自然科学史讲稿第l八讲

1/12牡丹江师范学院教案教研室：教育学教师姓名：姚雯雯授课时间:第九周课程名称自然科学史授课专业和班级2011级科学教育授课内容生命起源和近代遗传说授课学时2学时教学目的通过对生命起源和近代遗传学说的学习，了解近代生物学的重要理论。教学重点孟德尔遗传定律教学难点遗传物质的探索教具和媒体使用多媒体教学教学方法讲授法、讨论法教学过程讲解进化论观点发展情况，引入新课、重点难点讲授、作业和习题布置、问题讨论、归纳总结及课后辅导等内容时间分配(90分钟)一、复习上节课内容二、讲授新课第八讲生命起源和遗传学说一、关于生命起源的探讨1、自生论2、微生物的发现3、胚种论二、遗传学和分子生物学1、孟德尔遗传定律2、分子生物学三、作业：遗传学对现代社会的影响四、本节课的归纳总结：归纳本节课的主要内容、重点和难点。5分钟70分钟35分钟15分钟10分钟10分钟35分钟20分钟15分钟5分钟10分钟板书设计第八讲生命起源和遗传学说一、关于生命起源的探讨二、遗传学和分子生物学1、自生论1、孟德尔遗传定律2、微生物的发现2、分子生物学3、胚种论讲授新拓展内容遗传研究对现代社会的影响课后总结教研室主任签字年月日2/12讲稿讲授内容第八讲生命起源和近代遗传学说一、生命起源的探讨1、自生论古代人类主要是依靠动植物生存，这使古人认识到生物来自生物，即各种生物都是生下来的、长出来的，而且每一种生物都繁殖自己的后代，人的繁殖也是如此。但是最初的生物是从哪来的呢？古人就是以为是变来的。变是创世纪神话的一个基本想法，认为什么东西是可以变出来的，是一瞬间就完成的，不需要条件和过程。各个古老的民族都有类似的传说。古代印度人相信从汗液和粪便里可以突然生出各种寄生虫和苍蝇甲虫。在巴比伦的楔形文字文献中也有运河淤泥生蠕虫的记载。古埃及人认为尼罗河的淤泥经过暴晒就会变成青蛙、蟾蜍、蛇、老鼠等动物。古代科学家德谟克利特、亚里士多德、伊壁鸠鲁等人都认为泥土、污秽物中产生生物。1708年，俄罗斯彼得大帝时代的一个主教说：老鼠、蟾蜍、蝎子和各种蠕虫、小金虫、蝗虫都是从湿土、淤泥、腐败物质中生出。蚊子、小飞虫由露水生成。后来这些生物全部死亡，诺亚洪水后又从这些东西里自生出来。17世纪，比利时医生赫尔蒙特不仅相信垃圾可以变成老鼠，而且还要做赃物变老鼠的实验：一个密封的箱子里装着各种脏东西，21天后打开箱子，里面果然有老鼠。他惊讶地说垃圾产生的老鼠竟然同大老鼠生下的老鼠完全相同，意大利的布瓦纳尼说他他看到腐烂的木头生虫变成蝴蝶，蝴蝶又变成了鸟。此外大生物学家拉马克相信水螅能从污泥中自生，大哲学家黑格尔也说海水能自生鞭毛虫。以上这些说法就被概括为自生论，认为生物可以从无生命物质迅速直接地产生，高等生物可以从低等生物迅速地直接产生。但是这种说法是站不住脚的。首先向自生论发出挑战的是17世纪意大利医生雷地，他做了一个实验，用纱布蒙在肉上，只见苍蝇在纱布下下卵，后来卵生出幼虫。他把肉放在密封的瓶内，几天后肉也未生蛆。他说这些实验表明腐肉不会生蛆。3/12讲稿讲授内容2、微生物的发现到了17世纪末，荷兰的列文虎克发明了显微镜，他用显微镜在雨水、泥土以及酒、黄油、血液、头发、肌肉、牙垢等物质内发现了微生物。列文虎克16岁时辍学，到一家做毡子的小铺当学徒。当时为了检查毡子的质量，需要用放大镜观察。他因此学会了磨制透镜的技艺，并乐此不疲，十分痴迷，以致邻居说他精神失常，他却说：“我原谅他们，因为他们懂得不多。”后来他在故乡代尔夫特市的市政府当看门人使他有更多的时间磨制透镜，终于制成了能放大200多倍的显微镜。他立即怀着极大的好奇心用显微镜观察周围的许多物体。他在雨水中发现了大量的微小生物，他称之为“小动物”。他说他们灵活的游动，一会停止，一会又飞快旋转。1673年，他致函英国皇家，报告自己的显微镜发现。皇家学会起初不太相信列文虎克的报告，就委托两位科学家对显微镜进行验证。结果一向默默无闻的列文虎克由此成为名人。不久他被选为英国皇家学会会员。俄国彼得大帝前来向他表示敬意，英国女王特地驾临代尔夫特，为的就是要看看肉眼看不到的那些奇妙的“小动物”。列文虎克是位业余的科学家，未受过高等教育，缺乏系统的生物学知识。他的魔镜工作与显微镜观察都是单独进行的。他不愿意公开自己的磨镜技术。德国哲学家和科学家莱布尼茨写信对他说：“如果你不把研磨精良透镜的技艺和观察这些新动物的方法教给青年人，那就要失传了”。列文虎克的观察成果具有重要的学术价值。他证实了关于毛细血管的发现，并证实毛细血管连接着动脉与静脉，有力支持了英国哈维的血液循环学说。他描述了鱼、蛙、鸟的红血球以及人的圆盘状血球。他观察并描述了球形、杆形、螺旋形等各种形状的细菌。他在牙垢里发现了大量的“小动物”，比整个王国的居民还要多。他还发现喝热咖啡能杀死一些口腔内的小动物。他说看不见的“小动物”能够杀死和吃掉比它们大得多的动物，例如能吃掉贝类的胚胎，否则运河就会被贝类堵塞。他一生发表了论文402篇，其中《列文虎克发现的自然界秘密》，是微生物学最早的文献。4/12讲稿讲授内容列文虎克观察到微生物，有人却认为这是为自生论提供了新的证据。虽然雷地的实验表明在密封容器里肉几天也没有生蛆，但若用显微镜观察，立刻就会看到肉块上有数不清的微生物。于是有人认为各种动物都是由微生物变成的。而微生物是由无机物变成的，自生论似乎找到了新的更有力的证据。这一时期，科学家们在实验和理论方面做了大量的争论，到底微生物是从哪来的？空气中氧是否能自生微生物？这些观点与争论一时难以用精确的实验做出判断。法国的巴斯德同普谢的争论才能使研究有了实质性进展。3、巴斯德的胚种论巴斯德在巴黎高等师范学院学习时，由于做实验太认真，被同学称为“实验室的台柱”。他在大学任化学教授时，发现不同的酵母菌其发酵的结果也不相同，例如酒精与乳酸就是由不同的酵母菌形成的。普谢是法国里昂博物院院长。他二人的争论是从1858年12月开始的，当时普谢发表一篇论文说，许多人认为空气中含有微生物的种子，可是他的实验表明，微生物是可以在同空气隔绝的情况下发生的，可见并非来自空气。巴斯德对此表示怀疑。他在瓶子里装进经过杀菌的营养液，瓶口放一团棉花，液体没有腐败。若是把黏着灰尘的棉花放进瓶内，不久瓶内就出现了微生物。巴斯德的解释是空气中的微生物的胚种粘在棉花上了。普谢反驳说，棉花是有机物，所以能滋生微生物。巴斯德用矿物质石棉取代棉花，实验结果是相同的。巴斯德还特制曲颈玻璃瓶，瓶颈大角度弯曲，把其中的营养液煮沸，瓶口虽然敞开，但瓶内却未见微生物。他说胚种比空气重，胚种不能延弯曲瓶颈自下而上地进入瓶内。若使瓶子倾斜，使液体接触瓶口，就会变质。普谢问，如果空气中到处都是胚种，那岂不成了黑雾？于是巴斯德提出，胚种在空气中的分布同高度有关。他想乘坐气球到高空中去研究，但是没有条件。于是他几次带着盛有培养液的瓶子登山，包括4000多米高的冰河地带，分别在不同的高度打开一些瓶子，同空气接触后再密封瓶口。他发现地点越高，培养液就越不容易变质。同巴斯德针锋相对，普谢带着两个学生也登上5000米高山，宣布所有密封瓶内都出现了微生物。他们说：“新5/12讲稿讲授内容的微生物可以由周围的有机物变成，并不一定需要父母，这算是已经证实了”。双方在高山上爬上趴下，争论仍无结果。巴斯德还用血液、尿液做实验，普谢等人同样不相信这些实验结果，其实双方的实验都不是在理想状态下进行的，影响实验结果的因素很多，可重复性不高，都给对方留下挑剔质疑的余地。法国科学院认为，巴斯德的实验扫除了自生问题。巴斯德认为生命既不可能从无生命物质中自生，也不可能由人来创造，那生命就只能来自于生命的胚种。空气和水中到处都是有生命的胚种，他估计1立方厘米的塞纳河水中含5000-13000个微生物，不洁净的空气和水里就更多。生命的胚种保持原来的类型，一个种不可能直接变成另一个种。巴斯德的这种观点可称为“生命胚种论”。既然生命只能来自生命，那第一个生命的胚种又是从哪来的呢？巴斯德说我只能向这个奥秘低头，因为“研究始源问题并不在科学范围之内，科学只能承认证明的事实和现象”。自生论本来是关于生命起源的一种看法，巴斯德用实验冲击了自生论，却取消了生命的起源问题。但他的实验对微生物研究有重大意义。更为重要的是他的微生物研究应用于医学和食品工业，创造了巨大的社会经济价值。长期以来，医生们认为手术感染是“腐肉生蛆”的自然现象，对此没有办法，所以手术病人的死亡率很高，当时英国著名外科医生李斯特，他的手术病人的死亡率也有45%，所以当时外科医生被称为刽子手，有的国家不得不禁止一些手术。李斯特从巴斯德的研究中认识到细菌是手术感染的祸首，1865年，他率先在手术中实施消毒，病人死亡率很快下降为15%，为此荣获英国国家奖励。巴斯德认为疾病同发酵一样，也是由微生物引起的。他发现了产褥病、炭疽病、鸡霍乱病、狂犬病等病原菌、病毒，发明了一些疫苗。此外，他关于醋、酒的研究和食品保鲜法的发明，同人们的生活密切相关，所以他在法国民众中享有盛誉。法国在普法战争中战败，割地赔款，法国人说，“法兰西是有希望的，因为我们有巴斯德。”英国生物学家赫胥黎在英国皇家学会说：“1870年普法战争，法国的赔款50万法郎之多，可是巴斯德个人的各项发明所增加的6/12讲稿讲授内容财富，已足以抵偿那个损失了。”二、遗传学拉马克、达尔文谈论物种进化时，都谈到了遗传，只有变异而没有遗传，新种也不可能形成。不明白遗传的机理，就不可能科学地说明个体的发育。亚里士多德说子女常有父母的特点，通常女多似母，子多像父，但有时正好相反。畸形父母生畸形子女，但遭受伤残者所生子女大多是健全的。所以遗传没有确定的规律。18世纪，法国物理学家莫培督对遗传现象提出了猜想。他认为父母亲的每一种器官都含有一种特定的“生机体”，如眼镜中含有眼镜的生机体。父母亲把各种器官的生机体传给子女，胎儿是许多生机体的综合体。所以父母有什么样的器官，子女就会有什么样的器官。为什么各种器官有固定的位置？因为生机体有记忆力。记错了便是怪胎，记住了错误的位置，怪胎就会遗传。他认为有一种特殊的物质主观遗传，这种物质能记住信息，这是很宝贵的，但可惜都是思辨性的猜测。1、孟德尔遗传定律任何一门学科的形成与发展，总是同当时热衷于这门科学研究的杰出人物紧密相关，遗传学的形成与发展也不例外，孟德尔就是遗传学杰出的奠基人。他揭示出遗传学的两个基本定律——分离定律和自由组合定律，统称为孟德尔遗传规律。1822年出生于当时奥地利海森道夫地区的一个贫苦农民家庭，他的父亲擅长于园艺技术，在父亲的直接熏陶和影响之下，孟德尔自幼就爱好园艺。1843年，他中学毕业后考入奥尔谬茨大学哲学院继续学习，但因家境贫寒，被迫中途辍学。1843年10月，因生活所迫，他步入奥地利布隆城的一所修道院当修道士。从1851年到1853年，孟德尔在维也纳大学学习了4个学期，系统学习了植物学、动物学、物理学和化学等课程。与此同时，他7/12讲稿讲授内容还受到了从事科学研究的良好训练，这些都为他后来从事植物杂交的科学研究奠定了坚实的理论基础。1854年孟德尔回到家乡，继续在修道院任职，并利用业余时间开始了长达12年的植物杂交试验。在孟德尔从事的大量植物杂交试验中，以豌豆杂交试验的成绩最为出色。经过整整8年（1856-1864）的不懈努力，终于在1865年发表了《植物杂交试验》的论文，提出了遗传单位是遗传因子（现代遗传学称为基因）的论点，并揭示出遗传学的两个基本规律——分离规律和自由组合规律。这两个重要规律的发现和提出，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础，这也正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。孟德尔用22个豌豆种子作为杂交实验对象。他又选择7对相对性状作为观察对象。种子外形、子叶颜色、种皮颜色等等，这7对性状差别明显，容易辨认。通过实验，他发现第一代表现出一种性状。然后他使第一代自花传粉，发现在第二代中两种性状分离出来，都得到表现，比例大约是3:1。有可靠的实验结果，就要在此基础上建构可信的理论。3:1的比值引起了孟德尔的高度重视，成为他理论的切入点，由此提出了