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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,农业与生物工程学院,生命科学与生物技术,1/146,课程介绍,课程名称：,生命科学与生物技术,教课时数：,32课时,讲课对象：,全校非生命科学专业硕士,考试方式：,笔答（开卷）90%，出勤及讨论讲话10%，,名单没有者不能参加考试。,考试时间：,按学校统一安排,教 材：,生命科学与生物技术,主编 季 静、王 罡,科学出版社，年9月,面向21世纪课程教材,特 色：,趣味性、启发性、知识性、前沿性,讲课方式：,多媒体为主（结合动画、录像）、不要求做笔记（以教材为准）,2/146,课程主要内容,第一章,绪论,第二章,生命基本单位-细胞,第三章,生物遗传与变异,第四章,生物进化,第五章,生物技术原理,第六章,生物技术应用,第七章,生物信息学,第八章,丰富多彩生物世界,第九章,宏观层次生命系统-环境生态学概述,第十章,生物技术发展与应用带来伦理学和社会问题,3/146,1、是高等教育目标要求,为何要上生命科学与生物技术课,职业教育,从事某一个职业,训练和准备,全方面素质教育,有一定专业方向,全方面素质培,养，面对多个方,面挑战,4/146,1995年以后，国内重点理工科大学陆续把生物类课程列为,全校非生物类专业学生限选或必修课程,。,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.,5/146,2、是当代社会科学迅猛发展需要,这是因为人们意识到，21世纪将是生命科学世纪，面向21世纪硕士、大学生应有生命科学基础，而不应该成为,“生物盲”,。,6/146,3、“公共基础”课板块组成,数理化,毕业设计,专 业 课,专 业 基 础 课,政 治,人 文,计算机,外 语,生 物,7/146,第一章,绪 论,8/146,伴随科学技术不停进步，生命科学与生物技术发展日新月异。为了在宏观上更为全方面系统地了解生命科学与生物技术，本章将主要介绍：,1、生命本质及基本特征,2、生命科学与生物技术发展概况,3、当代生命科学及生物技术发展热点,4、生命科学及生物技术与社会发展,5、当代生命科学与其它学科间相互作用,6、生命世界未解之迷,意在经过本章学习掌握生命本质、把握生命科学与生物技术研究热点及发展趋势。,9/146,第一节 生命与生命科学,什么是生命（life）？这个问题是人类一直苦苦思索问题，在人类社会发展不一样阶段，人类对生命认识也在不停发展，但时至今日对于这个问题尚难给出一个明确答案。,亚里士多德、康德、恩格斯等都曾对生命提出过自己看法。恩格斯认为“生命是蛋白体存在方式，这个存在方式基本原因在于和它周围外部自然界不停地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停顿，生命就随之停顿，结果便是蛋白质分解。”,美国里德学院人工生命主编马克比多(Mark Bedau)提出所谓“生命灵活适应说”，认为：“解释生命多样性统一特征根本标准似乎是适应过程中那种灵活性即它对生存、繁殖，或更普通地说，繁盛问题中碰到难以预料改变能够产生新奇处理方法恒久能力。”,10/146,生理学对生命定义：含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功效系统。,新陈代谢对生命定义：生命系统含有界面，与外界经常交换物质但不改变其本身性质。,生物化学对生命定义：生命系统包含储备遗传信息核酸和调整代谢酶蛋白。,遗传学对生命定义：为经过基因复制、突变和自然选择而进化系统。,热力学对生命定义：生命是个开放系统，它经过能量流动和物质循环而不停增加内部秩序。,伴随科学技术不停发展，人类将对生命认识愈加准确、深入、系统、全方面。,11/146,一、生命本质,终究人类在何时开始关注生命恐怕已难以考证，推测应在人类出现很快。这能够从现今幼儿通常会提出“我是怎么来？”得到旁证，在某种意义上讲，这有些类似于“个体发育重演系统发育”一个现象。不过人类最初对生命认识是含糊和不自觉，仅仅停留在表观水平，难以形成系统认识。,12/146,在生命科学出现早期或更早时期，人们就开始了对生命本质探索。该领域争论来自于多个方面，有不一样学科从不一样角度得出不一样结论，也有来自于宗教方面。经典例子是“上帝创造人类”宗教观点，基于这一出发点所得出相关生命本质结论，将与从科学角度揭示生命本质所得出结论谬以千里。,与大多其它自然科学领域发展情况相同，对生命本身进行系统研究，进而形成一门学科通常认为是从19世纪初开始。从此产生了硕士命本质及生命现象学科-“生物学”或称“生命科学”。,13/146,活力论（vitalism）：,生命是同物理与化学力反抗，物理与化学力起破坏作用，而生命则与之抗争以维护有机体结构及功效。,宏观、物理及化学角度,居维叶（1769-1832）以及李比希（1803-1873）,14/146,在19世纪中叶，从生命特征角度去描述生命，如贝尔纳德（1813-1878）,组织、繁殖、营养、生长以及对疾病和死亡敏感性等五大特征。,人工生命创建者兰顿（Chris Langton）、人工生命主动支持者法默尔(D.Farmer)等认为，生命本质主要在于形式和功效，而不在于详细物质,是组织特征，而不是单个物质实体属性。,机械论观点（mechanistic view）：,其主要论点是基于物理及化学规律，认为生命本质就是物理及化学问题。,路德维希（1816-1895）、赫姆霍兹（1821-1894）等。,15/146,在生命科学领域发展主要集中在对自然界生物观察描述、规律归纳等方面。,对应生理学、细胞学、遗传学等学科得到了快速发展，而对于生命本质（最少在生命物质组成方面）揭示则更多地来自于物理学家及化学家，众多物理学家及化学家涉足生命科学。,众所周知，标志着生命科学进入新时代DNA双螺旋结构发觉是离不开当代物理学发展；在当代分子生物学领域占有主要地位、两度取得诺贝尔奖桑格（Sanger）本身就是一位出色化学家。,16/146,生命本责问题是很多科学家和哲学家非常关心问题，然而，生物学家往往感到这个问题太,“哲学”,，因而把它看成是一个哲学问题，而不是一个科学问题。而另首先，哲学家们可能感到这个问题太,“科学”,，所以把它主要看成一个科学问题，而不是一个哲学问题,。,“哲学”？“科学”？,17/146,难以在学术上给出一个准确定义，对生命本质也还难以做出全方面描述，还需要人类不停探索、补充和完善。,这是由生命科学本身复杂性所决定，也正是生命科学魅力所在。,18/146,二、生命基本特征,尽管我们当前还难以对生命给出一个准确定义，对生命本质认识还仅仅停留在一定阶段，在生命科学领域也还有很多之迷有待于人类破解，不过就当前认识水平，还是能够归纳出非生命物质所不具备一些基本特征，,这些特征主要表达在以下五个方面。,19/146,（一）生长,人类最早观察到生命特征就是生长（growth），相关生命朴素认识就是它（他）是“活”。之所以是“活”，主要表现是变大，即生长。一棵树木由树苗长成参天大树，一只蝌蚪长成青蛙，都伴伴随生长过程，这是全部生物含有一个普遍特征，也是非生命物质所不具备。,20/146,（二）繁殖与遗传,繁殖（reproduction）与遗传（heredity）也是生命基本特征之一。通常，生物不但有生（包含生长），也会有死，要维持生物种延续,就要有繁殖。,人类早已认识到“种瓜得瓜、种豆得豆”这一普遍现象，这种遗传特征确保了生物种类相对稳定性。,21/146,（三）调整与应激性,生物体较非生命物质结构更为复杂，同时对外部环境改变能够做出对应调整（regulation）以适应各种改变。,哺乳动物：,各种调整仍能够使体温一直保持在一个恒定温度。,植物：,调整叶片气孔开闭以适应土壤环境中含水量改变。,人：,手摸到刺会马上缩回来，碰到危险心跳加速。,22/146,原生质,（protoplasm）原意是指组成生命原始物质，后泛指组成细胞全部物质。,细胞,（cell）是生物体基本结构单位，它发觉是生命科学领域主要里程碑。,（四）原生质及细胞,23/146,（五）新陈代谢,新陈代谢（metabolism）是生物体维持生长、运动、繁殖等生命活动过程中各种化学改变总称。,生物体维持生命需要物质与能量作为基础，生物体不停与周围环境进行物质与能量交换，使生命得以维持，这种能量交换停顿将意味着生命结束。,24/146,三、特殊类型生命-病毒,通常，我们能够依据上述生命基本特征来判断某物是否含有生命，但病毒则属于一类特殊生命。,不具备细胞结构，在侵入寄主细胞前，既不能繁殖，也没有新陈代谢，不与环境发生物质与能量交换，甚至能够像无机物一样取得结晶。,含有生命物质组成中最主要两种生物大分子-核酸及蛋白质，而入侵寄主细胞后，又能够借助寄主细胞蛋白质合成等系统合成本身所需蛋白质及核酸分子，从而完成自我复制、进行大量繁殖。,噬菌体电镜照片,25/146,结构极其简单。,体积微小（10-300nm）。,多展现近球形多面体，也有病毒呈杆状或砖形。,其化学组成是核酸和蛋白质，结构复杂病毒还含有脂类及糖类。,基本结构是由蛋白质衣壳（capsid）及位于内部中心核酸组成，其基因组中通常含有几个到数百个基因。,26/146,第二节 生命科学及生物技术发展,27/146,一、生命科学地位及生物分界,（一）生命科学地位,21世纪是生命科学和生物技术大发展世纪，生物技术及其产业发展，将为中国乃至世界处理,疾病防治、人口膨胀、食物短缺、能源匮乏、环境污染,等一系列问题带来新希望。发展生物技术及其产业必须加强生命科学基础研究。,28/146,自然界中五种运动形式：,机械运动（杠杆原理）|物理运动（光，电）|自然科学化学运动（氧化还原反应等）|生命运动（生命本质等）|社会运动（人类各种活动规率等）社会科学,29/146,20世纪50年代以前，人类取得最主要发觉无疑主要集中在物理学及化学研究领域。,牛顿、居里夫人、门捷列夫、爱因斯坦,进入到20世纪后50年中，生命科学已得到前所未有发展。1997年体细胞克隆羊“多莉”降生则标志着21世纪这一生命科学世纪提前到来。,30/146,最早将生物仅划分为植物和动物两界，随即，出现了三界及四界分类系统。,1969年魏泰克（Whittaker）提出了生物五界分类系统：,原核生物界（Monera）,原生生物界（Protista）,真菌界（Fungi）,植物界（Plantae）,动物界（Animalia）,当前学术界应用较为广泛分类系统。,陈世骧：病毒独立为病毒界。,（二）生物分界,31/146,32/146,33/146,人类对生命较为系统认识能够追溯到公元前6世纪，主要集中在古希腊。,二、生命科学与生物技术发展概况,哥白尼（Copernicus，1473-1543）提出“日心说”。,34/146,阿那克西曼德（公元前610-公元前546）就提出，最早产生是水生生物，随即，一部分水生生物逐步适应了陆地上环境，形成陆生生物，甚至人类也是起源于某种类似于鱼动物，其依据是婴儿在母体内环境是水。这在某种意义上讲，距提出“个体发育重演系统发育”理论仅一步之遥。,恩培多克勒（约公元前500-公元前430）提出不完善、错误结合生物，因为其生活能力差，因而遭到淘汰，而能够生存下来并得以繁衍物种都含有某种特殊能力，这似乎与达尔文（1809-1882）两千多年后提出“物竞天择、适者生存”理论极为靠近。,35/146,亚里士多德（公元前384-公元前322）。他研究了500各种生物，包含对50各种动物解剖，并编有动物志、动物繁殖、动物运动等著作。,在动物方面，排出了由低至高，蚤虱类、蠕虫类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类生物分类等级次序。,生物分类等级排列与生物进化思想相距并不遥远，而“进化论”提出则是两千二百年以后事了。我们不能不为亚里士多德在生命科学领域所取得超时代成就感到惊叹！,36/146,中国古代主要属于形态学、分类学及解剖学范围。最著名著作莫过于李时珍本草纲目，该书收录了大约1 200种植物，并以外部形态、生态习性及用途将其划分为5部29类。,尽管在古代，生命科学领域取得了许多进展，但大多停留在对生物在宏观上进行外部形态特征观察，生命科学真正得到飞速发展主要还是发生在近二百年时间里，除了分类学等古老学科外，生命科学领域绝大多数学科都是在这一期间形成。,37/146,1798,E.Jenner首次报道接种牛痘病毒预防天花，从而，建立了主动免疫原理，创建了免疫学。,38/146,1838,M.J.Schleiden和T.Schwann建立了细胞学说（生物学界唯一可与进化论相比伟大法则），Schleiden在核内发觉了核仁。,39/146,1859,达尔文发表物种起源。,40/146,1865,G.Mendel在自然科学研究协会每个月例会上汇报并解释了他豌豆遗传研究。,41/146,1902,Haberlandt依据细胞理论，提出植物细胞全能性理论。,42/146,1911,T.H.Morgan提出果蝇白眼，黄体和小型翅基因都连锁在染色体上（1933年诺贝尔奖）。,43/146,1912,A.Wegener提出大陆漂移概念。,44/146,1926,J.B.Summer分离出第一个结晶酶（脲酶），并证实它（脲酶）是一个蛋白质(1946年诺贝尔奖)。,45/146,1929,A.Fleming发觉了青霉素（1945年诺贝尔奖）。,46/146,1941,G.W.Beadle和E.L.Tatum提出了一个基因一个酶学说。,47/146,1944,Avery,Macleod和McCarthy经过肺炎球菌转化证实了遗传物质DNA,而不是蛋白质。,48/146,1950,B.Mcclintock发觉了玉米AcDs转位因子（1983年诺贝尔奖）。,49/146,1952,F.Sanger及其同事说明了蛋白质激素胰岛素全部氨基酸序列（1958年诺贝尔奖）。,50/146,1953,J.D.Watson和F.H.C.Crick提出了DNA双螺旋模型(1962年诺贝尔奖)。,华生和克里克在讨论DNA双螺旋模型,51/146,1958,Meselson和Stahl发觉了DNA半保留复制。,52/146,1961,F.H.C.Crick,L.Barnett,S.Brener和R.J.Watts-Tobin提出遗传语言由三联体密码组成。,53/146,1961,F.Jacob和J.Monod提出乳糖操纵子模型(1965年诺贝尔奖)。,54/146,1965,中国科学家人工合成胰岛素。,55/146,1970,Temin和Baltimore发觉了逆转录酶（1975年诺贝尔奖）。,56/146,1973,H.Boyer和S.Copen用酶将基因连接到质粒载体上，开创了DNA重组技术。,第一例基因工程试验,57/146,1974,A.L.Olins及D.E.Olins在电镜下观察到了核小体。,染色质电镜照片,核小体结构模型,电子显微镜,58/146,1975,F.Sanger和A.R.Coulson发展了第一个DNA序列快速测定法(1980年诺贝尔奖)。,59/146,1976,成立了第一个遗传工程企业，Genetech企业。,60/146,1978,世界第一例“试管婴儿”在英国诞生。,61/146,1981,J.D.Kemp和T.H.Hall经过根癌农杆菌质粒将菜豆贮藏蛋白基因转移到向日葵中，创造出了“太阳豆”。,D.Edge合成了514核苷酸干扰素基因。,62/146,1982,Eli Lilly跨国企业首次销售重组DNA技术制造出药品人胰岛素，其商品名为Humulin。,63/146,1983,S.Altman,N.Peace及其同事发觉了核糖核酸酶（1989年诺贝尔奖）。,64/146,1984,Kohler,Milstein和Jerne因为发展了单克隆抗体技术取得诺贝尔奖。,65/146,1987,Heler Doms-Keller等人绘制了人类第一张遗传图谱（400多个遗传标识）。,66/146,1993,Mullis 因为创造了聚合酶链索反应技术取得诺贝尔奖。,67/146,1997,克隆羊多莉诞生（苏格兰）。,68/146,破译老鼠基因组。,69/146,人类基因组计划顺利地完成。,70/146,成功地克隆出人类胚胎。,71/146,一、当代生命科学及生物技术发展热点,回顾近年来历届由科学杂志及我国两院院士评出世界十大科技突破，不难发觉，包括生命科学领域结果占有非常高百分比。,在生命科学与生物技术飞速发展今天，热点层出不穷，这里着重介绍其中几个发展热点。,第三节 新世纪当代生命科学与生物技术,72/146,HGP由美国提出并于1990年10月在美国正式开启实施。计划在15年时间，投入30亿美元，完成人类染色体30亿个碱基序列测定。,英、日、德、法等国随即主动响应，使人类基因组计划逐步演变成为一项大型国际科技合作计划。我国作为参加这一计划惟一发展中国家，于1999年跻身人类基因组计划，负担了1测序任务。,（一）人类基因组计划,（Human genome project，HGP）,73/146,年6月，人类基因组计划完成了人类基因组序列“工作框架图”；年2月又公布了人类基因组“精细图”；,该计划已提前至年完成。HGP与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为二十世纪三大科学计划。,真正全部完成是在年5月18日，英国自然杂志发表了人类第一号染色体基因序列。,74/146,人类基因组 DNA序列图谱完成后，判定基因编码蛋白质功效，以及寻找其在生物和医学应用中主要作用成为了人们关心热点。,年，国际人类蛋白质组组织(HUPO)正式成立，并迅即在北美、欧洲、韩国、日本成立了对应分支机构。日前，我国也成立了对应人类蛋白质组组织。,以研究基因功效为关键“后基因组时代”已经降临。,75/146,1997年，克隆羊“多莉”诞生成为生命科学与生物技术领域发展一个主要里程碑,标志着21世纪是生命科学世纪提前到来。,随即，动物克隆技术发展快速，在短短几年内，其它哺乳动物克隆相继取得成功，如克隆牛等。由此，人们自然会联想到下一个目标是否会是克隆人。,（二）动物及人克隆,克隆羊“多莉”,76/146,吴明杰小组：5只克隆猪,美籍华人杨向东小组：首次取得克隆牛,年3月中国农业大学李宁：人岩藻糖转移酶基因体细胞克隆牛,我国批量生产体细胞克隆牛达300多头（世界之最）,77/146,沃尔小组成功克隆两只恒河猴,78/146,年11月，美国“先进细胞科技企业”公布，成功克隆了世界上第一个人类胚胎。不过，他们目标在于治疗人类疾病，而不是克隆人体婴儿。许多国家相继颁布相关禁止克隆人法律，不过，现在还不能必定世界上克隆人是否已经存在。,克隆人想象图,79/146,当前，一些人已声称克隆出了人类，比较著名是，加拿大魁北克地域广为人知邪教雷尔教下属,“克隆爱德”企业法国女科学家布瓦瑟利耶,宣称，世界上第一个名叫,“夏娃”,克隆女婴已经于年12月26日诞生。,年1月，雷尔教派科研人员又宣称，他们培育世界上第二个克隆婴儿已在北欧诞生。另外年5月意大利医生塞韦里诺安蒂诺里也声称另外3名克隆婴儿已经出生，然而，他们所说种种消息均没有提供出任何可信证据，全世界科学家对此说法表示怀疑，其可靠性迄今仍未得到证实。,80/146,即使，当前还不能必定克隆人是否已经来到这个世界，但相关克隆人争议却早已进行得如火如荼。,早在年，美国食品和药品管理局便提出警告，不允许在美国进行克隆人试验。,年6月，意大利众议院经过人工生殖法案，要求进行克隆人试验可判20年徒刑。,人们反对克隆人试验示威,81/146,多莉羊之父-,威尔穆特：,年3月7日认可自己剽窃行为。,然而，克隆研究含有十分诱人前景，就是器官克隆。现在器官移植两大难题是,器官起源和异体排斥反应,。普通情况下，异体器官移植通常会产生排异反应。但假如能移植克隆器官，这两大难题均可迎刃而解。,因领导培育出克隆羊多莉而被誉为“克隆之父”苏格兰科学家伊恩威尔穆特呼吁，克隆人研究不应该被完全禁止，该技术将在预防遗传性疾病等方面发挥巨大作用。,年4月14日，西安西京医院为一位云南僳僳族男子完成了国内首例“换脸”手术。,器官移植：年5月26日，城市快报报道，58岁患者移植了26岁脑死亡者心脏（哈尔滨医科大学从属第二医院），头发变黑，外表及心态均变年轻。,82/146,1973年重组DNA取得成功，开创了基因工程新时代。生物技术极大地推进了医学和农业科技发展，在这些领域中正展示出辽阔应用前景。,（三）转基因动、植物及基因克隆,83/146,1982年第一只转基因动物（小老鼠）降生以来，各种转基因动物相继问世。,1998年，中国科学家取得成功取得了首批（5只）转基因山羊。其中一只奶山羊乳汁中，含有堪称血友病人救星药品蛋白-有活性人凝血因子。,把大鼠生长因子转入小鼠,得到巨大型转基因小鼠。,84/146,年日本报导含水母绿色荧光蛋白基因转基因猪,85/146,荷兰一家企业用转基因牛生产乳铁蛋白，每年销售额达数亿美元。,英国罗斯林研究所（第一个研究出克降羊）用转基因羊生产可治疗肺肿一个蛋白酶，每升羊奶可售6000美元。,86/146,在转基因植物方面，1983年，科学家培育出了第一批转基因植物。最早种植转基因作物国家是中国。,1995年全球转基因种植面积仅为20万公顷，,到年全球转基因作物种植面积已到达 6 770万公顷，比年增加了15。,87/146,全球转基因作物占各自作物种植总面积百分比为：,大豆 55,棉花 21,油菜 16,玉米 11,当前，转基因作物中，四种主要转基因作物占转基因作物总面积分别为：,转基因大豆占61；,转基因玉米占23；,转基因棉花占11；,转基因油菜占5。,88/146,转基因作物所携带基因主要包含抗除草剂、抗虫及抗病基因。,89/146,转基因作物当前主要种植在美国、阿根廷、加拿大、中国、巴西和南非。在全球转基因作物种植面积中，,美国占63,阿根廷占21,加拿大占6,中国占4,巴西占4,南非占1。,90/146,可榨取有益心脏食用油及味道更鲜美且更轻易消化强化大豆。,高含量抗癌物质西红柿。,可用于生产血红蛋白玉米和预防心脏病发作大豆。,内含疫苗香蕉和马铃薯。,可出产天然蓝色和黄褐色纤维以用于纺织布料棉花。,从转基因玉米中提取塑料工作也正在加紧研究中。,植物生物反应器,91/146,基因分离（克隆）是开展转基因工作前提和基础。迄今,科学家们已成功地克隆出植物分蘖基因、矮杆基因、植物抗病基因、人类耳聋基因，与人类长寿相关基因、甚至克隆出了猴子奴隶基因、田鼠花心基因等。,年在猴子中克隆出奴隶基因,92/146,（四）生物芯片,“生物芯片”是一个微型多参数生物传感器。它经过在一个微小基片表面固定大量分子识别探针，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量筛选或检测。,93/146,人类所患病症有2530与基因相关。未来能够利用生物芯片等对疾病进行基因诊疗，进而进行基因治疗。,人类还能够经过对病原菌遗传密码“破译”，了解各类传染病病因，从而有效控制这些传染病传输。,预计到年至年，基因疗法有望成为一个较普遍疗法。,（五）基因治疗,94/146,科学家利用基因工程技术，消除、修饰不利致病基因；注入或增强有利基因，到达治疗疾病目标，这就是基因治疗或基因疗法。,基因治疗当前已取得不少结果。,95/146,美国国立卫生研究院科学家们利用基因疗法，成功地救治了一名,免疫系统缺点,遗传病患者。,我国科学家利用基因疗法治疗,血友病,也取得了很好疗效。,美国波土顿塔夫茨大学科学家向患者心脏中注入一个名叫管内皮生长素因子（VEGF）基因，使患者长出了,心血管再生,。,在英国巴斯大学研究人员也开发出一个治疗糖尿病新方法，他们向人体肝细胞内注入一个基因，使这些细胞转变为可产生胰岛素细胞，从而为最终治愈,糖尿病,提供了希望。,96/146,当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团,（Inner Cell Mass）,细胞即为胚胎干细胞。这些未分化细胞可深入分裂、分化，发育成个体。,内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等，中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织，内胚层将分化为肝、肺和肠等。当内细胞群在培养皿中培养时，我们称之为胚胎干细胞。,（六）胚胎干细胞,（Embryonic Stem Cell,ES细胞）,97/146,早在1970年Martin Evans已从小鼠分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。,98/146,然而，人类ES 细胞研究工作引发了全世界范围内很大争议，出于社会伦理学方面原因，有些国家甚至明令禁止进行人类ES细胞研究。,不过，不论从基础研究角度来讲，还是从临床应用方面来看，人类ES细胞带给人类益处远远大于在伦理方面可能造成负面影响，所以要求展开人类ES细胞研究呼声也一浪高似一浪。,99/146,“人造子宫”20年内成真将带来巨大伦理挑战,科学家预言，能够让人类胎儿在母体之外完全发育人造子宫，可能会在20年内变成现实。美国康奈尔大学一个研究组年宣告，成功地在人类子宫内层培育出细胞样本，并用细胞工程技术造成如同子宫一样形状。当一个受精卵被放置到这个子宫里，它就附着在子宫壁上从而进入自然怀孕阶段。不过6天后这个试验被中止，因为法律限制进行人类子宫试验。,日本科学家业曾将怀孕中期山羊胎儿从母体子宫中取出，放入一个所谓“子宫箱”里，让其在里面完成全部孕期。,未来可能会发生这么事：有些妇女想要孩子但又不想承受怀孕或者分娩之苦，她们有可能利用人造子宫生孩子。,教授提出一个问题：用人造子宫培育孩子是真正意义上生孩子还是制造孩子？,100/146,另外，人体骨髓细胞也含有“万能细胞”性质，它可生成血管等各种人体组织。日本奈良县立医科大学吉川隆章领导科研小组成功地利用骨髓细胞进行了皮肤再生。,101/146,在太空失重状态下进行生物诱变和基因转移比在地球上更轻易，成功率更高。当前，原因尚不清楚。据推测，宇宙射线提升了生物产生诱变概率，而因为地球轨道低重力，某种当前尚不清楚原因使基因转移愈加轻易。,（七）生物太空育种,102/146,科学家当前正计划在国际空间站上建立基因工程试验室，该试验室不但可进行基因移植工作，而且还可在太空中培育新转基因植物，如在太空将各种疫苗基因移植到大豆体内，甚至进行转基因动物研究。,科技日报报道，茅台、杜康自“神州三号”开始将酒曲及窖泥送入太空，酿成了酒体丰满、口感纯净、绵甜爽口、回味无穷太空酒。,搭载神州5号培育太空椒,重达200千克,103/146,（八）生物信息学,生物信息学是生物学与计算机科学以及应用数学等学科相互交叉形成一门新兴学科。20世纪80年代末伴随基因组测序数据迅猛增加，尤其是人类基因组计划顺利推进，产生了大量生物学数据，这些数据含有丰富内涵，其中隐藏着丰富生物学知识。充分利用这些数据，经过数据分析、处理，揭示这些数据内涵，得到对人类有用信息，这就是生物信息学研究内容。,它经过对生物学试验数据获取、加工、存放、检索与分析，进而到达揭示数据所蕴含生物学意义目标。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、计算机科学为主要伎俩，以计算机硬件、软件和计算机网络为主要工具，对浩如烟海原始数据进行存放、管理、注释、加工、解读，使之成为含有明确生物意义生物信息。建立“生物学周期表”。它对,21世纪生命科学发展含有不可估量推进作用。,104/146,在生命科学乃至全部科学中，相关脑高级功效是最令人感兴趣。在过去一个世纪内，脑科学研究取得了突飞猛进发展，尤其是上个世纪后半叶，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学科，需要用整合方法将分子、细胞、器官、行为等多个层次，利用分子生物学技术、计算机技术等各种伎俩来进行研究。脑科学发展正在显示出其辽阔发展前景。,（九）脑科学,105/146,人工生命（,artificial life）是经过把隐藏在生命现象背后基本、动态原理抽象出来，并在其它物理媒介（如计算机）上重现这一过程，使之能够进行全新类型试验操作和检验，从而了解生命。总体上说，人工生命关键是利用适当非生命过程伎俩，经过对生命基本特征（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认识。,（十）人工生命,人工生命研究有着主要理论意义和广泛应用前景。在工程方面，机器人研究已逐步靠近实用阶段；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。,106/146,人类发展进程是以加速度方式进行。在刚才过去20世纪，人类实现了登月计划，原子能、半导体、集成电路、计算机、智能控制、基因克隆等，高新技术促进了人类物质文明，改进了人类生活水平及营养健康水平。不过，伴伴随物质文明发展同时，也带来了前所未有危机，怎样维持人类社会可连续发展，保护我们赖以生存地球环境正成为人类必须处理主要课题。,二、生命科学及生物技术与社会发展,107/146,（一）生命科学及生物技术与可连续发展,人类从没有象今天一样感受到地球狭小及资源匮乏。21 世纪，人类将面临各种挑战,而首当其冲将是人口与粮食问题。联合国宣告，世界第60亿个婴儿已于1999年10月12日诞生，预计世界人口到2050年将到达近90亿。,108/146,与此形成鲜明对比是，地球上可耕地面积急剧降低。因而只有经过生物技术提升单位面积产量来满足人们对粮食需求。在未来农业，生物技术将发挥越来越主要作用。,1964年，发觉了水稻不育系；1976年，大面积推广种植成功；年，实现亩产700千克；年，实现亩产800千克；年，将实现亩产900千克（年已创造百亩连片田亩产980千克）。自1976年至年，已累计推广45亿亩，增产4亿顿。,109/146,（二）生命科学及生物技术与生态平衡,地球上生物经过漫长进化，形成了现今生物圈及生态系统。生物间存在着一定相互关系与秩序，人为打破这种特定平衡是极其危险。经过生命科学研究证实，伴随社会发展，地球上物种灭绝速度正在逐步加速。怎样既保持人类社会发展，又维持生态平衡、保护地球环境，是生命科学与生物技术需要研究与处理问题。,110/146,111/146,（三）生命科学与能源,地球上亿万年积累化石能源石油、天然气、煤等，假如按现有开采技术和连续不停地日夜消耗，有效年限分别是：100120年、3050年和1830年。显然21世纪所面临严重危机之一是能源问题。,人类近年来已发觉“可燃冰”（甲烷包含在水结晶外壳中），相当于地球上全部已开采及未开采石油、煤及天然气能量总和2倍。,人类必须寄托于可再生能源。当前，包含我国和许多国家已开始研究和使用生物能源。同时，探明植物光合作用机理，将有可能利用太阳能这一可再生资源，创造服务于人类新型能源。,年2月28日，一家环境保护租车企业（甲壳虫环境保护租车企业）在洛杉矶开门营业（植物柴油）。,年3月7日城市快报报道，日本找到利用牛粪产生汽油方法，预计5年内实现产业化。,一个20 米直径水池年产 4 吨,藻类,，,加工后可得相当于3000 升柴油燃料。,112/146,青霉素发觉曾挽救了无数人生命。生命科学与生物技术在今后必将发挥更为主要作用，尤其是新型基因工程疫苗方面。人类将全方面致力于对人类基因组成、功效等系统研究。在基因水平上诊疗、治疗各种疾病。,生产基因工程产品生物反应器,（四）生命科学及生物技术与人类健康,113/146,任何事物都是一把“双刃剑”,都有正、负两个方面，生命科学及生物技术也像原子能一样。在看到生命科学及生物技术美好未来同时，也要清醒地认识到其可能对人类造成潜在威胁。生命科学及生物技术能制造出种类繁多生物武器、生化武器、基因武器。,（五）生命科学及生物技术与人类安全,114/146,假如将艾滋病基因或蛇毒基因与感冒病毒重组，用于军事，后果将不堪构想。,恐怖份子假如掌握了霍乱、鼠疫、炭疽菌、SARS、禽流感等病原及繁殖与制备技术，将使极其危险。,深入构建成对人类不一样种族特异识别病毒，用于种族屠杀，也并非不可能。,年，环球时报报道，美军正在研究制造一个同性恋炸弹，耗资750万美元，6年完成。,正在火化病牛以预防“疯牛病”传输,显微镜下炭疽菌,115/146,人类是地球生命世界中一员，但又有其社会、伦理、道德等方面独特征。伴随生命科学及生物技术发展，产生了新伦理、道德问题。如，人工授精技术、试管婴儿技术、克隆人技术等。这些无疑将对人类传统伦理、道德观念发起新挑战。,（六）生命科学及生物,技术与伦理、道德问题,年全球首位试管婴儿出嫁，右为试管婴儿之父，中为全球第二位试管婴儿,116/146,生命科学发展自始至终伴伴随其它学科发展而发展。学科间渗透、交叉趋势会越来越显著。在其它学科推进生命科学发展同时，生命科学领域也将越来越多地促进其它相关学科领域发展。,三、当代生命科学与其它学科间相互作用,117/146,数学,物理,化学,机械,计算机,管理,天文,生命科学,认识,发展,能源,医药卫生,农业,工业,食品业,环境,（第六章）,118/146,数学在近代生命科学发展中曾发挥过主要作用，将数学方法利用到生命科学中，先后形成了生物统计学、数量遗传学等交叉学科。在未来生命科学领域，伴随计算机技术应用与发展，生命科学中生物大分子空间排列等问题将不停需要数学中拓扑学混沌等理论方法加以处理，我们无法想象人类基因组计划及后基因组计划这些庞大研究工程没有数学理论方法及计算机技术作后盾结局。,（一）数学与当代生命科学,119/146,物理学为生命科学发展提供了强有力伎俩，生物物理学学科建立本身就说明了物理学对当代生命科学发展促进作用。历史上，许多重大发觉基础是建立在物理学技术发展基础上。物理学应用到生命科学最少可追溯到到1663年列文胡克（Leeuwenhoek）利用,显微镜,观察生物细胞。没有显微镜创造，极难想象细胞发觉；一样，没有,光电子理论,，我们也无法想象对细胞中能量传递、呼吸作用以及光合作用在分子水平上进行深入研究。伴随物理学技术发展，,电子显微镜、核磁共振、X衍射、纳米技术,等已经和正在利用到生命科学各个学科中，相信更多物理学新理论、新方法以及新技术伎俩将不停应用到生命科学领域。,（二）物理学与当代生命科学,120/146,近代生命科学发展离不开化学分析伎俩进步，生物化学这一交叉学科在生命科学领域占有极其主要地位，对核酸、蛋白质等生物大分子结构、组成进行分析离不开化学伎俩。在前面谈及生命本质时，曾提到机械论认为生命本质就是物理及化学问题，先不论其观点是否全方面、准确，最少从侧面上反应出生命科学与物理学及化学（尤其是化学）特殊关系。至于当前生命科学及生物技术领域正在应用各种分析技术更是不胜枚举。至于像桑格（Sanger）这么化学家涉足生命科学并两度取得诺贝尔奖，则愈加说明化学对生命科学发展主要性。,（三）化学与当代生命科学,121/146,不论是数学、物理学，还是化学，主要表达是对生命科学发展促进作用，各个学科相互交叉促进社会发展，年，日本成功地利用玉米生产出了计算机光盘。,年5月30日城市快报报道，玉米塑料瓶已在英国上市（在商业肥料作用下12周便可全部降解）。,年4月12日，科技日报介绍，DNA逻辑门：通向未来分子计算机（十几小时DNA计算，相当于全部电脑问世以来总运算量）。,用玉米制造计算机光盘,生命科学与其它学科相互渗透、交叉,122/146,美国研制成功一个用草莓加工制成新式环境保护型食品包装材料。新产品完全符合环境保护要求，预计这种新型材料未来很可能取代传统聚乙烯塑料薄膜，成为食品包装主要材料。该新型包装材料性能与传统食品包装材料没有什么区分，一样能阻止氧气渗透，到达保鲜效果。,这种包装材料主要选取不适合食用蔬菜和水果中次品
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