普通生物學(xué)01緒論：生物界與生物學(xué)

1、普通生物學(xué) (general biology),生物技術(shù) 張道來(lái) 電話e-mail:,基礎(chǔ)性 通論性 入門(mén)性,2014.3,2,生物學(xué)研究什么？,生物學(xué)(biology)或生物科學(xué)(biological sciences)是研究生物體生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，因此，又稱(chēng)為生命科學(xué)(life sciences)。 生物學(xué)的研究對(duì)象是高度多樣性和統(tǒng)一性的生物界。 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。,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(lèi)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(xué)常用的研究方法 八、生物學(xué)的分科 九、生物學(xué)歷史發(fā)展簡(jiǎn)況 十、生物學(xué)與現(xiàn)代社會(huì)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(jìn)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(chǎng)所；包括：,biosphere,6,7,1.細(xì)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(xì)胞內(nèi)存在著無(wú)休止的化學(xué)變化，一系列的酶促反應(yīng)組成復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，這些化學(xué)反應(yīng)的總和稱(chēng)為新陳代謝（metabolism）。,10,合成代謝(anabolism) ：是在生物體內(nèi)合成有機(jī)物和儲(chǔ)存能的過(guò)程，合成了或建造了生活物質(zhì)；也稱(chēng)同化作用。 分解代謝(catabolism) ：是在體內(nèi)分解有機(jī)物和釋放能的過(guò)程；也稱(chēng)異化作用。,11,熱力學(xué)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(dǎo)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(guò)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(guò)增加環(huán)境中的熵值，使環(huán)境的無(wú)序性增加來(lái)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(xué)條件（如溫度、ph值等）被限制在一個(gè)很窄的幅度之內(nèi)，生物體具有許多調(diào)節(jié)機(jī)制，用來(lái)保持內(nèi)部條件相對(duì)穩(wěn)定，并且在環(huán)境發(fā)生某些變化時(shí)也能做到這一點(diǎn)，這一特性稱(chēng)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(xué)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(dòng)的應(yīng)答。 （色、香、味、觸、聞）,14,4.生殖（reproduction）和遺傳（heredity）,生物體通過(guò)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(gè)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(shí)存在。,15,漂亮的

6、模特兒 遺傳學(xué)家,生命通過(guò)生殖而延續(xù)，dna是生物遺傳的基本物質(zhì)。,16,5.生長(zhǎng)（growth）和發(fā)育（development）,生物的生長(zhǎng)是細(xì)胞體積或者數(shù)量的增長(zhǎng)。 發(fā)育（development）是和生長(zhǎng)密切相關(guān)的過(guò)程，在多細(xì)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(guò)程。,17,6.進(jìn)化（evolution）和適應(yīng)（adaptation ）,在生殖過(guò)程中，遺傳物質(zhì)往往會(huì)發(fā)生重組和突變，使親代和子代以及子代不同個(gè)體之間出現(xiàn)變異。 突變、漂變、基因流、非隨機(jī)交配和選擇使生物種群發(fā)生進(jìn)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(xué)家認(rèn)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(xì)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(zhǎng)（growth）和發(fā)育（development） 進(jìn)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(gè)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(xì)胞器,組織,器官,系統(tǒng),種群,群落,生物大分子,細(xì)胞,個(gè)體,生態(tài)系統(tǒng),生物圈,23,四、生物界的分類(lèi)階元和界的劃分,生物物種數(shù)量很大，已知的約有200萬(wàn)種，算上已經(jīng)絕滅的生物（1500萬(wàn)種），至少有1700萬(wàn)種。,24,1.雙名法(binomial nomendature),瑞典植物學(xué)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(xué)名：規(guī)定每一種物種都應(yīng)有一個(gè)學(xué)名（scinece name)； 2、關(guān)于“雙名”：學(xué)名由兩個(gè)拉丁字或拉丁化的文字組成：學(xué)名=屬名+種名； 3、屬名

9、用主格單數(shù)名詞，首字母大寫(xiě)；種名首字母不需大寫(xiě)，用形容詞或名詞； 4、學(xué)名之后，應(yīng)附加當(dāng)初定名人的姓氏； 5、亞種學(xué)名的命名法：三名法。即：學(xué)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(lèi)階元,26,27,又如:小家鼠mus musculus,動(dòng)物界 animal 脊索動(dòng)物門(mén) chordata 脊椎動(dòng)物亞門(mén) 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(dòng)物界 植物界 1886 haeckel 原生生物界 植物界 動(dòng)物界,1967 whittaker,29,30,無(wú)核,有核,單細(xì)胞,多細(xì)胞,光合,異養(yǎng),吸收,攝食,31,4.三個(gè)域（domain）,真細(xì)菌域（bacteria） 古細(xì)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(dòng)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(guò)不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)而構(gòu)成相互依賴(lài)而又相互制約的統(tǒng)一整體。 生產(chǎn)者（producer） 消費(fèi)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(dòng),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(dòng)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(jìn)化留下來(lái)的寶貴財(cái)富，是人類(lèi)賴(lài)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(lèi)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(wàn)種，其中植物26萬(wàn)種、昆蟲(chóng)75萬(wàn)種、脊椎動(dòng)物50萬(wàn)種。已滅絕的生物約有1500

12、萬(wàn)種。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，地球上共有生物500-3000萬(wàn)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(gè)國(guó)家首腦在巴西里約熱內(nèi)盧召開(kāi)的全球首腦會(huì)議上簽定，至今，這一公約已經(jīng)得到189個(gè)國(guó)家的認(rèn)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(hù)、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(hù)新框架生效,1994年12月19日,聯(lián)合國(guó)大會(huì)宣布12月29日為“國(guó)際生物多樣性日” 。,41,人們關(guān)于生物統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)，先后由于細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和分子生物學(xué)的發(fā)展

13、，提到一個(gè)又一個(gè)的高度。,1. 所有的生物體是由一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的；,2.細(xì)胞是所有生物體結(jié)構(gòu)和功能單位；,3.所有的細(xì)胞都是由預(yù)先存在的細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂產(chǎn)生。,細(xì)胞學(xué)說(shuō),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(xué)常用的研究方法,1.科學(xué)觀察（observation） 生物學(xué)是一個(gè)直觀性學(xué)科，觀察是從客觀世界中得到第一手資料的最基本方法。 開(kāi)始感覺(jué)器官進(jìn)行，后來(lái)有了顯微鏡。 觀察需要有科學(xué)知識(shí)。 觀察切不可為原有的知識(shí)所束縛。,44,2.假說(shuō)（hypothese）和檢驗(yàn)（test） 假說(shuō)必須是可以驗(yàn)證的，這是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要原則，實(shí)驗(yàn)不僅意味著某種精確的操作

14、，而且是一種思考形式。 假說(shuō)學(xué)說(shuō)定律 依據(jù)事實(shí)提出假說(shuō)，假說(shuō)推導(dǎo)出一個(gè)可以用實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)，然后實(shí)施這個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證。 孟德?tīng)柕谝欢?45,3.模型實(shí)驗(yàn)如果由于種種原因，直接用研究對(duì)象（原型）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)非常困難，或者簡(jiǎn)直不可能時(shí)，可用模型代替研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。模型可是物質(zhì)形式或思維形式。,動(dòng)物模型：代替人體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 抽象模型：計(jì)算機(jī)模擬，數(shù)學(xué)模型。 用模型研究在時(shí)間上極為遙遠(yuǎn)的事件。 機(jī)械和電子模型對(duì)動(dòng)物功能進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)仿生學(xué) 紅外探測(cè)儀,46,八、生物學(xué)的分科,1. 研究對(duì)象: 植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、藻類(lèi)學(xué)、微生物學(xué)、昆蟲(chóng)學(xué)、鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)、魚(yú)類(lèi)學(xué)等 2. 結(jié)構(gòu)、機(jī)能以及各種生命過(guò)程: 解剖學(xué)、

15、組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)、遺傳學(xué)、胚胎學(xué)、生態(tài)學(xué) 3. 從微觀到宏觀的不同層次: 分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、種群生物學(xué) 4. 與其他學(xué)科交叉: 生物化學(xué)、生物物理學(xué)、生物數(shù)學(xué)、仿生學(xué)等,47,48,九、生物學(xué)的歷史發(fā)展簡(jiǎn)況,生物學(xué)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： 描述生物學(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)中到20世紀(jì)中） 創(chuàng)造生物學(xué)階段 （20世紀(jì)中葉以后）,49,實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段,巴斯德在實(shí)驗(yàn)室里,曲頸瓶實(shí)驗(yàn)證明“種質(zhì)論”批駁“腐生論”,不潔的衣物會(huì)自生蚤虱，污穢的死水會(huì)自生蚊蚋，骯臟的垃圾會(huì)自生蟲(chóng)蟻，糞便和腐敗的尸體會(huì)自生蠅蛆。,50,創(chuàng)造生物學(xué)階段,基因工程,51,二十世紀(jì)生物科學(xué)的發(fā)

16、展,分子生物學(xué)：1953年watson 、crick提出dna分子雙螺旋結(jié)構(gòu)。 dna重組：1973年美國(guó)斯坦福大學(xué)教授cohn、加州大學(xué)教授boyer幾乎同時(shí)完成dna體外重組。 體細(xì)胞克?。?997年蘇格蘭生物學(xué)家wilmut完成了首例哺乳動(dòng)物綿羊“多莉”的克隆。 人類(lèi)全基因組：2001年中、美、英、法、德、日六國(guó)科學(xué)家完成人類(lèi)全基因組的測(cè)序。,52,二十世紀(jì)生物科學(xué)的發(fā)展,二十世紀(jì)隨著物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，以及這些技術(shù)向生物學(xué)的滲透，使生物學(xué)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(jì)算機(jī)，層析，同位素追蹤，電泳和超高速離心技術(shù)，以及近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的氨基酸

17、自動(dòng)分析、核酸測(cè)序、pcr(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))和rapd(隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)dna) 等技術(shù)。,53,生命科學(xué)的發(fā)展趨向： （1）學(xué)科精細(xì)化同時(shí)學(xué)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(jì)生物世紀(jì) （2）學(xué)科宏觀化：環(huán)境生態(tài)學(xué)引起極大的關(guān)注，生態(tài)問(wèn)題是直接關(guān)系人類(lèi)存亡的問(wèn)題。 （3）向生命本質(zhì)前進(jìn)（微觀方向：深入到細(xì)胞、分子、基因水平，而且進(jìn)展很快）。,54,21世紀(jì)是生命科學(xué)世紀(jì),生物技術(shù)革命21世紀(jì) 創(chuàng)造生命 ！,人類(lèi)文明發(fā)展的三次技術(shù)革命：,工業(yè)革命 19世紀(jì) 解放雙手,信息革命 20世紀(jì)

18、解放大腦,55,十、生物學(xué)與現(xiàn)代社會(huì)生活的關(guān)系為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué)？,（一）世界面臨的很多重大問(wèn)題,解決這些問(wèn)題需要生物學(xué)知識(shí)技術(shù),人口膨脹； 糧食短缺； 疾病危害； 環(huán)境污染； 能源危機(jī)； 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(dǎo)彈”治療腫瘤疾病、自身免疫疾病。 干細(xì)胞治療疾病展示誘人前景。,58,能源危機(jī),礦物能源（石油、煤）必將枯竭，生物能源已在開(kāi)發(fā)之中。 替代能源：一個(gè)20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類(lèi)，加工后可得相當(dāng)于3000 升柴油的燃料。 一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當(dāng)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(kāi)采量。,59,資 源 礦物能源（石油、煤） 必將枯竭，生物能源已在開(kāi)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(lèi)植物。,60,一個(gè)20米直徑的水池年產(chǎn) 4 噸藻類(lèi)，加工后可得相當(dāng)于3000 升柴油的燃料。 一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當(dāng)于 50 噸石油的燃料。,圖為生長(zhǎng)在淡水和海水中的一種硅藻,61,生物學(xué)與現(xiàn)代社會(huì)生活的關(guān)系為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué)？,（二）生命科學(xué)充滿未解之謎 “ 猛犸之謎” “ 恐龍滅絕之謎” 龜鱉家族的長(zhǎng)壽之謎,？,62,生物學(xué)與現(xiàn)代社會(huì)生活的關(guān)系為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué)？,(三)可以使我們更好地認(rèn)識(shí)我們自己 生物學(xué)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(xué)生： /專(zhuān)業(yè) / 生物芯片/ 火星 / 納米材料 社會(huì)科學(xué)專(zhuān)家： /社會(huì)倫理 法律 / 生物技術(shù)和人類(lèi)社會(huì)的關(guān)系 人：認(rèn)識(shí)自己 / dn