绪论西南大学生物化学.pptx

地球上高度的生物多样性地球上高度的生物多样性 大小大小 支原体：支原体：100 nm；巨杉：巨杉：83 m，6167 t。寿命寿命 细菌：细菌：每分钟分裂一次，每分钟分裂一次，寿命寿命 1分钟；分钟；巨杉：巨杉：3200年，可能更长；年，可能更长；细胞构成细胞构成 变形虫：变形虫：单细胞；单细胞；人：人：1014个（个（1万亿）万亿）高度分化高度分化 复杂人体；复杂人体；营养方式营养方式 自养：自养：植物、藻类、蓝细菌；植物、藻类、蓝细菌；异养：渗透营养：异养：渗透营养：真菌、细菌；真菌、细菌；吞噬营养：吞噬营养：原生动物、动物。原生动物、动物。生物的分布生物的分布 横向：横向：全球；全球；纵向：树高纵向：树高 100m，鸟飞鸟飞 2000m 海洋生物：大多海洋生物：大多 150 m；细菌：细菌：深深 4000m；土壤生物：大多土壤生物：大多 50；有机分子：有机分子：种类繁多；种类繁多；特别是起关键作用的特别是起关键作用的生物大分子生物大分子 核酸，蛋白质，多糖，脂质；核酸，蛋白质，多糖，脂质；生物分子生物分子 细胞器细胞器 细胞。细胞。细胞细胞 结构结构异常复杂异常复杂、高度有序高度有序的的系统系统动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞 生物体的生物体的基本结构基本结构、功能单位功能单位 细胞中可以进行生命所需要的细胞中可以进行生命所需要的 全部基本新陈代谢活动；全部基本新陈代谢活动；即：生物体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。都是在细胞中进行的。多细胞生物中多细胞生物中 高度分化的细胞高度分化的细胞 各有各有特定的功能；特定的功能；整个生物体的生命活动整个生物体的生命活动 有赖于其有赖于其组成细胞的功能的整合。组成细胞的功能的整合。新陈代谢新陈代谢(metabolism)定义：定义：活的生物体、细胞内活的生物体、细胞内 存在着无休止的化学变化，存在着无休止的化学变化，这些化学反应的总和这些化学反应的总和 即新陈代谢；即新陈代谢；本质：本质：一系列一系列酶促反应酶促反应 复杂的复杂的反应网络；反应网络；生命活动需要能量生命活动需要能量 所有生物都要从外部获得自由能所有生物都要从外部获得自由能 来驱动化学反应来驱动化学反应 自养生物自养生物 获取太阳光能、利用简单的原料获取太阳光能、利用简单的原料 合成自身复杂的有机分子；合成自身复杂的有机分子；异养生物异养生物 从食物中获得能量；从食物中获得能量；食物：食物：其他生物合成的有机物质；其他生物合成的有机物质；食物食物 小分子小分子+能量；能量；小分子（原料）小分子（原料）合成自身生物大分子。合成自身生物大分子。生物体是一个开放的系统生物体是一个开放的系统 生物体内每一次能的转换，生物体内每一次能的转换，总有一些总有一些自由能自由能 热；热；一些富含自由能的大分子一些富含自由能的大分子 简单代谢废物简单代谢废物 系统无序性系统无序性 生物体、细胞生物体、细胞 不断和环境进行能量、物质交换不断和环境进行能量、物质交换 维持内部的新陈代谢。维持内部的新陈代谢。新陈代谢是生命的属性新陈代谢是生命的属性 每一个反应环节每一个反应环节 是化学反应，遵循化学规律；是化学反应，遵循化学规律；整体上整体上 突显出生命的属性，突显出生命的属性，如：自主进行、如：自主进行、能不断更新自己。能不断更新自己。新陈代谢过程的统一性新陈代谢过程的统一性 各种生物的基本代谢过程相同；各种生物的基本代谢过程相同；如：动、植物如：动、植物细胞呼吸细胞呼吸 不需氧不需氧 糖酵解糖酵解三羧酸循环三羧酸循环 需氧需氧 稳态稳态、应激性应激性 稳态是生物体新陈代谢的需要稳态是生物体新陈代谢的需要 生物新陈代谢生物新陈代谢 需要内部条件相对稳定；需要内部条件相对稳定；原因：原因：酶促反应需要严格的酶促反应需要严格的 物、化条件（温度、物、化条件（温度、pH等）等）稳态（稳态（homeostasis）定义：定义：生物体具有许多调节机制，生物体具有许多调节机制，在环境发生某些变化时，在环境发生某些变化时，来保持内部条件的相对稳定；来保持内部条件的相对稳定；如：如：当某种当某种细胞成分细胞成分过多时，过多时，产生它的过程就会关闭；产生它的过程就会关闭；当细胞中当细胞中能量供应能量供应不足时，不足时，释放能量的过程就会加强。释放能量的过程就会加强。应激性应激性(irritability)定义定义 生物体有多种多样的机制，生物体有多种多样的机制，能能感受刺激感受刺激 应答应答 利于保持体内利于保持体内稳态稳态 利于维持生命活动；利于维持生命活动；刺激刺激 体内外的物理、化学体内外的物理、化学变化，变化，如：温度，压力，如：温度，压力，光线颜色和强度，光线颜色和强度，土、水中化学成分，等；土、水中化学成分，等；生殖和遗传生殖和遗传 生殖生殖(reproduction)个体不能永久存活，个体不能永久存活，它们通过生殖产生子代它们通过生殖产生子代 使物种得以延续；使物种得以延续；遗传（遗传（heredity）子代具有和亲代相似的性状；子代具有和亲代相似的性状；生殖和遗传的核心机制生殖和遗传的核心机制 DNA的自我复制；的自我复制；遗传信息的传递遗传信息的传递 全部遗传信息通过细胞全部遗传信息通过细胞 从亲代传递到子代；从亲代传递到子代；遗传信息流遗传信息流 DNA RNA 蛋白质蛋白质 遗传的本质遗传的本质 DNA携带的遗传信息携带的遗传信息 沿沿DNARNA蛋白质的途径，蛋白质的途径，表达为性状，表达为性状，从而使亲代性状重现于子代。从而使亲代性状重现于子代。生长和发育生长和发育 生长（生长（growth）定义：定义：由小到大的由小到大的生理过程；生理过程；原因：原因：细胞体积或数量的增长；细胞体积或数量的增长；本质：本质：生物体吸收的营养物生物体吸收的营养物 精确调控下的一系列变化精确调控下的一系列变化 细胞组分；细胞组分；无生命物体的无生命物体的“生长生长”食盐：食盐：过饱和溶液过饱和溶液 食盐晶体食盐晶体 晶体晶体“长大长大”；本质：本质：同类物质的聚集。同类物质的聚集。发育（发育（development）和生长密切相关的过程；和生长密切相关的过程；定义：多细胞生物生活史中发生的定义：多细胞生物生活史中发生的 一系列结构、功能的变化，一系列结构、功能的变化，包括：组织器官的形态建成、包括：组织器官的形态建成、性成熟、衰老等；性成熟、衰老等；本质：本质：精确调控、程序性变化过程。精确调控、程序性变化过程。进化和适应进化和适应 变异：变异：生殖过程中，生殖过程中，遗传物质遗传物质 重组、突变重组、突变 亲、子代间亲、子代间 差异，差异，子代个体间子代个体间 差异；差异；进化（进化（evolution）原因：原因：突变、漂变、基因流、突变、漂变、基因流、非随机交配和选择非随机交配和选择 生物生物种群进化；种群进化；达尔文：达尔文：进化是进化是“有饰变的传代有饰变的传代”（descent with modification）不同品种的菊花不同品种的菊花 适应适应 产生原因产生原因 选择选择 生物一代代越来越生物一代代越来越 适应它所处的环境；适应它所处的环境；生物对的环境适应生物对的环境适应 指生物和它具有的某些遗传性状，指生物和它具有的某些遗传性状，提高了它在特定环境中提高了它在特定环境中 生存和生殖的能力。生存和生殖的能力。进化概念的意义进化概念的意义 生物学中一个生物学中一个重要的基本概念；重要的基本概念；借助这个概念能合理解释借助这个概念能合理解释 生物界的生物界的 多样性、统一性和适应性。多样性、统一性和适应性。生物、非生命物体的区分生物、非生命物体的区分 根据上述生物的六大共同特征；根据上述生物的六大共同特征；病毒病毒(virus)病毒的组成病毒的组成 蛋白质蛋白质+核酸核酸（DNA or RNA）无进行新陈代谢所必需的基本系统；无进行新陈代谢所必需的基本系统；无自身的复制系统；无自身的复制系统；病毒的复制病毒的复制 接触宿主细胞接触宿主细胞 脱去蛋白质外套；脱去蛋白质外套；核酸核酸（基因基因）宿主细胞；宿主细胞；借助宿主细胞的复制系统借助宿主细胞的复制系统 按照病毒基因的指令按照病毒基因的指令 复制新的病毒；复制新的病毒；病毒的地位：病毒的地位：生命、非生命体之间。生命、非生命体之间。1.2 生物界是一个生物界是一个 多层次的组构系统多层次的组构系统 地球上的物质地球上的物质 组织起来形成一个组织起来形成一个 多层次的结构系统；多层次的结构系统；生物界生物界 多层次的组构系统；多层次的组构系统；每个层次都建筑在每个层次都建筑在 下一层次之上；下一层次之上；11 个组构层次个组构层次 生物大分子、生物大分子、细胞器、细胞器、细胞、细胞、组织、器官、系统、组织、器官、系统、个体、个体、种群、群落、种群、群落、生态系统、生物圈。生态系统、生物圈。个体个体 个体（个体（individual）自然界能独立存在的自然界能独立存在的 基本生命单位；基本生命单位；单细胞个体单细胞个体 原核、原生生物；原核、原生生物；多细胞个体多细胞个体 人，复杂；人，复杂；个体个体 下面先考察下面先考察个体以上个体以上 的各个层次的各个层次（宏观）（宏观）种群（种群（population）定义：定义：在一个地区，在一个地区，一群互交繁殖的一群互交繁殖的 同种个体；同种个体；物种存在、繁殖、物种存在、繁殖、进化的单位。进化的单位。物种物种 物种的组成物种的组成 一个物种可以由许多种群组成，一个物种可以由许多种群组成，分别生活在不同地区；分别生活在不同地区；物种的形成物种的形成 地理隔离地理隔离 阻断种群间阻断种群间基因交流；基因交流；环境差异、长期隔离环境差异、长期隔离 种群种群 亚种亚种 新物种；新物种；群落群落(community)定义定义 在一定空间里，在一定空间里，多种生物种群多种生物种群 的集合体；的集合体；群落群落适应它的环境；适应它的环境；群落内不同物种的群落内不同物种的 种群之间的关系种群之间的关系 不是任意物种的不是任意物种的 随机组合；随机组合；相互制约、相互依存；相互制约、相互依存；群落是各个物种群落是各个物种 适应当地环境适应当地环境 并彼此适应的产物。并彼此适应的产物。生态系统生态系统(ecosystem)构成构成 一定空间内，一定空间内，生物、非生物成分生物、非生物成分 通过能量流动、通过能量流动、物质循环物质循环 构成相互构成相互 依赖、制约的依赖、制约的 生态系统；生态系统；性质性质 地球表面自然界的基本单位；地球表面自然界的基本单位；大小大小 鄱阳湖、长白山原始森林，鄱阳湖、长白山原始森林，小池塘、水坑；小池塘、水坑；生物圈（生物圈（biosphere）地球上所有生态系统的总和，地球上所有生态系统的总和，最大的生态系统。最大的生态系统。上面介绍的是上面介绍的是 个体以上层次个体以上层次 （宏观）（宏观）下面介绍下面介绍 个体以下层次个体以下层次 （微观）（微观）个体个体 器官系统器官系统 （系统，（系统，system）定义定义 若干相关器官组成若干相关器官组成 能完成特定功能；能完成特定功能；个体个体 人体：人体：至少至少 11 个系统（第个系统（第 6 章）章）消化、呼吸、循环、排泄消化、呼吸、循环、排泄 神经系统（图神经系统（图6.10i）功能：功能：调节各器官、系统调节各器官、系统 协调一致协调一致 整体；整体；组成：组成：脑、脊髓、脑神经、脊神经脑、脊髓、脑神经、脊神经 器官器官(organ)定义：定义：若干组织组成，若干组织组成，能完成特定功能；能完成特定功能；脑：图脑：图13.10 神经系统的神经系统的 一个重要器官，一个重要器官，由神经组织构成；由神经组织构成；组织组织(tissue)定义：定义：一种、几种细胞一种、几种细胞 结合起来的细胞群；结合起来的细胞群；神经组织：神经组织：神经细胞，图神经细胞，图13.1 +胶质细胞（支持、营养）胶质细胞（支持、营养）交织交织 网络；网络；类型：类型：上皮、结缔、上皮、结缔、肌肉、神经。肌肉、神经。细胞（细胞（cell）生物体组构的生物体组构的基本单位；基本单位；不同类型的细胞不同类型的细胞 各有特定的形态、功能；各有特定的形态、功能；又具统一的结构模式又具统一的结构模式 如：如：细胞膜（质膜）、细胞膜（质膜）、细胞质、细胞器；细胞质、细胞器；细胞器（细胞器（organelle）（图（图3.4）特化的部分特化的部分 核、线粒体、核、线粒体、内质网、核糖体、内质网、核糖体、溶酶体、溶酶体、高尔基体等；高尔基体等；都有各自特定的位置、结构、功能都有各自特定的位置、结构、功能 如：如：线粒体，细胞呼吸处所，动力站线粒体，细胞呼吸处所，动力站动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞 分子（分子（molecule）最后一个层次最后一个层次 相当重要的层次；相当重要的层次；生物体的化学成分特点生物体的化学成分特点 含多种有机化合物，含多种有机化合物，特别是核酸、蛋白质等特别是核酸、蛋白质等 生物大分子生物大分子 biomacromolecule 核酸核酸 相对分子质量（旧称分子量）相对分子质量（旧称分子量）很大，自然界中最大的化合物；很大，自然界中最大的化合物；许多许多单体分子聚合而成；单体分子聚合而成；重要作用：遗传物质重要作用：遗传物质 脱氧核糖核酸，脱氧核糖核酸，DNA，遗传信息编码在遗传信息编码在 DNA长链中核苷酸顺序上。长链中核苷酸顺序上。生物界生物界向外延伸向外延伸 生物分子、生物分子、生态系统生态系统 位于连续的阶层两端位于连续的阶层两端；生物分子向下生物分子向下 原子等；原子等；生态系统向上生态系统向上 地球等；地球等；但它们已不属于生物界。但它们已不属于生物界。1.3 生物界可划分为生物界可划分为 5 个界个界 物种的数量物种的数量 已知现存：已知现存：200万种；万种；绝灭：绝灭：1500万种；万种；物种间的差异物种间的差异 形态构造、生活习性、形态构造、生活习性、营养方式、生殖方式，等。营养方式、生殖方式，等。命名和分类：命名和分类：研究生物的需要研究生物的需要 俗名（俗名（common names）日常生活中常用日常生活中常用 猴、猿、鹰、蝇等；猴、猿、鹰、蝇等；缺点缺点、问题问题 一个名称往往包含多个物种，一个名称往往包含多个物种，一个物种可能有多个名称；一个物种可能有多个名称；需要需要制定统一、准确的名称。制定统一、准确的名称。学名（学名（scientific name）林奈林奈 Carl von Linne，图，图1.2，18世纪（世纪（17071778）瑞典，植物学家瑞典，植物学家 双名法双名法 binominal nomenclature 用两个拉丁名作为用两个拉丁名作为物种的学名，物种的学名，属名属名+种名；种名；例：家猫例：家猫 Felis catus Felis 属名，属名，catus 种名；种名；Felis 属其他成员属其他成员 Felis silvestris 欧洲野猫，欧洲野猫，Felis margarite 沙猫，沙猫，Felis chaus 丛林猫，等。丛林猫，等。人人（智人）智人）Homo saptiens Linne Homo 人属，人属，saptiens 智慧。智慧。分类阶元分类阶元(category)定义：定义：多级的分类系统中，多级的分类系统中，每级为一个分类阶元；每级为一个分类阶元；基本阶元：基本阶元：7 个个 界界(kingdom)、门、门(phylum)、纲纲(class)、目、目(order)、科科(family)、属、属(genus)、种种(species)。辅助阶元：辅助阶元：在某一阶元上、下在某一阶元上、下 再增加一个阶元；再增加一个阶元；如：如：科之上，科之上，超科超科 superfamily；目之下，目之下，亚目亚目 suborder；生物的分界生物的分界 界：最大的分类阶元；界：最大的分类阶元；两界系统两界系统 200 多年前，林奈，多年前，林奈，植物界、动物界。植物界、动物界。三界系统三界系统 1886年，海克尔年，海克尔 E.Haeckel，增加增加原生生物界原生生物界 （单细胞生物单细胞生物）五界系统（图五界系统（图1.3）细菌、蓝细菌和真菌的地位细菌、蓝细菌和真菌的地位 不能再归在植物界；不能再归在植物界；1967年，美，生态学家，年，美，生态学家，惠特克惠特克 R.H.Whittaker Monera ProtisiaPlataeFungi Animalia 原核细胞原核细胞(prokaryocyte)细菌细菌(bacteria)蓝细菌蓝细菌(cyanobacteria)单细胞；单细胞；显著区别于其他四界生物的细胞显著区别于其他四界生物的细胞 染色体：染色体：环状环状 DNA 分子；分子；无无核膜、核膜、无其他无其他具膜的细胞器。具膜的细胞器。原核生物界原核生物界 从细胞结构上看，从细胞结构上看，细菌、蓝细菌细菌、蓝细菌 应从植物界中应从植物界中 分离出来，分离出来，另立为另立为 原核生物界。原核生物界。真核细胞真核细胞(eukaryocyte)其他四界生物的细胞，其他四界生物的细胞，染色体：染色体：DNA分子、分子、组蛋白、其他蛋白质；组蛋白、其他蛋白质；有核膜：有核膜：双层；双层；有多种细胞器：有多种细胞器：具膜具膜 线粒体、高尔基体等；线粒体、高尔基体等；单细胞的真核生物单细胞的真核生物 原生生物界原生生物界（原生动物、藻类）（原生动物、藻类）原生动物：原生动物：protozoans 和动物一样，和动物一样，吞噬营养，吞噬营养，吞食藻类、吞食藻类、细菌等。细菌等。藻类藻类 algae 和植物一样，和植物一样，光合作用光合作用 食物；食物；单细胞藻类：单细胞藻类：大多数；大多数；多细胞藻类：多细胞藻类：少数；少数；仍归原生生物界：仍归原生生物界：细胞很少分化、类型简单，细胞很少分化、类型简单，与植物差别较大，与植物差别较大，更接近单细胞藻类。更接近单细胞藻类。多细胞的真核生物多细胞的真核生物 依据营养方式不同依据营养方式不同 植物界、真菌界、动物界；植物界、真菌界、动物界；植物植物 叶绿体叶绿体 光合作用光合作用 食物，食物，坚固的坚固的细胞壁；细胞壁；真菌：真菌：图图 29.1 2，蘑菇，蘑菇 子实体：子实体：固着于地面、树干，固着于地面、树干，像植物：像植物：有细胞壁；有细胞壁；不同于植物：不同于植物：无叶绿体，无叶绿体，不能行光合作；不能行光合作；菌丝体：菌丝体：子实体下方土壤中，子实体下方土壤中，渗透营养：渗透营养：菌丝菌丝 水解酶水解酶 体外环境体外环境 分解生物遗体；分解生物遗体；复杂的生物大分子复杂的生物大分子 小分子小分子 吸收吸收 自身的营养素。自身的营养素。真菌、植物不同真菌、植物不同 营养方式、解剖结构；营养方式、解剖结构；分属两个界是有道理的。分属两个界是有道理的。动物动物 似真菌：似真菌：异养生物；异养生物；无叶绿体，不能行光合作用；无叶绿体，不能行光合作用；不同于真菌不同于真菌 吞食方式获得营养；吞食方式获得营养；能自由地运动；能自由地运动；不同于植物、真菌：不同于植物、真菌：无细胞壁。无细胞壁。生物界的三个域生物界的三个域(domain)原核生物原核生物 近近 20 年来，年来，基因组比较，基因组比较，原核生物原核生物 2 个主要分支：个主要分支：（真）细菌、古细菌（真）细菌、古细菌(archaea)；两者存在许多区别两者存在许多区别 结构、生化、生理学特性；结构、生化、生理学特性；一些人将生物界分成三个域一些人将生物界分成三个域 真细菌域真细菌域 Bacteria；古细菌域古细菌域 Archaea；真核生物域真核生物域 Eukarya 绪论：生物界与生物学真细菌真细菌古细菌古细菌原生生物界原生生物界植物界植物界动物界动物界真菌界真菌界 1.4 生物和它的环境生物和它的环境 形成相互联结的网络形成相互联结的网络 生态系统：定义生态系统：定义 在一定空间中共同栖居着的在一定空间中共同栖居着的 所有生物与其环境之间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由于不断进行物质循环和能量流动 而形成的统一整体。而形成的统一整体。生态系统中的非生物环境生态系统中的非生物环境 参与系统物质循环的参与系统物质循环的 多种无机元素、化合物，多种无机元素、化合物，气候条件、其他物理条件，气候条件、其他物理条件，如：温度、日照、气压、降水等。如：温度、日照、气压、降水等。生态系统中的生物生态系统中的生物 通常都有上述通常都有上述 5 个界的生物，个界的生物，分别担当生产者、消费者、分解者。分别担当生产者、消费者、分解者。生产者生产者(producer)植物、藻类、蓝细菌、光合细菌；植物、藻类、蓝细菌、光合细菌；自养生物：自养生物：捕获太阳能，光合作用捕获太阳能，光合作用 利用利用CO2（空气）和水（土壤）（空气）和水（土壤）制造有机物；制造有机物；功能：功能：为生态系统提供食物、能量。为生态系统提供食物、能量。消费者消费者(consumer)：动物动物 以植物、或其他动物为食。以植物、或其他动物为食。分解者分解者(decomposer)绝大多数异养的绝大多数异养的细菌细菌、全部、全部真菌真菌 类型类型 腐生型：腐生型：水解酶水解酶 环境环境 分解生物遗体中复杂有机物分解生物遗体中复杂有机物 小分子有机物小分子有机物 自身的食物、能量；自身的食物、能量；寄生型寄生型 生活在活的动植物体内，生活在活的动植物体内，分解宿主的组成成分。分解宿主的组成成分。分解者的重要作用分解者的重要作用 没有分解者，没有分解者，动植物尸体将会堆积成灾，动植物尸体将会堆积成灾，物质不能循环，物质不能循环，生态系统将走向毁灭。生态系统将走向毁灭。食物链食物链(food chain)植物植物蝴蝶蝴蝶蜻蜓蜻蜓蛙蛙蛇蛇鹰；鹰；定义：定义：生态系统中生态系统中 生物成员间的生物成员间的营养关系；营养关系；意义：意义：生物成员间最主要的联系；生物成员间最主要的联系；食物网食物网(food web)图图35.2 生态系统中具若干个食物链，生态系统中具若干个食物链，食物链食物链 彼此交错彼此交错 食物网；食物网；生态系统功能：生态系统功能：物质循环、能量流动物质循环、能量流动 周而复始的物质循环周而复始的物质循环 生命所需的基本化学物质生命所需的基本化学物质 （CO2、水、各种无机物）、水、各种无机物）空气、土壤空气、土壤 植物植物 沿沿食物链食物链在生态系统中传递在生态系统中传递 （一种生物（一种生物 另一种生物）另一种生物）空气、土壤；空气、土壤；永不停息的能量流动永不停息的能量流动 植物、光合生物植物、光合生物 捕获捕获太阳光能太阳光能 食物分子中的食物分子中的化学能化学能 沿食物网流动；沿食物网流动；能量流动过程中能量流动过程中 不断有能量不断有能量 热热 离开生态系统；离开生态系统；生物体内生物体内可用于做功的能量可用于做功的能量 持续衰减；持续衰减；生态系统都需要不断补给能量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；否则，生态系统将会自行消亡；图图1.4 生态系统中的物质循环和能量流动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；生产者捕获、转换、利用并贮存来自太阳的能量；b 能量在生物体之间转移，并逐步化为热返回环境；能量在生物体之间转移，并逐步化为热返回环境；c 物质在生产者、消费者、分解者及环境之间循环物质在生产者、消费者、分解者及环境之间循环1.5 生物界巨大的多样性中生物界巨大的多样性中 存在着高度的统一性存在着高度的统一性 多样性多样性 属于同一分类群的多种生物，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；总有一些性状将它们彼此分开；例：例：鹿科动物，我国，鹿科动物，我国，14 种种 麇鹿、马鹿、梅花鹿、麇鹿、马鹿、梅花鹿、驯鹿、麝等；驯鹿、麝等；统一性：统一性：人类认识逐步加深人类认识逐步加深 早期认识早期认识 同一类群的多种生物彼此很相似，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即有某种统一的结构模式 将它们包容在一个分类阶元中；将它们包容在一个分类阶元中；细胞发现、分子生物学发展细胞发现、分子生物学发展 使人类对生物统一性的认识使人类对生物统一性的认识 提到一个又一个新高度；提到一个又一个新高度；生物都是由细胞组成的生物都是由细胞组成的 19世纪，显微镜发明、改进世纪，显微镜发明、改进 所有动植物都由细胞组成；所有动植物都由细胞组成；细胞在显微镜下都十分相似；细胞在显微镜下都十分相似；细胞成为生物界统一的基础；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所有生物细胞都有相同的组分 核酸、蛋白质、多糖等；核酸、蛋白质、多糖等；蛋白质的统一性蛋白质的统一性 组成：组成：20 种种氨基酸，氨基酸，以以肽键肽键连接而成；连接而成；功能：功能：蛋白质长链中蛋白质长链中 氨基酸序列氨基酸序列决定的。决定的。遗传物质统一性遗传物质统一性 遗传物质均为遗传物质均为 DNA 或或 RNA 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸；核糖核酸；DNA 组成相同组成相同 4 种种核苷酸核苷酸 磷酸二酯键磷酸二酯键 长链；长链；2 条互补长链条互补长链 双螺旋分子；双螺旋分子；核苷酸核苷酸磷酸根磷酸根碱基碱基糖糖 遗传信息流的方向相同遗传信息流的方向相同 DNA长链的长链的核苷酸序列核苷酸序列 蛋白质长链的蛋白质长链的氨基酸序列氨基酸序列 为每个物种、个体编制蓝图为每个物种、个体编制蓝图 即：即：DNA 的信息的信息 调控生物体代谢、调控生物体代谢、生长、发育等过程；生长、发育等过程；遗传密码相同：遗传密码相同：三联体密码子；三联体密码子；现代生物学的重要理念现代生物学的重要理念 DNA-RNA-蛋白质的遗传系统蛋白质的遗传系统 是生物界的统一基础；是生物界的统一基础；所有生物有共同的祖先所有生物有共同的祖先 彼此都有或近或远的亲缘关系，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整个生物界是一个多分支的 物种进化系谱。物种进化系谱。1.6 研究生物学的方法研究生物学的方法 所有自然科学的研究方法，所有自然科学的研究方法，有一些相同的有一些相同的关键要素：关键要素：（1）观察）观察(observation)（2）提出问题）提出问题(questioning)（3）假说假说(hypothese)（4）预测预测(prediction)（5）检验检验（test)例例 1：18311836，达尔文，达尔文，贝格尔（贝格尔（Beagle）号，环球考察，）号，环球考察，最著名的生物学科学观察活动；最著名的生物学科学观察活动；（1）观察：）观察：为了认识自然所做的为了认识自然所做的 有目的的考察和审视；有目的的考察和审视；发现尚未被认识和解释的现象；发现尚未被认识和解释的现象；在加拉帕戈斯群岛在加拉帕戈斯群岛 Galapagos 发现下述两个重要事实：发现下述两个重要事实：海岛与大陆的物种海岛与大陆的物种 加拉帕戈斯群岛：加拉帕戈斯群岛：邻近邻近南美南美大陆；大陆；佛得角群岛：佛得角群岛：邻近邻近非洲非洲大陆；大陆；两群岛相似：两群岛相似：都在赤道附近，都在赤道附近，很年轻火山岛，气候十分相似；很年轻火山岛，气候十分相似；两群岛物种：两群岛物种：都有特有物种，都有特有物种，彼此相距甚远，彼此相距甚远，但都与邻近大陆的物种关系密切；但都与邻近大陆的物种关系密切；加拉帕戈斯群岛加拉帕戈斯群岛 13 种地雀种地雀 图图 25.2 彼此很相似；彼此很相似；但喙的大小、形态但喙的大小、形态 互有差异，互有差异，分别适应各自的食物；分别适应各自的食物；回英国后整理标本时回英国后整理标本时 又发现一个重要事实又发现一个重要事实 嘲鸫嘲鸫(mocking bird)加拉帕戈斯群岛独有物种；加拉帕戈斯群岛独有物种；不同岛上的彼此相似，不同岛上的彼此相似，又有明显差别，属不同物种；又有明显差别，属不同物种；（2）提出问题：）提出问题：达尔文，思考达尔文，思考 海岛、邻近大陆物种间关系如何？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即：年轻海岛独有物种哪里来的?若海岛独有物种若海岛独有物种 是从邻近大陆迁徙来的，是从邻近大陆迁徙来的，物种到底是不变的还是可变的物种到底是不变的还是可变的?（3）假说：）假说：缜密思考，达尔文认为缜密思考，达尔文认为 只要摆脱物种不变论的束缚，只要摆脱物种不变论的束缚，就可合理解释上述事实；就可合理解释上述事实；岛屿生物来自邻近大陆岛屿生物来自邻近大陆 由于某种偶然原因由于某种偶然原因 邻近大陆的生物邻近大陆的生物 新生岛屿；新生岛屿；海岛独有物种的形成海岛独有物种的形成 相对隔离、相对隔离、海岛与大陆海岛与大陆不同自然条件不同自然条件 （包括物理环境、生物间关系）（包括物理环境、生物间关系）迁徙者逐渐发生变异迁徙者逐渐发生变异 海岛独有物种；海岛独有物种；共同来源共同来源 达尔文引申出一个重要概念：达尔文引申出一个重要概念：彼此相似又互有差别的物种彼此相似又互有差别的物种 来自一个共同祖先，来自一个共同祖先，有一个共同来源。有一个共同来源。当达尔文提出共同来源的思想时当达尔文提出共同来源的思想时 可以将它称为可以将它称为假说；假说；（4）预测与检验）预测与检验 假说必须是可以检验的假说必须是可以检验的 人们能够根据假说，人们能够根据假说，用推测（用推测（inference）、）、类推类推（analogy）方法，）方法，对可能发生的事件作预测，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。并在进一步观察或实验中检验它。检验的几种结果检验的几种结果 不支持：不支持：提出新假说、作新探索；提出新假说、作新探索；支持假说：支持假说：作为继续探索的思路；作为继续探索的思路；部分支持假说：部分支持假说：对假说作某种修正。对假说作某种修正。任何科学知识都要反复地接受任何科学知识都要反复地接受 观察和实验的验证。观察和实验的验证。例例2：人猿共祖假说：人猿共祖假说（1）观察：）观察：达尔文、赫胥黎达尔文、赫胥黎 （T.H.Huxley,18251895）比较分析人、猿的材料；比较分析人、猿的材料；大猿：猩猩、大猩猩、黑猩猩；大猿：猩猩、大猩猩、黑猩猩；（2）提出问题：）提出问题：为何如此地相像？为何如此地相像？（3）结论（假说）：）结论（假说）：人猿有共同来源人猿有共同来源 都是从某种都是从某种古猿古猿演化而来的。演化而来的。（4）预测）预测 海克尔（海克尔（EHaeckel）推测）推测 类人猿、人之间有一个类人猿、人之间有一个中间环节，中间环节，取属名为取属名为 Pithecanthropus 即：类似猿的人即：类似猿的人猿人；猿人；根据人猿共祖根据人猿共祖假说假说 考古学考古学预测；预测；化石记录中的化石记录中的“缺环缺环”当时还未发现任何猿人化石；当时还未发现任何猿人化石；（5）验证）验证 迪布瓦：迪布瓦：E.Duboiz，荷，解剖学家荷，解剖学家 1887，第一次有计划、有目的，第一次有计划、有目的 寻找寻找“缺环缺环”；几代科学家、几代科学家、100多年努力多年努力 至少至少 440 万年连续的化石人类；万年连续的化石人类；其中一些可视为其中一些可视为 人、古猿之间的人、古猿之间的“缺环缺环”。阿法南猿阿法南猿 Australopithecus afarensis 300 多万年前，东非大裂谷，多万年前，东非大裂谷，似猿、人；似猿、人；似猿：似猿：脑量小，猿的水平；脑量小，猿的水平；似人似人 枕骨大孔枕骨大孔在颅底中央（猿：偏后）在颅底中央（猿：偏后）骨盆：骨盆：短宽（猿：窄长）短宽（猿：窄长）说明：已能直立行走说明：已能直立行走 直立行走的意义直立行走的意义 双手自由双手自由 制造制造工具工具（石器）（石器）继续继续向人的方向演化的潜能；向人的方向演化的潜能；因此，人类学家将阿法南猿因此，人类学家将阿法南猿 放进放进人的系谱人的系谱而不是而不是猿的系谱；猿的系谱；验证：验证：化石人类的发现化石人类的发现 使使人猿共祖人猿共祖理论得到验证，理论得到验证，也使也使共同由来共同由来思想得到验证；思想得到验证；生物进化生物进化 在地质时间尺度内发生的事件，在地质时间尺度内发生的事件，可用新发掘的考古材料可用新发掘的考古材料 对预测进行验证。对预测进行验证。实验实验 研究短时间尺度内发生的事件，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可以根据预测来设计有对照的实验 对假说进行验证。对假说进行验证。实例实例 3 孟德尔孟德尔 豌豆杂交试验豌豆杂交试验（1）观察：）观察：孟德尔发现的现象孟德尔发现的现象 纯合红花纯合红花 纯合白花，纯合白花，子一代：子一代：杂合、红花；杂合、红花；子一代自交子一代自交 子二代：子二代：红花红花：白花：白花=3:1；（2）问题：）问题：Why?（3）孟德尔的假说）孟德尔的假说 世代之间的遗传世代之间的遗传 遗传的不是性状本身，遗传的不是性状本身，而是决定性状的因子（基因）而是决定性状的因子（基因）形成配子时形成配子时 等位基因分离，彼此独立进行；等位基因分离，彼此独立进行；受精过程中受精过程中 不同配子随机结合不同配子随机结合 合子。合子。（4）孟德尔的预测：）孟德尔的预测：回交实验回交实验 杂合红花杂合红花(F1,Aa)纯合白花纯合白花(aa)产生的配子产生的配子 杂合红花杂合红花(Aa)配子配子(a)、(A)；纯合白花纯合白花(aa)配子配子(a)；配子随机结合配子随机结合 F2 杂合红花杂合红花(Aa):纯合白花纯合白花(aa)=1:1。验证：回交验证：回交（测交测交）实验实验 测交结果和预测一样（测交结果和预测一样（1:1）不同于不同于AaAa的结果（的结果（3:1）也不同于也不同于AaAA的结果（的结果（4:0）假说得到有说服力的验证。假说得到有说服力的验证。科学方法的精髓科学方法的精髓 坚持任何思想、假说、理论坚持任何思想、假说、理论 都必须是都必须是可以检验的；可以检验的；实践（包括观察和实验）实践（包括观察和实验）是检验真理的标准。是检验真理的标准。1.7 生物学与现代社会生活的关系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人必备的知识和素质 现代大众传媒频见的主题词现代大众传媒频见的主题词 全球变暖、生态平衡、濒危物种、全球变暖、生态平衡、濒危物种、遗传工程、转基因作物、克隆、遗传工程、转基因作物、克隆、试管婴儿、杂交水稻、有氧运动试管婴儿、杂交水稻、有氧运动 只有掌握一定的生物学基础知识只有掌握一定的生物学基础知识 才能理解有关信息。才能理解有关信息。2.生物学与农学、医学密切相关生物学与农学、医学密切相关 生物学生物学 是农学、医学是农学、医学 重要的基础学科之一；重要的基础学科之一；农学、医学农学、医学 是生物学最重要的应用领域；是生物学最重要的应用领域；农学、医学的要求和实践农学、医学的要求和实践 是生物学发展的重要推动力。是生物学发展的重要推动力。袁隆平与杂交水稻袁隆平与杂交水稻 家养动植物人工选择的实践及成果家养动植物人工选择的实践及成果 是达尔文进化理论的重要依据之一。是达尔文进化理论的重要依据之一。达尔文把他的达尔文把他的自然选择理论自然选择理论 看成是人工选择原理看成是人工选择原理 在自然界的应用。在自然界的应用。牛痘的发明牛痘的发明 推动了人们对免疫的认识。推动了人们对免疫的认识。生物学理论的突破生物学理论的突破 转化为农、医等方面的新技术，转化为农、医等方面的新技术，引发农学、医学的突破：引发农学、医学的突破：生殖生理学研究生殖生理学研究 使使体外授精体外授精成为可能，成为可能，实现了实现了生殖技术生殖技术的一次突破。的一次突破。造血干细胞分化潜能的研究造血干细胞分化潜能的研究 及分离培养技术的发展及分离培养技术的发展 推动了运用移植骨髓造血干细胞推动了运用移植骨髓造血干细胞 治疗白血病技术