第二章生命世界

生命世界第二章-生命系統(tǒng)與生命科學(xué)2.1

生命是什么？“生命”應(yīng)如何定義？2.2生命科學(xué)的定義、發(fā)展和分科。2.3生命科學(xué)的研究方法。2.1生命是什么？“生命”應(yīng)如何定義？生命的定義有關(guān)于“生命的本質(zhì)”的一些觀點(diǎn)和理論生命的本質(zhì)特征生物學(xué)定義由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成的多分子體系，它具有不斷自我更新、繁殖后代以及對(duì)外界產(chǎn)生反應(yīng)的能力。物理學(xué)定義-“負(fù)熵”熱力學(xué)第二定律：任何自發(fā)過程總是朝著使體系越來越混亂，越來越無序的方向，即朝著熵增加的方向變化。

生命的演化過程總是朝著熵減少的方向進(jìn)行，一旦負(fù)熵的增加趨近于零，生命將趨向終結(jié)，走向死亡。生物物理學(xué)定義-“物質(zhì)、能量、信息”在生物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，貫穿了物質(zhì)、能量、信息三者的變化、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。有關(guān)“生命本質(zhì)”的一些觀點(diǎn)和理論生機(jī)論：將生物現(xiàn)象歸結(jié)為一種非物質(zhì)的“活力”。機(jī)械論：將生命現(xiàn)象簡單的歸結(jié)為物理和化學(xué)的過程—一架結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的機(jī)器。還原論：生物的一切都可用分子和分子相互作用的規(guī)律來說明。整體論：生物各組成部分規(guī)律加起來不等于整體的規(guī)律。生命的特征化學(xué)成分的同一性生物體是由蛋白質(zhì)、核酸、脂肪、糖類、維生素等多種有機(jī)分子以及C、H、O、N、P、S等一些無機(jī)元素組成。蛋白質(zhì)：由20種氨基酸組成。核酸：由8種核苷酸組成。各種生物編制基因程序的遺傳密碼是統(tǒng)一的

各種生物都是以ATP(三磷酸腺苷)為貯能分子。嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu)細(xì)胞種群群落組織器官系統(tǒng)個(gè)體生態(tài)系統(tǒng)生命的基本結(jié)構(gòu)單位是細(xì)胞整個(gè)生物界是一個(gè)多層次的有序結(jié)構(gòu)

新陳代謝

物理運(yùn)動(dòng)—化學(xué)運(yùn)動(dòng)—生命運(yùn)動(dòng)最高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式ATP繁殖與遺傳

生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)。遺傳學(xué)家和模特兒

應(yīng)激性和適應(yīng)個(gè)體發(fā)育與進(jìn)化化學(xué)成分的同一性嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu)新陳代謝繁殖與遺傳應(yīng)激性和適應(yīng)個(gè)體發(fā)育與進(jìn)化生命（生物體）的基本特征生命定義生命是具有以上共同特征的物質(zhì)存在形式。生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)和核酸，是一個(gè)不斷自我更新，不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)。2.2生命科學(xué)的定義、發(fā)展和分科。生命科學(xué)是研究生物體及其活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，廣義的生命科學(xué)還包括生物技術(shù)、生物與環(huán)境、生物學(xué)與其他學(xué)科交叉的領(lǐng)域。生命科學(xué)的發(fā)展生命科學(xué)的發(fā)展一方面反映了人類同自然斗爭(zhēng)的進(jìn)程，另一方面也反映了人類進(jìn)步和變遷的歷史，它的全部發(fā)展史都是與人類社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展緊密相關(guān)的，可以大致劃分為三個(gè)階段。描述性生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉以前）實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)中葉）創(chuàng)造性生物學(xué)階段（20世紀(jì)中葉以后）

描述性生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉以前）

主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類型生物，尋找他們之間的異同和進(jìn)化脈絡(luò)。

古希臘的亞里士多德（Aristotle,公元前384—前322年）著《動(dòng)物的歷史》，記述了400多種動(dòng)物，并劃分為無血和有血?jiǎng)游飪纱箢悺?/p>

林奈（Linnaeus,1707-1778）編著《自然生態(tài)系統(tǒng)》，創(chuàng)立綱、目、屬、種、變種五個(gè)分類階元和“雙名法”，將動(dòng)物界分為哺乳綱、鳥綱、兩棲綱、魚綱和蠕蟲綱。16—18世紀(jì)，博物學(xué)興起，主要是進(jìn)行動(dòng)植物的形態(tài)分類研究。加拉帕戈斯群島的海龜澳州肺魚始祖鳥動(dòng)物界植物界

英國科學(xué)家霍克（R.Hook,1635-1703),27歲成為英國皇家學(xué)會(huì)領(lǐng)導(dǎo)成員,發(fā)表對(duì)木栓的觀察,命名“細(xì)胞”（Cell）。

荷蘭人列文虎克（AntonivonLeeuwenhoek,1632-1723）用自磨鏡片做成顯微鏡第一次觀察了活的細(xì)菌和原生動(dòng)物。1838-1839年兩位德國學(xué)者施萊登(M.Schleiden,1804-1881)施旺(T.Schwann,1810-1882)創(chuàng)立細(xì)胞學(xué)說，其主要內(nèi)容是“生物體盡管各不相同，其主要部分的發(fā)育則遵循著一個(gè)統(tǒng)一的原則，這一原則就是細(xì)胞的生成”。1859年達(dá)爾文(C.Darwin,1809-1882)出版了《物種起源》（TheOriginofSpecies),創(chuàng)立了影響深遠(yuǎn)的達(dá)爾文進(jìn)化論學(xué)說。恩格斯把進(jìn)化論、細(xì)胞學(xué)說、能量守恒定律譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉-20世紀(jì)中葉）

在物理學(xué)的帶動(dòng)下，各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)被引入到生物學(xué)研究領(lǐng)域。通過實(shí)驗(yàn)過程，探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律，促使生物科學(xué)出現(xiàn)了較大發(fā)展。

巴斯德曲頸瓶實(shí)驗(yàn)證明“種質(zhì)論”，批駁“腐生論”。

孟德爾(G.Mendel,1822-1884)提出分離和自由組合規(guī)律，奠定了遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。豌豆雜交操作

摩爾根(T.H.Morgan,1866-1945)以果蠅為材料，發(fā)現(xiàn)了連鎖、互換和伴性遺傳規(guī)律，并結(jié)合細(xì)胞學(xué)的研究，確立了遺傳的染色體學(xué)說。果蠅雜交實(shí)驗(yàn)證明存在神經(jīng)遞質(zhì)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造性生物學(xué)階段（20世紀(jì)中葉以后）20世紀(jì)30年代以來，物理學(xué)和化學(xué)進(jìn)一步滲透，實(shí)驗(yàn)生物學(xué)和遺傳學(xué)的進(jìn)步，生物化學(xué)的研究有了較大進(jìn)展，研究集中于與生命本質(zhì)密切相關(guān)的生物大分子，即蛋白質(zhì)、核酸和酶等。

DNA分子的X射線衍射圖（RosalindFranklin)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)華生和克里克在討論DNA雙螺旋模型20世紀(jì)70年代以來，生命科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展，尤其是分子生物學(xué)的突破性成就和引入物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念、方法和技術(shù)，生命科學(xué)在自然科學(xué)中的地位發(fā)生了革命性的變化。生物技術(shù)革命和揭開生命奧秘首例基因工程實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)基因水稻轉(zhuǎn)基因小鼠克隆豬克隆羊克隆牛成功克隆兩只恒河猴

2000年6月26日，人類基因組工作草圖完成，標(biāo)志著功能基因組時(shí)代的到來。DAN測(cè)序膠圖DNA測(cè)序峰形圖組織工程軟骨?？寺∧I臟生命科學(xué)的分科按生物類群或研究對(duì)象來分：植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)、病毒學(xué)、人類學(xué)、古生物學(xué)、藻類學(xué)、昆蟲學(xué)、魚類學(xué)、鳥類學(xué)等。按研究的生命現(xiàn)象或生命過程來分：形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、分類學(xué)、胚胎學(xué)、解剖學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、進(jìn)化學(xué)、組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)、病理學(xué)、免疫學(xué)等。按生物結(jié)構(gòu)的層次來分：種群生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、量子生物學(xué)等。按與其他學(xué)科的關(guān)系來分：生物物理學(xué)、生物化學(xué)、生物數(shù)學(xué)、生物氣候?qū)W、生物地理學(xué)、仿生學(xué)、放射生物學(xué)等。描述法、比較法、實(shí)驗(yàn)法、歷史法。認(rèn)識(shí)問題---搜集資料---提出假說---檢驗(yàn)假說---評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)---結(jié)果報(bào)道。2.3生命科學(xué)的研究方法。HypothesisTestingandExperimentationWhyDoGiraffesHaveLongNecks?

TestingIdeasaboutHowtheNaturalWorldWorksAhypothesisisdevelopedtoexplainanobservedphenomenon.Example:giraffeshavelongnecksbecausethelongnecksenablethemtoreachfoodthatisunavailabletoothers.Alternativehypothesesthatsuggestadifferentexplanationaredeveloped.Example:giraffeshavelongnecksbecauselongnecksareeffectiveweaponsforonemaleagainstanotherduringmating(SimmonsandScheepers).HypothesisTestingandExperimentationExperimentationisusedtoisolateandtesttheeffectsthatasinglewell-definedfactorhasonthephenomenoninquestion.FourkeypointsinExperimentalDesignExperimentalcontrolsmustbeincluded.Alltreatmentsmustbehandledinanidenticalmanner.Randomizationmustbeusedtoequalizeother

miscellaneouseffectsamongcontrolandexperimental

groups.Largersamplesizesproducemoreaccurateresults.Example:ASheepinWolf’sClothing?Observedphenomenoninnature:Thefly,Zonosemata

vittigera,hasdarkwingbands,andalsowavesitswings

inamannersimilartoitsmajorpredator,ajumpingspider.Question:

Whydoestheflyhavemarkingsandwhydoesitwaveits

wingswhenprovoked?PredatorThejumpingspiderwavesitslegsinaterritorialdisplayPreyTheZonosemataFlywavesitswingsupanddownwhenprovoked,appearingtomimicthespidersdisplay;notethedarkbandsonitswingsPhenomenonExample:ASheepinWolf’sClothing?Hypothesesdeveloped:Wing-wavingusedincourtship.Wing-wavingusedtoscareoffothertypesofpredators.Wing-wavingusedtodeterpredationbyactualjumpingspiders.Thehypothesesweretestedbytransplantingdifferent

wingsontoZonosematafliesandhouseflies,then

exposingthemtoeitherjumpingspidersorotherpredators.TreatmentsTreatmentstesttheeffectof:UntreatedZonosemataWingmark-ingpluswingwavingZonosematawithownwingsregluedOperationZonosematawithhouseflywingsWingwavingbutnowingmarkingsHouseflywithZonosematawingsWingmark-ingsbutnowingwavingUntreatedhouseflyNowingmarking,nowingwavingExperimentationExample:ASheepinWolf’sClothing?Uponexposureofthefivedifferentgroupsoffliestovariouspredators,thefollowingresultswereobserved:Jumpingspidersdidnotattackflieswithmarkedwings,wing-waving.Jumpingspidersattackedfliesthatlackedwingmarkingsorwing-waving.Otherpredatorsattackedandateallflies.本章摘要

生命是什么？可以從多個(gè)角度來加以描述，但就其本質(zhì)來講，應(yīng)具有化學(xué)成分的統(tǒng)一