王微 第1講 踏進(jìn)生命科學(xué)殿堂

生命科學(xué)導(dǎo)論1人之初被精子包圍的卵子2“一出生就有人告訴我們，生活是場(chǎng)賽跑，不跑快點(diǎn)就會(huì)慘遭蹂躪，哪怕是出生，我們都得和3億個(gè)精子賽跑?！盬asborn,andtheytoldusthatlifeisaracefield,donotrunfasterwillberavaged,evenifitisborn,wehadto,and300millionspermrace

316個(gè)星期之后，受精卵發(fā)育成初具雛形的胎兒4同時(shí)，人口問題卻又是人類社會(huì)面臨的極大挑戰(zhàn)。

新生命的誕生使人們歡欣鼓舞人口

60億13億長(zhǎng)江春運(yùn)5621世紀(jì)面臨的世界性難題人口population6721世紀(jì)面臨的世界性難題7研究人員培育的“超級(jí)水稻”在產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量?jī)煞矫婢鶅?yōu)于尋常品種產(chǎn)量？品質(zhì)？聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織水稻研究所（菲，馬尼拉）:綠色革命8921世紀(jì)面臨的世界性難題9這是最早一份關(guān)于環(huán)境對(duì)生物種群影響的研究

工業(yè)化前英國(guó)鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)；工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因?yàn)楹跓熚廴玖谁h(huán)境，黑色蛾子更易藏身。10

工人正在向被石油污染的海灘噴灑營(yíng)養(yǎng)液，促使吃石油的細(xì)菌長(zhǎng)起來。1121世紀(jì)面臨的世界性難題12礦物能源（石油、煤）必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。很多不起眼的生物，很可能就是藥物、材料等的寶貴資源。13墨西哥荒原中的仙人掌類植物14一個(gè)20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類，加工后可得相當(dāng)于3000升柴油的燃料。

一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當(dāng)于50噸石油的燃料。圖為生長(zhǎng)在淡水和海水中的一種硅藻151621世紀(jì)面臨的世界性難題16

80年代，在美國(guó)發(fā)現(xiàn)第一例艾滋病，至今美國(guó)已有>106

感染者。

E.Johnson是洛杉磯湖人隊(duì)球星，1991年被檢查出為HIV病毒陽(yáng)性。17資料：人類免疫缺陷病毒（HumanImmunodeficiencyVirus，HIV），顧名思義它會(huì)造成人類免疫系統(tǒng)的缺陷。1981年，人類免疫缺陷病毒在美國(guó)首次發(fā)現(xiàn)。它是一種感染人類免疫系統(tǒng)細(xì)胞的慢病毒（Lentivirus），屬反轉(zhuǎn)錄病毒的一種。至今無有效療法的致命性傳染病。該病毒破壞人體的免疫能力，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的失去抵抗力，而導(dǎo)致各種疾病及癌癥得以在人體內(nèi)生存，發(fā)展到最后，導(dǎo)致艾滋病（獲得性免疫缺陷綜合癥）。18兩個(gè)月時(shí)，因輸血染上艾滋病的男孩。19第1講踏進(jìn)生命科學(xué)的殿堂

一、為什么要上《生命科學(xué)導(dǎo)論》課二、21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)三、生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來參考書20

《生命科學(xué)導(dǎo)論》（公共課）主編張惟杰高等教育出版社2002，

[面向21世紀(jì)課程教材]參考書21一、為什么要開設(shè)《生命科學(xué)導(dǎo)論》課？

1．高等教育的目標(biāo)

全面素質(zhì)教育有一定專業(yè)方向的全面素質(zhì)的培養(yǎng)，面對(duì)多個(gè)方面的挑戰(zhàn)

職業(yè)教育從事某一種職業(yè)的訓(xùn)練和準(zhǔn)備

人是物的附件以人為本22哈佛大學(xué)教學(xué)計(jì)劃說明中一段話

“……everyHarvardgraduateshouldbebroadlyeducatedaswellastrainedinaparticularacademicspecialtyorconcentration.”

每一個(gè)哈佛畢業(yè)生應(yīng)該受到

廣博教育并且還應(yīng)在專門的學(xué)科方面得到一定的培訓(xùn).”

23哈佛大學(xué)核心課程主要包括六大門類

1.各國(guó)文化2.歷史研究3.文學(xué)美術(shù)4.道德倫理5.科學(xué):數(shù)學(xué),生命科學(xué)6.社會(huì)分析

著重點(diǎn):

人格的養(yǎng)成；思辨能力和思維習(xí)慣的養(yǎng)成；分析、把握和解決問題的能力的養(yǎng)成。24

人格的養(yǎng)成----

從歷史及文化角度，

理解人類社會(huì)發(fā)展,

認(rèn)識(shí)個(gè)人與社會(huì)聯(lián)系,

養(yǎng)成歷史感和責(zé)任感。

思辨能力和思維習(xí)慣的養(yǎng)成----

準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和把握事物，慎密的分析和綜合，冷靜的歸結(jié)和對(duì)策252、“公共基礎(chǔ)”由哪些板塊組成？

數(shù)理化畢業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)課專業(yè)基礎(chǔ)課政治人文計(jì)算機(jī)外語(yǔ)

生物26

1980s以來，世界著名大學(xué)如MIT等，紛紛把生物類課程列為全校必修課.

1995年以后，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)理工科大學(xué)陸續(xù)把生物類課程列為全校非生物類專業(yè)大學(xué)生的限選或必修課程。

27這是因?yàn)槿藗円庾R(shí)到，21世紀(jì)

將是生命科學(xué)的世紀(jì)

面向21世紀(jì)的大學(xué)生應(yīng)有生命科學(xué)基礎(chǔ)，而不應(yīng)該成為

“生物盲”

28二、21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)1．帶頭學(xué)科近300年來（17-20世紀(jì)）物理學(xué)一直作為帶頭學(xué)科17世紀(jì)中葉牛頓經(jīng)典力學(xué)18世紀(jì)中葉（蒸汽機(jī)）工業(yè)革命19世紀(jì)中后電氣革命20世紀(jì)初

量子論、相對(duì)論和核物理標(biāo)志著物理學(xué)革命性飛躍。20世紀(jì)上半葉被稱為“現(xiàn)代物理學(xué)黃金半世紀(jì)”物理學(xué)主導(dǎo)著工業(yè)革命和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,帶領(lǐng)著天文、地質(zhì)、氣象、化學(xué)等學(xué)科發(fā)展29

薛定諤（ErwinSchrodinger,1887-1961）

是一位近代物理學(xué)家，他試著跨越物理世界/生命世界之間難以逾越的鴻溝。他所寫的小冊(cè)子《生命是什么》是一個(gè)偉大嘗試。21世紀(jì)：生命科學(xué)將成為帶頭學(xué)科

“牛頓以來的物理學(xué)把宇宙統(tǒng)一為一個(gè)整體，同時(shí)卻把我們的世界一分為二——物理世界和生物世界”。..30

面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的許多問題，科學(xué)界把目光轉(zhuǎn)向生命科學(xué)，尋求

新的概念，新的觀點(diǎn)，新的思路。31維納（N、WRENER）控制論的奠基人《控制論》

（關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)）貝塔朗菲（L、BERTALANFFY）生物學(xué)家，系統(tǒng)論的奠基人《機(jī)體生物學(xué)》申農(nóng)（SHENAN）信息論的奠基人信息論在生命科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用32

面對(duì)工業(yè)發(fā)展所帶來的愈益嚴(yán)重的社會(huì)問題

人口糧食環(huán)境

資源健康等等

人們意識(shí)到要從生命科學(xué)中去尋求出路。33

生物學(xué)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：描述生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉以前）2、從傳統(tǒng)生物學(xué)到現(xiàn)代生命科學(xué)

——生命科學(xué)能夠迎接21世紀(jì)的挑戰(zhàn)

實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（19世紀(jì)中到20世紀(jì)中）

創(chuàng)造生物學(xué)階段（20世紀(jì)中葉以后）34（1）描述生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉以前）

主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類型生物，尋找他們之間的異同和進(jìn)化脈絡(luò)

達(dá)爾文《物種起源》（1859）35

22歲的達(dá)爾文開始貝格爾艦航行36《貝格爾艦環(huán)球航行記》一書為達(dá)爾文以博物學(xué)家身份參加貝格爾號(hào)環(huán)球勘探工作的見聞，細(xì)致觀察并詳細(xì)記錄了關(guān)于動(dòng)物、植物和地質(zhì)方面大量的材料，為后來生物進(jìn)化觀念的形成打下了基礎(chǔ)。

37（2）實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（19世紀(jì)中到20世紀(jì)中）

利用各種儀器工具，通過實(shí)驗(yàn)過程，探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律38巴斯德在實(shí)驗(yàn)室里39資料：巴斯德效應(yīng)1861年巴斯德發(fā)現(xiàn)，在厭氧條件下，向高速發(fā)酵的培養(yǎng)基中通入氧氣，則葡萄糖消耗減少，抑制發(fā)酵產(chǎn)物積累。即呼吸抑制發(fā)酵的作用。相比起足氧的情況，酵母在缺氧的情況下消耗更多的葡萄糖。這就是所謂的巴斯德效應(yīng)。用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言總結(jié)巴斯德效應(yīng)為:發(fā)酵是一種能幫助很多生物度過惡劣環(huán)境的代謝途徑，但它并不經(jīng)濟(jì)。

40（3）創(chuàng)造生物學(xué)階段（20世紀(jì)中葉以后）

分子生物學(xué)和基因工程的發(fā)展使人們有可能“創(chuàng)造”新的物種。41華生和克里克在討論DNA雙螺旋模型42第一例基因工程實(shí)驗(yàn)433、生命科學(xué)如何發(fā)揮它的重要作用？現(xiàn)代儀器設(shè)備的武裝是生命科學(xué)發(fā)展的必要條件。生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合

從我國(guó)科學(xué)發(fā)展規(guī)劃看生命科學(xué)的重要性

44（1）從我國(guó)科學(xué)發(fā)展規(guī)劃看生命科學(xué)的重要性自然科學(xué)基金五年計(jì)劃國(guó)重項(xiàng)目

基礎(chǔ)研究應(yīng)用研究863高科技和新型產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目攀登計(jì)劃

973國(guó)家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)能源材料信息環(huán)境和生態(tài)人口與健康45（2）生命科學(xué)必須和物理科學(xué)、工程科學(xué)等其他學(xué)科相結(jié)合

21世紀(jì)是生物的世紀(jì)，但生物學(xué)要有大突破必須尋求物理學(xué)科等其他學(xué)科的支持。46

現(xiàn)代儀器設(shè)備的武裝是生命科學(xué)發(fā)展的必要條件47早期的光學(xué)顯微鏡48電子顯微鏡49

世界著名大學(xué)著手組建生命科學(xué)和其他學(xué)科交叉滲透的綜合實(shí)驗(yàn)中心普林斯頓大學(xué)以發(fā)育生物學(xué)家謝利?蒂夫曼為首，集中12名資深教授(生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、工程)成立嶄新的研究中心斯坦福大學(xué)朱棣文(物理學(xué))和詹姆斯?斯布迪許(生物學(xué))等建立一個(gè)研究中心,50名成員。（Bio-X計(jì)劃）50三、生命科學(xué)向我們每個(gè)人走來

1.生存與健康2.交叉學(xué)科和邊緣領(lǐng)域同時(shí)提供機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)3.新世紀(jì)的大學(xué)生不能沒有現(xiàn)代生命科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)511、生存與健康

另一方面人類面臨一批新型疾病的威脅

心血管病糖尿病艾滋病癌癥新傳染病

一方面醫(yī)療保健的發(fā)展,生活質(zhì)量的提高,

使人均壽命延長(zhǎng)

食品保障食品安全522、交叉學(xué)科和邊緣領(lǐng)域同時(shí)提供機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)人文科學(xué)

物理學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)

天文學(xué)

數(shù)學(xué)

化學(xué)

生物學(xué)

農(nóng)學(xué)

醫(yī)學(xué)

工程學(xué)

心理學(xué)

生物物理學(xué)

生物化學(xué)

生物數(shù)學(xué)

宇宙生物學(xué)

人工智能學(xué)

植物生理學(xué)

育種學(xué)

昆蟲學(xué)

植物病理學(xué)

人體及動(dòng)物生理學(xué)

藥理