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1、第五章 生物學(xué)的誕生與發(fā)展 生物學(xué)是研究生命體的結(jié)構(gòu)、功能及其發(fā)生發(fā)展規(guī)律的科學(xué),是一個包含生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)、進(jìn)化論、分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等多個分支的學(xué)科群。生物學(xué)在人類的生存和發(fā)展中正日益顯示出至關(guān)重要的作用。生物學(xué)的萌芽在古代,生物學(xué)中的植物學(xué)和動物學(xué)部分從屬于博物學(xué),它的生理學(xué)部分從屬于醫(yī)學(xué)。到了18世紀(jì),博物學(xué)家所積累的物種數(shù)目大大增加,生物學(xué)客觀上面臨著由積累材料向整理材料、由經(jīng)驗向理論概括的過度。此時,生物分類學(xué)出現(xiàn)了,物種起源問題被提出來,生物進(jìn)化思想開始萌芽。生物分類學(xué):林耐細(xì)胞學(xué)說的建立:施萊登、施旺微生物學(xué)的發(fā)展:巴斯德進(jìn)化論的創(chuàng)立:拉馬克、達(dá)爾文
2、遺傳定律:孟德爾一、生物分類學(xué)林奈林奈(17071778),林奈的最大功績是把前人的全部動植物知識系統(tǒng)化,摒棄了人為的按時間順序的分類法,選擇了自然分類方法。他創(chuàng)造性地提出雙名命名法,包括了8800多個種,可以說達(dá)到了“無所不包”的程度,被人們成為萬有分類法,這一偉大成就使林奈成為18世紀(jì)最杰出的科學(xué)家之一。18世紀(jì)生物學(xué)的進(jìn)步是和林奈緊緊相連的。瑞典政府為紀(jì)念林奈這位杰出的科學(xué)家,先后建立了林奈博物館、林奈植物園等,并于1917年成立了瑞典林奈學(xué)會。自然系統(tǒng)(17351768)12版,系統(tǒng)闡述他的見解1、自然界的分類:動物界,6綱:哺乳、鳥類、兩棲、魚類、昆蟲、蠕形動物類。植物界,24綱、1
3、16目、1千多屬、1萬多種(按性器官來劃分)礦物界2、“人為體系只有在自然體系尚未發(fā)現(xiàn)以前才用得著;人為體系只告訴我們辨識植物,自然體系卻能把植物的本性告訴我們。”確立了一個較完善的動植物分類體系;確定了“種”的概念;統(tǒng)一了科學(xué)名稱;發(fā)現(xiàn)和鑒別了許多新種,并予以命名。二、細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立細(xì)胞學(xué)說的產(chǎn)生,要歸功于德國自然哲學(xué)的興起和消色差顯微鏡的使用。胡克:細(xì)胞(cell)的發(fā)現(xiàn)1831年,英國植物學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核1838年,德國植物學(xué)家施萊登發(fā)表“植物發(fā)生論”,認(rèn)為細(xì)胞核是植物中普遍存在的基本構(gòu)造1839年,德國動物學(xué)家施旺發(fā)表“動植物結(jié)構(gòu)和生長的相似性的顯微研究”,認(rèn)為一切動物組織均由細(xì)胞組
4、成?!拔覀円呀?jīng)推倒了分隔動植物界的巨大屏障,發(fā)現(xiàn)了基本結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性。”細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核”組織的發(fā)育在于細(xì)胞的增殖,但他們以為細(xì)胞的增殖是原始母液中一種類似結(jié)晶的過程2、英國植物學(xué)家布朗觀察到植物細(xì)胞核布朗(R.Brown,1773-1858)生于蘇格蘭蒙特羅斯。曾在阿伯丁大學(xué)和愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)。1795-1798年任英國陸軍軍官。1801-1805年在大洋洲進(jìn)行考察,搜集到大量植物標(biāo)本。1811年被選為英國皇家學(xué)會會員。1827年被聘為英國博物館植物部主任。他還是愛丁堡自然歷史學(xué)會會員。布朗是第一個不用林耐分類法而改用自然分類法進(jìn)行植物分類的植物學(xué)家。布朗研究過4000多種植物生理現(xiàn)象,發(fā)
5、現(xiàn)植物細(xì)胞核、植物受精方式和花粉作用,確定花與莖軸、花各部分之間關(guān)系。1827年發(fā)現(xiàn)“布朗運(yùn)動”。布朗著有荷蘭及文典群島新植物志序論(1810)、澳洲植物志等書.3、德國植物學(xué)家斯萊登作出重要貢獻(xiàn)1838年,斯萊登(M.Schleiden,1804-1881)發(fā)表植物發(fā)生論一文,提出細(xì)胞是一切植物結(jié)構(gòu)的基本單位,植物體所有器官組織都是由細(xì)胞組成的。植物發(fā)育的基本過程就是細(xì)胞形成的過程。 是研究各類微小生物,如細(xì)菌、放線菌、真菌、病毒、立克次氏體、枝原體、衣原體、原生動物以及藻類等的形態(tài)、生理、生物化學(xué)、分類和生態(tài)的科學(xué)。 微生物學(xué)的研究從19世紀(jì)60年代開始進(jìn)入生理學(xué)階段。法國科學(xué)家巴斯德對微
6、生物生理學(xué)的研究為現(xiàn)代微生物學(xué)奠定了基礎(chǔ)。他論證酒和醋的釀造以及一些物質(zhì)的腐敗都是由一定種類的微生物引起的發(fā)酵過程,并不是發(fā)酵或腐敗產(chǎn)生微生物;他認(rèn)為發(fā)酵是微生物在沒有空氣的環(huán)境中的呼吸作用,而酒的變質(zhì)則是有害微生物生長的結(jié)果;他進(jìn)一步證明不同微生物種類各有獨特的代謝機(jī)能,各自需要不同的生活條件并引起不同的作用;他提出了防止酒變質(zhì)的加熱滅菌法,后來被人稱為巴斯德滅菌法,使用這一方法可使新生產(chǎn)的葡萄酒和啤酒長期保存。 三、微生物學(xué)四、進(jìn)化思想的萌芽1、法國生物學(xué)家布豐提出“物種可變”的觀點布豐(G.L.L.Buffon,1707-1788)曾任法國皇家植物園園長。布豐的主要功績在于把有機(jī)界的發(fā)展
7、歷史和地球的產(chǎn)生與發(fā)展的歷史聯(lián)系起來,把生物及其居住環(huán)境聯(lián)系起來,主張生物的種是可變的,竭力倡導(dǎo)生物轉(zhuǎn)變論,并提出“生物的變異基于環(huán)境的影響”的原理。著有自然史(1753)。 布豐的進(jìn)化思想引起了宗教界的不滿,布豐只好公開表示放棄自己的觀點,但他內(nèi)心并不服氣,在他后來的著作中繼續(xù)闡發(fā)自己的思想。布豐首次給出了自然界演化的圖景他在自然史和地球理論的書中描繪了地球的演過程:太陽與彗星碰撞形成太陽系,熾熱的熔巖冷卻形成地球地球表面發(fā)生造山運(yùn)動,形成山脈和海床;海洋出現(xiàn);海水沖蝕地表面形成沉積層;出現(xiàn)陸地和陸上植物;陸上出現(xiàn)動物;人類誕生拉馬克的進(jìn)化論 1801年,拉馬克在無脊椎動物的分類系統(tǒng)一書中,
8、根據(jù)自己多年的研究成果,第一次提出生物進(jìn)化的思想。1809年,拉馬克出版了動物哲學(xué)一書,提出了比較完整的生物進(jìn)化學(xué)說。他認(rèn)為:生物的進(jìn)化遵循一條由低級到高級、由簡單到復(fù)雜的階梯發(fā)展序列。生物的進(jìn)化并不是嚴(yán)格的直線發(fā)展,而是不斷分叉,形成樹狀譜系。在進(jìn)化機(jī)制方面,拉馬克認(rèn)為生物進(jìn)化的動力有兩種:(1)生物體內(nèi)部固有的向上發(fā)展的傾向;(2)外部環(huán)境對生物體的影響。拉馬克還提出了“用進(jìn)廢退”和“獲得性遺傳”兩條重要法則。 拉馬克設(shè)想,古代羚羊為了更多地采集到樹葉,便不斷伸長脖子、舌頭和四肢這一變化被傳給了后代,日久天長,日積月累,古代羚羊就變成了長頸鹿。3、生物進(jìn)化論的創(chuàng)立 英國生物學(xué)家達(dá)爾文的貢獻(xiàn)
9、查理達(dá)爾文(18091882),英國博物學(xué)家,進(jìn)化論的奠基人。祖父伊拉斯謨達(dá)爾文(17311802)是著名的醫(yī)生和博物學(xué)家,也是進(jìn)化論的先驅(qū)之一,是當(dāng)年伯明翰地區(qū)太陰學(xué)社的成員。1859年出版物種起源一書,確立了生物的進(jìn)化論。達(dá)爾文的青少年時代的博物學(xué)興趣1831年暑假跟隨塞奇威克的地質(zhì)考察1831年12月1836年10月,英國海軍的貝格爾號艦在南美進(jìn)行科學(xué)考察,收集動植物標(biāo)本,挖掘古生物化石,記錄地層情況。發(fā)現(xiàn)了令人驚異的物種的豐富性和連續(xù)性貝格爾號游歷中,賴爾的地質(zhì)學(xué)原理的影響,生物漸變馬爾薩斯的影響,人類社會中的生存競爭:人類的增殖(幾何級數(shù))遠(yuǎn)大于糧食的生產(chǎn)(算術(shù)級數(shù))1842年寫就3
10、5頁的進(jìn)化論提綱1844年寫成230頁的物種起源問題的論著提綱親自動手研究人工選擇,家鴿的育種1856年,開始寫作物種起源1858年夏天,達(dá)爾文收到華萊士(18231913)的來信及論文“論變種無限地離開其原始模式的傾向”英國青年生物學(xué)家華萊士1858年夏天,英國青年生物學(xué)家華萊士(A.R.Wallace,1823-1913)給達(dá)爾文寄來請教的準(zhǔn)備發(fā)表的一篇進(jìn)化論論文“論變種無限地離開其原始模式的傾向”,華萊士用自己的材料,獨立地達(dá)到了同達(dá)爾文完全相同的觀點和結(jié)論。達(dá)爾文看了華萊士的論文,深感驚訝,準(zhǔn)備把進(jìn)化論的發(fā)明權(quán)讓給這位青年人。達(dá)爾文的朋友們深知達(dá)爾文的研究情況,為了免得重踏牛頓與萊布尼
11、茨爭微積分發(fā)明權(quán)而造成科學(xué)界分裂的教訓(xùn),賴爾等人建議華萊士的論文和達(dá)爾文在1842年和1844年早已寫就的230頁的詳細(xì)提綱同時發(fā)表,事情就這樣妥善解決了。達(dá)爾文生物進(jìn)化論的主要思想是生物普遍具有變異現(xiàn)象。在環(huán)境條件發(fā)生改變的情況下,生物可以在結(jié)構(gòu)、功能上、習(xí)性上發(fā)生變異。一切生物都具有巨大的繁殖力,繁殖過剩為自然選擇提供了必要性和可能性。生物必然為爭取生存和傳留后代而彼此進(jìn)行競爭即生存斗爭。生物進(jìn)化論的意義達(dá)爾文的進(jìn)化論第一次對整個生物界的發(fā)生、發(fā)展作出了規(guī)律性的解釋,并用歷史的觀點和方法武裝了生物學(xué),使生物學(xué)各個分支學(xué)科相互聯(lián)系起來,有了共同的理論基礎(chǔ)。這是生物學(xué)乃至整個自然科學(xué)領(lǐng)域里的劃
12、時代的變革。五、遺傳學(xué)的建立 奧地利生物學(xué)家孟德爾的工作達(dá)爾文的進(jìn)化學(xué)說給生物學(xué)帶來研究有機(jī)體進(jìn)化的歷史方法,促進(jìn)了遺傳和變異知識的發(fā)展,但達(dá)爾文在進(jìn)化機(jī)制方面更多地注意到變異,對遺傳則談及較少。對遺傳學(xué)進(jìn)行深入研究并作出重大貢獻(xiàn)的是奧地利生物學(xué)家孟德爾。孟德爾(G.J.Mendel,1822-1884)生于一個農(nóng)民家庭。從小愛好園藝。因家貧沒有讀完大學(xué),入布臺恩一所修道院。1847年獲牧師職位。1850年到維也納大學(xué)理學(xué)院深造。其間參加了維也納動植物學(xué)會。1853年夏回布臺恩,在時代學(xué)校任動植物學(xué)教師。結(jié)合教學(xué)從事植物雜交試驗工作。1865年在布臺恩自然科學(xué)協(xié)會上發(fā)表植物雜交實驗論文,首先提出遺傳單位(現(xiàn)叫基因)概念,闡明遺傳規(guī)律,被稱為“孟德爾規(guī)律”。孟德爾是近代遺傳學(xué)奠基者。但孟德爾遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)當(dāng)時并未受學(xué)術(shù)界重視,直到1900年,孟德爾逝世16年后,才有荷蘭植物學(xué)家德弗里斯、德國植物學(xué)家科倫斯和奧地利植物學(xué)家西森內(nèi)格-切馬克分別予以證實,成為近代遺傳學(xué)基礎(chǔ)。1909年,摩摩爾爾根根開始選用果蠅做遺傳學(xué)實驗。1910年,他發(fā)表了關(guān)于果蠅性連鎖遺傳的論
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