生命科学导论

生命的定义

1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

2从物理学角度的定义：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。

3从生物物理学角度的定义：在生物体的整个运动过程中，贯穿了物质、能量、信息三者的变化、协调和统一。

4“生命”的完整的、系统的定义：生命是主要由核酸和蛋白质组成的具有不断自我更新能力的多分子体系的存在形式，是一种过程，是一种现象

生命的涵义

生命的物质基础是蛋白质和核酸

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

生命是物质的运动，是物质运动的一种高级的特殊存在形式

“生命的本质” 的一些观点和理论

生机论 将生物现象归结为一种非物质的“活力”

机械论 将生命现象简单地归结为物理和化学的过程——一架结构极其复杂的机器

还原论 生物的一切都可用分子和分子相互作用的规律来说明

整体论 生物各组成部分规律加起来不等于整体的规律

生命的基本特征

细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）

新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能。

生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质

生物具有个体发育和系统进化的历史

生物对外界可产生应激反应，对环境具有适应性

生命是具有以上特征的物质形式

生命科学是研究生物体及其活动规律的科学，广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域

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

2按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

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

4按与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、放射生物学等

生命科学经历了三个发展阶段

描述生物学阶段 （19世纪中叶以前）主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找它们之间的异同和进化脉络

实验生物学阶段（ 19世纪中到20世纪中）利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律

现代生物学阶段（20世纪中叶以后）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

细胞的基本概念

从形态学的角度定义细胞：细胞是由膜包围的原生质团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交流。细胞具有不同的形态和大小。

从系统的角度理解：细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的；细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础。细胞是一个独立有序的、能够进行自我调控的结构与功能体系；细胞是生殖和遗传的基础与桥梁，具有相同的遗传语言；细胞是生物体生长发育的基础（生物体的生长，部分是通过细胞体积的增长来实现；多细胞生物的生长主要是通过细胞分裂，数目增加并伴随细胞的分化来实现的；在多细胞生物中，具有不同形态和功能的细胞都是由一个受精卵分裂和分化而来的）；细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性；细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点；没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动离不开细胞）

细胞的基本共性

所有的细胞都有相似的化学组成

所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜。

所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。

作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。

所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。

原核细胞的特性

遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成。很多细菌在核区外还含有染色体外遗传物质，即环状质粒DNA；细胞内只有核糖体细胞器，但没有核膜和具有专门结构与功能分化的其它细胞器，而其核物质有趋于集中在一起的现象，所以，有时称为类核或拟核；细胞壁的主要成分是含乙酰的肽聚糖；从生命活动过程来看，原核细胞DNA的大部分是用来编码蛋白质，只有非常小的一部分不转录

真核细胞的性质

具有真正的细胞核，其遗传物质DNA包被在双层膜的特殊结构中；具有许多由膜包被的各式细胞器，即线粒体、叶绿体、高尔基体和内质网等；植物及真菌具有细胞壁，其成分分别是纤维素和几丁质；DNA结构非常复杂，其中含有许多非编码区，而且存在多种调控机制；具有由特异的结构蛋白装配而成的细胞骨架 和细胞质基质系统；真核细胞的种类繁多，从单细胞的原生生物到多细胞的动植物以及特殊的真菌类等都含有各种真核细胞

原核细胞与真核细胞最根本的区别

1、细胞膜的分化与演变

2、遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化

真核细胞三大结构体系：以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜系统 包括质膜、内膜系统，线粒体，叶绿体等；由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统包括胞质骨架、核骨架；以核酸（DNA或RNA）与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统 包括染色质(体)、核糖体、RNA、tRNA等等

染色体DNA的关键序列

复制起点 确保染色体能够自我复制着；丝粒 使复制了的染色体能够平均 分配到子细胞中端；粒 使DNA能够完成复制，保持染色体的独立性与稳 定性

减数分裂的意义

确保世代间遗传的稳定性；丰富基因组合，增加变异机会，确保生物的多样性，增强 生物适应环境变化的能力；减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。

细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。 细胞的全能性

概念：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。

植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培育成正常的植株动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性

干细胞的主要特征 干细胞本身不是终末分化细胞；干细胞能无限增殖分裂；干细胞可连续分裂几代，也可在较长时间内处于静止 状态；干细胞分裂产生的子细胞只能有两种命运：保持为干细胞 或分化为特定细胞

细胞工程的定义

细胞工程是以细胞生物学和分子生物学为基础理论，采用原生质体、细胞或组织培养等试验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性，以获得具有新的性状的细胞系或生物体以及生物的次生代谢产物，并发展有关理论和技术方法的学科。 细胞工程的核心技术：细胞培养与繁殖 目的：获得新性状、新个体、新物质

植物细胞工程，就是进行物种改良，选育优良作物品种，增加植物的优良性状，利用植物生产各种化学制品，还可用于保留濒危灭绝和有重要经济价值的植物物种。

植物组织培养：在离体条件下，将愈伤组织活则其他易分散的组织置于液体培养基中，进行振荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。

植物细胞杂交（细胞融合）：是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。

植物染色体工程 是按人们的需要来添加、削减或替换生物的染色体,从而改变遗传性状和选育新品种的一种技术。

动物细胞工程 手段：动物细胞培养（其它动物细胞工程技术的基础。） 动物细胞融合 细胞拆合 动物染色体工程 胚胎工程

动物细胞融合技术（体细胞杂交技术）诱导融合方法：物理法化学法生物法

反对治疗性克隆的论证

治疗性克隆的效益不确定。利用成人干细胞即可。

治疗性克隆要毁掉人类胚胎，人类胚胎是人，就是杀人。或毁掉了一个潜在的人。人类胚胎是没有等价（no equivalent）的实体，是人类生命的来源和象征，不能作为研究工具。

支持治疗性克隆的论证

治疗性克隆将给患有不治之症的千百万病人带来希望。治病必须采用核转移技术。克隆的胚胎不是一个潜在的人类生命。受精胚胎与克隆胚胎的命运：受精胚胎是被处置、发育成正常婴儿、提取干细胞；克隆胚胎是被处置、发育成异常婴儿、提取干细胞。克隆胚胎没有发育为正常人体的潜能。人类胚胎不是人格生命。

生物多样性的意义

生物多样性是一个描述自然界多样性程度的、内涵十分广泛的重要概念；是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果是由动物、植物和微生物彼此之间，以及与其所生存的自然环境之间相互作用而形成的；是人类赖以生存的物质基础。它们的未知潜力，为人类的生存和持续发展显示了不可估量的美好前景。

物 种，种 species：是生物分类的基本单元。物种是形态、结构、功能、发育特征和生态分布基本相同的一群生物。

自然条件下，同种生物结合可产生有生殖能力的后代，不同种生物之间不能相互结合，即使结合也不能产生有生殖能力的后代，即生殖隔离

遗传多样性：是指不同基因组的变异性，即指地球上所有生物所携带的遗传基因的总和。基因是遗传多样性的物质基础，他们可以是同种的显著不同的种群，也可以是同一种群 的遗传变异。如人类有2000多种遗传疾病，即由于基因或染色体缺陷引起的

主要研究内容：形态多样性 染色体多态性 蛋白质多态性 DNA多态性

遗传资源的重要意义：目前地球上共有5万种可供人类食用的植物，而人类在各个时期曾利用近3000余种，驯化成栽培植物的有1200种，但大面积栽培的却只有150种，其中只有29种成为人类广泛应用的作物。随着生活条件改善，人们需求日益膨胀，原有品种已远远不能满足人们要求。例如，新西兰在1906年从中国武昌引去的野生猕猴桃，经驯化、选择、创新，目前已成为世界重要水果之一

生态系统多样性：是指不同生态系统的变化和频率。即生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境差异、生态变化的多样性。

生物多样性不断下降 生物灭绝的速度不断加快；大量物种遭受灭绝的威胁； 家养动物和栽培作物的多样性也在下降 生态系统的大量退化和瓦解

容易灭绝的生物类群

1、处于食物链上层的、增殖速度较慢的大型动物2、地方特有种；3、发展缓慢的小规模种群的物种；4、缺乏散播和迁移能力的物种；5、具有群集巢局习性的物种；6、具有较长迁徙路线的物种；7、依赖不可靠资源的物种；8、对干扰没有进化经历的物种

生物多样性丧失的原因 生境的破坏和片段化 掠夺式的利用生物资源 环境污染 外来物种的引入。

生物多样性的价值与意义直接价值：消耗性利用价值；生产性利用价值。间接价值：非消耗性利用价值；选择价值；存在价值。伦理上的考虑：每个物种都有生存的权利；所有物种是相互依存的；人类必须生活在于其他物种相同的生态学限度内；人类有责任充当地球的管家

生态学是研究生物与其周围环境相互作用关系的科学

生物圈是指地球上全部生物及其赖以生存的环境的总体。其范围为海平面以上10km，海平面以下12km。其间最活跃的是生物

种群：在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。三个主要特征：数量；空间；遗传