第1章 生命科學(xué)研究基礎(chǔ)

生物學(xué)研究方法焦成瑾2013.9.5《生物學(xué)研究方法》內(nèi)容目錄第一章生命科學(xué)研究基礎(chǔ)第二章選題第三章生命科學(xué)研究方法第四章實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)第五章實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)收集第六章數(shù)據(jù)處理與論文寫作第七章論文發(fā)表與課題申報(bào)第八章申請專利與成果轉(zhuǎn)讓第一章生命科學(xué)研究基礎(chǔ)一、生命科學(xué)研究概述；二、生命科學(xué)研究的倫理道德；三、生命科學(xué)研究基礎(chǔ)：科學(xué)哲學(xué)的證偽理論和誤差統(tǒng)計(jì)方法；四、生命科學(xué)研究的一般過程；五、對生命科學(xué)研究中一般方法的了解一、生命科學(xué)研究概述（一）生命科學(xué)（二）生命科學(xué)研究簡史（三）現(xiàn)代生命科學(xué)進(jìn)展（一）生命科學(xué)

生物學(xué)或稱生命科學(xué)、生物科學(xué)，是一門由經(jīng)驗(yàn)主義出發(fā)，廣泛的研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，內(nèi)容包括生命起源、演化、構(gòu)造、發(fā)育、功能、行為、與環(huán)境的互動(dòng)關(guān)系等。生物學(xué)英文名為“Biology”，源自拉丁文，Bio意為生命，-logy意為學(xué)問，合并為“研究生命的學(xué)問”。

經(jīng)驗(yàn)主義（英語：Empiricism）又作經(jīng)驗(yàn)論，通常指相信現(xiàn)代科學(xué)方法，認(rèn)為理論應(yīng)建立于對于事物的觀察，而不是直覺或迷信。意即通過實(shí)驗(yàn)研究而后進(jìn)行理論歸納優(yōu)于單純的邏輯推理。與經(jīng)驗(yàn)主義相對的是歐洲的理性主義，代表人物是笛卡爾，根據(jù)理性主義的說法，哲學(xué)應(yīng)經(jīng)由思考和演繹推理而得出結(jié)論。經(jīng)驗(yàn)主義的代表人物有亞里斯多德、弗蘭西斯·培根和大衛(wèi)·休謨等。經(jīng)驗(yàn)主義是邏輯實(shí)證主義（邏輯經(jīng)驗(yàn)主義）的前身。直到今天，經(jīng)驗(yàn)主義的方法還在影響自然科學(xué)，是自然科學(xué)研究方法的基礎(chǔ)。而自然科學(xué)方法則是傳統(tǒng)觀念的發(fā)展。經(jīng)驗(yàn)主義一詞原本意指古希臘醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，拒絕一味接受當(dāng)代的宗教教條，而是依照所觀察到的現(xiàn)象為分析依據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主義者的觀點(diǎn)，經(jīng)由感受到的經(jīng)驗(yàn)，必須經(jīng)過適當(dāng)歸納或演繹，才能鑄成知識(shí)。在哲學(xué)發(fā)展上，經(jīng)驗(yàn)主義一直和理性主義作為對比。理性主義認(rèn)為大部分的知識(shí)是歸咎于感覺上的獨(dú)立思考。生物學(xué)主要分支1、動(dòng)物學(xué)領(lǐng)域——?jiǎng)游锷韺W(xué)、解剖學(xué)、胚胎學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、昆蟲學(xué)、動(dòng)物行為學(xué)、組織學(xué)。2、植物學(xué)領(lǐng)域——簡單的學(xué)門分類可概分為：1）應(yīng)用植物學(xué)：農(nóng)學(xué)（或農(nóng)藝學(xué)）、園藝學(xué)、花卉學(xué)、植物育種學(xué)、林學(xué)、植物病理學(xué)等等。2）純科學(xué)（之植物學(xué)）：植物分類學(xué)、植物生理學(xué)、植物形態(tài)學(xué)、植物解剖學(xué)、植物地理學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、藻類學(xué)等等。3、微生物和免疫學(xué)領(lǐng)域——微生物學(xué)、免疫學(xué)、病毒學(xué)。4、生物化學(xué)領(lǐng)域——生物化學(xué)、蛋白質(zhì)力學(xué)、糖生物學(xué)、膜生物學(xué)、代謝生化學(xué)。5、演化和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域——古生物學(xué)、演化論、演化生物學(xué)、社會(huì)生物學(xué)、分類學(xué)、系統(tǒng)分類學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物分布學(xué)。6、現(xiàn)代生物技術(shù)學(xué)領(lǐng)域——生物技術(shù)、基因工程、酶工程學(xué)、生物工程、代謝工程學(xué)、基因組學(xué)、合成生物學(xué)。7、細(xì)胞和分子生物學(xué)領(lǐng)域——細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)。8、生物和物理學(xué)領(lǐng)域——生物物理學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)光/電學(xué)、醫(yī)學(xué)工程。9、生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域——感染性疾病、毒理學(xué)、放射生物學(xué)、癌生物學(xué)。10、生物和信息領(lǐng)域——生物信息學(xué)、生物數(shù)學(xué)、仿生學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)。11、環(huán)境和生物學(xué)領(lǐng)域——大氣生物學(xué)、生物地理學(xué)、海洋生物學(xué)、淡水生物學(xué)。（二）生命科學(xué)研究簡史“幾乎對任何科學(xué)問題的研究都將必然地引向?qū)ζ錃v史的研究”——恩斯特·邁爾1生物學(xué)（"biology"）的語源學(xué)2古代和中世代的知識(shí)

2.1早期文化——?dú)庀?、農(nóng)業(yè)知識(shí)

2.2古希臘傳統(tǒng)——亞里士多德的分類工作

2.3中世紀(jì)和伊斯蘭知識(shí)——蓋倫的人體解剖、阿拉伯科學(xué)家的藥理學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和煉金術(shù)3文藝復(fù)興及早期的現(xiàn)代發(fā)展

3.1十七世紀(jì)與十八世紀(jì)——繪畫與解剖、生理學(xué)、林奈的分類學(xué)4十九世紀(jì)：生物學(xué)科的出現(xiàn)

4.1博物學(xué)和自然哲學(xué)

4.1.1地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué)——賴爾《地質(zhì)學(xué)原理》、居維葉《比較解剖學(xué)》

4.1.2演化和生物地理學(xué)——拉馬克的“用進(jìn)廢退”學(xué)說、達(dá)爾文的“進(jìn)化論”

4.2生理學(xué)

4.2.1細(xì)胞理論、實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)和生源理論（科赫、巴斯德）4.2.2有機(jī)化學(xué)和實(shí)驗(yàn)生理學(xué)的崛起5二十世紀(jì)的生物科學(xué)

5.1生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)5.2經(jīng)典遺傳學(xué)、現(xiàn)代綜合論與演化論5.3生物化學(xué)、微生物學(xué)和分子生物學(xué)5.3.1分子生物學(xué)起源5.3.2分子生物學(xué)的發(fā)展5.4生物技術(shù)、基因工作和基因組學(xué)5.4.1重組DNA5.4.2分子合成和基因組學(xué)621世紀(jì)的生物科學(xué)（三）現(xiàn)代生命科學(xué)進(jìn)展現(xiàn)代生命科學(xué)涉及的前沿領(lǐng)域包括分子生物學(xué)、免疫學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、環(huán)境生物學(xué)和近幾年逐漸形成的基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)等學(xué)科。當(dāng)代生命科學(xué)的迅猛發(fā)展，已從根本上改變了它在自然科學(xué)中的地位和作用。正代表著21世紀(jì)自然科學(xué)的前沿，成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、潛力最大、競爭最激烈的科學(xué)領(lǐng)域之一。21世紀(jì)生命科學(xué)需要更多新的數(shù)學(xué)、物理、統(tǒng)計(jì)、材料、電子的技術(shù)支持。只有新技術(shù)才能誘導(dǎo)有意義的新發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)代生命科學(xué)新進(jìn)展1、中心法則的補(bǔ)充與發(fā)展——全面認(rèn)識(shí)RNA的功能；發(fā)現(xiàn)表觀遺傳效應(yīng)；蛋白質(zhì)為模板的肽鏈合成；蛋白質(zhì)的自我剪切；分子伴侶。2、人類基因組計(jì)劃——遺傳作圖和物理作圖。3、基因組學(xué)——結(jié)構(gòu)基因組，功能基因組，比較基因組，藥物基因組（三次醫(yī)學(xué)浪潮：重組蛋白，單克隆抗體；基因藥物）等。4、蛋白質(zhì)組學(xué)——雙向電泳，蛋白質(zhì)質(zhì)譜，蛋白質(zhì)芯片，蛋白質(zhì)相互作用分析（雙雜系統(tǒng)）等。5、轉(zhuǎn)錄組學(xué)與代謝組學(xué)——RNA的多樣性，RNA編輯，代謝網(wǎng)絡(luò)。6、生物信息學(xué)——（生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息學(xué)的結(jié)合，對生物信息進(jìn)行收集、儲(chǔ)存和分析）（深圳華大基因）7、分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)展——PCR技術(shù)進(jìn)展，測序技術(shù)進(jìn)展，基因芯片，RNA干擾等。8、基因工程——轉(zhuǎn)基因作物，動(dòng)物克隆，基因治療。9、免疫學(xué)——單克隆抗體，基因工程抗體。10、發(fā)育生物學(xué)——細(xì)胞周期調(diào)控，細(xì)胞凋亡，細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，干細(xì)胞研究，發(fā)育調(diào)控。11、神經(jīng)生物學(xué)——神經(jīng)傳導(dǎo)機(jī)制，神經(jīng)生長因子，腦科學(xué)。12、癌癥研究——癌基因，抑癌基因，癌變理論，腫瘤治療。13、病毒學(xué)研究——艾滋病，乙肝病毒，禽流感14、環(huán)境生物學(xué)研究——活性污泥，生物治理（生物修復(fù)）15、生物進(jìn)化研究——達(dá)爾文進(jìn)化論，綜合進(jìn)化論，分子進(jìn)化中性學(xué)說。二、生命科學(xué)研究的倫理道德——生物倫理學(xué)（自學(xué)）人們關(guān)注生命科學(xué)研究中的倫理道德問題主要起因于分子生物學(xué)研究中的克隆技術(shù)和干細(xì)胞研究——?jiǎng)游锏目寺『腿寺鸭?xì)胞的研究。1、第一次作業(yè)：生命科學(xué)研究中涉及的倫理問題（交一份小綜述，可以打印，也可手抄）2、問卷調(diào)查：假如給你10天、30天或1到2年的假期，你打算如何度過？請?jiān)?0-30min之內(nèi)寫出不同時(shí)間跨度的想法提綱（內(nèi)容不要超過一頁紙）。三、生命科學(xué)研究基礎(chǔ)（一）科學(xué)與偽科學(xué)的區(qū)別——科學(xué)理論的可證偽性（波普爾證偽原則）（二）科學(xué)數(shù)據(jù)有效性分析——誤差-統(tǒng)計(jì)方法波普爾證偽原則卡爾·雷蒙德·波普爾爵士（SirKarlRaimundPopper，1902－1994），出生于奧地利，逝于英國倫敦，猶太人，20世紀(jì)最著名的學(xué)術(shù)理論家、哲學(xué)家之一。

波普爾最著名的理論，在于對經(jīng)典的觀測-歸納法的批判，提出“從實(shí)驗(yàn)中證偽的”的評判標(biāo)準(zhǔn)：區(qū)別“科學(xué)的”與“非科學(xué)的”。證偽原則波普爾關(guān)于科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)是：只可證偽，不可證實(shí)。證偽主義至少存在兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，科學(xué)理論的表達(dá)一般為全稱判斷，而經(jīng)驗(yàn)的對象是個(gè)別的。所以，經(jīng)驗(yàn)如果用來證實(shí)理論，那么它將是無法窮盡一般的理論的。比如，所有的羊都是白色的（是一個(gè)科學(xué)假說），以后發(fā)現(xiàn)再多的白羊也不能證明所有的羊都是白的這一假說是正確的，但是只要有一只黑羊就能證明所有的羊都是白的這