1、现代生命科学导论 An Introduction to Life Science,第一章 总论 第九章 人类基因组计划 第二章 生命的多样性 第十章 基因工程 第三章 生命的形态与建成 第十一章 生物信息学与基因芯片 第四章 生命与环境 第十二章 能量获得与转换 第五章 生物进化 第十三章 生物体防卫系统 第六章 生命的化学基础 第十四章 细胞信号传导 第七章 细胞 第十五章 神经系统 第八章 遗传及其分子基础 第十六章 大脑信息处理 递交作业 网上论坛 研究热点 在线讲座 词汇表 使用教材：生命科学导论（公共课），北京大学生命科学学院编写组，高等教育出版社，2000.(面向世纪课程教材),第
2、一章 总 论,教学要求： 本章的内容主要包括生命的形态和特征、生命科学探索和生命科学的重要性等几个方面，通过这些内容的介绍使同学们对生命的定义、生命的发展历史和研究热点以及生命科学的研究方法有一个初步而全面的印象，产生对这门课的学习兴趣。通过学习要求掌握生命的共同特征、生命科学的主要研究方法，了解生命科学的发展历史、学科分类等内容。,1、什么是生命,生命科学归根到底是要回答什么是生命这个问题。日常生活中，人们可以很容易地区分生物与非生物。但是从科学的角度，什么是生命确实是一个很难全面而准确的问题，可以说至今还没有一个为多数科学家所接受的生命的定义。这是因为人们很难用简单的概括来定义如此复杂而又
3、丰富多彩的生命现象，同时人们对生命现象包括一些生命的基本问题还有许多不明了的地方（如生物进化机制），也就自然难于对其本质进行中肯的科学归纳。本节首先归纳了生命的特征，然后尝试在生物学层次和物理学层次给出生命的定义，以供你们思考。,（1）生命的基本特征,生物种类非常多，数量非常巨大，生命现象十分错综复杂，可以从错综复杂的生命现象中提出生物的一些共性，即生命的属性，现列举如下： （1）化学成分的同一性 从元素成分看，都是由C、H、O、N、P、S、Ca等元素构成的； 从分子成分来看，生命体中有蛋白质、核酸、脂肪、糖类、维生素等多种有机分子。其中蛋白质都是由20种氨基酸组成；核酸主要由4种核苷酸组成；
4、ATP(三磷酸腺苷)为贮能分子。 （2）严整有序的结构 生命的基本单位是细胞，细胞内的各结构单元（细胞器）都有特定的结构和功能。生物界是一个多层次的有序结构。在细胞这一层次之上还有组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统等层次。每一个层次中的各个结构单元，如器官系统中的各器官、各器官中的各种组织，都有它们各自特定的功能和结构，它们的协调活动构成了复杂的生命系统。各种生物编制基因程序的遗传密码是统一的，都遵循DNA-RNA-Protein的中心法则。 （3）新陈代谢，metabolism 生物体不断地吸收外界的物质，这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。
5、组成作用（anabolism）：从外界摄取物质和能量，将它们转化为生命本身的物质和贮存在化学键中的化学能。 分解作用（catabolism）：分解生命物质，将能量释放出来，供生命活动之用。 （4）生长特性，Growth 生物体能通过新陈代谢的作用而不断地生长、发育，遗传因素在其中起决定性作用，外界环境因素也有很大影响。 （5）遗传和繁殖能力，genetics 生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续。生物的遗传是由基因决定的，生物的某些性状会发生变异；没有可遗传的变异，生物就不可能进化。 （6）应激能力，irritability 生物接受外界刺激后会发生反应。 生物的运动受神经系统的控制。 （
6、7）进化，evolution 生物表现出明确的不断演变和进化的趋势，地球上的生命从原始的单细胞生物开始，走过了多细胞生物形成，各生物物种辐射产生，以及高等智能生物人类出现等重要的发展阶段后，形成了今天庞大的生物体系。,（2）生命的定义,（一）从生物学角度的定义 生命是由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力。 （二）从物理学角度的定义 “负熵”shang(衡量热力体系中不能利用的热能,用温度除热能所得的商) （1）根据热力学第二定律：任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱，越来越无序的方向，即朝着熵增加的方向变化。生命的演化过程总是朝着熵减少的方
7、向进行，一旦负熵的增加趋近于零，生命将趋向终结，走向死亡。 (三)生命的几种“定义” （1）生命的物质基础是蛋白质和核酸。 （2）生命运动的本质特征是不断自我更新，是一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系统。 （3）生命是物质的运动，是物质运动的一种高级的特殊实在形式。,2 生命科学的发展,研究生命现象的学科称为生命科学。应该说自从有了人类的文明史，就有了人们对生命现象的描述和记录（如原始的岩画），就开始了人们对奇妙的生命现象的观察和思考。 今天的生命科学是经过漫长的历史发展过程而逐步形成的。作为一们重要的自然科学学科，生命科学的发展大致经历了三个主要的阶段：从古代到16世纪左右，这是生命科
8、学 的准备和奠基时期；从16世纪到20世纪中是系统生命科学创立和发展的时期，这一阶段以自然科学各领域分支学科迅速建立为主要特点与其他学科共同归纳为历史上的“小科学” 的发展时期；20世纪中叶以后，生命科学随着各学科纵横交错发展的大趋势，出现了不同分支学科和跨学科间的大交汇、大渗透、大综合的局面，由此人们获得了进入“大科学” 发展历史阶段的认识。 在本节主要介绍前两个阶段的发展历史，关于现代生命科学的学科分类和发展趋势将在第四节进行介绍。,（1）生命科学建立的准备和奠基时期,在远古年代，人们对生命现象的认识常常是何对疾病斗争、农业牧业禽畜生产，以及宗教迷信活动（如古代木乃伊的制作）联系在一起的，
9、由此人们积累着动物、职务和人类自身的解剖、生长、发育和繁殖方面的知识。到古希腊的年代，已开始了对生命现象进行深入专题性的研究。亚里士多德在动物志一书中相当细致地记述了他对动物解剖结构、生理习性、胚胎发育和生物类群的观察，并对生命现象作出了许多深刻的思考。亚里士多德的观点和方法集中地反映了那个时代的特点，观察和哲学参半、描述和思辩混和。在这一时期，为以后系统生命科学的建立作出重要贡献的还有：德奥弗拉斯特对植物乔木、灌木、草本的分类确定；希罗费罗斯、盖仑对人体解剖的研究，等等。其后西方进入了漫长的中世纪的年代，科学的发展受到极大的压抑。但是即使在那个黑暗的年代，仍不断地有人在危险的条件下默默的探索
10、着，例如莱茵河畔的希尔德加德修女写的医学一书继承和发扬了古希腊的创新精神，大胆地记录了她对动物、植物的观察和用来当作药物的使用方法。中国古代有神农尝百草的传说。古代贾思勰的齐民要术、明代李时珍的本草纲目，以及历代花、竹、茶栽培和桑蚕技术书籍等，记录了大量对动物、植物的观察和分类研究。但总体看，这些工作突出的是在生产和医疗中的应用，并没有形成真正的科学体系。,（2）现代生命科学创立和分支发展时期,图1-1 Hooke使用的显微镜,图1-2 Hooke观察到的软木结构,目前，普遍认为现代生命科学系统的建立开始于16世纪。他的基本特征是人们对生命现象的研究牢固地植根于观察和实验的基础上，以生命为对象
11、的生物分支学科相继建立，逐渐形成一个庞大的生命科学体系。现代生命科学可以说是从形态学创立开始的。1453年比利时医生维萨里（Andreas Vesalius 15141564）的名著人体的结构发表不仅标志着解剖学的建立，并直接推动了以血液循环研究为先导的生理分支学科的形成，其标志是1628年，英国医生哈维（William Harvey 15781657）发表了他的名著心血循环论。解剖学和生理学的建立为人们对生命现象的全面研究奠定了基础。 18世纪以后，随着自然科学全面蓬勃地发展，生命科学业进入它的辉煌发展阶段。生命科学重要得分支相继建立，其中以细胞学、进化论和遗传学为主要代表，构成了现代生命科
12、学的基石。 1665年，胡克（Robert Hooke，16361702）在他的显微图谱中第一次使用“细胞”一词（cell）。,现在一般认为细胞学创立于19世纪30年代，是由施莱登（Matthias Jacob Schleiden， 18041881）、施旺（Theodor Schwann，18101882）以及稍后的数位生物学家共同完成的。他们奠定了细胞是独立的生命单位、新细胞只能通过老细胞分裂繁殖产生，一切生物都是有细胞组成和由细胞发育而来的细胞学说的基本内容。 林耐因他对现代生物分类系统建立的卓越贡献成为有史以来最伟大的生物分类学家千姿百态的生物物种被科学的归纳在界、门、纲、目、科、属、
13、种的秩序里。林耐生物分类系统建立的更重要的意思还在于他直接的诱发了生物进化理论。在林耐当初建立生物分类体系时，企图表达的是精确地显现上帝造物的构思和成就。但是事与愿违，林耐生物分类系统中体现的各生物物种的相关性和物种由简单到复杂的“秩序”排列强烈的暗示了生物的进化现象。在马耶（Benoit 的 Mailler，16561738）、布丰（Comte de Lamarck 17441829）拉马克（Chavalier de Lamarck 17441829）等人工作的基础上，1859年，达尔文（Charless Darwin，18091882）的物种起源发表。 19世纪前后，生命科学的重大成就还包
14、括其他一些重要的发现和分支学科的建立。解剖学和细胞学促使人们对生物发育现象的研究获得了长足的进步，并由此建立了实验胚胎学。胚胎学实现了对各种代表生物的形态发育过程的组织学和细胞学的研究，绘制了有史以来最精美的生物学图谱。魏斯曼（August Weismann,18391914）关于生物发育的种质学说推动了遗传学的建立。,1856年，现代遗传学创始人孟德尔（Gregor Mendel，18221884）在“布隆自然历史学会”上宣读了自己的豌豆杂交实验结果，遗憾的是其工作的价值被埋没了30多年。直到20世纪初，当孟德尔发现的生物遗传规律被几个人几乎同时再次试验证实时，才引起了人们的注意。为遗传学作
15、出重大贡献的另一位伟大的遗传学家是摩尔根（Thomas Hunt Morgen，18661945）。202世纪1020年代他用果蝇为实验材料确立了以孟德尔和摩尔根的名字共同命名的精点遗传学的分离、连锁和交换三大定律，并因此而荣获了1933年的诺贝尔奖。遗传学科学的解释了生物的遗传现象，将细胞学发现的染色体结构和进化论解释的生物进化现象联系起来，指出了遗传物质定位在染色体上而推动了DNA双螺旋结构合中心法则的发现，为分子生物学的建立奠定了基础。在19世纪中，法国科学家巴斯德（Louis Paster，18221895）创立了微生物学。微生物学直接导致了医学疫苗的发明和免疫学的建立，推动了生物化学
16、的进展，并为分子生物学的出现准备了条件。生物化学的辉煌发展出现在20世纪的前叶到中叶，围绕能量和生物大分子物质代谢的研究，发现了生物以三磷酸循环为枢纽的有着复杂超循环结构的代谢途径，和以电子传递和氧化磷酸化为中心的生物能量获取、利用的基本方式。分子生物学的建立是生命科学进入20世纪最伟大的成就。遗传学的研究预示了生物遗传载体分子的存在，而DNA双螺旋结构的发现（J.D.Watson,F.Crick,1953）直接导致了对生物DNARNA蛋白质中心法则（central dogma）的揭示。人们因此探索到了生命运作的基础框架和生物世代更替的联系方式。从此，以基因组成、基因表达和遗传控制为核心的分子
17、生物学的思想和研究方法迅速的深入到生命科学的各个领域，极大地推动了生命科学的发展。,3、生命科学的研究方法,今天，似乎很难找到哪一门学科像生命科学这样高度地调动了人类的各种认知和研究手段，创造了如此丰富多彩的实验技术。在这方面不仅出版了大量的专著（如组织化学技术、分子克隆技术、试验胚胎技术等），而且也有不少的杂志（如Method in Cell Biology）发行。就广泛意义的科学方法而言，生命科学研究方法大致可以分为三大类型：,(1)观察与描述,对生命现象、生物体的结构和生命过程等进行直接的观察与描述。 观察与描述是研究生命现象的最基本的方法。观察可以是针对大尺度的生态行为来进行，也可以对
18、生命的细小部分借助仪器（如显微镜）来完成，可以对生命的活体过程进行观察（如胚胎发育过程），也可以将生命杀死固定并用特定方法（如染色、同位素标记）显示生命的瞬间结构和理化状态。这些观察的结果往往要经数据和资料的分析或再处理后才能得到对生命真实过程的了解。人们对生命现象的认识大量获自于观察，例如物种的生态分布和地域、季节的迁移，胚胎的发育过程，细胞分裂时的染色体行为变化、细胞的超微结构等。,生命由自己的原理和定义，也有它的推导法则。但是生命现象是如此的复杂，观察与描述的任务就显得格外突出，没有这一步，人们不可能进入对生命深刻认识的阶段。 科学观察的基本要求是客观的反映可观察的事物，并且是可以检验的
19、。观察结果必须是可以重复的。只有可重复的结果才是可以检验的，从而才是可靠的结果。 观察需要有科学知识。如果没有必要的科学知识，就说不上科学的观察。科学的观察应该是从看热闹中逐渐深入而发现其中的“门道”。但是另一方面，观察切不可为原有的知识所束缚。当原有的知识和观察到的事实发生矛盾时，只要观察的结果是客观的而不是主观揣测的，那就说明原有知识不完全或有错误，此时就应修正原有知识而不应囿于原有知识而抹杀事实。做科学观察时既要尊重已有的成果，又不能受已有成果的限制。只有不断地修正观察的事实，才能使认识更接近于事实。,(2)生物学实验,在实验室（场）人为地对条件进行控制，针对性的再现或阻断特定的生命过程
20、，以期了解生命活动的规律。人们通常说的生物学实验实质上是一种人为条件控制下的生命过程的再现，这是生命科学研究的另一种要方法。这一方法可以在条件控制的情况下，针对性地再现或阻定特定的生命过程，它的最大的优点是可以使人们对生命的机制过程有进一步的了解，生物实验设计是一项理论性、技巧性很高的工作。生物实验设计的一个重要内容是对照组的设置,即在维持各种条件同一而仅单一因素改变的情况下，检查它对生命过程的影响。 实验方法在当今生命科学研究中占有着优势的比例和重要的地位。一个好的实验的完成依赖于许多的因素，除了仪器设备、药品、资料的方便获得等条件外，实验者的素质条件也是很重要的。实验者除了应该具有必要的生
21、物学知识、及时掌握有关的研究动态，还要有精密的实验设计和敏锐的观察能力，要有良好的动手操作和分析归纳能力，更要有顽强不懈的意志修养。,(3)生命现象的人工模拟,在观察、实验和科学假设的基础上，以等效或近似的人工模型模拟生命过程，以求达到对生命现象的了解和预测。 人工模拟生命是又一类型的生物学研究方法。在生物学研究中广泛应用的，建立各种实验模型的方法就会死对生命过程的一种模拟。无论是物理的、化学的、还是数学的以至诸如经济学的方法和手段，都可以在一定的程度上借鉴用来模拟生命现象。近年来已有用计算机手段直接模拟、探索思维活动规律的研究，如将生物信息输入计算机来分析高级神经活动的规律；函数化了的数学模
22、型可以模拟许多生态结构变化的动力学过程，从而提示我们生态变迁的可能性并给出对她的预测；用计算机模拟生物生长发育过程的“实验”也有报道，实验者以生物发育过程中特定成分（如钙离子）浓度的分布为指标，在给定初始条件、作用法则和生长限定的情况下，通过计算机运算的迭代操作，直观地显现了一幅生动的伞藻顶端生长发育的画面，揭示了这一过程的动力学成因(B.Goodwin，1994)；用模拟远古地球表面可能存在的物理和化学环境的办法，在反映瓶里观察到简单的化学组成成分可以产生出多种重要的生物大分子（S.Miller，1953）；用NK模型，即考察在对环境适应的过程中引起生物有序改变的内在总体因素（包括基因、蛋白
23、质及其他）和他们之间的相互制约性来研究生命计划汇总的有序起源（S.A.Kauffman，1993），等等。值得注意的是，近年选取生物材料模拟生命复杂动力学过程的尝试已经开始，例如在实验室里给出一定的促使生物发生系统改变合再自组织过程发生的条件，观察生物的“进化”潜能和模式，这一方法无疑有着重要的理论和现实意义。,4、生命科学的学科分类和研究热点,生命科学发展到今天，众多的分支学科相互区分而又密切的联系和组织在一起，它已形成了一个复杂而庞大的学科系统。生命科学的这一特点反映了生命现象的复杂性和多层次性，是人们从多角度用多种手段来认识生命现象的结果，同时也体现了生命科学发展的历史趋势。 本节简单介
24、绍生命科学的学科分类情况和当前的一些研究热点和重点领域，虽然不是很完整，但是可以给同学们一个初步的印象，部分内容在以后的学习中深入的讲解。从学科分类中可以理解生命现象的复杂性和统一性，同时也反映了与其它学科的交叉性。,（1）学科的分类,（1）按生物类群或研究对象来分 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。 （2）研究的生命现象或生命过程来分 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。 （3）按生物结构的层次来分 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。 （4）按与
25、其他学科的关系来分 生物物理学、生物化学、生物数学、生物气候学、生物地理学、仿生学、放射生物学 （5）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 （6）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,（2）研究热点,生物芯片 “生物芯片”实际上是一种微型多参数生物传感器。它通过在一微小的基片表面固定大量的分子识别探针，或构建微分析单元和系统，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。基因芯片，又称DNA微探针阵列
26、（microarray），是一种最重要的生物芯片。它集成了大量的密集排列的基因探针,通过与被检测的核酸序列互补匹配，进行序列测定。基因芯片能够在同一时间内分析大量的基因，实现生物基因信息的大规模检测。基因芯片的重要性可以与50年代把单个晶体管组装成集成电路芯片相比，它将会对廿一世纪生命科学和医学的发展产生无法估计的影响。基因芯片可以大大推进包括人类(后)基因组计划在内的各类基因组研究；通过比较不同个体或物种之间以及同一个体在不同生长发育阶段、正常和疾病状态下基因转录及其表达的差异, 寻找和发现新的基因，研究它们在生物体发育、遗传、进化等过程中的功能；基因芯片可为研究基因调控网络及其机理，揭示不
27、同层次多基因协同作用的生命过程提供手段，将在研究人类重大疾病如癌症, 心血管病等相关基因及作用机理方面发挥巨大的作用。基因芯片的相关技术包括：基因芯片的制备技术，靶基因的制备、杂交和检测，基因芯片设计和杂交图象分析等生物信息学问题，以及基因芯片的应用。,分子生物学 分子生物学是当代生命科学基础研究中的前沿，开辟了现代生物学的全新局面，在另一方面它又使生物学以空前主动的势态，对人类物质生产和社会生活产生重大影响。 1973年重组DNA获得成功，开创了基因工程，以此为基础，生物技术作为前途远大的高新技术产业在世界范围兴起，生物工程将成为现代化的大工业，与此同时还极大的推动了医学和农业科学的实践，在
28、这些领域中正展示出广阔的应用前景。它包括以下几个研究热点课题： （1）结构生物学：研究生物大分子，特别是蛋白质的结构测定，以及功能的关系。1959年1993年科学家正式提出结构生物学的时代已经到来。 （2）新生肽链的折叠：蛋白质分子要有一定的结构才能体现生物学功能，翻译过程所产生的多肽链是如何产生具有生物活性的蛋白质的问题，是蛋白质折叠研究的热点之一，我国的科学家称之为第二遗传密码。 （3）人类基因组计划（HGP） HGP由美国在1990年提出并实施，计划在15年时间，即到2005年，投入30亿美元，完成人类全部24条染色体的30亿个碱基序列测定，主要的任务包括遗传图谱、物理图谱、序列图谱、基
29、因图谱等，目前，该计划将提前至2003年完成。HGP与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。 （4）转基因作物、动物 （5）膜结构与信号转导,脑科学 在生命科学乃至所有科学中，有关脑的高级功能是最令人感兴趣的。在过去一个世纪内，脑科学的研究取得了突飞猛进的发展，所取得的成果超过了以往的总和。特别是上个世纪后半叶，在学习与记忆机制、视觉信息加工、神经系统发育、精神和神经疾病、人工智能等领域取得了重大进展。脑科学是一门综合性的学科，需要用整合的方法将分子、细胞、器官、行为等多个层次，利用分子生物学技术、计算机技术等多种手段来进行研究。 脑研究正处在一种革命性的变化之中，对脑的功能在细
30、胞和分子水平上所做出的重要发现正使我们逐渐认识基本的神经生理事件如何转绎为行为。脑科学中发生的技术上的革命，已经有可能在无创伤的条件下仔细分析活的大脑，确定因患某些神经疾患而受损的脑区域，并开始了解记忆过程的复杂结构。另一方面，数学、物理学、计算机科学的进展，已使人们成功的设计了神经网络模型，并模拟其动态相互作用。分子生物学和分子遗传学的发展已开始为某些神经精神疾患的诊治提供有效的手段，正是这些进展所提式的广阔前景，在科学家的倡议下，国际上90年代已被命名为“脑的十年”以大力促进神经科学的蓬勃发展。中国提出了“脑功能及其细胞和分子基础”的研究项目，并列入了国家的“攀登计划”。 脑科学的研究已经
31、被公认是21世纪生命科学研究的重要课题。美国101届国会通过一个议案：“命名1990年1月1日开始的十年为脑的十年”，欧共体成立了“欧洲脑的十年委员会”及脑研究联盟（有主页）；日本推出了“脑科学时代”计划纲要。美国国立健康研究院（NIH）在九十年代后期还发布了研究指南把人脑课题（Human Brain Project）列为重点招标课题。,生物信息学 生物信息学是二十世纪80年代末随着基因组测序数据迅猛增加而逐渐形成的一门交叉学科。随着生物学和医学的迅速发展，特别是人类基因组计划的顺利推进，产生了海量的生物学数据，特别是生物分子数据的积累速度在不断地快速增加。这些数据具有丰富的内涵，其中隐藏着丰
32、富的生物学知识。充分利用这些数据，通过数据分析、处理，揭示这些数据的内涵，得到对人类有用的信息，这将是生物学家和数学家所面临的一个严峻的挑战。生物信息学是为迎接这种挑战而发展起来的一个交叉学科。 根据美国NIH和DOE在1990年给出了生物信息学的定义，它是生物学与计算机科学以及应用数学等学科相互交叉而形成的一门新兴学科。它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。生物信息学以核酸、蛋白质等生物大分子数据为主要对象，以数学、信息学、计算机科学为主要手段，以计算机硬件、软件和计算机网络为主要工具，对浩如烟海的原始数据进行存储、管理、注释、加工、
33、解读，使之成为具有明确生物意义的生物信息。通过对生物信息的查询、搜索、比较、分析，从中获取基因编码、基因调控、核酸和蛋白质结构功能及其相互关系等知识。在大量信息和知识的基础上，探索生命起源、生物进化以及细胞、器官和个体的发生、发育、衰亡等生命科学中的重大问题，想清楚它们的基本规律和内在联系，建立“生物学周期表“。它对21世纪生命科学具有不可估量的奠基和推动作用。,人工生命 “人工生命（artificial life）是这样的一个研究领域，它致力于通过把隐藏在生命现象背后的基本的、动态的原理抽象出来的，并在其他的物理媒介（如计算机）上重现这一过程，使之可以进行全新类型的实验操作和检验，从而理解生
34、命（C.G.Langton）。”总体上说，人工生命的核心事调用适当的非生命过程的手段，通过对生命的基本特征（新陈代谢、生长、繁殖、遗传、变异、学习、进化等）进行模拟，以深化人们对生命现象的认识和施展与广泛的时间应用。 人工生命的研究手段大致有三：软件、硬件与湿件。其中，软件法以计算机程序作为模拟生命过程的载体；硬件法通过机械和电子的手段再现生命的某些属性； 湿件法则是指采用化学或物化的方法，在溶液系统中从分子水平模拟生命现象。今天，对人工生命的研究已经深入到生命现象的各个层次，从分子、细胞、器官、个体，到种群甚至生态系统。 人工生命的研究有着重要的理论意义和广泛的应用前景。在工程方面，自适应机
35、器人与机器人群体的研究已逐渐接近实用阶段；在基础生命科学研究方面，人们正使用人工生命的方法探索一系列问题：生命起源、细胞起源、多细胞生物起源、性别起源、生物发育、生物行为、脑与认知科学，等等。因为这些现象多数已不可能再在自然界中观察到，也难于在实验室中重现，而人工生命则提供了一种可贵的模拟实验手段。此外，在社会科学方面，人工生命也可用于研究语言的进化、文化的起源与演变、经济学的市场模拟，等等。,思考题,1.为什么说细胞学说和进化论奠定了生物学的基础？ 2.实验生物学阶段的特征是什么？ 3.如何理解现代生命科学的范围。 4.你对这门课程有些什么期望和要求？ 5.你如何看“21世纪是生命科学的世纪”这个命题？ 6.生物学的发展分哪几个阶段？各个阶段有何特征？ 7.简述现代生物学与社会发展中几个重大问题的关系。,
