yàn)（test) 例 1：18311836，達(dá)爾文， 貝格爾（Beagle）號，環(huán)球考察， 最著名的生物學(xué)科學(xué)觀察活動(dòng)； （1）觀察：為了認(rèn)識自然所做的 有目的的考察和審視； 發(fā)現(xiàn)尚未被認(rèn)識和解釋的現(xiàn)象； 在加拉帕戈斯群島 Galapagos 發(fā)現(xiàn)下述兩個(gè)重要事實(shí)： 海島與大陸的物種 加拉帕戈斯群島：鄰近南美大陸； 佛得角群島：鄰近非洲大陸； 兩群島相似：都在赤道附近， 很年輕火山島，氣候十分相似； 兩群島物種：都有特有物種， 彼此相距甚遠(yuǎn)， 但都與鄰近大陸的物種關(guān)系密切

24、； 加拉帕戈斯群島 13 種地雀 圖 25.2 彼此很相似； 但喙的大小、形態(tài) 互有差異， 分別適應(yīng)各自的食物； 回英國后整理標(biāo)本時(shí) 又發(fā)現(xiàn)一個(gè)重要事實(shí) 嘲鶇 (mocking bird) 加拉帕戈斯群島獨(dú)有物種； 不同島上的彼此相似， 又有明顯差別，屬不同物種； （2）提出問題：達(dá)爾文，思考 海島、鄰近大陸物種間關(guān)系如何？ 即：年輕海島獨(dú)有物種哪里來的? 若海島獨(dú)有物種 是從鄰近大陸遷徙來的， 物種到底是不變的還是可變的? （3）假說：縝密思考，達(dá)爾文認(rèn)為 只要擺脫物種不變論的束縛， 就可合理解釋上述事實(shí)； 島嶼生物來自鄰近大陸 由于某種偶然原因 鄰近大陸的生物 新生島嶼； 海島獨(dú)有物種的形

25、成 相對隔離、 海島與大陸不同自然條件 （包括物理環(huán)境、生物間關(guān)系） 遷徙者逐漸發(fā)生變異 海島獨(dú)有物種； 共同來源 達(dá)爾文引申出一個(gè)重要概念： 彼此相似又互有差別的物種 來自一個(gè)共同祖先， 有一個(gè)共同來源。 當(dāng)達(dá)爾文提出共同來源的思想時(shí) 可以將它稱為假說； （4）預(yù)測與檢驗(yàn) 假說必須是可以檢驗(yàn)的 人們能夠根據(jù)假說， 用推測（inference）、 類推 （analogy）方法， 對可能發(fā)生的事件作預(yù)測， 并在進(jìn)一步觀察或?qū)嶒?yàn)中檢驗(yàn)它。 檢驗(yàn)的幾種結(jié)果 不支持：提出新假說、作新探索； 支持假說：作為繼續(xù)探索的思路； 部分支持假說：對假說作某種修正。 任何科學(xué)知識都要反復(fù)地接受 觀察和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

26、 例2：人猿共祖假說（自學(xué)） （1）觀察：達(dá)爾文、赫胥黎 （T. H. Huxley, 18251895） 比較分析人、猿的材料； 大猿：猩猩、大猩猩、黑猩猩； （2）提出問題：為何如此地相像？ （3）結(jié)論（假說）：人猿有共同來源 都是從某種古猿演化而來的。 （4）預(yù)測 ?？藸枺‥Haeckel）推測 類人猿、人之間有一個(gè)中間環(huán)節(jié)， 取屬名為 Pithecanthropus 即：類似猿的人猿人； 根據(jù)人猿共祖假說 考古學(xué)預(yù)測； 化石記錄中的“缺環(huán)” 當(dāng)時(shí)還未發(fā)現(xiàn)任何猿人化石； （5）驗(yàn)證 迪布瓦：E. Duboiz，荷，解剖學(xué)家 1887，第一次有計(jì)劃、有目的 尋找“缺環(huán)”； 幾代科學(xué)家、10

27、0多年努力 至少 440 萬年連續(xù)的化石人類； 其中一些可視為 人、古猿之間的“缺環(huán)”。 阿法南猿 Australopithecus afarensis 300 多萬年前，東非大裂谷， 似猿又似人； 似猿性狀：腦量小，猿的水平； 似人的重要性狀 枕骨大孔：在顱底中央（猿：偏后） 骨盆：短寬（猿：窄長） 說明：已能直立行走 直立行走的意義 雙手自由 制造工具（石器） 繼續(xù)向人的方向演化的潛能； 因此，人類學(xué)家將阿法南猿 放進(jìn)人的系譜而不是猿的系譜； 驗(yàn)證：化石人類的發(fā)現(xiàn) 使人猿共祖理論得到驗(yàn)證， 也使共同由來思想得到驗(yàn)證； 生物進(jìn)化 在地質(zhì)時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生的事件， 可用新發(fā)掘的考古材料 對預(yù)測進(jìn)行

28、驗(yàn)證。 實(shí)驗(yàn) 研究短時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)生的事件， 可以根據(jù)預(yù)測來設(shè)計(jì)有對照的實(shí)驗(yàn) 對假說進(jìn)行驗(yàn)證。 實(shí)例 3 孟德爾 豌豆雜交試驗(yàn) （1）觀察：孟德爾發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象 純合紅花 純合白花， 子一代：雜合、紅花； 子一代自交 子二代： 紅花 ：白花 = 3 : 1； （2）問題：Why? （3）孟德爾的假說 世代之間的遺傳 遺傳的不是性狀本身， 而是決定性狀的因子（基因） 形成配子時(shí) 等位基因分離，彼此獨(dú)立進(jìn)行； 受精過程中 不同配子隨機(jī)結(jié)合 合子。 （4）孟德爾的預(yù)測：回交實(shí)驗(yàn) 雜合紅花 (F1, Aa)純合白花 (aa) 產(chǎn)生的配子 雜合紅花 (Aa) 配子 (a)、(A)； 純合白花 (aa) 配子

29、(a)； 配子隨機(jī)結(jié)合 F2 雜合紅花 (Aa) : 純合白花 (aa) = 1 : 1。 驗(yàn)證：測交實(shí)驗(yàn) 測交結(jié)果和預(yù)測一樣（1 : 1） 不同于AaAa的結(jié)果（3 : 1） 也不同于AaAA的結(jié)果（4 : 0） 假說得到有說服力的驗(yàn)證。 科學(xué)方法的精髓 堅(jiān)持任何思想、假說、理論 都必須是可以檢驗(yàn)的； 實(shí)踐（包括觀察和實(shí)驗(yàn)） 是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。 1.7 生物學(xué)與現(xiàn)代社會(huì)生活的關(guān)系 1. 現(xiàn)代人必備的知識和素質(zhì) 現(xiàn)代大眾傳媒頻見的主題詞 全球變暖、生態(tài)平衡、瀕危物種、 遺傳工程、轉(zhuǎn)基因作物、克隆、 試管嬰兒、雜交水稻、有氧運(yùn)動(dòng) 只有掌握一定的生物學(xué)基礎(chǔ)知識 才能理解有關(guān)信息。 2. 生物學(xué)與農(nóng)

30、學(xué)、醫(yī)學(xué)密切相關(guān) 生物學(xué) 是農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué) 重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一； 農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué) 是生物學(xué)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域； 農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)的要求和實(shí)踐 是生物學(xué)發(fā)展的重要推動(dòng)力。 袁隆平與雜交水稻 家養(yǎng)動(dòng)植物人工選擇的實(shí)踐及成果 是達(dá)爾文進(jìn)化理論的重要依據(jù)之一。 達(dá)爾文把他的自然選擇理論 看成是人工選擇原理 在自然界的應(yīng)用。 牛痘的發(fā)明 推動(dòng)了人們對免疫的認(rèn)識。 生物學(xué)理論的突破 轉(zhuǎn)化為農(nóng)、醫(yī)等方面的新技術(shù)， 引發(fā)農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)的突破： 生殖生理學(xué)研究 使體外授精成為可能， 實(shí)現(xiàn)了生殖技術(shù)的一次突破。 造血干細(xì)胞分化潛能的研究 及分離培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展 推動(dòng)了運(yùn)用移植骨髓造血干細(xì)胞 治療白血病技術(shù)的形成和發(fā)展。 DNA重組技術(shù)

31、 誕生于 20 世紀(jì) 70 年代； 當(dāng)代最重要的一項(xiàng) 由生物學(xué)理論轉(zhuǎn)化而來的技術(shù)； 將一段外源 DNA（目的基因） 導(dǎo)入宿主細(xì)胞， 并在宿主細(xì)胞中得到表達(dá)。 轉(zhuǎn)基因酵母 新型疫苗； 轉(zhuǎn)基因大腸桿菌 胰島素、生長激素、干擾素等； 轉(zhuǎn)基因作物、家畜家禽 具人們期望的性狀； 如：抗病的棉花品種； 遺傳病的基因診斷、基因治療。 抗蟲棉長勢良好抗蟲棉長勢良好 轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（魚，中國） 生長快、肉質(zhì)好、耐不良環(huán)境 特殊動(dòng)物 導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠 轉(zhuǎn)基因技術(shù)（基因工程）藥物 轉(zhuǎn)基因細(xì)菌 發(fā)酵液 工業(yè)化生產(chǎn) 產(chǎn)量高、 價(jià)格低； 胰島素：治糖尿病，特效藥 人工提取 100 kg

32、 豬、牛胰腺 4 - 5 g 胰島素 比黃金還貴； 人工合成胰島素基因 大腸桿菌； 2000 L 培養(yǎng)液 100 g 胰島素！ 基因工程干擾素 干擾素：治療病毒感染 300 L 血 1 mg！ 何等珍貴！ 人造血液、 白細(xì)胞介素、 乙肝疫苗，等。 現(xiàn)實(shí)、潛在的負(fù)面影響 科技進(jìn)步雙刃劍； 轉(zhuǎn)基因食品安全性； 轉(zhuǎn)基因生物生態(tài)安全性； 轉(zhuǎn)基因武器； 克?。旱赖隆惱韱栴}，等 3. 生物學(xué)的一個(gè)重要應(yīng)用 幫助我們認(rèn)識和處理 面臨的環(huán)境問題 （1）地球 人類美好的家園 大氣中CO2濃度“恰到好處” 使地表溫度：適宜生物生存； 有效防止地表液態(tài)水過度蒸發(fā) 保持生物生存需要的液態(tài)水圈； 大氣中分子態(tài)氧含量充足 保證生物的呼吸； 保證巖石風(fēng)化 生命所需礦物質(zhì)； 保護(hù)地表生命 紫外線 大氣中的氧 臭氧層 擋住來自宇宙的紫外線輻射； 保護(hù)地球：大多數(shù)隕石 氧化性大氣圈 燃燒掉。 （2）早期地球的大氣 地球形成后的 7 億年內(nèi)， CO2為主、酸性； 地球死氣沉沉，不宜生物生存。 （3）生物與其環(huán)境的協(xié)同進(jìn)化 大氣的變化：早期酸性大氣 CO2、O2 今天大氣層； 生命的起源和發(fā)展的作用 在大氣的上述變化過程中 特別是光合自養(yǎng)生物 藍(lán)細(xì)菌、浮游藻類、綠色植物 先后分別發(fā)揮了重要作用