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1、基础生物学 Basic Biology,授课专业：地理科学专业 授课教师：方元平 ,绪 论,岩石圈的上层 全部水圈 大气圈的下层,生物圈(biosphere)：,指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所；包括：,飞翔的鸟类最高离地面可达2000m; 生活在海底的细菌深达11000m; 大多海洋生物则是聚集在150m深度以内的； 生物只局限在地下深约50m以内土壤中。,绪 论,生物和它所居住的环境共同组 成生物圈（biosphere）。,45亿年前地球形成,38亿年前生命出现,生物经历了低级高级；水生陆生；简单复杂的演化，现在仍在演化中。,生物对环境的要求是严格的。,物种数：已知的约有200
2、万种，算上已经绝灭的生物（1500万种），至少有1700万种。,大到有20-30m长的蓝鲸，重达100多吨；,绪 论,复旦大学生命科学学院病毒研究室发现的中国小麦花叶病毒(Chinese Wheat Mosaic Virus)，简称CWMV,各 种 细 菌,正是生物这种形式多样、千奇百怪、 仪态万千的生命形式，才使我们的地球生机勃勃，我们的生活丰富多彩。,绪 论,第一节 什么是生命？ 第二节 人类研究生命的不懈努力 第三节 生命科学研究方法 第四节 生物学的分科 第五节 生命的结构层次,目 录,什么是生命？ 初看起来, 这是一个常识问题。仔细推敲，却很难用一、二句话说清楚。,一 、 什么是生命
3、？,特征 是生物, 可能不 不是生物,可能 表现此特征 表现此特征 运动 植物 河流 生长 成年动物 山脉 新陈代谢 古莲子 云朵 繁殖 休眠孢子 火焰 应答 植物人 机械,至今还没有一个为大多数科学家所接受的关于生命的定义。 但是可以提出一些生命的共性。,一 、 什么是生命？,生长 繁殖和遗传 细胞 新陈代谢 应激性,一 、 什么是生命？,生命的特征(生物的共性)：,一 、 什么是生命？,（一）生长(growth),生物普遍具有的特征。,一 、 什么是生命？,（二）繁殖和遗传,遗传-人,生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。 遗传学家和模特儿,（二）繁殖和遗传,一 、 什么是生命？
4、,（二）繁殖和遗传,生命靠繁殖得以延续。 遗传：生物有机体在繁殖时，通常都产生与其自身相似的后代的现象。,变异：后代与亲代以及后代各个体之间总有 些差异的这种现象 特点：遗传是相对的和保守的，而变异则是 绝对的和前进的,Dominant Traits Recessive Traits,一 、 什么是生命？,（二）繁殖和遗传,假如仅有变异而无遗传 ：,意 义：,遗传性：保证种的相对稳定性和生物类型间的区别,产生新的性状 导致物种的变化发展,假如仅有遗传而无变异：,变异性：,生物界就无进化的原材料 遗传只是简单的重复 生物就不能进化,变异就不能延续 无法形成稳定的新类型 生物也不能进化,一 、 什
5、么是生命？,合成作用(anabolism)(同化作用assimilation)： 从外界摄取物质和能，将它们转变为生命本身的物质和贮藏在化学键中的化学能 分解作用(catabolism)(异化作用dissimilation)： 分解生命物质，将能释放出来，供生命活动之用 生物必须从外界摄取自由能来保证甚至加强它的有序状态,（三）新陈代谢,物理运动化学运动生命运动 最高级运动形式 ATP,一 、 什么是生命？,（四）应激性 (irritability),接受外界刺激合目的的反应趋吉避凶 趋性(taxis) 单细胞生物 向性(tropism)植物的不平衡的生长运动,一 、 什么是生命？,生物体能对
6、由环境变化引起的刺激作出相应的反应。,（四）应激性 (irritability),应激性 （色、香、味、触、闻),一 、 什么是生命？,(五) 同一性,分子成分：蛋白质、核酸、脂、糖、维生素等多种有机分子。 氨基酸、核苷酸、ATP、葡萄糖各类生物完全一致。,各种生物的基本代谢过程一般也是同一类型的 （如糖酵解、三羧酸循环）,元素成分：C、H、O、N、P、S、Ca etc. 并不存在生命所特有的元素。,特殊的生命 病毒,一 、 什么是生命？,病毒是一类体积非常小，结构极其简单，性质十分特殊的非细胞生命形式。,一 、 什么是生命？,没有细胞结构；只有一种核酸DNA或RNA；专性活细胞内寄生，靠宿主
7、代谢系统的协助来复制、合成，进行增殖。,活力论：非物质或超物质的力 特创论：上帝的意志 机械论：与机器来比 还原论：生命运动的规律可以还原为物理的和化学 的规律 整体论：各组成部分规律的相加，不等于整体的规 律,二、关于生命本质的一些理论,第一节 什么是生命？ 第二节 人类研究生命的不懈努力 第三节 生命科学研究方法 第四节 生物学的分科 第五节 生命的结构层次,目 录,一 、探索生命奥秘的起始,亚里士多德，382-322 B.C 动物志 德奥弗拉斯特，373-286 B.C 植物乔木、灌木、草本的分类确定。,1543, 比利时，维萨里(1514-1564),人体的结构 1628, 英国，哈维
8、(1578-1657), 心血循环论 1665, 胡克(1636-1702), 显微图谱,一 、探索生命奥秘的起始, 宋 贾思勰齐民要术 明 李时珍本草纲目 在生产和医疗中应用突出，没有形成真正的科学体系,巴斯德在实验室里,曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论”,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,19世纪是科学上实现大综合的时代。,能量守恒和转化定律物理学。 元素周期律化学。,生物学： 施旺（Schwann） 细胞学说 达尔文（Darwin） 生物进化论 孟得尔（Mendel） 遗传学定律,显微镜的发明与细胞的发现, 细胞学说,显微镜是在16世纪末发明的，第一架复式显微镜由荷兰眼镜制造商詹森（
9、Janssen）兄弟于1590年试制成功的。,17世纪（1665年）英国学者虎克用显微镜观察软木薄片，第一次发现了细胞（cell-小室）。, 细胞学说的建立,1838年德国 植物学家施莱登提出所有植物体都是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家施旺（1839年）在动物中证实。 由此提出“细胞学说”,二、细胞学说、进化论 和经典遗传学,细胞学说的提出19世纪自然科学的三大发现之一。,细胞生物学的进展,达尔文和物种起源,二、细胞学说、进化论和经典遗传学, 进化学说的发展,Carolus Linnaeus (1707-1778)/林奈 瑞典分类学家,物种不变论/晚年承认物种在一定条件下可以变化。,神
10、创论 创立现代生物分类学的基础。但他按照旧约创世纪的记载，认为人是上帝创造的。“上帝一开始创造了多少不同的形式，现在就有多少物种”。, 进化学说的发展,布丰Buffon（1707- 1788）法国博物学家 认为物种是可变的/Individuals of species change over time，特别强调环境对生物的直接影响。,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,Lamarck (1744-1829) 拉马克 French Scientist 法国生物学家,两条著名法则 用进废退 获得性遗传,第一个提出系统的生物进化学说的坚定的进化论学。 1809年动物学哲学，先于达尔文50年提出一个系统
11、的进化论。,Lamarks Theory,用进废退：是指一种动物由于若干世代中经常使用某器官，就会使该器官得到发展；或者历代少用甚至不用某器官，就会使该器官退化以致完全丧失。 获得性遗传：因环境影响或用进废退所获得的变异性质，可通过繁殖遗传给后代。,自然选择学说（达尔文主义）, 英国博物学家华莱士（Wallace),1858年提出了生物进化的见解，和达尔文结论如出一辙。 英国人达尔文（Darwin)，1859年出版了一书。 Charles Darwin(18091882），22岁就到“贝格尔号”作环球旅行，5年间（18311836）他收集了大量的动植物资料，为达尔文主义打下了坚实的基础。,Ch
12、arles Darwin (1809-1882),英国博物学家。22岁以不支取薪金的博物学者的身份登上英国海军舰艇贝格尔号，作5年探险航行。 Naturalist/ Sailed on HMS Beagle at the age of 22 Dec. 27, 1831 - Oct. 2, 1836 Position: unpaid naturalist,贝格尔号军舰,1831年11月，贝格尔号探险船出发进行环球探险调查 1835年的夏天，贝格尔号到达太平洋东部，离南美洲西海岸965 km的加拉帕戈斯群岛。考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。,加拉帕戈斯群岛 Galapgos Is
13、lands (Archipelago),Darwin发现，岛上26种陆栖鸟类中，有25种是特有的，15种海栖鱼类全部是新种，25种甲壳虫中只有23种是南美洲也有的，185种显花植物中新种为100种。, Unique to each island/每个岛的龟各不相同 Each island habitat unique/每个岛的生境各不相同,加拉帕戈斯的龟,随着贝格尔号长达5年的航海探险考察后，1836年10月，Darwin回到了英国。,整理和收集资料：1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus的人口论，进一步认识到生存竞争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着更加适应于环境
14、的方向变化。 生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。 1858年，英国年青的博物学家Wallace给Darwin写信，阐述他通过对马来西亚群岛动植物的考察所得出的生物进化的结论。 同年，Darwin和Wallace在英国Linnaean学会上公布了他们各自的论文和摘要。,Charles Darwin (1809-1882),1859 On the Origin of Species by Means of Natural Selection ,1859年，Darwin物种起源终于问世。,1858年，Darwin 、Wa
15、llance各自发表自然选择学说的论文 1859年，Darwin物种起源 1860年6月30日，牛津大学图书馆 神创论与进化论的辩论会 牛津大主教Wilberforce vs. Huxley Beagle号船长Fitzroy手持圣经高叫：“我为接纳达尔文参加Beagle号航行而深感遗憾。”,Did Man evolve from Apes?,When Charles Darwin published The Descent of Man in 1871, he challenged the fundamental beliefs of most people by asserting that
16、 humans and apes had evolved from a common ancestor. Many critics of Darwin misunderstood his theory to mean that people had descended directly from apes. This caricature of Charles Darwin as an ape appeared in the London Sketch Book in 1874.,孟德尔遗传的基本规律,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,孟德尔（18221884）从 1856 年起开始豌豆试验。
17、 孟德尔的基本方法是杂交。他挑选了七对性状。 经过近 10 年的潜心研究，孟德尔发表了他的研究报告。其内容可概括两个定律。,豌豆杂交操作,孟德尔研究的七对性状,依据上面的试验结果，孟德尔认为，每株豌豆植株中的每一对性状，都是由一对遗传因子所控制的，遗传因子有显性因子和隐性因子之分。,孟德尔遗传的基本规律,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,在孟德尔以前，人们看到遗传现象，猜想遗传是有规律的，甚至在农牧业育种中实际运用了遗传规律，但是，一直找不到研究遗传规律的恰当方法。,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,孟德尔学说的重要意义,（1）孟德尔第一次明确提出遗传因子的概念, 并且提出了遗传因子控制遗传性
18、状的若干规律：,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,（2）孟德尔提出了杂交、自交、回交等一套科学有效的遗传研究方法，来研究遗传因子的规律。孟德尔创立的这套方法一直沿用到 1950s，才被分子遗传学方法取代。,今天，从遗传学研究衍生出来的基因工程技术，已构成生物技术的核心，在实际应用中显示出极大的潜力。,孟德尔遗传的基本规律,二、细胞学说、进化论和经典遗传学,三、分子生物学的诞生和发展, 从微观到宏观 分子 细胞 整体水平 高度分化和高度综合的辨证统一 现代生物学的高度分化，各学科的相 互渗透，新学科或边缘学科的产生。,第一例基因工程实验,三、分子生物学的诞生和发展,1953年DNA分子的双螺旋结
19、构模型是分子生物学诞生的标志。它从分子水平上阐述生命现象。,沃生和克里克在讨论DNA双螺旋模型,三、分子生物学的诞生和发展,常用的分子生物学技术有： 聚合酶链式反应（PCR） 随机片段多态扩增（RAPD） 基因分离技术 凝胶电泳技术 探针杂交技术等 目前分子生物学技术已成为基因工程技术、人类基因组计划、后基因组计划等研究领域所应用的核心技术。,三、分子生物学的诞生和发展,第一节 什么是生命？ 第二节 人类研究生命的不懈努力 第三节 生命科学研究方法 第四节 生物学的分科 第五节 生命的结构层次,目 录,第三节 科学方法,一、生命科学研究的特殊性,1、非生命科学研究的实体，一般具有固定不变的特性
20、，主要研究某些实体的共性。而生命科学研究的实体却是活的、易变的，常常既要研究其共性，又要研究其个性。 2、生物体高度的复杂性和组织性，是非生命系统难以比拟的，因而，要把握生命系统中某一现象发生的全部条件和原因极其困难。 3、生物学研究常常难以定量，生物学定律一般只是定性描述。 4、依据生物学定律作出的预测，一般是概率性的，而不是严格确定的。,1. 仪器、科学知识 2. 人类染色体46。E. Hansen-Melander,通过各种手段从客观世界中取得第一手材料，并对这些材料进行整理、加工，从中找出规律性的东西,第三节 科学方法,二、观察和描述,3.外部观察和外部形态描述：分类学。 尔雅、本草纲
21、目、亚里士多德对500种动物的描述分类、林耐的双名法等。,动物模型代替人 机械和电子模型对动物功能进行模拟实验 - 仿生学 用模型研究时间上极为遥远的事件。 抽象模型。计算机模拟。,（二）模型实验,第三节 科学方法,三、生物学实验,（一）假说和实验 疟疾、蚊子、疟原虫, 假说和实验,实验是人为地干预、控制所研究对象的条件下进行的观察。,用实验的方法研究客观事物，要求根据已有的事实(来自观察或来自实验)提出假说，再根据假说推导出一个可以用实验加以检验的预测，然后实施这个实验来加以验证。,复旦大学脑研究所：脑活动光学成象系统实验对象猴子,第一节 什么是生命？ 第二节 人类研究生命的不懈努力 第三节
22、 生命科学研究方法 第四节 生物学的分科 第五节 生命的结构层次,目 录,1. 系统分类: 植物学、动物学、藻类学、微生物学、昆虫学、鸟类学、鱼类学等 2. 结构、机能以及各种生命过程: 解剖学、组织学、细胞学、生理学、遗传学、胚胎学、生态学 3. 从微观到宏观的不同层次: 分子生物学、细胞生物学、种群生物学 4. 与其他学科交叉: 生物化学、生物物理学、生物数学、仿生学等,四、生物学的分科,第一节 什么是生命？ 第二节 人类研究生命的不懈努力 第三节 生命科学研究方法 第四节 生物学的分科 第五节 生命的结构层次,目 录,生物大分子、细胞器、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落和生态系统,五、生命的结构层次,考试、考察的方式,综合评定 学生 的学 习成果,平时成绩 期末考试 实验成绩,3个方面,实验态度 操作技能 实验报告 考核成绩,科技小论文 平时作业 出勤情况,