南昌大学普通生物学普生教案.doc

1、南昌大学研究生院 教学档案备案南 昌 大 学 研 究 生 院教 学 档 案 （ 专 题 型 教 案 ）课 程 名 称 ： 普通生物学参 考 教 材 ： 陈阅增普通生物学，第二版，吴相钰北京，高等教育出版社绪 论本 专 题 内 容 ：1.首 先 介 绍 课 程 目 的 、 要 求 、 性 质 、 环 节 及 重 要 性 ；2.学 习 生 物 学 的 方 法 ；3.讲 解 引 入 生 物 学 概 述 、 生 命 的 特 征 、 总 论 达 尔 文 的 进 化 论 及 生 物 进 化 的 观 点 、 地 球 上 生 命 的 起 源 及发 展 以 及 研 究 生 命 科 学 的 逻 辑 思 维 方 法

2、 ； 引 起 同 学 们 的 学 习 兴 趣 ； 对 生 命 科 学 有 一 个 总 览 ；4.建 立 生 命 层 次 性 的 主 线 及 思 路 。教 学 重 点 ： 以 树 立 生 物 学 观 点 及 逻 辑 思 维 方 法 为 主 。计 划 学 时 ： 2学 时生 物 学 (Biology)是 研 究 生 命 的 科 学 ， 即 研 究 生 物 体 的 生 命 现 象 和 生 命 活 动 规 律 的 科 学 ， 因 此 又 称生 命 科 学 (Life Science 或 Bioscience)， 它 是 自 然 科 学 的 基 础 学 科 之 一 。生 命 之 迷 ， 魅 力 无 穷

3、。 有 关 生 命 起 源 、 进 化 、 物 种 形 成 、 基 因 表 达 及 其 调 控 、 遗 传 、 发 育 、 衰 老问 题 、 能 量 代 谢 的 机 制 及 生 物 与 环 境 等 ， 都 是 有 待 深 入 研 究 的 生 物 学 重 大 理 论 问 题 、 然 而 ， 生 命 科 学的 重 要 性 ， 不 仅 限 于 其 学 科 本 身 ， 同 时 也 直 接 关 系 到 与 人 类 生 存 和 社 会 发 展 有 关 的 各 门 科 学 技 术 领 域 。研 究 生 命 科 学 的 目 的 ， 在 于 阐 明 和 控 制 生 命 活 动 ， 为 工 农 业 生 产 、 医

4、 学 及 经 济 发 展 服 务 。 生 命 科 学 基础 这 门 课 程 是 对 生 命 科 学 的 基 础 知 识 和 基 本 原 理 进 行 全 面 概 述 ， 把 同 学 们 引 进 生 命 科 学 的 大 门 。一 、 什 么 是 生 命 ？生 物 学 是 研 究 生 命 的 科 学 ， 即 研 究 生 物 体 的 生 命 现 象 和 生 命 活 动 规 律 的 科 学 ， 因 此 又 称 生 命 科 学 ，它 是 自 然 科 学 的 基 础 学 科 之 一 。我 们 把 具 有 生 命 的 个 体 称 之 为 有 机 体 ， 有 机 体 与 无 生 命 物 质 之 间 既 密 切

5、相 关 又 有 着 本 质 的 区 别 。 那 么什 么 是 生 命 呢 ？ 它 与 无 生 命 物 质 的 区 别 是 什 么 ？ 给 生 命 下 定 义 是 十 分 困 难 的 ， 这 不 仅 是 由 于 我 们 对 生命 还 没 有 足 够 的 、 确 切 的 了 解 ， 而 且 生 命 现 象 是 十 分 多 样 和 复 杂 的 ， 不 可 能 用 三 言 两 语 把 它 说 清 楚 。但 是 观 察 、 识 别 生 命 要 比 给 生 命 下 定 义 容 易 得 多 。 我 们 都 知 道 ， 狗 是 有 生 命 的 ， 石 头 是 没 有 生 命 的 ，对 比 有 机 体 与 无

6、生 命 物 体 之 间 的 差 异 ， 可 概 括 总 结 出 生 命 的 特 征 。生 命 的 基 本 特 征 ：1 新 陈 代 谢 ： 是 有 机 体 物 质 代 谢 和 能 量 代 谢 的 总 和 。南昌大学研究生院 教学档案备案主 动 熵 值 生 命 其 它系 统 系 统有 序 无 序热 力 学 第 二 定 律 指 出 ： 在 孤 立 系 统 中 所 有 物 系 的 自 发 过 程 都 朝 着 物 系 的 混 乱 度 增 加 ， 即 物 系 的熵 值 增大 的 方 向 进 行 。 熵 值 代 表 一 个 物 系 散 乱 无 序 的 程 度 ， 一 个 物 系 当 变 为 更 混 乱 时

7、 ， 它 的 熵 值 增 加 。2 具 有 独 特 的 组 织 形 式 细 胞 ： 生 命 是 细 胞 所 特 有 的 。 所 有 的 生 物 都 是 由 细 胞 组 成 的 (病 毒 除 外 )，细 胞 是 生 命 活 动 的 基 本 结 构 单 位 与 功 能 单 位 。3 有 机 体 可 以 生 长 、 发 育 ： 指 生 物 个 体 的 发 展 变 化 。按 程 序 （ 指 令 ） 主 动 进 行 。 对 比 无 生 命 物 体 。 4 繁 殖 、 遗 传 、 变 异 、 进 化 ：生 物 进 化 的 关 键 是 有 机 体 能 够 成 功 地 进 行 繁 殖 。有 机 体 的 自 我

8、 复 制 ， 按 指 令 进 行 。5 应 激 性 与 体 内 稳 衡 ： 应 答 ， 对 刺 激 发 生 反 应 的 能 力 。 主 动6 与 环 境 相 适 应7 运 动 ： 主 动 并 不 只 是 有 机 体 到 处 走 动 。8 生 命 具 有 层 次 性 (图 1)：不 同 层 次 所 表 现 的 生 命 现 象 是 不 同 的 ， 但 又 不 是 截 然 分 开 的 ， 高 层 次 是 由 低 一 个 层 次 各 要 素 所 组 成 的 ，但 又 不 是 低 层 次 各 要 素 的 简 单 加 和 。 研 究 不 同 层 次 的 生 命 现 象 形 成 不 同 的 生 物 学 科

9、（ 生 物 学 分 支 ）。 生命 科 学 的 微 观 （ 分 子 ） 及 宏 观 （ 生 物 圈 ） 层 次 发 展 趋 势 介 绍 。以 上 列 举 了 生 命 的 基 本 特 征 ， 只 能 说 具 备 这 些 特 征 的 就 是 生 命 。 但 生 命 的 本 质 是 什 么 ？ 也 许 学 完 本 课程 后 你 才 会 有 真 正 的 了 解 。二 、 地 球 上 生 命 的 起 源 及 发 展1 太 阳 系 中 地 球 是 目 前 唯 一 发 现 生 命 的 星 球地 球 的 大 小 、 体 积 以 及 它 与 太 阳 之 间 的 距 离 ， 使 地 球 的 引 力 可 将 大 气

10、 吸 引 在 地 球 表 面 而 形 成 大 气 圈 ，大 气 圈 可 以 吸 收 来 自 太 阳 的 辐 射 (对 有 机 体 有 害 的 辐 射 )， 大 气 圈 的 存 在 使 地 球 表 面 大 部 分 区 域 的 温 度处 于 0 -100 之 内 ， 使 水 分 能 以 液 态 存 在 适 于 生 命 过 程 进 行 ， 使 得 地 球 具 有 生 命 ， 那 么 地 球 上 的 生命 是 如 何 产 生 的 呢 ？2 生 命 的 自 然 发 生 论 及 生 命 来 源 于 生 命几 个 世 纪 以 来 ， 人 们 一 直 认 为 生 命 是 自 然 发 生 的 ， 生 命 是 直

11、 接 从 非 生 命 物 质 中 突 然 产 生 出 来 的 ， 如“泥土 变 鱼 ”、 “腐 肉 生 蛆 ”等 等 。 直 到 十 七 世 纪 (1668年 )， 意 大 利 学 者 雷 迪 (F.Redi)通 过 腐 肉 不 能 生 蛆 的南昌大学研究生院 教学档案备案实 验 驳 斥 了 蛆 是 自 然 发 生 的 说 法 。 雷 迪 通 过 多 次 观 察 提 出 了 蛆 是 由 苍 蝇 在 腐 肉 上 产 卵 后 生 出 来 的 假 设 ，为 了 验 证 这 一 假 设 ， 他 在 若 干 玻 璃 瓶 内 放 入 腐 肉 ， 一 些 玻 璃 瓶 开 口 ， 另 一 些 玻 璃 瓶 加

12、盖 密 封 。 结 果 发现 ，苍 蝇 飞 入 开 口 的 瓶 内 ， 腐 肉 上 很 快 产 生 出 蛆 来 ， 而 加 盖 的 瓶 内 ， 苍 蝇 不 能 进 入 ， 没 有 蛆 产 生 ； 他得 出 结论 ， 蛆 是 由 蝇 卵 产 生 的 。 他 同 时 进 一 步 概 括 认 为 生 命 只 起 源 一 次 ， 此 后 的 生 命 都 来 源 于 已 存 在 的 生 命 。虽 然 雷 迪 的 实 验 有 很 强 的 说 服 力 ， 但 在 当 时 自 然 发 生 论 仍 没 有 绝 迹 。 显 微 镜 的 发 明 和 使 用 ， 揭 开 了 人们 观 察 微 观 世 界 的 序 幕

13、。 用 显 微 镜 观 察 水 滴 发 现 水 中 的 微 小 生 物 。 自 然 发 生 论 者 认 为 这 些 微 小 生 物 是在 水 中 自 然 发 生 的 ， 从 而 再 一 次 掀 起 自 然 发 生 论 的 高 潮 。 直 到 十 九 世 纪 中 期 ， 法 国 学 者 巴 斯 德(L.Pasteur )的 著 名 实 验 才彻 底 否 定 了 自 然 发 生 论 。 巴 斯 德 发 现 ， 加 热 可 以 杀 灭 生 活 在 肉 汤 中 的 微 生 物 。 如 果 开 口 的 瓶 子 不 加 热 ，瓶 子 内 的 肉 汤 一 两 天 就 会 发 臭 ； 如 果 开 口 的 瓶

14、子 加 热 (灭 菌 )， 肉 汤 就 不 会 变 臭 ， 加 热 后 如 密 封 瓶 口 ，瓶 内 的 肉 汤 可 保 持 十 八 个 月 不 发 臭 。 巴 斯 德 证 实 肉 汤 发 臭 是 空 气 中 的 细 菌 孢 子 污 染 的 结 果 。 但 自 然 发生 论 者 提 出 在 空 气 中 存 在 生 命 力 (life-giving)， 将 瓶 口 密 封 生 命 力 无 法 进 入 瓶 内 ， 因 此 封 口 瓶 中 不 能产 生 生 命 ， 密 封 瓶 内 不 产 生 微 生 物 不 是 没 有 细 菌 污 染 而 是 缺 少 生 命 力 。 为 了 更 有 说 服 力 ，

15、巴 斯 德 又 巧妙 地 设 计 了 第 二 个 实 验 。 在 曲 颈 瓶 内 装 入 肉 汤 ， 加 热 消 毒 后 ， 鹅 颈 状 的 弯 曲 开 口 与 空 气 接 触 ， 空 气 可进 入 瓶 内 ， 但 空 气 中 的 尘 埃 和 微 生 物 落 入 开 口 的 弯 曲 处 ， 瓶 内 消 过 毒 的 肉 汤 可 保 持 无 菌 状 态 数 日 甚 至数 年 ， 当 移 去 弯 曲 瓶 颈 时 ， 由 于 细 菌 落 入 肉 汤 内 生 长 ， 肉 汤 几 小 时 内 就 会 变 臭 。 巴 斯 德 证 实 ， 并 非 空气 中 的 生 命 力 (life force)进 入 肉

16、汤 ， 而 是 生 命 (细 菌 )本 身 所 致 。 巴 斯 德 的 实 验 结 果 ， 使 生 命 来 源 于生 命 取 代 了 生 命 的 自 然 发 生 论 。 以 上 实 验 证 明 ： 所 有 生 命 都 来 自 于 已 存 在 的 生 命 ， 那 么 这 条 连 续 不 断的 生 命 线 的 开 端 是 什 么 ？生 命 的 起 源 是 地 球 形 成 过 程 中 的 一 个 部 分 ， 或 者 说 生 命 作 为 地 球 的 一 个 组 成 部 分 与 地 球 同 时 形 成 ， 并非 先 形 成 地 球 再 产 生 生 命 ， 虽 然 模 拟 实 验 可 使 无 机 物 产

17、生 有 机 化 合 物 ， 由 于 现 在 已 不 存 在 地 球 形 成 时环 境 条 件 ， 因 此 现 在 的 无 机 物 不 能 再 形 成 生 命 。3 生 命 的 起 源 与 化 学 进 化 论生 命 的 起 源 经 历 了 一 个 复 杂 的 化 学 过 程 ， 地 球 上 的 生 命 皆 起 源 于 一 个 共 同 的 祖 先 。 有 关 生 命 在 地 球 上的 起 源 将 在 本 书 第 十 四 专 题 进 一 步 讨 论 。4 生 物 多 样 性 ： 地 球 上 的 生 物 是 多 种 多 样 的 。 它 代 表 生 命 实 体 群 的 特 征 ， 表 现 在 不 同 的

18、 层 次 上 。物 种 多 样 性 是 生 物 多 样 性 的 基 础 。生 命 物 质 的 特 征 之 一 是 自 我 复 制 ， 只 要 生 命 存 在 ， 利 用 环 境 物 质 进 行 自 我 复 制 将 会 持 续 下 去 ， 这 个 过程 似 乎 是 无 限 的 ， 但 地 球 上 的 物 质 是 有 限 的 。 在 生 命 的 需 求 与 环 境 条 件 之 间 的 矛 盾 中 ， 有 机 体 将 根 据个 体 间 存 在 差 异 从 多 方 面 开 发 利 用 环 境 ， 适 应 不 同 的 环 境 ， 进 化 形 成 多 种 不 同 的 生 物 种 类 及 生 活 方 式 ，

19、南昌大学研究生院 教学档案备案形 成 了 生 命 的 多 样 性 。 生 命 过 程 是 蕴 育 在 有 机 体 之 中 的 ， 在 进 化 过 程 中 形 成 了 多 种 多 样 的 有 机 体 。 在对种 类 繁 多 的 有 机 体 进 行 分 门 别 类 时 ， 分 类 系 统 的 基 本 单 位 是 种 ， 一 群 共 同 生 活 的 并 在 结 构 与 功 能 特 征上 相 似 的 、 在 自 然 界 中 可 自 由 交 配 并 产 生 有 繁 殖 能 力 后 代 的 个 体 ， 即 属 于 同 一 个 种 。 根 据 魏 泰 克(R.H.Whittaker)的 五 界 分 类 系

20、统 ， 地 球 上 的 有 机 体 可 分 为 原 核 生 物 (Monera)、 原 生 生 物 (Protista)、真 菌 (Fungi)、 植 物 (Plantae)和 动 物 (Animalia)五 界 (Kingdom)。 每 一 界 根 据 有 机 体 进 化 的 亲 缘 关 系又 可 依 次 分 为 不 同 的 门 (Phylum)、 纲 (Class)、 目 (Order)、 科 (Family)、 属 (Genus)、 种 (Species)。用 双 名 法 即 生 物 所 属 的 属 名 及 种 名 来 命 名 一 个 种 ， 例 如 人 属 于 动 物 界 、 脊 索

21、动 物 门 、 哺 乳 纲 、 灵 长 目 、人 科 、 人 属 、 人 种 。 人 类 作 为 一 个 种 其 学 名 是 Homo sapiens。 虽 然 生 物 是 多 种 多 样 的 ， 但 它 们 毕 竟 都是 生 物 ， 具 有 同 一 的 特 征 ， 同 一 性 与 多 样 性 是 生 命 现 象 的 两 个 方 面 ， 同 一 性 寓 于 多 样 性 之 中 。三 、 达 尔 文 的 进 化 论 简 介1859年 ， 达 尔 文 (C.Darwin)出 版 了 物 种 起 源 (原 名 On the Origin of Species by Means of Natural

22、Selection)一 书 ， 创 立 了 科 学 的 进 化 论 。 达 尔 文 的 进 化 论 观 点 是 研 究 生 命 科 学 最 重 要 的 观 点之 一 ， 在 学 习 生 命 科 学 时 也 必 须 要 始 终 遵 循 生 物 进 化 的 观 点 。 达 尔 文 进 化 论 主 要 包 括 进 化 及 自 然 选 择两 个 基 本 观 点 。1 进 化 (Evolution) 达 尔 文 认 为 ， 生 物 不 是 一 成 不 变 的 ， 地 球 上 众 多 的 生 物 种 类 不 是 突 然 发 生 的 ，而 是 由 一 个 共 同 的 祖 先 逐 渐 演 变 而 来 的 。

23、他 这 一 观 点 的 根 据 是 ：1） 根 据 当 时 地 质 学 家 发 现 的 化 石 (fossil)， 大 部 分 化 石 的 种 类 在 当 时 (达 尔 文 时 代 )地 球 上 已 不 复 存 在 ，而 当 时 存 在 的 种 类 又 没 有 化 石 ， 他 认 为 从 不 同 的 地 质 年 代 所 发 现 的 不 同 化 石 ， 就 是 在 地 球 演 变 的 不 同时 期 ， 古 代 生 物 发 生 和 发 展 的 真 实 记 录 。 从 化 石 中 可 以 追 溯 出 生 物 演 变 的 过 程 ， 这 种 形 态 上 的 变 化 是世 世 代 代 微 小 变 异 积

24、 累 的 结 果 。2） 在 现 存 的 生 物 种 类 之 间 可 看 到 彼 此 之 间 的 相 似 。 如 人 、 狗 及 羊 等 不 同 的 哺 乳 动 物 前 肢 的 骨 骼结 构 相 似 ， 甚 至 鸟 类 的 翅 膀 与 哺 乳 动 物 的 前 肢 在 其 骨 骼 结 构 上 也 是 相 似 的(图 1-5)。 这 些 相 似 的 结 构 说明 物 种 之 间 的 亲 缘 关 系 。 这 些 具 有 相 似 结 构 的 种 类 有 着 共 同 的 祖 先 。3） 人 工 栽 培 植 物 及 家 养 动 物 性 状 的 形 成 过 程 ， 充 分 说 明 生 物 性 状 是 可 以

25、 改 变 的 ， 在 人 工 选 择 培 养 下 ，某 些 性 状 发 展 某 些 性 状 衰 退 了 ， 人 工 培 育 是 某 些 性 状 发 展 的 动 力 。2 自 然 选 择 (Natural selection) 自 然 选 择 决 定 有 机 体 演 变 的 方 向 及 过 程 。 为 找 出 生 物 性 状 改 变 的原 因 ， 达 尔 文 用 了 许 多 年 的 时 间 进 行 研 究 ， 基 于 下 列 的 事 实 提 出 了 自 然 选 择 的 观 点 。1） 自 然 选 择 的 观 点 来 于 动 、 植 物 的 人 工 选 择 。 达 尔 文 看 到 经 过 人 工

26、选 择 培 育 出 产 奶 量 高 的 牛 、 产 蛋量 高 的 鸡 、 产 量 高 的 小 麦 等 等 ， 典 型 的 例 子 是 现 存 的 各 种 形 态 的 鸽 子 ， 都 是 从 原 始 的 岩 鸽 经 人 工 选 择(artificial selec-tion)形 成 的 新 品 种 。 达 尔 文 认 为 既 然 在 人 工 的 选 育 下 ， 动 、 植 物 的 某 些 性 状 可以 按 人 的 意 志 发 展 ， 在 自 然 界 中 环 境 的 某 些 因 素 对 生 物 也 可 能 有 “选 择 ”的 作 用 。 各 种 群 (population)南昌大学研究生院 教学档

27、案备案内 的 个 体 之 间 都 存 在 性 状 的 差 异 。 在 这 些 性 状 中 ， 某 些 性 状 更 适 应 于 当 时 的 环 境 ， 通 过 自 然 选 择 而 被保留 并 发 展 ， 另 一 些 性 状 则 被 淘 汰 。 那 么 ， 自 然 选 择 的 动 力 是 什 么 ？2） 1838年 ， 达 尔 文 读 了 马 尔 萨 斯 著 的 人 口 原 理 随 笔 一 书 ， 达 尔 文 受 到 他 的 启 发 ， 认 为 每 个 种 群 的个 体 数 量 一 般 稳 定 在 一 定 水 平 上 ， 而 其 繁 殖 数 量 远 远 超 过 现 存 的 数 量 ， 这 就 是

28、繁 殖 过 盛 。 由 于 繁 殖 过盛 存 在 种 内 个 体 之 间 的 竞 争 ， 在 种 群 中 一 些 个 体 较 弱 ， 一 些 个 体 存 在 缺 陷 ， 这 些 弱 者 不 能 很 好 地 逃 避天 敌 的 猎 食 ， 不 能 渡 过 苛 刻 的 气 候 条 件 的 作 用 或 不 能 找 到 配 偶 等 而 被 淘 汰 ， 在 种 群 中 个 体 的 存 活 不 是随 机 的 ， 在 同 一 因 素 的 作 用 下 ， 具 有 某 些 “强 ”性 状 的 个 体 生 存 下 来 ， 弱 者 死 去 。 所 以 ， 在 种 群 中 强者 的 性 状 保 留 下 来 并 传 给

29、后 代 ， 长 时 间 下 去 ， 种 群 的 性 状 逐 渐 在 改 变 ， 而 使 某 些 性 状 处 于 优 势 地 位 。这 就 是 自 然 选 择 的 结 果 。人 工 选 择 与 自 然 选 择 的 机 制 是 相 似 的 ， 都 需 要 有 繁 殖 过 剩 ， 都 需 要 将 选 择 的 性 状 传 至 后 代 ， 但 选择 者 不 同 ， 一 个 是 人 ， 一 个 是 自 然 因 素 ； 另 一 点 不 同 之 处 是 性 状 变 化 的 速 度 ， 人 工 选 择 一 般 比 自 然 选择 苛 刻 ， 去 掉 不 合 心 意 者 ， 只 留 所 需 者 ， 因 此 性 状

30、的 变 化 及 新 性 状 的 形 成 速 度 要 快 ， 而 自 然 选 择 是 一个 长 期 的 过 程 ， 要 经 过 数 千 年 甚 至 上 百 万 年 ， 化 石 的 发 现 证 实 了 这 一 点 。 进 化 是 种 群 的 特 征 而 不 是 个体 的 特 征 ， 一 个 有 机 体 是 不 能 进 化 的 ， 只 有 经 过 繁 殖 将 某 些 性 状 传 至 后 代 ， 经 过 逐 代 的 演 变 而 使 种 群长 时 间 逐 步 进 化 。 繁 殖 是 进 化 不 可 缺 少 的 过 程 及 关 键 所 在 。达 尔 文 进 化 论 的 主 要 内 容 可 归 纳 为 以

31、下 几 个 要 点 ：1） 一 个 种 群 往 往 繁 殖 过 盛 ；2） 种 群 中 个 体 之 间 存 在 差 异 ；3） 由 于 自 然 选 择 的 作 用 ， 具 备 某 些 特 性 的 个 体 比 其 它 的 个 体 更 易 生 存 并 繁 殖 ；4） 这 些 特 性 可 以 遗 传 至 后 代 ；5） 种 群 性 状 的 演 变 需 要 时 间 。总 之 种 群 中 个 体 性 状 的 变 异 是 进 化 过 程 的 “原 料 ”， 自 然 环 境 的 作 用 是 物 种 进 化 的 动 力 。四 、 研 究 生 命 科 学 的 逻 辑 思 维 方 法研 究 生 命 科 学 必 须

32、 建 立 唯 物 认 识 论 的 思 维 方 法 ； 研 究 生 命 科 学 的 程 序 包 括 观 察 、 假 设 、 实 验 ， 对 假 设的 进 一 步 修 正 ， 得 出 结 论 并 在 此 基 础 上 进 一 步 地 观 察 ， 进 入 下 一 个 认 识 周 期 ； 研 究 生 命 科 学 的 思 维 方法 并 不 是 指 具 体 的 技 术 ， 而 是 指 如 何 提 出 问 题 ， 并 得 到 这 一 问 题 的 答 案 的 全 部 程 序 。 我 们 以 腐 肉 不 能自 行 生 蛆 这 一 论 点 的 证 实 过 程 为 例 说 明 。1 观 察生 物 学 的 研 究 大

33、多 从 观 察 开 始 ， 观 察 的 对 象 可 能 是 结 构 、 生 理 功 能 、 生 物 的 行 为 等 等 。 在 观 察 的 过 程中 即 会 提 出 问 题 。 例 如 ， 这 个 结 构 是 起 什 么 作 用 的 ？ 为 什 么 生 命 有 这 种 表 现 ？ 等 等 。 例 如 看 到 腐 肉 生蛆 就 会 提 出 腐 肉 为 什 么 会 生 蛆 ?蛆 是 那 里 来 的 ?等 问 题 。南昌大学研究生院 教学档案备案2 提 出 假 说 (Hypothesis)假 说 是 根 据 观 察 到 的 现 象 经 过 思 索 、 归 纳 、 提 出 对 事 物 初 步 的 、

34、未 经 实 践 证 实 的 可 能 的 解 释 。 假说 是 科 学 研 究 工 作 的 灵 魂 及 生 命 力 所 在 之 处 ， 即 科 学 研 究 的 创 造 性 之 所 在 。 在 观 察 事 物 的 基 础 上 大 胆地 提 出 设 想 ， 例 如 在 多 次 观 察 腐 肉 生 蛆 这 一 现 象 时 ， 发 现 生 蛆 的 过 程 中 往 往 有 苍 蝇 存 在 ， 根 据 观 察 的结 果 、 根 据 自 己 的 归 纳 提 出 腐 肉 上 的 蛆 是 由 苍 蝇 产 生 的 假 说 。 一 旦 提 出 假 设 就 说 明 科 学 家 对 一 些 杂 乱的 现 象 经 过 思

35、索 找 出 一 定 的 线 索 ， 这 就 使 科 研 工 作 可 以 进 一 步 进 行 。3 根 据 假 说 作 出 科 学 的 预 测 (prediction)及 推 理 (演 绎 过 程 )在 想 出 假 说 后 ， 需 要 以 假 说 为 根 据 ， 从 正 反 两 面 进 行 进 一 步 预 测 及 推 理 ， 例 如 提 出 蛆 是 由 苍 蝇 产 生的 假 说 ， 还 需 作 下 列 的 推 断 。如 果 蛆 是 由 苍 蝇 产 生 的 则 ：1） 有 腐 肉 有 苍 蝇 ， 苍 蝇 与 腐 肉 接 触 产 生 蛆 ；2） 有 腐 肉 无 苍 蝇 或 苍 蝇 不 与 腐 肉 接

36、 触 则 不 生 蛆 ；如 果 蛆 不 是 苍 蝇 产 生 的 则 ：3） 腐 肉 在 没 有 与 苍 蝇 接 触 的 情 况 下 也 会 生 蛆 ；4） 即 使 有 苍 蝇 存 在 腐 肉 不 一 定 生 蛆 。4 设 计 严 谨 的 实 验 对 预 测 进 行 检 验 (testing)即 用 科 学 实 验 ， 验 证 假 说 的 正 确 与 否 。 设 计 实 验 时 目 的 要 明 确 ， 即 明 确 要 证 明 什 么 ？ 在 这 个 例 子 中 ，就 是 要 证 明 蛆 是 否 是 由 苍 蝇 产 生 的 ， 我 们 可 以 设 计 A， B 两 个 实 验 组 ， A 组 将

37、腐 肉 放 入 瓶 内 不 加 盖 ， B 组则 加 盖 。 结 果 A 组 未 加 盖 的 瓶 内 由 于 苍 蝇 与 腐 肉 接 触 生 蛆 ， 加 盖 的 瓶 内 不 生 蛆 。 由 于 A、 B 两 个 实 验 组包 含 不 只 一 个 因 素 的 不 同 ， B 瓶 可 能 由 于 加 盖 使 瓶 内 空 气 不 足 而 不 能 生 蛆 ， 为 使 A、 B 组 空 气 同 样 充 足(条 件 一 致 )， 将 B 组 的 瓶 盖 改 用 纱 网 ， 此 时 A、 B 两 组 只 存 在 苍 蝇 是 否 可 以 与 腐 肉 接 触 这 样 一 个 因 素 的不 同 (设 计 实 验

38、中 要 使 对 比 的 因 素 只 有 一 个 ， 排 除 其 它 )， 对 比 出 “苍 蝇 与 腐 肉 接 触 与 否 ”这 一 因 素 在腐 肉 生 蛆 中 的 作 用 。 实 验 得 出 下 列 的 结 果 ： A 组 苍 蝇 与 腐 肉 接 触 有 的 瓶 生 蛆 ， 有 的 瓶 不 生 蛆 ；B 组 苍 蝇 不 与 腐 肉 接 触 ， 所 有 的 瓶 都 不 生 蛆 。对 实 验 结 果 进 行 分 析 ， 并 对 先 前 作 出 的 推 断 进 行 检 验 ， 得 出 下 列 结 论 ：1） 腐 肉 不 与 苍 蝇 接 触 不 会 生 蛆 ；2） 腐 肉 与 苍 蝇 接 触 不

39、一 定 生 蛆 ， 有 些 生 蛆 ， 有 些 不 生 蛆 ；3） 腐 肉 生 蛆 苍 蝇 是 必 要 条 件 ， 但 还 缺 少 另 外 的 条 件 ， 前 面 作 出 的 假 说 不 一 定 正 确 。为 了 找 出 除 苍 蝇 外 ， 腐 肉 生 蛆 的 另 外 的 条 件 ， 我 们 的 研 究 进 入 下 一 个 认 识 周 期 ， 找 出 生 蛆 的 真 正 原 因 ，尚 需 在 这 一 基 础 上 进 一 步 观 察 。 通 过 观 察 发 现 ， 蝇 卵 的 存 在 可 能 是 另 一 必 要 条 件 。 据 观 察 再 次 提 出 假说 ： 蝇 卵 是 使 腐 肉 生 蛆 的

40、 必 要 条 件 。 设 计 实 验 ， 根 据 这 一 假 说 可 推 断 出 腐 肉 内 加 入 蝇 卵 即 可 生 蛆 ， 不南昌大学研究生院 教学档案备案加 蝇 卵 不 能 生 蛆 。 同 样 将 实 验 分 为 A， B 两 组 ， A 组 瓶 内 放 入 腐 肉 并 接 种 蝇 卵 ， B 组 只 放 腐 肉 不 接 种 蝇 卵 ，结 果 A 组 腐 肉 生 蛆 ， B 组 则 不 生 蛆 。 证 明 卵 是 生 蛆 的 另 一 必 要 条 件 ， 只 有 苍 蝇 在 腐 肉 上 产 卵 时 腐肉 才 能生 蛆 。在 设 计 实 验 中 应 注 意 的 几 个 问 题 （ 要 考

41、虑 下 列 因 素 的 重 要 性 ） ：1） 实 验 目 的 要 明 确 、 具 体 ， 以 便 针 对 性 地 去 研 究 问 题 和 解 决 问 题 。2） 对 照 实 验 组 的 重 要 意 义 。 实 验 中 设 对 照 组 是 使 处 理 对 比 中 排 除 其 它 因 素 干 扰 ， 只 考 查 一 个 因 素 的作 用 所 常 用 的 办 法 ， 要 使 实 验 对 比 的 因 素 只 有 一 个 ， 排 除 其 它 。 例 如 做 药 效 实 验 ， 检 验 药 片 是 否 有效 ， 可 将 病 人 分 成 两 组 ， 如 甲 组 病 人 服 用 药 片 有 效 ， 乙 组

42、病 人 不 服 药 片 无 效 ， 这 样 做 并 不 能 说 明 药片 有 效 ， 因 为 除 了 药 效 作 用 外 ， 是 否 吃 药 可 对 病 人 产 生 心 理 作 用 而 影 响 药 效 ， 因 此 应 设 立 对 照 组 ，甲 组 病 人 服 用 药 片 ， 乙 组 病 人 服 用 “安 慰 药 ”， 这 种 药 片 形 状 与 制 药 物 质 与 药 片 完 全 相 同 ， 只 是 不含 成 分 ， 这 样 两 组 只 在 是 否 服 用 成 分 A 这 一 点 上 有 所 不 同 ， 实 验 结 果 只 说 明 成 分 A 是 否 有 效 ， 药 效的 优 劣 才 能 看

43、出 。 3） 处 理 数 量 (quantity)及 重 复 实 验 (replica tests)。 生 物 存 在 个 体 差 异 ， 在 鉴 定 某 个 因 素 的 作 用 时 ，对 实 验 结 果 进 行 分 析 ， 从 实 验 组 及 对 照 组 所 得 的 数 据 看 来 ， 二 者 似 乎 有 差 异 ， 说 明 所 考 查 的 因 素 可 能有 作 用 。 但 由 于 生 物 个 体 之 间 存 在 差 异 ， 实 验 结 果 所 显 示 的 差 异 可 能 是 考 查 因 素 的 作 用 ， 也 可 能 是 来源 于 实 验 对 象 (生 物 )个 体 之 间 的 差 异 。

44、 如 要 明 确 两 组 实 验 结 果 差 异 是 来 自 研 究 对 象 本 身 的 个 体 差 异 ，还 是 由 于 处 理 因 素 的 作 用 ， 需 要 用 统 计 分 析 (statistical analysis)的 方 法 ， 方 能 得 出 正 确 的 结 论 。因 此 试 验 个 体 需 要 数 量 大 ， 重 复 次 数 多 ， 这 里 也 应 强 调 随 机 取 样 (random sampling)的 重 要 性 。5 得 出 结 论对 实 验 结 果 进 行 分 析 ， 由 于 生 物 个 体 之 间 的 差 异 ， 对 实 验 结 果 进 行 统 计 分 析 是

45、十 分 必 要 的 。 通 过 分析 检 验 假 说 是 否 正 确 ， 最 后 作 出 结 论 。 假 说 无 论 正 确 与 否 ， 都 是 重 要 的 结 论 。 科 学 研 究 是 步 步 深 入 的 ，在 前 一 个 结 论 的 基 础 上 ， 进 入 下 一 个 认 识 周 期 。 总 结 生 命 科 学 的 研 究 程 序 如 图 （ 板 书 ）。 摘 要 与 小 结 ： 生 命 不 是 一 个 连 续 的 整 体 而 是 分 为 单 个 有 机 体 有 机 体 是 由 地 球 上 已 有 的 元 素 组 成 的 ， 这 些元 素 组 成 复 杂 的 分 子 ， 这 些 分 子

46、以 及 它 们 的 复 杂 的 、 动 态 的 反 应 构 成 生 命 ， 生 命 是 一 个 系 统 。 生 命 是 一 个 开 放 系 统 生 命 与 环 境 之 间 进 行 物 质 及 能 量 的 交 换 ， 通 过 合 成 代 谢 及 分 解 代 谢 维 持有 机 体 的 生 命 。 生 命 与 环 境 之 间 存 在 物 质 及 能 量 的 循 环 。 生 命 是 高 度 有 序 的 系 统 物 质 只 有 构 成 一 定 的 结 构 它 的 物 理 化 学 性 质 方 能 表 现 为 生 命 ， 这 个 特 殊的 组 织 形 式 就 是 细 胞 ， 只 有 细 胞 方 能 具 有

47、生 命 。 生 命 高 度 有 序 性 还 表 现 在 它 具 有 严 格 的 层 次 。 生 命 的层 次 从 低 到 高 ， 依 次 为 原 子 、 分 子 、 生 命 大 分 子 、 细 胞 器 、 细 胞 、 器 官 、 系 统 、 有 机 体 、 种 群 、 群 落 、南昌大学研究生院 教学档案备案生 态 系 统 、 生 物 圈 。 生 命 是 具 有 自 我 复 制 能 力 的 系 统 自 我 复 制 是 生 命 最 基 本 的 特 征 之 一 ， 表 现 在 有 机 体 的 生 长 、 发育 及 繁 殖 后 代 两 个 方 面 。 生 长 、 发 育 及 繁 殖 都 是 由 DN

48、A 及 RNA 所 程 序 化 的 。 遗 传 及 变 异 是 自 我 复 制 表现 的 两 个 方 面 。 生 命 是 可 以 自 我 调 控 的 系 统 生 命 具 有 维 持 自 身 处 于 相 对 稳 定 状 态 的 能 力 ， 它 可 对 外 界 刺 激 作 出应 答 ， 同 时 可 以 维 持 自 身 的 稳 衡 ， 它 具 有 信 息 指 令 物 质 DNA 及 RNA， 也 具 有 信 息 传 导 物 质 ， 神 经 组 织及 激 素 。 细 胞 的 活 动 是 由 DNA 及 RNA 进 行 程 序 调 控 。 有 机 体 的 信 息 可 以 传 递 给 下 一 代 ， 并 且 是 可 以 发展 的 。 生 命 是 一 个 多 样 性 的 、 持 续 进 化 的 系 统 生 命 物 质 自 我 复 制 的 无 限 性 与 环 境 条 件 有 限 性 之 间 的 矛盾 ， 使 有 机 体 从 多 方 面 开 发 利 用 环 境 ， 适 应 不 同 的 环 境 ， 形 成 多 种 不 同 的 生 物 种 类 生 活 方 式 ， 形 成 生命 的 多 样 性 。 由 于 这 一 矛 盾 是 永 远 存 在 的 ， 因 此 生 命 将 是 一 个 持 续 进 化 的 系 统 。 遗 传 及 变 异 是 持