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生命科学导论Introductionoflifescience本课程提纲第一章绪论第二章丰富多彩的生命世界第三章生命的基本单位——细胞第四章生命的延续——繁殖和发育第五章遗传与疾病第六章现代生物技术第七章生命科学前沿Chapter1Introduction一、什么是生命？生命(life)：是主要由核酸和蛋白质组成的具有不断自我更新能力的多分子体系的存在形式，是一种过程，是一种现象。生命科学（lifescience）研究生命本质和规律及生物与环境的科学。生命的基本特征核酸、蛋白质——生命的分子基础细胞——生命的基本单位新陈代谢——生命的基本运动形式应激性和运动生长发育——生命体的质变与量变生殖——生命的延续遗传与变异——生命的中枢进化——生命活动的全部历史生物与环境的统一——生命生存的基本法则二、生命的起源与进化生命起源模式生物进化的证据生物进化理论1、生命起源模式•团聚体假说：无机物→简单有机物→复杂有机物→团聚体→蛋白质体2、生物进化的证据同源器官（homologousorgan）痕迹器官（rudimentaryorgan）3、生物进化理论拉马克：获得性遗传学说达尔文：自然选择学说分子进化的中性学说中性突变：生物分子水平的突变大多是中性的随机漂变：中性突变通过遗传漂变在群体中固定下来分子进化速率：生物进化速率由中性突变速率决定三、生命科学的重大事件1665,hooke:cell1859,Darwin:theoryofevolution1865,Mendel:lawofheredity1911,Morgan:geneandmapping1944,Avery:DNAisgeneticmaterial1953,Watson,Crick:DNAdoublehelixNewerabegan21thcenturywillbethe“biologycentury”DNAdoublehelix被发现的贡献：遗传信息的储存，复制，保真生命科学的前沿分子生物学的发展——里程碑基因工程（DNA重组技术）原生质体融合技术人类基因组计划（HGP）克隆干细胞生物信息学HIV疫苗四、生命科学的分科按生物类群或研究对象来分:植物学、动物学、微生物学、人类学等按研究的生命现象或生命过程来分:形态学、生理学、胚胎学、解剖学、遗传学、生态学、进化学、细胞学、病理学、免疫学等按生物结构的层次来分；种群生物学、细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物学按与其他学科的关系来分:生物物理学、生物化学、生物数学、生物气候学、生物地理学、仿生学、放射生物学等五、研究生命现象的方法研究方法：描述法、比较法、实验法、历史法研究步骤：认识问题→搜集资料→提出假说→检验假说→评价数据→结果报道六、为什么要学习生命科学？21世纪自然科学的带头学科生命科学充满未解之谜生命科学与人类社会发展认识你自己(一)21世纪自然科学带头学科当前自然科学的带头学科正开始从物理科学向生命科学转移。描述性→解释性→预测性生命科学——提高生活质量信息科学——提高效率（二）生命科学充满未解之谜猛犸、恐龙灭绝之谜、龟鳖家族的长寿之谜（三）生命科学与人类社会发展1.农业方面：遗传育种、生物杀虫剂2.医药卫生方面免疫学：器官移植、自体免疫疾病、抗菌素、疫苗基因工程菌：胰岛素、干扰素、生长激素、白蛋白、单克隆抗体、DNA探针等基因疗法：遗传病防治3.轻工业、食品工业酶工程：食品、日用化工、轻纺、制革、造纸、能源、农业、环保等发酵工程：酿酒制曲、味精、维生素、抗菌素等4.其他方面细菌造雪、细菌保护古建筑、DNA防伪、身份鉴定5、认识你自己苏格拉底：“认识你自己！”不过苏格拉底主要把人看作是一个精神的存在；柏拉图：人是理念的影子；中世纪：人是上帝创造的；人逐渐被神话；拉美特利：人是机器；达尔文：人是从猿进化来的；弗洛伊德：人主要是由潜意识控制的。第二章生命多样性一、生命的多样性及其分类生命的多样性物种类别多样性：约500万～1000万种（曾经10亿种）遗传多样性：同种个体具差异生态系统多样性：藻菌二极系统→动物、植物、菌类三极系统景观多样性五界系统：人的地位?二、多彩的植物世界1、概述植物在自然界中的作用光合作用是世界上最重要的同化合成参与自然界中的物质循环植物对人类的贡献为农牧业的发展提供饲料为人类生活提供能源、材料、药材为人类提供文化基质—造纸原料为人类固沙防风，调节气候及美化生活种类多样性：藻类植物、菌类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物2、高等植物的结构与功能根茎千姿百态的叶花花的应用：美化环境、提取香精、熏制茶叶、制作糕点、药用果实果实和种子的传播：动物取食传播3、植物激素概念：由特定植物组织或细胞合成后输送到其它部位，对生理过程产生显著影响的微量有机物。特点：作用力很强、半寿期短、大都有特异性：如：生长素、乙烯、赤霉素、脱落酸、细胞分裂素等4、植物的运动：向性、感性三、多姿的动物世界1、动物的类群动物界大约有150万种。根据结构水平分为：原生动物亚界后生动物亚界原生动物亚界特征:单细胞或由单细胞形成的群体动物；分布很广；现存共约2万种；分类：鞭毛纲、肉足纲、孢子纲、纤毛纲代表动物后生动物亚界（32门）：海绵动物门、扁形动物门、腔肠动物门、线形动物门、环节动物门、软体动物门、节肢动物门、棘皮动物门、脊索动物门等如：海绵动物：海绵；环节动物：蚯蚓；软体动物；节肢动物：蝗虫脊索动物门特征：-具脊索、背神经管、鳃裂分类：-头索动物亚门-尾索动物亚门-脊椎动物亚门脊椎动物亚门：圆口纲、鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲、哺乳纲人的分类地位？Humo；现代人类属于动物界、脊索动物门、哺乳纲、灵长目、人科、人属、智人种动物的行为：主要类型：捕食行为、攻击和防御行为、繁殖行为、利己和利他行为、社群行为与通讯、亲杀行为利己行为南极帝企鹅下水前为确定水中是否有海豹，往往相互往水中推拥，让同伴做替死鬼。猴王拥有成群妻妾，却不允许其他公猴“染指”它的一个妃子。利他行为大山雀抚养“小杜鹃”工蚁（蜂）为蚁（蜂）后及其他同伴服务人类利他行为纯粹利他行为有条件的利他行为（社会性、阶级性）：需有回报的刺激（物质和精神上的）极端异常行为超限自私行为：超限利他行为：“舔犊情深”与亲杀行为亲杀行为的生物学意义：配偶资源竞争：新狮王杀死幼狮、新鼠王“流产”怀孕雌性老鼠食物资源竞争:狐狸杀死弱仔环境恶化诱导：鸡吃蛋社群行为与通讯视觉通讯：孔雀开屏、杨贵妃的回眸一笑听觉通讯：鸟鸣、蝙蝠，海豚“超声波”化学通讯：“鼠目寸光”的老鼠、狗“随地小便”抢占领地触觉通讯：雄蜘蛛“拨弦”求爱电通讯：电鳗、鲶鱼、鳄鱼动物王国的等级制度——社群行为单线式：社群成员们按照固定的等级顺序依次排列，如母鸡群、狼群循环式：处在一种动态变化中的等级模型，两鸡群合并时出现独霸式：社群中只有一个王者，一呼百应，高高在上，其余个体之间地位不分高下。如蜜蜂，蚂蚁等级现象的特征惧异原则：“欺生”强硬领导下的和平：猴王离开后猴子会打斗权利欲望：蟹王饱餐，蟹兵饿肚；获胜雄海狮一夫多妻，败者少妻甚至打光棍。社会消滞：等级建立后少有打斗分区分群级序：猴皇后的子女地位高等级序列的生物学意义：避免频繁打斗，减少种群内耗；优势个体（群体）优先繁殖；维持首领权威性，对整个种群生存斗争有积极意义。总之，动物的一切行为都是为提高其物种在环境中的适合度（生物个体生存能力、繁殖能力和后代生存能力的总称）。行为的发生：先天性的定型行为：本能、遗传后天性的学习行为：习惯化学习：当同一种刺激反复发生时，动物的反应就会逐渐减弱，最后可完全消失，除非再给予其他不同的刺激，行为反应才能再次发生。“久居鲍鱼之肆而不知其臭，久入兰花之室而不知其香”，印痕学习：模仿学习：幼年动物模仿抚育者或其他成年动物的行为。鸣禽的学唱“山雀偷奶”联想与推理：联想学习（条件反射）经典条件反射、操作条件反射：“斯金纳箱”实验：老鼠按钮取食。推理（判断）学习：又称悟性学习，即动物凭直觉对新生事物因果关系做出判断的过程。沃尔夫冈·科勒（德）“香蕉试验”：学习行为是否与遗传有关？“走迷宫”实验：“伶俐”组后代比“迟钝”组快但再走另一种迷宫时，没有明显差异双生子法：结论：某方面的学习能力可遗传人与黑猩猩的某些行为的比较：食性、使用和制造工具、两性关系、固定的配偶关系问题、养育后代的分工问题、地位的斗争、特权四、微生物世界1、微生物(Microorganism)：一大类形体微小、结构简单的低等生物的总称。2、微生物的种类原核生物：细菌、放线菌、衣原体、支原体、蓝细菌；真核生物：真菌(霉菌、酵母菌)、原生动物、单细胞藻类；非细胞生物：病毒、类病毒,拟病毒,朊病毒等；（1）细菌•基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、•特殊结构：荚膜、芽孢、鞭毛。分：真细菌(eubacteria)原界：蓝细菌、除古细菌以外的其他原核生物；古细菌（archaebacteria)原界：产甲烷菌（methanogens)、极端嗜盐菌(extremehalophiles)、嗜酸嗜热菌(thermoacidophiles)淋病：淋病双球菌（gonococcus）梅毒（Syphilis）：梅毒螺旋体（2）病毒概念：一类既具有化学大分子属性和生物体的基本特征，又具有细胞外感染性颗粒和细胞内的繁殖性基因形式的生物类群。特点：个体极小、不具细胞结构、只有一种核酸类型、专性活细胞内寄生、以复制的方式繁殖、对抗生素不敏感（2）病毒：HBV、HIV（12月1日，爱滋病日）Influenzavirus、SmallpoxvirusSASS、prion尖锐湿疣（condylomaacuminatum）：人类乳头瘤病毒（humanpapillomavirus,HPV）3、微生物的生物学之最（特点）形态最简，起源最早代谢最强：E.coli消耗2000倍于体重的糖/h繁殖最快：一次/12.5min数量最多:人肠道有300种,100万亿个分布最广，抗性最强变异最易：突变频率10-5－10-10食谱最杂种类最多4、微生物工程的展望微生物与粮食：提高土壤肥力、发酵生产饲料蛋白、微生物与资源：变废为宝微生物与环境保护：使用生物肥料,生物杀虫剂、降解有毒物质、净化废水废气、处理石油污染、用于环境监测;微生物与医药：抗生素、维生素、激素疫苗和菌苗等五、保护生态环境与可持续发展1、生态环境状况土地资源水资源生物资源气候和工业自然资源等.2、保护环境，走可持续发展之路环保策略林业可持续发展的策略城市可持续发展策略人口措施Chapter3生命的基本单位一、细胞的基本结构和功能（一）细胞膜和细胞表面流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)：1972，SingerandNicolson（二）细胞质（cytoplasm）：细胞器、细胞骨架、细胞基质内膜系统：是位于细胞质内，在结构、功能以及发生上具有一定联系的膜性结构的总称。包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化氢体以及核膜等。1、endoplasmicreticulum，ER2、Golgicomplex，GC：蛋白质修饰、分拣和分泌等3、溶酶体（lysosome）4、过氧化物酶体（Peroxisome）所含酶类：氧化酶、过氧化氢酶功能：解毒作用（如酒精中毒）5、Mitochondrion6、核糖体(Ribosome)7、叶绿体——光合作用8、细胞骨架（cytoskeleton）：Microtubule：微管的装配、微管装配的踏车现象、细胞运动与运输Microfilament：肌肉收缩、胞质分裂环、阿米巴运动Intermediatefilament：IF（三）Nucleuschromatin：指间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。chromosome：细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。染色质与染色体多级螺线管模型二、细胞的增殖、分化与凋亡细胞繁殖（cellreproduction）：多细胞生物依赖它完成个体发育，是细胞分化的基础，即组织、器官、系统形成基础。细胞分