复旦大学刘学礼生命科学史笔记课件要点

1绪论一、生命科学的研究对象生命科学（生物学）：既研究生命体的生命活动的现象、本质、规律，又研究生命之间、生命与环境之间的相互关系生命世界：多样性与一致性的辩证统一生命系统：多层次、非线性、高度有序性、开放的、具有耗散结构、远离平衡态的复杂系统层次结构：基本粒子→原子→分子→细胞→组织→器官→系统→个体→种群→生物圈生命科学）生物科学（医学、农学生物学动物学植物学矿物）博物学（植物、动物、的结构》《年沃森、克里克《物种起源》年达尔文《动物学哲学》年拉马克《自然系统》年林耐DNA-1953--1859--1809--1735-/二、生命科学的历史轮廓（一）医学和农业实践经验是生物学知识的源泉从实践开始科学家与常人的不同之处：洞察力、好奇心、想象力、智慧和技巧“J·D·贝尔纳现象”——原式思想发动机《历史上的科学》、《科学的社会功能》（二）古代的生物学研究1.古希腊的生物学研究（1）古希腊自然哲学中对生命起源和生物进化问题的探讨“米利都学派”主要代表人物：泰勒斯→阿那克西曼德→阿那克西米尼把眼光伸向自然恩培多克勒：“四元素说”——水、火、气、土肌肉——1土：1水：1气：1火骨头——1土：1水：2火神经——1土：2水：1火“爱”（吸引）与“恨”（排斥）→宇宙间最基本的矛盾爱的结合长久存在（2）亚里士多德的生物学研究研究了500多种生物，亲自解剖过50多种动物。著作有《动物志》、《动物的运动》、《动物的繁殖》等创立了“种”和“属”的概念，给出了生物分离等级观念（虱类→蠕虫→鱼类→两栖类→爬行类→鸟类→哺乳类→人）解释生物生殖：形式因、质料因分类学的需求引导他研究胚胎、深入本质。了解生命从人类自身开始，先分类2.古代中国的生物学偏重实用文化上关注人与人之间的关系，为人文服务本草著作、农书、园艺书、地方动植物志书：李时珍的《本草纲目》、吴其浚的《植物名实图考》（传统植物学发展的最高峰）、王清任的《医林改错》（人的记忆在脑而不在心）2中国真正的医学研究是在近代产生的（三）近代科学革命与血液循环理论的建立时代背景：文艺复兴大宇宙（天体）——反对托勒密学说哥白尼：1543.5.24《天体运行论》（日心说）伽利略：《对话录》牛顿：1687《自然哲学的数学原理》小宇宙（人体）——反对盖伦医学理论（P4/5）维萨里（近代解剖学奠基人）：《人体的构造》（1543.8.1）塞尔维特：《基督教的复兴》——小循环的发现西班牙医生塞尔维特（1511--1553）经过实验研究发现血液从右心室经肺动脉进人肺，再由肺静脉返回左心室，这一发现称为肺循环。塞尔维特朝发现血液循环的道路上迈出了第一步。他的这一发现首先发表在1553年秘密出版的《基督教的复兴》一书中。塞尔维特的发现触犯了当时被教会奉为权威的盖仑学说。他在1553年被宗教法庭判处火刑，被活活烧死，而且他在被烧死之前还被残酷地烤了两个小时。哈维（近代生理学奠基人）：1628《心血运动论》——血液循环学说的建立相关著作：《人体的构造》：共7卷，分骨骼系统、肌肉系统、脉管系统、神经系统、腹部和生殖器官系统、胸部和内脏器官、脑和脑垂体及眼睛。《基督教的复兴》：用6页左右的篇幅描述了他发现的血液小循环（肺循环），书中还涉及法律、政治、宗教、天文、物理、医学等一系列重大问题。哈维曾对40余种动物进行了活体心脏解剖、结扎、灌注等实验，同时还做了大量的人的尸体解剖。他积累了很多观察和实验记录的材料，并开始怀疑盖仑的血液运动理论。他准备在前辈先驱者研究的基础上，创立血液循环理论。哈维深入地研究了心脏的结构和功能，他发现心脏的左右两边各分为两个腔，上下腔之间有一个瓣膜相隔，它只允许上腔的血液流到下腔，而不允许倒流。哈维接着研究静脉与动脉的区别，他发现动脉壁较厚，具有收缩和扩张的功能；而静脉壁较薄，里面的瓣膜使得血液只能单向流向心脏。结合心脏的结构，这意味着生物体内的血液是单向流动的。为了证实这一点，哈维做了一个活体结扎实验，证明了盖仑学说的静脉系统双向潮汐运动的观点是错误的。哈维的另一个定量实验更否定了盖仑的理论。他进行心脏解剖时，计算心脏搏动72次计算，得出大量的血不可能马上由摄人体内的食物供给，肝脏在这样短的时间内也决不可能造出这么多的血液。惟一的解释就是体内血液是循环流动的。（四）还原论的生命研究1.对生命的物理学研究笛卡尔：哲学方法（机械论）理性思辨哈维：科学方法（实验和定量）博雷利（医学物理学派奠基人）：对肌肉的研究（《动物的运动》）2.对生命的化学研究巴拉塞尔苏斯（医学化学派奠基人）：医药将生理过程当作化学过程研究赫尔蒙脱：柳树实验继承人，定量实验哈勒：胆汁3雷奥米尔：胃液斯巴兰扎尼：胃液、肉汤灭菌实验博蒙特（美国生理学之父）：胃瘘研究（五）对胚胎发育问题的探讨1.古希腊亚里士多德的研究——渐成论2.近代预成论：精源论、卵源论错误理论和主观的观察代表人物：马尔比基（发现毛细血管）、斯旺麦丹、列文虎克（微生物的最早发现者）、哈克素克3.沃尔弗、贝尔、海克尔（生物重演律）的渐成论向预成论的挑战4.新的预成论与渐成论之争：受精卵的各个部分各自发育成什么是否是确定好的（六）生物学的大综合1.细胞学说（胡克、施莱登、施旺）1665年，英国胡克发现细胞（cell，本意为空室）（李善兰是第一个将cell翻译成“细胞”的中国人）观察软木切片1838年植物学家施莱登发表《论植物的发生》1839年动物学家施旺发表《关于动植物的结构与生长的一致性的显微研究》科学的保密与合作类比的思想方法：施旺由植物具有细胞核推测出动物也有细胞核已知是探索未知的基础，有时也是牢笼评价：细胞学说的发现使“从前不可理解的奇迹，现在已经表现为一个过程。这个过程是依据一切多细胞的机体本质上所共同的规模进行的”。（恩格斯）对生物的研究开始统一2.达尔文的生物进化理论达尔文一手拿《圣经》，一手拿《地质学原理》，乘上“贝格尔号”军舰出海！人生有很多的转折点，只是我们没有发现、没有抓住！达尔文观察5年发现生物进化很重要的一点是自然选择（残翅昆虫）。他花了20多年的时间写进化论。比他大20岁的表姐（妻子）是虔诚的基督教教徒生命科学史上的两次革命，一是达尔文生物进化论，二是沃森、克里克DNA结构的确立1831-1836年，“贝格尔号”军舰，自然选择，人工选择大熊猫不灭绝。主人花很多钱为自己的狗配种神创论，目的论，物种不变论围攻自然选择学说赫胥黎和牛津论战赫胥黎VS牛津主教威尔伯福“人究竟是从哪里来的？”最终以科学战胜宗教宣告结束《申报》（1871.5）：西博士大蕴创立种源说；严复《天演论》（1898）——物竞天择、适者生存（将其引入到政治中，带有强烈的社会达尔文主义）；取名：胡适、杨天择、孙竞存进化论在中国很受欢迎。1796琴纳《关于牛痘的病因研究》被拒绝发表，压力很大。康德指其为用畜牲身上的东西玷污神圣的人体。然而接种牛痘的方法在中国很受欢迎。（中国早已有接种牛痘的基础，把将要痊愈的患者身上的痂取下来磨成粉对着初患者的鼻子吹）很多传播生物学思想的是社会学家、哲学家。列宁的评价：达尔文推翻了那种把动植物种看作彼此毫无联系的、偶然的、“神造的”、不变的东西的观点，第一次把生物学放在完全科学的基础上。4马克思、恩格斯的评价：生物进化论“证明了自然界的历史发展”，为自然界的历史观“提供了自然史的基础”。（七）揭示遗传奥秘遗传的研究在18世纪得到重视1.孟德尔之前对遗传问题的研究莫佩蒂伊——对多指形状的遗传研究克尔罗伊特——动植物杂交试验研究人工去雄、套袋达尔文肯定了遗传的物质基础，但错误认为了遗传对象，他认为人的全身都是遗传物质2.经典遗传性研究1865.2.8孟德尔把8年的研究成果进行了宣讲，第二年在布隆科学学会杂志上发表孟德尔将文章寄给了两个人（达尔文和耐格里），但未受重视（大人物对小人物的压制）孟德尔被埋没了35年，直到1900年三个不同地区几乎同时发表了和孟德尔观点相似的文章，被称为“孟德尔定律再发现”这三个人没有优先权，由此可见信息的重要性任何一个科学理论都有一个成熟的过程，超越时代的观点反而不被接受孟德尔个人原因：一生只有3篇互不相干的文章，实在太少。身处修道院，地位不受重视孟德尔（分离定律、自由组合定律）方法：选材好；单因子实验方法；受牛顿等人机械论的影响，采用了单因子变量法假说演绎法；数学统计方法摩尔根（连锁互换定律）（八）分子生物学的诞生和发展达尔文之后的又一次生物学革命科学研究转入分子水平，研究蛋白质、核算等。将物理、化学等理论和技术引入结构学派生化学派信息学派三、生命科学的分科19世纪和以前建立的分科有：植物学、动物学、分类学、微生物学、人类学、真菌学、形态学、解剖学、组织学、古生物学、生理学、胚胎学、进化论、病理学等等20世纪建立的分科和分支学科，包括边缘学科有：遗传学、实验动物学、生态学、病毒学、生物地理学、生物化学等等中国第一人：中国植物学第一人：胡先骕中国动物学第一人：秉志中国生理学第一人：林可胜5四、现代生命科学发展趋势和热点展望（一）发展趋势及其特点1.由分析为主趋向分析与综合的统一2.生命世界多样性和生命本质一致性的统一3.基础研究与应用的统一4.多学科的交叉与融合（二）发展热点展望生物大分子的结构与功能研究；基因组与细胞的研究；基因组研究开展的包括分子水平、以实现遗传、发育和进化为统一目标的综合理论研究；脑科学研究；行为科学研究；生态学研究；人体功能的研究。五、现代生命科学与其它学科的相互作用六、生命科学与社会发展（一）生命科学与农业可持续发展过去靠杂交育种。以后可以改造作物基因（黄金大米）（二）生命科学与能源问题（三）生命科学与人的健康长寿双胞胎姐妹通过肾移植存活///18岁男孩基因治疗死亡（四）生命科学与维持地球生态平衡（五）生命科学与伦理道德问题生物科学最基本问题的探索——生命的本质和生命的起源第一节生命的本质：生命是什么？一、定义生命为何如此之难？1.人们往往都有关于生命的常识经验，而定义了的生命概念可能和常识观念相差甚远2.人们往往从本学科出发，而把某一方面作为生命的本质3.生命现象与非生命现象存在着连续性，而人们定义生命的目的是要把它们明确区分开来。有些生物学家往往把生命的定义问题当作一个回答与不回答对生命科学的发展并没有多大影响的问题。“生物学家并不需要一个生命定义来帮助他们所思考的东西是什么。”——K·斯蒂尔尼·P·格里菲斯《生物学哲学论》。然而，并不是所有的生物学家和哲学家都赞同这样的观点。有些领域（地外生命、人工生命、计算机“数字生命”）如果不定义生命就很难展开工作二、地球上的生命特点如吾所识的生命；如其所能的生命1.物质组成：所以生物都具有基本相似的物质组成（碳基生命）2.结构：地球上直接表现出生命活动的生命都是由细胞构成的3.规律：所有生命几乎都遵循相同的基本规则4.特征：所有生命都处在与外界不断地进行物质和能量的代谢过程中生物在代谢过程中伴随着生长、发育和衰老的过程生物具有自我复制、繁殖和变异的现象6生物对外界刺激都能作出一定的反应（趋光性）生命具有进化的能力三、定义生命的两种方法1.实体定义：从构成生命的物质着眼，把生命看作一类特殊的物质结构或有特殊结构的物质2.功能定义（操作定义）：从生命的基本特征着眼，把生命看作是一种特殊的现象四、人类生命观的演变观：人们对一个根本性问题的总看法1.古代和中世纪：唯心论的生命观；“灵魂”、“活力”（生产力水平低、宗教影响）2.近代早期：机械论的生命观；“动物是机器”、“人是机器”（受牛顿等人影响，“热素”、“燃素”等错误理论）3.19世纪的辩证生命观（1）科学基础：维勒人工合成尿素施莱登、施旺的细胞学说马尔德指出蛋白质的基本公式，并用protein（最重要的）命名之李比希指出蛋白质的重要性超过脂肪和糖类海克尔指出细胞的原生质是由蛋白质构成的达尔文的