王微 第1講 踏進生命科學殿堂

生命科學導論1人之初被精子包圍的卵子2“一出生就有人告訴我們，生活是場賽跑，不跑快點就會慘遭蹂躪，哪怕是出生，我們都得和3億個精子賽跑?！盬asborn,andtheytoldusthatlifeisaracefield,donotrunfasterwillberavaged,evenifitisborn,wehadto,and300millionspermrace

316個星期之后，受精卵發(fā)育成初具雛形的胎兒4同時，人口問題卻又是人類社會面臨的極大挑戰(zhàn)。

新生命的誕生使人們歡欣鼓舞人口

60億13億長江春運5621世紀面臨的世界性難題人口population6721世紀面臨的世界性難題7研究人員培育的“超級水稻”在產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量兩方面均優(yōu)于尋常品種產(chǎn)量？品質(zhì)？聯(lián)合國糧農(nóng)組織水稻研究所（菲，馬尼拉）:綠色革命8921世紀面臨的世界性難題9這是最早一份關(guān)于環(huán)境對生物種群影響的研究

工業(yè)化前英國鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)；工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因為黑煙污染了環(huán)境，黑色蛾子更易藏身。10

工人正在向被石油污染的海灘噴灑營養(yǎng)液，促使吃石油的細菌長起來。1121世紀面臨的世界性難題12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。13墨西哥荒原中的仙人掌類植物14一個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151621世紀面臨的世界性難題16

80年代，在美國發(fā)現(xiàn)第一例艾滋病，至今美國已有>106

感染者。

E.Johnson是洛杉磯湖人隊球星，1991年被檢查出為HIV病毒陽性。17資料：人類免疫缺陷病毒（HumanImmunodeficiencyVirus，HIV），顧名思義它會造成人類免疫系統(tǒng)的缺陷。1981年，人類免疫缺陷病毒在美國首次發(fā)現(xiàn)。它是一種感染人類免疫系統(tǒng)細胞的慢病毒（Lentivirus），屬反轉(zhuǎn)錄病毒的一種。至今無有效療法的致命性傳染病。該病毒破壞人體的免疫能力，導致免疫系統(tǒng)的失去抵抗力，而導致各種疾病及癌癥得以在人體內(nèi)生存，發(fā)展到最后，導致艾滋病（獲得性免疫缺陷綜合癥）。18兩個月時，因輸血染上艾滋病的男孩。19第1講踏進生命科學的殿堂

一、為什么要上《生命科學導論》課二、21世紀將是生命科學的世紀三、生命科學向我們每個人走來參考書20

《生命科學導論》（公共課）主編張惟杰高等教育出版社2002，

[面向21世紀課程教材]參考書21一、為什么要開設(shè)《生命科學導論》課？

1．高等教育的目標

全面素質(zhì)教育有一定專業(yè)方向的全面素質(zhì)的培養(yǎng)，面對多個方面的挑戰(zhàn)

職業(yè)教育從事某一種職業(yè)的訓練和準備

人是物的附件以人為本22哈佛大學教學計劃說明中一段話

“……everyHarvardgraduateshouldbebroadlyeducatedaswellastrainedinaparticularacademicspecialtyorconcentration.”

每一個哈佛畢業(yè)生應該受到

廣博教育并且還應在專門的學科方面得到一定的培訓.”

23哈佛大學核心課程主要包括六大門類

1.各國文化2.歷史研究3.文學美術(shù)4.道德倫理5.科學:數(shù)學,生命科學6.社會分析

著重點:

人格的養(yǎng)成；思辨能力和思維習慣的養(yǎng)成；分析、把握和解決問題的能力的養(yǎng)成。24

人格的養(yǎng)成----

從歷史及文化角度，

理解人類社會發(fā)展,

認識個人與社會聯(lián)系,

養(yǎng)成歷史感和責任感。

思辨能力和思維習慣的養(yǎng)成----

準確地認識和把握事物，慎密的分析和綜合，冷靜的歸結(jié)和對策252、“公共基礎(chǔ)”由哪些板塊組成？

數(shù)理化畢業(yè)設(shè)計專業(yè)課專業(yè)基礎(chǔ)課政治人文計算機外語

生物26

1980s以來，世界著名大學如MIT等，紛紛把生物類課程列為全校必修課.

1995年以后，國內(nèi)重點理工科大學陸續(xù)把生物類課程列為全校非生物類專業(yè)大學生的限選或必修課程。

27這是因為人們意識到，21世紀

將是生命科學的世紀

面向21世紀的大學生應有生命科學基礎(chǔ)，而不應該成為

“生物盲”

28二、21世紀將是生命科學的世紀1．帶頭學科近300年來（17-20世紀）物理學一直作為帶頭學科17世紀中葉牛頓經(jīng)典力學18世紀中葉（蒸汽機）工業(yè)革命19世紀中后電氣革命20世紀初

量子論、相對論和核物理標志著物理學革命性飛躍。20世紀上半葉被稱為“現(xiàn)代物理學黃金半世紀”物理學主導著工業(yè)革命和經(jīng)濟發(fā)展,帶領(lǐng)著天文、地質(zhì)、氣象、化學等學科發(fā)展29

薛定諤（ErwinSchrodinger,1887-1961）

是一位近代物理學家，他試著跨越物理世界/生命世界之間難以逾越的鴻溝。他所寫的小冊子《生命是什么》是一個偉大嘗試。21世紀：生命科學將成為帶頭學科

“牛頓以來的物理學把宇宙統(tǒng)一為一個整體，同時卻把我們的世界一分為二——物理世界和生物世界”。..30

面對復雜系統(tǒng)的許多問題，科學界把目光轉(zhuǎn)向生命科學，尋求

新的概念，新的觀點，新的思路。31維納（N、WRENER）控制論的奠基人《控制論》

（關(guān)于在動物和機器中控制和通訊的科學）貝塔朗菲（L、BERTALANFFY）生物學家，系統(tǒng)論的奠基人《機體生物學》申農(nóng)（SHENAN）信息論的奠基人信息論在生命科學中得到廣泛應用32

面對工業(yè)發(fā)展所帶來的愈益嚴重的社會問題

人口糧食環(huán)境

資源健康等等

人們意識到要從生命科學中去尋求出路。33

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）2、從傳統(tǒng)生物學到現(xiàn)代生命科學

——生命科學能夠迎接21世紀的挑戰(zhàn)

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）34（1）描述生物學階段（19世紀中葉以前）

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化脈絡

達爾文《物種起源》（1859）35

22歲的達爾文開始貝格爾艦航行36《貝格爾艦環(huán)球航行記》一書為達爾文以博物學家身份參加貝格爾號環(huán)球勘探工作的見聞，細致觀察并詳細記錄了關(guān)于動物、植物和地質(zhì)方面大量的材料，為后來生物進化觀念的形成打下了基礎(chǔ)。

37（2）實驗生物學階段（19世紀中到20世紀中）

利用各種儀器工具，通過實驗過程，探索生命活動的內(nèi)在規(guī)律38巴斯德在實驗室里39資料：巴斯德效應1861年巴斯德發(fā)現(xiàn)，在厭氧條件下，向高速發(fā)酵的培養(yǎng)基中通入氧氣，則葡萄糖消耗減少，抑制發(fā)酵產(chǎn)物積累。即呼吸抑制發(fā)酵的作用。相比起足氧的情況，酵母在缺氧的情況下消耗更多的葡萄糖。這就是所謂的巴斯德效應。用簡明的語言總結(jié)巴斯德效應為:發(fā)酵是一種能幫助很多生物度過惡劣環(huán)境的代謝途徑，但它并不經(jīng)濟。

40（3）創(chuàng)造生物學階段（20世紀中葉以后）

分子生物學和基因工程的發(fā)展使人們有可能“創(chuàng)造”新的物種。41華生和克里克在討論DNA雙螺旋模型42第一例基因工程實驗433、生命科學如何發(fā)揮它的重要作用？現(xiàn)代儀器設(shè)備的武裝是生命科學發(fā)展的必要條件。生命科學必須和物理科學、工程科學等其他學科相結(jié)合

從我國科學發(fā)展規(guī)劃看生命科學的重要性

44（1）從我國科學發(fā)展規(guī)劃看生命科學的重要性自然科學基金五年計劃國重項目

基礎(chǔ)研究應用研究863高科技和新型產(chǎn)業(yè)項目攀登計劃

973國家重大基礎(chǔ)研究項目：農(nóng)業(yè)能源材料信息環(huán)境和生態(tài)人口與健康45（2）生命科學必須和物理科學、工程科學等其他學科相結(jié)合

21世紀是生物的世紀，但生物學要有大突破必須尋求物理學科等其他學科的支持。46

現(xiàn)代儀器設(shè)備的武裝是生命科學發(fā)展的必要條件47早期的光學顯微鏡48電子顯微鏡49

世界著名大學著手組建生命科學和其他學科交叉滲透的綜合實驗中心普林斯頓大學以發(fā)育生物學家謝利?蒂夫曼為首，集中12名資深教授(生物學、物理學、化學、數(shù)學、工程)成立嶄新的研究中心斯坦福大學朱棣文(物理學)和詹姆斯?斯布迪許(生物學)等建立一個研究中心,50名成員。（Bio-X計劃）50三、生命科學向我們每個人走來

1.生存與健康2.交叉學科和邊緣領(lǐng)域同時提供機會與挑戰(zhàn)3.新世紀的大學生不能沒有現(xiàn)代生命科學基礎(chǔ)知識511、生存與健康

另一方面人類面臨一批新型疾病的威脅

心血管病糖尿病艾滋病癌癥新傳染病

一方面醫(yī)療保健的發(fā)展,生活質(zhì)量的提高,

使人均壽命延長

食品保障食品安全522、交叉學科和邊緣領(lǐng)域同時提供機會與挑戰(zhàn)人文科學

物理學計算機科學

天文學

數(shù)學

化學

生物學

農(nóng)學

醫(yī)學

工程學

心理學

生物物理學

生物化學

生物數(shù)學

宇宙生物學

人工智能學

植物生理學

育種學

昆蟲學

植物病理學

人體及動物生理學

藥理