普通生物學01緒論：生物界與生物學

1、普通生物學 (general biology),生物技術(shù) 張道來 電話e-mail:,基礎(chǔ)性 通論性 入門性,2014.3,2,生物學研究什么？,生物學(biology)或生物科學(biological sciences)是研究生物體生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學，因此，又稱為生命科學(life sciences)。 生物學的研究對象是高度多樣性和統(tǒng)一性的生物界。 廣義的生命科學還包括生物技術(shù)、生物與環(huán)境、生物學與其他學科交叉的領(lǐng)域。,3,緒論,一、地球與生命 二、生物的特征 三、生物界的層次 四、生物界的分類階元和界的劃分 五、生物和環(huán)境 六、生物界的多樣性與統(tǒng)一性

2、七、生物學常用的研究方法 八、生物學的分科 九、生物學歷史發(fā)展簡況 十、生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系,4,一、地球與生命,迄今為止唯一發(fā)現(xiàn)有生命的星球（地球45億年前形成，生命38億年前出現(xiàn)）。 為什么地球適合生命生存？ 地球和生命協(xié)同進化。 其他星球上有生命嗎？,5,生物圈(biosphere)：,巖石圈的上層 全部水圈 大氣圈的下層,指地球上的全部生物和一切適合于生物棲息的場所；包括：,biosphere,6,7,1.細胞是生物體組構(gòu)(organization)的基本單位,8,the cell is the lowest level of organization that can perf

3、orm all activities required for life,mitosis,dna,spindle,cell division,9,2.新陳代謝(metabolism),定義：在生活的生物體和細胞內(nèi)存在著無休止的化學變化，一系列的酶促反應(yīng)組成復雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，這些化學反應(yīng)的總和稱為新陳代謝（metabolism）。,10,合成代謝(anabolism) ：是在生物體內(nèi)合成有機物和儲存能的過程，合成了或建造了生活物質(zhì)；也稱同化作用。 分解代謝(catabolism) ：是在體內(nèi)分解有機物和釋放能的過程；也稱異化作用。,11,熱力學第二定律：能的每一次轉(zhuǎn)化總要失去一些可用的自由能，總要

4、導致熵的增加，而熵的增加則意味著有序性的降低。 耗散結(jié)構(gòu)（dissipative structure）：生物從外界攝取以食物形式存在的低熵狀態(tài)的物質(zhì)，通過新陳代謝，把它們轉(zhuǎn)化為高熵狀態(tài)后，排出體外。生物體通過增加環(huán)境中的熵值，使環(huán)境的無序性增加來創(chuàng)造并維持自身的有序性。,耗散結(jié)構(gòu)(dissipative structure),12,3.穩(wěn)態(tài)（homeostasis）和應(yīng)激性（irritability）,生物體內(nèi)新陳代謝所需要的物理化學條件（如溫度、ph值等）被限制在一個很窄的幅度之內(nèi)，生物體具有許多調(diào)節(jié)機制，用來保持內(nèi)部條件相對穩(wěn)定，并且在環(huán)境發(fā)生某些變化時也能做到這一點，這一特性稱為穩(wěn)態(tài)（h

5、omeostasis）。,13,應(yīng)激性（irritability） ：生物體內(nèi)或體外的物理或化學條件發(fā)生了變化，生物體能感受這些變化（刺激），并作出有利于保持其體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，維持生命活動的應(yīng)答。 （色、香、味、觸、聞）,14,4.生殖（reproduction）和遺傳（heredity）,生物體通過生殖(reproduction)產(chǎn)生子代使物種得以延續(xù)； 遺傳(heredity)：遺傳物質(zhì)從上代傳給下代，從而使上代的形態(tài)特征或生理特性等性狀在下代得以表現(xiàn)。 上代和下代之間以及后代個體之間總有些差異，這種現(xiàn)象叫做變異(variation)。 遺傳和變異都是普遍的生命現(xiàn)象，二者同時存在。,15,漂亮的

6、模特兒 遺傳學家,生命通過生殖而延續(xù)，dna是生物遺傳的基本物質(zhì)。,16,5.生長（growth）和發(fā)育（development）,生物的生長是細胞體積或者數(shù)量的增長。 發(fā)育（development）是和生長密切相關(guān)的過程，在多細胞生物的生活史中，發(fā)生了一系列結(jié)構(gòu)和功能的變化，包括組織器官的形態(tài)建成、性成熟、衰老等，發(fā)育是一種被精確調(diào)控的程序性變化過程。,17,6.進化（evolution）和適應(yīng)（adaptation ）,在生殖過程中，遺傳物質(zhì)往往會發(fā)生重組和突變，使親代和子代以及子代不同個體之間出現(xiàn)變異。 突變、漂變、基因流、非隨機交配和選擇使生物種群發(fā)生進化（evolution）。 選擇

7、使生物種群一代代的更適應(yīng)它們所處的環(huán)境。,charles darwin,18,病毒,目前，許多生物學家認為病毒是處于生命與非生命物體交叉區(qū)域的存在物。,19,生物的特征：,細胞（cell）是生物體組構(gòu)的基本單位 新陳代謝（metabolism） 穩(wěn)態(tài)（homeostasis）和應(yīng)激性（irritability） 生殖（reproduction）和遺傳（heredity） 生長（growth）和發(fā)育（development） 進化（evolution）和適應(yīng)（adaptation ） 生命是具有以上共同特征的物質(zhì)存在形式！,20,三、生物界的層次,生物圈到個體,21,器官系統(tǒng)到分子,organs

8、 and organ systems,22,生物界的結(jié)構(gòu)層次,細胞器,組織,器官,系統(tǒng),種群,群落,生物大分子,細胞,個體,生態(tài)系統(tǒng),生物圈,23,四、生物界的分類階元和界的劃分,生物物種數(shù)量很大，已知的約有200萬種，算上已經(jīng)絕滅的生物（1500萬種），至少有1700萬種。,24,1.雙名法(binomial nomendature),瑞典植物學家林奈（ linnaeus ） 1735 出版自然系統(tǒng)制定了雙名法。 “雙名法”的有關(guān)規(guī)定: 1、關(guān)于學名：規(guī)定每一種物種都應(yīng)有一個學名（scinece name)； 2、關(guān)于“雙名”：學名由兩個拉丁字或拉丁化的文字組成：學名=屬名+種名； 3、屬名

9、用主格單數(shù)名詞，首字母大寫；種名首字母不需大寫，用形容詞或名詞； 4、學名之后，應(yīng)附加當初定名人的姓氏； 5、亞種學名的命名法：三名法。即：學名=屬名+種本名+亞種名 黑斑肥螈 pachytriton brevipes (sauvage),弓頭鯨 balaena mysticetus (linnaeus),25,2.分類階元,26,27,又如:小家鼠mus musculus,動物界 animal 脊索動物門 chordata 脊椎動物亞門 vertebrata 哺乳綱 mammalia 嚙齒目 rodentia 鼠科 muridae 小家鼠屬 mus 小家鼠 m. musculus,28,3.

10、五界系統(tǒng),1760 linnaeus 動物界 植物界 1886 haeckel 原生生物界 植物界 動物界,1967 whittaker,29,30,無核,有核,單細胞,多細胞,光合,異養(yǎng),吸收,攝食,31,4.三個域（domain）,真細菌域（bacteria） 古細菌域（archaea） 真核生物域（eakarya）,組成原核生物,組成真核生物，包括原生生物界、植物界、真菌界、動物界。,32,33,五、生物和它的環(huán)境,生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）：在一定的空間中生物成分和非生物成分通過不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動而構(gòu)成相互依賴而又相互制約的統(tǒng)一整體。 生產(chǎn)者（producer） 消費者（co

11、nsumer） 分解者（decomposer） 食物鏈（food chain） 食物網(wǎng)（food web） 生態(tài)系統(tǒng)的兩大功能：物質(zhì)循環(huán)和能量流動,34,35,六、生物界的多樣性與統(tǒng)一性,生物多樣性包括地球上所有植物、動物、微生物和它們擁有的基因以及由這些生物和環(huán)境構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)。,生物多樣性是地球上40億年生物進化留下來的寶貴財富，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。,生物多樣性,遺傳多樣性：形態(tài)各異 物種多樣性：種類繁多 生態(tài)系統(tǒng)多樣性：分布廣泛,世界因生命而美麗 因生物多樣性而精彩,36,地球上已命名的生物約有200萬種，其中植物26萬種、昆蟲75萬種、脊椎動物50萬種。已滅絕的生物約有1500

12、萬種。據(jù)科學家估計，地球上共有生物500-3000萬種。,37,38,39,生物是多種多樣的！,40,生物多樣性公約(cbd),1992年6月，150多個國家首腦在巴西里約熱內(nèi)盧召開的全球首腦會議上簽定，至今，這一公約已經(jīng)得到189個國家的認同和加盟，從而使之成為至今為止范圍最廣的環(huán)境公約。 生物多樣性公約的宗旨-生物多樣性的保護、生物資源的可持續(xù)性利用，以及基因資源既得利益的平等分享。1993年12月29日生物多樣性公約作為野生生物保護新框架生效,1994年12月19日,聯(lián)合國大會宣布12月29日為“國際生物多樣性日” 。,41,人們關(guān)于生物統(tǒng)一性的認識，先后由于細胞的發(fā)現(xiàn)和分子生物學的發(fā)展

13、，提到一個又一個的高度。,1. 所有的生物體是由一個或多個細胞構(gòu)成的；,2.細胞是所有生物體結(jié)構(gòu)和功能單位；,3.所有的細胞都是由預先存在的細胞經(jīng)過分裂產(chǎn)生。,細胞學說,42,dna-rna-蛋白質(zhì)的遺傳系統(tǒng)是生物界統(tǒng)一的基礎(chǔ)中心法則,43,七、生物學常用的研究方法,1.科學觀察（observation） 生物學是一個直觀性學科，觀察是從客觀世界中得到第一手資料的最基本方法。 開始感覺器官進行，后來有了顯微鏡。 觀察需要有科學知識。 觀察切不可為原有的知識所束縛。,44,2.假說（hypothese）和檢驗（test） 假說必須是可以驗證的，這是科學實驗的重要原則，實驗不僅意味著某種精確的操作

14、，而且是一種思考形式。 假說學說定律 依據(jù)事實提出假說，假說推導出一個可以用實驗加以檢驗的預測，然后實施這個實驗來加以驗證。 孟德爾第一定律,45,3.模型實驗如果由于種種原因，直接用研究對象（原型）進行實驗非常困難，或者簡直不可能時，可用模型代替研究對象來進行實驗。模型可是物質(zhì)形式或思維形式。,動物模型：代替人體進行實驗。 抽象模型：計算機模擬，數(shù)學模型。 用模型研究在時間上極為遙遠的事件。 機械和電子模型對動物功能進行模擬實驗仿生學 紅外探測儀,46,八、生物學的分科,1. 研究對象: 植物學、動物學、藻類學、微生物學、昆蟲學、鳥類學、魚類學等 2. 結(jié)構(gòu)、機能以及各種生命過程: 解剖學、

15、組織學、細胞學、生理學、遺傳學、胚胎學、生態(tài)學 3. 從微觀到宏觀的不同層次: 分子生物學、細胞生物學、種群生物學 4. 與其他學科交叉: 生物化學、生物物理學、生物數(shù)學、仿生學等,47,48,九、生物學的歷史發(fā)展簡況,生物學經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 描述生物學階段 （19世紀中葉以前） 實驗生物學階段（19世紀中到20世紀中） 創(chuàng)造生物學階段 （20世紀中葉以后）,49,實驗生物學階段,巴斯德在實驗室里,曲頸瓶實驗證明“種質(zhì)論”批駁“腐生論”,不潔的衣物會自生蚤虱，污穢的死水會自生蚊蚋，骯臟的垃圾會自生蟲蟻，糞便和腐敗的尸體會自生蠅蛆。,50,創(chuàng)造生物學階段,基因工程,51,二十世紀生物科學的發(fā)

16、展,分子生物學：1953年watson 、crick提出dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)。 dna重組：1973年美國斯坦福大學教授cohn、加州大學教授boyer幾乎同時完成dna體外重組。 體細胞克?。?997年蘇格蘭生物學家wilmut完成了首例哺乳動物綿羊“多莉”的克隆。 人類全基因組：2001年中、美、英、法、德、日六國科學家完成人類全基因組的測序。,52,二十世紀生物科學的發(fā)展,二十世紀隨著物理學和化學的發(fā)展，以及這些技術(shù)向生物學的滲透，使生物學技術(shù)迅猛發(fā)展。 例如：x-射線衍射技術(shù)，電子顯微鏡，激光，中子衍射技術(shù)，電子計算機，層析，同位素追蹤，電泳和超高速離心技術(shù)，以及近年來發(fā)展起來的氨基酸

17、自動分析、核酸測序、pcr(聚合酶鏈式反應(yīng))和rapd(隨機擴增多態(tài)dna) 等技術(shù)。,53,生命科學的發(fā)展趨向： （1）學科精細化同時學科相互交叉、滲透、相輔及綜合：50年代核技術(shù)年代；60年代空間技術(shù)年代；70年代電子技術(shù)年代；80年代生物技術(shù)年代；90年代生物高科技年代；21世紀生物世紀 （2）學科宏觀化：環(huán)境生態(tài)學引起極大的關(guān)注，生態(tài)問題是直接關(guān)系人類存亡的問題。 （3）向生命本質(zhì)前進（微觀方向：深入到細胞、分子、基因水平，而且進展很快）。,54,21世紀是生命科學世紀,生物技術(shù)革命21世紀 創(chuàng)造生命 ！,人類文明發(fā)展的三次技術(shù)革命：,工業(yè)革命 19世紀 解放雙手,信息革命 20世紀

18、解放大腦,55,十、生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么要學習生物學？,（一）世界面臨的很多重大問題,解決這些問題需要生物學知識技術(shù),人口膨脹； 糧食短缺； 疾病危害； 環(huán)境污染； 能源危機； 資源匱乏； 生態(tài)平衡破壞； 生物物種大量消亡。,56,利用航天技術(shù)育種,57,疾病危害,基因治療獲得初步成功血友病等 單抗藥物“生物導彈”治療腫瘤疾病、自身免疫疾病。 干細胞治療疾病展示誘人前景。,58,能源危機,礦物能源（石油、煤）必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。 替代能源：一個20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類，加工后可得相當于3000 升柴油的燃料。 一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于 50 噸石油的燃料。 生物能

19、源：使生物材料轉(zhuǎn)化成可燃性化合物如乙醇、甲烷、氫氣（h2)、石油草、沼氣 微生物：提高石油開采量。,59,資 源 礦物能源（石油、煤） 必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。 很多不起眼的生物，很可能就是藥物、材料等的寶貴資源。 圖為墨西哥荒原中的仙人掌類植物。,60,一個20米直徑的水池年產(chǎn) 4 噸藻類，加工后可得相當于3000 升柴油的燃料。 一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于 50 噸石油的燃料。,圖為生長在淡水和海水中的一種硅藻,61,生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么要學習生物學？,（二）生命科學充滿未解之謎 “ 猛犸之謎” “ 恐龍滅絕之謎” 龜鱉家族的長壽之謎,？,62,生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么要學習生物學？,(三)可以使我們更好地認識我們自己 生物學家： 大腦 / 癌癥 / 光合作用 生物技術(shù)公司： 基因藥物 / 作物新品種 理工科學生： /專業(yè) / 生物芯片/ 火星 / 納米材料 社會科學專家： /社會倫理 法律 / 生物技術(shù)和人類社會的關(guān)系 人：認識自己 / dn