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普通生物学绪论


——————————————————————— 绪论:生物界与生物学

第1章 绪论
生物界与生物学

● 地球上高度的生物多样性

◆ 大小
支原体:单细胞,直径100 nm;

巨杉:北美,83 m,6167 t。
◆ 寿命 细菌:一般每分钟分裂一次,
<

br />寿命 ~ 1分钟;
巨杉:3200年,可能有更长者;

◆ 细胞构成

变形虫:单细胞;
人:1014个(1万亿)

→ 高度分化 → 复杂人体;
◆ 营养方式 自养:植物、藻类、蓝细菌;

异养:渗透营养:真菌、细菌;
吞噬营养:原生动物、动物。

● 生物的分布

◆ 横向:全球;
◆ 纵向:树高 < 100m,鸟飞 < 2000m ◆ 海洋生物:大多 < 150 m;

细菌:深 4000m;
◆ 土壤生物:大多 < 50m; 细菌:深 2000m 石油矿床;

● 生物圈 (biosphere) 有生物存在的地理圈:大气圈

下层,
水圈 上层,

岩石圈
表层。

● 生物学研究对象的特点 研究对象:生物界;
研究对象的特点 具高度复杂性、多样性; 又有高度统一性。

1.1 生物的特征 1.2 生物界是一个多层次的组构系统 1.3 把生物界划分为5个界 1.4 生物和它的环境 形成相互联结的网络 1.5 在生物界巨大的多样性中 存在着高度的统一性 1.6 研究生物学的方法 1.7 生物学与现代社会生活的关系

1.1 生物的特征
生物体:自然界最复杂的系统; 什么是生命?——难下定义

什么是生命?
?

??

?

?

?

?

● 生物的六大共同特征

① 特定的组构 ③ 稳态和应激性
⑤ 生长和发育

② 新陈代谢 ④ 生殖和遗传
⑥ 进化和适应

① 特定的组构

◆ 生物的组构 (organization)
生物是由细胞(cell)组成的;

◆ 质膜 将细胞与环境分隔开来;
细胞、环境之间选择性地进行 物质、能量交换的界面。

◆ 细胞的化学组成

不同于无生命物体
? 水:大量,> 50%;

? 有机分子:种类繁多; 特别是起关键作用的生物大分子
核酸,蛋白质,多糖,脂质; ? 生物分子 → 细胞器 → 细胞。

◆ 细胞 ? 结构异常复杂、高度有序的系统

动物细胞

植物细胞

? 生物体的基本结构、功能单位 细胞中可以进行生命所需要的
全部基本新陈代谢活动; 即:生物体全部基本新陈代谢活动 都是在细胞中进行的。

? 多细胞生物中 高度分化的细胞
各有特定的功能; 整个生物体的生命活动 有赖于其组成细胞的功能的整合。

② 新陈代谢 (metabolism) ◆ 定义:活的生物体、细胞内

存在着无休止的化学变化,
这些化学反应的总和 即新陈代谢;

◆ 本质:一系列酶促反应
→ 复杂的反应网络;

◆ 生命活动需要能量 所有生物都要从外部获得自由能
来驱动化学反应 ? 自养生物

获取太阳光能、利用简单的原料
→ 合成自身复杂的有机分子;

? 异养生物
从食物中获得能量; 食物:其他生物合成的有机物质;

食物 → 小分子 + 能量; 小分子(原料)
→ 合成自身生物大分子。

◆ 生物体是一个开放的系统

? 生物体内每一次能的转换,
总有一些自由能 → 热; ? 一些富含自由能的大分子

→ 简单代谢废物 → 系统无序性↑
? 生物体、细胞

→ 不断和环境进行能量、物质交换
→ 维持内部的新陈代谢。

◆ 新陈代谢是生命的属性

? 每一个反应环节
是化学反应,遵循化学规律; ? 整体上

突显出生命的属性,
如:自主进行、 能不断更新自己。

◆ 新陈代谢过程的统一性
各种生物的基本代谢过程相同; 如:动、植物细胞呼吸 ● 不需氧 糖酵解

● 需氧
三羧酸循环

③ 稳态、应激性 ◆ 稳态是生物体新陈代谢的需要 生物新陈代谢

需要内部条件相对稳定;
原因:酶促反应需要严格的 物、化条件(温度、pH等)

◆ 稳态(homeostasis)

? 定义:生物体具有许多调节机制,
在环境发生某些变化时, 来保持内部条件的相对稳定;

? 如:当某种细胞成分过多时,
产生它的过程就会关闭;

当细胞中能量供应不足时,
释放能量的过程就会加强。

◆ 应激性 (irritability) ? 定义

生物体有多种多样的机制,
能感受刺激 → 应答 → 利于保持体内稳态

→ 利于维持生命活动;

? 刺激 体内外的物理、化学变化, 如:温度,压力,

光线颜色和强度, 土、水中化学成分,等;

④ 生殖和遗传 ◆ 生殖 (reproduction)

个体不能永久存活, 它们通过生殖产生子代
使物种得以延续;

◆ 遗传(heredity)
子代具有和亲代相似的性状;

◆ 生殖和遗传的核心机制

DNA的自我复制; ◆ 遗传信息的传递
全部遗传信息通过细胞 从亲代传递到子代;

◆ 遗传信息流 DNA—RNA—蛋白质

◆ 遗传的本质
DNA携带的遗传信息 沿DNA—RNA—蛋白质的途径,

表达为性状,
从而使亲代性状重现于子代。

⑤ 生长和发育

◆ 生长(growth)
? 定义:由小到大的生理过程;

? 原因:细胞体积或数量的增长;

? 本质:生物体吸收的营养物
→ 精确调控下的一系列变化

→ 细胞组分;
◆ 无生命物体的“生长” ? 食盐:过饱和溶液 → 食盐晶体

→ 晶体“长大”;
? 本质:同类物质的聚集。

◆ 发育(development) 和生长密切相关的过程;

? 定义:多细胞生物生活史中发生的
一系列结构、功能的变化, 包括:组织器官的形态建成、

性成熟、衰老等;
? 本质:精确调控、程序性变化过程。

⑥ 进化和适应

◆ 变异:生殖过程中,
遗传物质 → 重组、突变 → 亲、子代间

差异,
子代个体间 差异;

◆ 进化(evolution) ? 原因:突变、漂变、基因流、
非随机交配和选择 → 生物种群进化;

? 达尔文:进化是“有饰变的传代”
(descent with modification)

不同品种的菊花

◆ 适应

? 产生原因
选择 → 生物一代代越来越

适应它所处的环境;
? 生物对的环境适应 指生物和它具有的某些遗传性状,

提高了它在特定环境中
生存和生殖的能力。

◆ 进化概念的意义 生物学中一个重要的基本概念; 借助这个概念能合理解释

生物界的 多样性、统一性和适应性。

● 生物、非生命物体的区分 根据上述生物的六大共同特征; ● 病毒 (virus)

◆ 病毒的组成 ? 蛋白质 + 核酸(DNA or RNA)

? 无进行新陈代谢所必需的基本系统; ? 无自身的复制系统;

◆ 病毒的复制

? 接触宿主细胞 → 脱去蛋白质外套;
? 核酸(基因)→ 宿主细胞; ? 借助宿主细胞的复制系统

按照病毒基因的指令
→ 复制新的病毒;

◆ 病毒的地位:生命、非生命体之间。



1.2 生物界是一个

多层次的组构系统
● 地球上的物质 组织起来形成一个

———— 多层次的结构系统; — ● 生物界
多层次的组构系统;

— ——个体 —
— —

● 每个层次都建筑在
下一层次之上;

● 11 个组构层次
生物大分子、 细胞器、细胞、 组织、器官、系统、 个体、种群、群落、

生态系统、生物圈。

● 个体(individual)

◆ 自然界能独立存在的
基本生命单位; ◆ 单细胞个体

原核、原生生物;
多细胞个体

—— 个体 —

人,复杂;

● 下面先考察个体以上
的各个层次(宏观) ● 种群(population) 一群互交繁殖的

◆ 定义:在一个地区,



同种个体;
◆ 物种存在、繁殖、 进化的单位。

● 物种

◆ 物种的组成
一个物种可以由许多种群组成, 分别生活在不同地区;

◆ 物种的形成
? 地理隔离 → 阻断种群间基因交流;

? 环境差异、长期隔离
种群 → 亚种 → 新物种;

● 群落 (community) ◆ 定义



在一定空间里,
多种生物种群 的集合体;

◆ 群落适应它的环境;

◆ 群落内不同物种

种群之间的关系
? 不是任意物种的 随机组合; ◆ 群落是各个物种



? 相互制约、相互依存; 适应当地环境
并彼此适应的产物。

——

● 生态系统 (ecosystem) ◆ 定义 在一定空间内, 生物、非生物成分 通过能量流动、 物质循环 构成相互依赖、 制约的 生态系统;

◆ 性质
地球表面自然界的基本单位;

◆ 大小
鄱阳湖、长白山原始森林, 小池塘、水坑;

◆ 生物圈(biosphere)
地球上所有生态系统的总和,

最大的生态系统。


● 上面介绍的是

个体以上层次

——个体 —
— —

(宏观) ● 下面介绍

个体以下层次 (微观)

——个体

● 器官系统 (系统,system)
◆ 定义 若干相关器官组成

能完成特定功能;

◆ 人体:至少 11 个系统(第 6 章)
消化、呼吸、循环、排泄…… ◆ 神经系统(图6.10i)

功能:调节各器官、系统 → 协调一致 → 整体;
组成:脑、脊髓、脑神经、脊神经

● 器官 (organ)



◆ 定义:若干组织组成, 能完成特定功能;

◆ 脑:图13.10
神经系统的 一个重要器官,

由神经组织构成;



● 组织 (tissue) ◆ 定义:一种、几种细胞 结合起来的细胞群; ◆ 神经组织: 神经细胞,图13.1 + 胶质细胞(支持、营养) → 交织 → 网络; ◆ 类型:上皮、结缔、 肌肉、神经。

● 细胞(cell) ◆ 生物体组构的基本单位;

◆ 不同类型的细胞



? 各有特定的形态、功能; ? 又具统一的结构模式

如:细胞膜(质膜)、
细胞质、细胞器;

● 细胞器(organelle) (图3.4 )

◆ 核、线粒体、
内质网、核糖体、



溶酶体、

高尔基体等;

◆ 都有各自特定的位置、结构、功能
如:线粒体,细胞呼吸处所,动力站

动物细胞

植物细胞

● 分子(molecule)
◆ 最后一个层次

相当重要的层次;
◆ 生物体的化学成分特点 含多种有机化合物,

特别是核酸、蛋白质等
生物大分子

——

biomacromolecule

◆ 核酸

? 相对分子质量(旧称分子量)
很大,自然界中最大的化合物; ? 许多小的单体分子聚合而成;

? 重要作用:遗传物质
脱氧核糖核酸,DNA,

遗传信息编码在
DNA长链中核苷酸顺序上。



● 生物界向外延伸 生物分子、生态系统
位于连续的阶层两端;

生物分子向下 → 原子等;



生态系统向上 → 地球等;
但它们已不属于生物界。

1.3 生物界可划分为 5 个界
● 物种的数量

已知现存:~ 200万种;
绝灭:> 1500万种; ● 物种间的差异

形态构造、生活习性、
营养方式、生殖方式,等。

● 命名和分类:研究生物的需要

● 俗名(common name)
◆ 日常生活中常用 猴、猿、鹰、蝇等;

◆ 缺点、问题
一个名称往往包含多个物种, 一个物种可能有多个名称;

◆ 需要:制定统一、准确的学名。

● 学名(scientific name) 林奈 Carl von Linne,图1.2, 18世纪(1707~1778)

瑞典,植物学家 ◆ 双名法 binominal nomenclature
用两个拉丁名作为物种的学名, 属名 + 种名;

◆ 例:家猫 Felis catus
? Felis 属名,catus 种名;

? Felis 属其他成员
Felis silvestris 欧洲野猫, Felis margarite 沙猫, Felis chaus 丛林猫,等。 ◆ 人(智人)Homo saptiens Linne

Homo 人属,saptiens 智慧。

● 分类阶元 (category)
◆ 定义:多级的分类系统中,

每级为一个分类阶元;
◆ 基本阶元:7 个 界 (kingdom)、门 (phylum)、 纲 (class)、目 (order)、 科 (family)、属 (genus)、

种 (species)。

◆ 辅助阶元:在某一阶元上、下

再增加一个阶元;
如:科之上,超科 superfamily; 目之下,亚目 suborder;

● 生物的分界
界:最大的分类阶元;

● 两界系统

200 多年前,林奈,
植物界、动物界。 ● 三界系统

1886年,海克尔 E. Haeckel,
增加原生生物界

(单细胞生物)

● 五界系统(图1.3) 细菌、蓝细菌和真菌的地位
不能再归在植物界; 1967年,美,生态学家, 惠特克 R. H. Whittaker

Monera Protisia Platae Fungi Animalia

● 原核细胞 (prokaryocyte)

细菌 (bacteria)
蓝细菌 (cyanobacteria) ◆ 单细胞;

◆ 显著区别于其他四界生物的细胞
? 染色体:环状 DNA 分子; ? 无核膜、无其他具膜的细胞器。

● 原核生物界
从细胞结构上看,



细菌、蓝细菌

应从植物界中
分离出来, 另立为

原核生物界。

● 真核细胞 (eukaryocyte)

其他四界生物的细胞,
染色体:DNA分子、 组蛋白、其他蛋白质;

有双层核膜;
有多种具膜的细胞器

线粒体、高尔基体等;

● 单细胞的真核生物

原生生物界(原生动物、藻类)
◆ 原生动物:protozoans



和动物一样,

吞噬营养,
吞食藻类、 细菌等。

◆ 藻类 algae

和植物一样,光合作用 → 食物;
单细胞藻类:大多数; 多细胞藻类:少数;

细胞很少分化、类型简单,
与植物差别较大,

更接近单细胞藻类,
故仍归原生生物界。

● 多细胞的真核生物

依据营养方式不同
→ 植物界、真菌界、动物界;

— — —

◆ 植物
叶绿体 → 光合作用 → 食物,

坚固的细胞壁;
◆ 真菌:图 29.1 2,蘑菇 ? 子实体:固着于地面、树干, 像植物:有细胞壁; 不同于植物:无叶绿体,

不能行光合作;

? 菌丝体:子实体下方土壤中, 渗透营养:菌丝 → 水解酶

→ 体外环境 → 分解生物遗体;
复杂的生物大分子 → 小分子

→ 吸收 → 自身的营养素。
? 真菌、植物不同 营养方式、解剖结构;

分属两个界是有道理的。

◆ 动物

? 似真菌:异养生物;
无叶绿体,不能行光合作用; ? 不同于真菌

吞食方式获得营养;
能自由地运动; ? 不同于植物、真菌:无细胞壁。

● 生物界的三个域 (domain)

◆ 原核生物
近 20 年来,基因组比较, 原核生物 → 2 个主要分支:

(真)细菌、古细菌 (archaea);
两者存在许多区别

结构、生化、生理学特性;

◆ 一些人将生物界分成三个域

真细菌域
Bacteria; 古细菌域

Archaea;
真核生物域 Eukarya

——————————————————————— 绪论:生物界与生物学

动物界

植物界

真菌界

原生生物界

真细菌

古细菌

1.4 生物和它的环境 形成相互联结的网络

● 生态系统:定义
在一定空间中共同栖居着的 所有生物与其环境之间

由于不断进行物质循环和能量流动
而形成的统一整体。

● 生态系统中的非生物环境

参与系统物质循环的
多种无机元素、化合物, 气候条件、其他物理条件,

如:温度、日照、气压、降水等。
● 生态系统中的生物

通常都有上述 5 个界的生物,

分别担当生产者、消费者、分解者。

● 生产者 (producer)

植物、藻类、蓝细菌、光合细菌;
◆ 自养生物:捕获太阳能,光合作用

利用CO2(空气)和水(土壤)
制造有机物;

◆ 功能:为生态系统提供食物、能量。

● 消费者 (consumer):动物
以植物、或其他动物为食。

● 分解者 (decomposer)

绝大多数异养的细菌、全部真菌
◆ 类型 ? 腐生型:水解酶 → 环境

→ 分解生物遗体中复杂有机物
→ 小分子有机物 → 自身的食物、能量;

? 寄生型

生活在活的动植物体内,
分解宿主的组成成分。 ◆ 分解者的重要作用

没有分解者,
动植物尸体将会堆积成灾,

物质不能循环,
生态系统将走向毁灭。

● 食物链 (food chain)
◆ 定义:生态系统中

生物成员之间的营养关系;
◆ 意义:生物成员间最主要的联系; ◆ 植物—蝴蝶—蜻蜓—蛙—蛇—鹰;

● 食物网 (food web) 图35.2
生态系统中具若干个食物链,

食物链 → 彼此交错 → 食物网;

● 生态系统功能:物质循环、能量流动
◆ 周而复始的物质循环

生命所需的基本化学物质
(CO2、水、各种无机物) 空气、土壤 → 植物

→ 沿食物链在生态系统中传递
(一种生物 → 另一种生物)

→ 空气、土壤;

◆ 永不停息的能量流动 ? 植物、光合生物
→ 捕获太阳光能 → 食物分子中的化学能 → 沿食物网流动;

? 能量流动过程中
不断有能量 → 热 → 离开生态系统;

→ 生物体内可用于做功的能量
持续衰减; ? 生态系统都需要不断补给能量

否则,生态系统将会自行消亡;

图1. 4 生态系统中的物质循环和能量流动

a 生产者捕获、转换、利用并贮存来自太阳的能量; c 物质在生产者、消费者、分解者及环境之间循环

b 能量在生物体之间转移,并逐步化为热返回环境;

1.5 生物界巨大的多样性中 存在着高度的统一性

● 多样性
属于同一分类群的多种生物,

总有一些性状将它们彼此分开;
例:鹿科动物,我国,14 种 麇鹿、马鹿、梅花鹿、

驯鹿、麝等;

● 统一性:人类认识逐步加深
◆ 早期认识

同一类群的多种生物彼此很相似,
即有某种统一的结构模式 将它们包容在一个分类阶元中; ◆ 细胞发现、分子生物学发展 使人类对生物统一性的认识

提到一个又一个新高度;

◆ 生物都是由细胞组成的 19世纪,显微镜发明、改进
所有动植物都由细胞组成; 细胞在显微镜下都十分相似; 细胞成为生物界统一的基础;

◆ 所有生物细胞都有相同的组分

核酸、蛋白质、多糖等;
◆ 蛋白质的统一性 组成:20 种氨基酸,

以肽键连接而成;
功能:蛋白质长链中 氨基酸序列决定的。

◆ 遗传物质统一性

? 遗传物质均为 DNA 或 RNA
脱氧核糖核酸 核糖核酸;

? DNA 组成相同

4 种核苷酸 → 磷酸二酯键 → 长链;
2 条互补长链 → 双螺旋分子;
核苷酸
磷酸根 碱基



? 遗传信息流的方向相同

DNA长链的核苷酸序列
→ 蛋白质长链的氨基酸序列

→ 为每个物种、个体编制蓝图
即:DNA 的信息 → 调控生物体代谢、 生长、发育等过程;

? 遗传密码相同:三联体密码子;

◆ 现代生物学的重要理念 ? DNA--RNA--蛋白质的遗传系统 是生物界的统一基础;

? 所有生物有共同的祖先 彼此都有或近或远的亲缘关系,
整个生物界是一个多分支的 物种进化系谱。

1.6 研究生物学的方法

所有自然科学的研究方法,
有一些相同的关键要素: (1)观察 (observation)

(2)提出问题 (questioning)
(3) 假说 (hypothese)

(4) 预测 (prediction)
(5) 检验(test)

● 例 1:1831~1836,达尔文,

贝格尔(Beagle)号,环球考察,
最著名的生物学科学观察活动; (1)观察:为了认识自然所做的

有目的的考察和审视;
发现尚未被认识和解释的现象;

◆ 在加拉帕戈斯群岛 Galapagos
发现下述两个重要事实:

① 海岛与大陆的物种

? 加拉帕戈斯群岛:邻近南美大陆;
? 佛得角群岛:邻近非洲大陆; ? 两群岛相似:都在赤道附近,

很年轻火山岛,气候十分相似;
? 两群岛物种:都有特有物种,

彼此相距甚远,
但都与邻近大陆的物种关系密切;

② 加拉帕戈斯群岛 13 种地雀

图 25.2 ? 彼此很相似;
? 但喙的大小、形态 互有差异,

分别适应各自的食物;

◆ 回英国后整理标本时 又发现一个重要事实

嘲鸫 (mocking bird)
加拉帕戈斯群岛独有物种; 不同岛上的彼此相似,

又有明显差别,属不同物种;

(2)提出问题:达尔文,思考 ◆ 海岛、邻近大陆物种间关系如何?
即:年轻海岛独有物种哪里来的? ◆ 若海岛独有物种

是从邻近大陆迁徙来的,
物种到底是不变的还是可变的?

(3)假说:缜密思考,达尔文认为 只要摆脱物种不变论的束缚,
就可合理解释上述事实; ◆ 岛屿生物来自邻近大陆

由于某种偶然原因
邻近大陆的生物 → 新生岛屿;

◆ 海岛独有物种的形成 相对隔离、

海岛与大陆不同自然条件
(包括物理环境、生物间关系) → 迁徙者逐渐发生变异

→ 海岛独有物种;

◆ 共同来源

达尔文引申出一个重要概念:
彼此相似又互有差别的物种 来自一个共同祖先,

有一个共同来源。 ◆ 当达尔文提出共同来源的思想时
可以将它称为假说;

(4)预测与检验

◆ 假说必须是可以检验的
人们能够根据假说, 用推测(inference)、

类推 (analogy)方法,
对可能发生的事件作预测, 并在进一步观察或实验中检验它。

◆ 检验的几种结果 ? 不支持:提出新假说、作新探索;

? 支持假说:作为继续探索的思路;
? 部分支持假说:对假说作某种修正。 ◆ 任何科学知识都要反复地接受

观察和实验的验证。

● 例2:人猿共祖假说(自学)

(1)观察:达尔文、赫胥黎
(T. H. Huxley, 1825~1895) 比较分析人、猿的材料;

大猿:猩猩、大猩猩、黑猩猩;
(2)提出问题:为何如此地相像?

(3)结论(假说):人猿有共同来源
都是从某种古猿演化而来的。

(4)预测

◆ 海克尔(E.Haeckel)推测
类人猿、人之间有一个中间环节, 取属名为 Pithecanthropus

即:类似猿的人——猿人;
根据人猿共祖假说 → 考古学预测;

◆ 化石记录中的“缺环”
当时还未发现任何猿人化石;

(5)验证 ◆ 迪布瓦:E. Duboiz,荷,解剖学家

1887,第一次有计划、有目的
寻找“缺环”;

◆ 几代科学家、100多年努力
至少 440 万年连续的化石人类; 其中一些可视为

人、古猿之间的“缺环”。

◆ 阿法南猿 Australopithecus afarensis
300 多万年前,东非大裂谷, 似猿又似人;

? 似猿性状:脑量小,猿的水平;
? 似人的重要性状 骨盆:短宽(猿:窄长) 说明:已能直立行走

枕骨大孔:在颅底中央(猿:偏后)

? 直立行走的意义
双手自由 → 制造工具(石器)

→ 继续向人的方向演化的潜能;
因此,人类学家将阿法南猿 放进人的系谱而不是猿的系谱; ◆ 验证:化石人类的发现 使人猿共祖理论得到验证,

也使共同由来思想得到验证;

◆ 生物进化
在地质时间尺度内发生的事件, 可用新发掘的考古材料

对预测进行验证。
● 实验

研究短时间尺度内发生的事件,
可以根据预测来设计有对照的实验 对假说进行验证。

● 实例 3
孟德尔 豌豆杂交试验

(1)观察:孟德尔发现的现象 纯合红花 × 纯合白花,

子一代:杂合、红花; 子一代自交 → 子二代:
红花 :白花 = 3 : 1; (2)问题:Why?

(3)孟德尔的假说
◆ 世代之间的遗传

遗传的不是性状本身,
而是决定性状的因子(基因) ◆ 形成配子时

等位基因分离,彼此独立进行;
◆ 受精过程中

不同配子随机结合 → 合子。

(4)孟德尔的预测:回交实验

◆ 杂合红花 (F1, Aa)×纯合白花 (aa)
◆ 产生的配子 杂合红花 (Aa) → 配子 (a)、(A);

纯合白花 (aa) → 配子 (a);
◆ 配子随机结合 → F2

杂合红花 (Aa) : 纯合白花 (aa)
= 1 : 1。

◆ 验证:测交实验 测交结果和预测一样(1 : 1) 不同于Aa×Aa的结果(3 : 1)

也不同于Aa×AA的结果(4 : 0) 假说得到有说服力的验证。

● 科学方法的精髓 坚持任何思想、假说、理论
都必须是可以检验的; 实践(包括观察和实验) 是检验真理的标准。

1.7 生物学与现代社会生活的关系
1. 现代人必备的知识和素质

● 现代大众传媒频见的主题词
全球变暖、生态平衡、濒危物种、 遗传工程、转基因作物、克隆、 试管婴儿、杂交水稻、有氧运动 ● 只有掌握一定的生物学基础知识

才能理解有关信息。

2. 生物学与农学、医学密切相关 ● 生物学

是农学、医学
重要的基础学科之一;

● 农学、医学
是生物学最重要的应用领域; 农学、医学的要求和实践

是生物学发展的重要推动力。

袁隆平与杂交水稻

● 家养动植物人工选择的实践及成果 达尔文把他的自然选择理论
看成是人工选择原理 在自然界的应用。

是达尔文进化理论的重要依据之一。

● 牛痘的发明
推动了人们对免疫的认识。

● 生物学理论的突破 转化为农、医等方面的新技术,

引发农学、医学的突破:
◆ 生殖生理学研究 使体外授精成为可能,

实现了生殖技术的一次突破。

◆ 造血干细胞分化潜能的研究

及分离培养技术的发展 推动了运用移植骨髓造血干细胞
治疗白血病技术的形成和发展。

● DNA重组技术 诞生于 20 世纪 70 年代; 当代最重要的一项

由生物学理论转化而来的技术; 将一段外源 DNA(目的基因)
导入宿主细胞, 并在宿主细胞中得到表达。

◆ 转基因酵母 → 新型疫苗;

◆ 转基因大肠杆菌
→ 胰岛素、生长激素、干扰素等; ◆ 转基因作物、家畜家禽

→ 具人们期望的性状;
如:抗病的棉花品种;

◆ 遗传病的基因诊断、基因治疗。

抗虫棉长势良好

转黄瓜抗青枯病基因的甜椒

转基因动物(鱼,中国)

生长快、肉质好、耐不良环境

特殊动物
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠

● 转基因技术(基因工程)药物 转基因细菌
发酵液 → 工业化生产

→ 产量高、
价格低;

胰 岛 素 生 产 车 间

● 胰岛素:治糖尿病,特效药 ◆ 人工提取

100 kg 猪、牛胰腺
→ 4 - 5 g 胰岛素 → 比黄金还贵; ◆ 人工合成胰岛素基因

→ 大肠杆菌;
2000 L 培养液 → 100 g 胰岛素!

● 基因工程干扰素
干扰素:治疗病毒感染

300 L 血 → 1 mg!
何等珍贵! 人造血液、

白细胞介素、
乙肝疫苗,等。
干扰素生产车间

● 现实、潜在的负面影响 科技进步——双刃剑; ◆ 转基因食品安全性;

◆ 转基因生物生态安全性;
◆ 转基因武器; ◆ 克隆:道德、伦理问题,等

3. 生物学的一个重要应用
帮助我们认识和处理

面临的环境问题
(1)地球 —— 人类美好的家园 ① 大气中CO2浓度“恰到好处” ● 使地表温度:适宜生物生存; ● 有效防止地表液态水过度蒸发

保持生物生存需要的液态水圈;

② 大气中分子态氧含量充足 ● 保证生物的呼吸;

● 保证岩石风化 → 生命所需矿物质;
● 保护地表生命

紫外线 → 大气中的氧 → 臭氧层
→ 挡住来自宇宙的紫外线辐射; ● 保护地球:大多数陨石

→ 氧化性大气圈 → 燃烧掉。

(2)早期地球的大气

地球形成后的 7 亿年内,
CO2为主、酸性; 地球死气沉沉,不宜生物生存。

(3)生物与其环境的协同进化
● 大气的变化:早期酸性大气 → CO2↓、O2↑→ 今天大气层;

● 生命的起源和发展的作用
在大气的上述变化过程中

特别是光合自养生物
蓝细菌、浮游藻类、绿色植物 先后分别发挥了重要作用;

● 生命活动产物:煤、油、气等;
● 目前地表物理环境

历经 37 亿年之久,
生物与其环境协同进化的结果; ● 维持这种环境的物理状态 仍需相当规模、质量的生态系统, 生物多样性

是生态系统存在的前提和基础。

(4)近代人类对环境的破坏 ● 砍伐森林、开垦湿地

毁坏生态系统、物种灭绝;
● 污染环境 生活和工业的废水、废气、废渣

→ 河流、湖泊、海湾
→ 无生命的水域;

● 大量燃烧矿石燃料
→ CO2 等温室气体 → 温度↑、

大气环流和降雨格局的变化;
● 若人类行为不改弦更张 灾难性后果不堪设想。

人口膨胀

粮食短缺

? 能源危机; ? 资源匮乏

特别是

能源危机;

? 物种消亡;

(5)正确认识、解决面临的环境问题
● 必须首先认识的一个基本事实 今日地球上

以生物多样性为基础的生态系统, 是这个适合于充当人类家园的

地球表层环境得以维持的支持系统;

● 人类是这个大系统中的一员 不管人类掌握了多大的自然力,

仍然是这个大系统中的一员,
人类不能离开这个系统, 必须在维护好这个系统的前提下

谋取自身的发展。

● 构建环境友好型的和谐社会

人类既不能被动地受自然支配,
又不能任意地去支配自然。 应当回归自然,与自然协同进化;

今天人们所追求的理想社会,
必须是环境友好型的和谐社会。

● 生物学与人类命运息息相关
其重要性怎样强调都不过分。

——————————————————————— 绪论:生物界与生物学

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