《普通生物学》第二版讲义――第1章.陈阅增普通生物学绪论

普通生物学(Generalbiology)生物科学研究什么？•生物学(biology)或生物科学(biologicalsciences)是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学，因此，又称为生命科学(lifesciences)。广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。•生物学研究生物体的形态、构造、行为、机能、演变及其与环境间相互关系等问题的学科。第一章绪论一、地球与生命二、生命的特征三、生物多样性与五界分类系统四、生物学分科五、生物学的常用研究方法六、生物学的历史发展简况七、生物学与现代社会生活的关系—为什么要学习生物学八、如何学习普通生物学一、地球与生命•迄今为止唯一发现有生命的星球(地球45亿年前形成,生命38亿年前出现)•为什么地球适合生命生存？•地球和生命协同进化•其他星球上有生命吗?•地球上生物的分布•岩石圈、水圈、大气圈----生物圈•飞翔的鸟类最高离地面可达2000m•细菌生活在深达11000m的海底•细菌生活在地下深达2000m的石油矿床•赤道和南极极地但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以内的土壤中。二、生命的特征•（一）结构、组成的统一性•1.化学成分的同一性化学元素、生物大分子、遗传密码、贮能分子、生物过程等。•2.严整有序的结构生命的基本单位是细胞---有序性整个生物界是一个多层次的有序结构：细胞→组织→器官→系统→个体↓生态系统←群落←种群细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）二、生命的特征•（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能3.生物的新陈代谢（metabolism)生物最基本的特征•新陈代谢是指生物和周围环境不断进行的物质的交换和能量的流动，生物吸收一些物质,在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外的过程。合成代谢（anabolism)：即从外界摄取物质和能,将它们转化为生命本身的物质和储存在化学键的化学能；也称同化作用。分解代谢（catabolism)：即分解生命物质,将能量释放出来,供生命活动只用；也称异化作用。二、生命的特征•4.生物的应激性和运动生物体对外界刺激发生符合目的反应的特性，叫做应激性。•5.生长（growth)发育、繁殖二、生命的特征•（三）遗传、变异和进化•6.遗传、变异和进化遗传(heredity)：遗传物质从上代传给下代,从而使上代的形态特征或生理特性等性状在下代得以表现。上代和下代之间以及后代个体之间总有些差异，这种现象叫做变异(variation)。遗传和变异都是普遍的生命现象,二者同时存在。进化：生物即有遗传又有变异，构成了生物进化的历史。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漂亮的模特儿遗传学家生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质二、生命的特征•（四）适应环境•7.稳态(homeostasis)稳态：贝而纳(C.Bernard)、坎农(W.B.Connon)生态系统保持相对稳定也是一种的稳态.•8.适应(adaptation)二、生命的特征（一）组成、结构的统一性（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能（三）遗传、变异和进化（四）适应环境生命是具有以上共同特征的物质存在形式能量流信息流进化流三生物多样性与五界分类系统•1.生物多样性分布广泛（生态系统多样性）种类繁多（物种多样性）形态各异（遗传多样性）正是生物这种形式多样、千奇百怪、仪态万千的生命形式，才使我们的地球得生机勃勃，我们的生活丰富多彩。三生物多样性与五界分类系统•地球上已命名的生物约有200万种，其中植物26万种、昆虫75万种、脊椎动物50万种。已灭绝的生物约有1500万种。据科学家估计，地球上共有生物500-3000万种。生物多样性公约(CBD)•1992年6月，150多个国家首脑在巴西里约热内卢召开的全球首脑会议上签定，至今，这一公约已经得到189个国家的认同和加盟，从而使之成为至今为止范围最广的环境公约。《生物多样性公约》的宗旨--生物多样性的保护、生物资源的可持续性利用，以及基因资源既得利益的平等分享。1993年12月29日《生物多样性公约》作为野生生物保护新框架生效,1994年12月19日,联合国大会宣布12月29日为“国际生物多样性日”2.生物的命名林奈及其双名法1735出版《自然系统》首创纲、目、属、种的分类概念制订了一个统一的生物命名法．即二名法(binomialnomenclature)。•二名法（拉丁文）：属名、种名如：Escherichiacoli大肠杆菌书写成斜体字，如手写时则在下面划一横Linnaeus1707-17783.生物的分类阶元生物的分类从高级到低级分为：7级界（kingdom)、门(plylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种（species）•3.生物的分类阶元•瑞典植物学家林奈（CarolusLinnaeus）的两界分类系统：植物界、动物界•1886年法国生物学家海克尔（E.Haeckel）提出三界分类系统：原生生物界：单细胞动物、细菌、真菌、多细胞藻类植物界:动物界：三生物多样性与五界分类系统☆五界分类系统：1969年美国学者慧特克（R.H.Whittaker）提出五界分类法：-原核生物界(Monera)：细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝藻–原生生物界(Protista)：单细胞的原生动物（如变形虫、草履虫）、藻类、粘菌类。–真菌(Fungi)：真菌–植物界(Plantae)：苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物–动物界(Animalia)：无脊椎动物、脊椎动物分类的方法•自然分类：除用形态特征作为分类性状外，还用生态、行为、生理、生化、地理等方面的资料作为分类依据，以生物学概念替代了纯形态概念。•细胞分类：应用细胞学特征进行物种分类称为细胞分类学(cytotaxonomy)•生化分类：蛋白质电泳、抗原抗体反应、蛋白质序列比较•分子分类：利用核酸序列之间的同源性进行分类，亲缘关系越近，同源性序列越多。四生物学分科•根据具体研究对象分–动物学（zoology)、植物学(botany)、微生物学(microbiology)•根据研究内容的特点分–分类学，形态学，胚胎学，古生物学，遗传学，生态学，生理学，生物化学，生物物理•根据生物的结构水平分–分子生物学，细胞生物学，组织生物学，器官生物学，个体生物学，群体生物学根据研究生物的手段分生物化学，生物物理学，生物数学，仿生学五生物学的常用研究方法•生物学研究方法很多，解决生物学的问题要用科学的方法。•科学方法依次包括以下内容：•科学观察、提出问题、假设、实验、结论。假说和实验（假说演绎法）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。•模型实验•直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用模型代替研究对象来进行实验。1.用动物模型代替人体进行实验。2.抽象模型－数学模型、图表模型。用模型研究在时间上极为遥远的事件。用机械和电子模型对动物功能进行模拟实验六生物学的历史发展简况生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段（19世纪中叶以前）实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）•实验生物学阶段巴斯德在实验室里曲颈瓶实验创造生物学阶段基因工程二十世纪生物科学的新貌•分子生物学：1953年Watson、Crick提出ＤＮＡ分子双螺旋结构。•DNA体外重组：1973年美国斯坦福大学教授Cohn、加州大学教授Boyer几乎同时完成DNA体外重组。•体细胞克隆羊“多莉”：1997年苏格兰生物学家Wilmut完成了首例哺乳动物－绵羊“多莉”的克隆。•人类全基因组：2001年中、美、英、法、德、日六国科学家完成人类全基因组的测序。二十世纪生物科学的新貌二十世纪随着物理学和化学的发展，以及这些技术向生物学的渗透，使生物学技术迅猛发展。•例如：X-射线衍射技术，电子显微镜，激光，中子衍射技术，电子计算机，层析，同位素追踪，电泳和超高速离心技术，以及近年来发展起来的氨基酸自动分析、核酸测序、PCR(聚合酶链式反应)和RAPD(随机扩增多态DNA)、GPS(全球卫星定位系统)等技术•基因组学、蛋白组学、生物芯片、干细胞•生命科学的发展趋向：–（1）学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相辅相承：80年代——生物技术年代；90年代——生物高科技年代；21世纪——生物世纪–（2）学科宏观化：环境生态学引起极大的关注，生态问题是直接关系到人类存亡的问题。–（3）向生命本质前进（微观方向：深入到细胞、分子、基因水平，而且进展很快）。21世纪是生命科学世纪生物技术革命——21世纪创造生命！人类文明发展的三次技术革命：工业革命——19世纪解放双手信息革命——20世纪解放大脑七生物学与现代社会生活的关系—为什么要学习生物学•（一）世界面临的很多重大问题,解决这些问题需要生物学知识技术人口膨胀；粮食短缺；疾病危害；环境污染；能源危机；资源匮乏；生态平衡破坏；生物物种大量消亡。利用航天技术育种疾病危害•基因治疗获得初步成功－血友病等•单抗药物“生物导弹”治疗肿瘤疾病、自身免疫疾病。•干细胞治疗疾病展示诱人前景。能源危机•矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。•替代能源：一个20米直径的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。生物能源：使生物材料转化成可燃性化合物如乙醇、甲烷、氢气（H2)、沼气等；•微生物：提高石油开采量。资源矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。很多不起眼的生物，很可能就是药物、材料等的宝贵资源。图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。一个20米直径的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料。图为生长在淡水和海水中的一种硅藻七、生物学与现代社会生活的关系—为什么要学习生物学•（二）生命科学充满未解之谜“猛犸之谜”“恐龙灭绝之谜”•龟鳖家族的长寿之谜•七、生物学与现代社会生活的关系—为什么要学习生物学•(三)可以使我们更好地认识我们自己生物学家：大脑/癌症/光合作用生物技术公司：基因药物/作物新品种理工科学生：/专业/生物芯片/火星/纳米材料社会科学专家：/社会伦理法律/生物技术和人类社会的关系人：认识自己/DNA克隆保护生物多样性•(四)生物学与哲学:帮助形成正确的方法论、世界观、人生观。生命有形——梦想无限生命科学的发展需要您的参与！八、如何学习普通生物学•1.学习内容:第一篇细胞与生物大分子:2-5章第二篇动物的形态和功能:6-16章第三篇植物的形态与功能:17-19章第四篇、遗传与变异:20-21章第五篇、生物进化:25-27章第六篇、生物多样性的进化:28-31章第七篇、生态学和动物的行为:32-35章复习•2.如何学习普通生物学兴趣是最好的老师热爱生命而喜爱生命科学-天然;感觉:神秘、神妙、神圣；主动探索。提出问题富于想象保持天性好奇和经常提问。自学笔记预习复习把握生命的层次个体器官组织细胞细胞器分子原子微观生物学；进化生态宏观生物学生命科学是实验科学微观与宏观领域相互联系既见树木又见森林您的参与，生物科学将更加辉煌！思考题•生命的主要特征有哪些？•惠克特用了哪几条标准来将生物划分为五界？