1、生命科学基础第一章 生命和生命科学内容提要71.1 生命是什么1.2 什么是生命科学1.3 生命科学的重要性1.1 生命是什么1）生命由元素构成2）生命的三大关键特征3）科学迎接生命的挑战非生命获得生命（ 1） 生命由元素组成9水、压力、紫外线、阳光10原始海洋深海热泉粘土矿物（ 1） 生命由元素组成元素周期表中的 118种元素组成生命的并不多：11碳 氢 氧 氮硫 磷 其他生命必需元素，无机化合物生命重要原料有机化合物C HO N元素 有机大分子糖蛋白质脂质核酸生命小分子CO2CH4H2O NH3（ 1） 生命由元素组成12C HO N元素 有机大分子糖 脂质核酸蛋白质生命小分子CO2CH4
2、H2O NH3化合物生命的化学基础细胞生命的结构基础能量 能量 能量（ 1） 生命由元素组成13新陈代谢细胞HOH2O NH3糖类脂细胞膜自我复制氨基酸和蛋白 DNA能量化学进化（ 2）生命三大关键特征14（ 3）迎接生命的挑战15心血管疾病癌症神经退行 传染病交通事故意外伤害其他生命历程饱受挑战 科学迎接挑战简单摸索经验积累基础研究药物发现（ 3）迎接生命的挑战1.2 什么是生命科学1）生命科学概述2）生命科学的发展历程3）应用生物学的形成17（ 1） 生命科学概述生命活动规律生命的本质生命的发育生物间关系生物与环境生命科学（ Life Science）生物学（ Biology）生物知识促成
3、人类 文明医药 农业 养殖业18生物科学和技术创新推动人类文明新石器时代 环钻术古希腊和伊斯兰文明欧洲 麻醉、感染控制20世纪 抗生素、输血、 X射线21世纪 治病、防病、医疗美容解剖学知识外科手术（ 1） 生命科学概述19生命科学的分类分类方式 具体范畴生物类群或研究对象 植物学、动物学、微生物学、病毒学、人类学、古生物学、藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等等研究的生命现象或生命过程形态学、生理学、分类学、胚胎学、解剖学、遗传学、生态学、进化学、组织学、细胞学、病理学、免疫学等等。生物结构的层次 种群生物学、细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物学等等。与其他学科的关系生物物理学、生物化
4、学、生物数学、生物气候学、生物地理学、仿生学、放射生物学现代生物学阶段的核心课程 生物化学、分子生物学、基因组学、蛋白组学和生物信息学、神经生物学、脑科学和认知科学、宏观生物学和系统生物学一批与生物和医学相关的技术学科 遗传工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、组织工程、克隆技术、生物信息技术（ 1） 生命科学概述20（ 2）生命科学的发展历程古代16世纪16 20世纪中20世纪中叶至今准备奠基期观察描述阶段系统创立发展期观察实验阶段大科学发展期交叉融合阶段辉煌发展21生命科学辉煌发展阶段代表人物与事件系统分类学林奈用进废退获得性遗传拉马克 细胞学说施莱登和施旺物种起源进化论达尔文 豌豆遗传学孟德
5、尔果蝇实验生物学摩尔根（ 2）生命科学的发展历程22生命科学大科学发展阶段的重要事件大肠杆菌DNA是遗传物质艾弗里等胰岛素蛋白结构链终止法测序桑格DNA双螺旋DNA之父沃森蛋白空间结构蛋白结晶佩鲁茨和肯德鲁 遗传中心法则克里克破译遗传密码克拉纳和尼伦伯格遗传控制基因表达基因组成分子生物学核酸 蛋白质生命的本质（ 2）生命科学的发展历程23技术革新极大发展了生命科学量子亚细胞和细胞个体种群群落生态系统生物圈原子和分子组织 器官（ 2）生命科学的发展历程25生物技术为多领域研究提供启示为多行业发展提供模拟对象生 物信息学人工生命分子生物学生物芯片脑科学生命科学五大热点领域（ 3）应用生物学的形成生
6、命科学的发展前沿学科前沿 （ 1）分子生物学美国研究人员从分子水平中破解了长期酗酒伤身秘密动物克隆技术创造渐冻人转基因猪模型26学科前沿 （ 2）人类基因组计划医学革命：基因图谱看病、基因药物治病、基因检测预防、基因治疗疾病27学科前沿 （ 3）脑科学透视美国 脑计划 :复杂度超过人类基因组计划2013.4.2，美白宫宣布启动脑计划28学科前沿 （ 4）生物信息学 建立 “生物学周期表 ”通过计算机分析，预测药物作用机制。29学科前沿 （ 5）人工生命30技术前沿 （ 1）基因工程31技术前沿（ 2）蛋白质工程（ 3）酶工程（ 4）细胞工程32技术前沿 （ 5）发酵工程或微生物工程331.3
7、生命科学的重要性1）生命科学与现代人类的关系2）生命科学与其他学科的关系1）生命科学与现代人类的关系生命科学与健康（ 1）基因工程生产药物和疫苗351）生命科学与现代人类的关系生命科学与健康（ 2）基因诊断和治疗361）生命科学与现代人类的关系生命科学与农业37绿色革命有两个国际研究机构做出了突出贡献：一个是国际玉米和小麦改良中心，另一个是国际水稻研究所。粮 食联合国粮农组织水稻研究所（菲，马尼拉研究人员培育的“杂交水稻” 产量提高20 40%381）生命科学与现代人类的关系生命科学与工业391）生命科学与现代人类的关系生命科学与环境40这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究工业黑化工业化前
8、英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；工业化后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。环 境41工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。422）生命科学与其他学科的关系近 300年来（ 17-20世纪）：物理学一直作为带头学科 : 17世纪中叶 牛顿经典力学 18世纪中叶 （蒸汽机）工业革命 19世纪中后 电气革命 20世纪初 量子论、相对论和核物理 物理学主导着工业革命和经济发展，带领着天文、地质、气象、化学等学科发展 现在， 各大学科群向生命科学渗透 43交叉学科提供机会与挑战人文科学 物理学 计算机科学天文学数 学化 学
9、生 物 学农 学 医 学 工 程 学心理学生物物理学生物化学生物数学宇宙生物学人工智能学植物生理学育种学昆虫学植物病理学人体及动物生理学药理学病理学生物工程学生物材料生物传感器生物能源生物信息学44生命科学的教育功能1. 各国文化2. 历史研究3. 文学美术4. 道德伦理5. 科学 :数学 ,生命科学6. 社会分析 哈佛大学核心课程包括六大门类 1980s以来，世界著名大学如 MIT等，纷纷把生物类课程列为全校必修课 . 1995年以后，国内重点理工科大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业大学生的限选或必修课程。 Science 杂志报道， 2003 年美国自然科学领域的博士毕业生有 213
10、43 人。2013 年，这一数字几乎增长了 41%，其中生命科学领域增长最多。其他国家也出现了相同趋势。 45生命科学已成为科学界最活跃的领域 生命科学是当代自然科学中发展最迅速、对人类的生存和自身发展影响最大的学科领域之一。统计美国“科学引文索引（SCI）”收录的 6650余种学术刊物，发现有 4460种左右为生命科学相关杂志。统计全世界引用指数（ Impact factor）在10以上的 200余种超一流学术刊物，有60%左右是生命科学相关刊物。46引用指数在 20以上的自然科学刊物分科比较学 科 杂志总数 平均引用指数 30杂志数材料 2 33.46 2化 学 5 27.03 1物 理 6 29.19 2数 学 0 0 0生物医学 32 33.70 14综合 3 31.063 1本章知识要点生命的本质是元素生命的三大关键特征48
