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现代生物技术导论

第一章绪论

1.1生命与生命科学

生命及其过程特征

生命系统的等级结构

生命科学的地位

地球生物：100多万种动物，40多万种植物，10多万种微生物，多种多样，形态各异，

种类繁多，数量巨大，目前估计约500-5000万个物种。

对生命的思考是人类理性思维中最富有挑战性，最有吸引力的问题之一。如：

什么是生命？

什么时候开始形成生命？

生命是如何形成的？

生命世界又何以如此千姿百态？

1.1.1生命及其过程特征

机械论：有机体不是别的，只是机械装置，其运动可用力学、物理学和化学定律来解释。

活力论：生物有机体中的一些过程并不遵从化学和物理学定律。

生物学家是唯物论者，但不接受17世纪的机械论。把生命归结为物质/东西似乎太简单，

且不尽合乎人理性。此外，生命还具有其社会属性。

热力学第二定律对生命的描述：生命是一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系

统，其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。

生物物理学三要素——物质、能量、信息：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。

生物学角度：生命是由核酸和蛋白质等物质组成的多分子、多层次的复杂体系，具有不

断自我更新(生长发育)、繁殖后代以及对外界产生应答的能力，是一种过程，是一种现象。

生命的过程特征

1、生长与发育

2、新陈代谢与应激适应性

3、繁殖与遗传

4、严整有序的结构与自我平衡调节

5、化学成分的同一性与凸现性

6、社会性与多样性

7、性质属性

生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。

化学成分的同一性与凸现性：组成人体的元素约20多种，核酸由5种核苷酸组成，各

种生物的遗传密码是统一的，翻译后生成由20种氨基酸组成的蛋白质。

虽然单个化学成分组成了生物体，但不是简单的相加和综合，而是具有凸现性，即表现

出单个组分所没有的性质。

社会性与多样性：没有一种生命是只由一个个体组成的，因此生命表现出群居的社会性。

在这个社会里，个体间是不完全相同的，就像我们每个人都互相不相同一样，表现出极

大的多样性。

1.1.2生命系统的等级结构

集聚性等级结构

最为人所熟知的例子就是林奈分类等级结构，包括界、门、纲、目、科、属、种。

这种等级结构中，较低层次的结构没有相互作用就组合成了较高层次的结构。

例如：人

动物界Animalia

脊椎动物门Chordata

哺乳纲Mammalia

灵长目Primates

人科Hominidae

人属Homo

人种Homosapiens

1.1.3生命科学及其地位

生命科学是研究生命现象的科学，包括生命起源与发生、生长与发育、生命物质的结构

与功能、生命与环境之间的内在相互关系等，是复杂性学科。生命科学在自然物质科学中的

地位越来越重要。随着生物学思潮的发起，对生命复杂系统研究的突破，生命科学将成为

21世纪自然科学的带头学科。

2012年十大科学进展

1.丹尼索瓦人基因组

德国马克斯·普朗克进化人类学研究所科学家开发出一种将特定分子与单股DNA相结

合的新技术。通过这种技术，他们利用一个距今7.4万年至8.2万年的指骨碎片获得了丹尼

索瓦人的基因组高覆盖率测序数据，重建其基因组全序列。从如此古老的样本中制作出高品

质全基因组，意味着科学界在古代DNA测序领域取得巨大进步。

2.用干细胞制造卵子

日本京都大学研究小组今年10月报告说，他们首次利用诱导多功能干细胞成功培育出

实验鼠的卵子，并使其受精从而诞出健康小鼠。实验结果未能达到科学家们的终极目标完全

在实验室中得到卵细胞，但它为研究基因及其他影响生育和卵细胞发育的因素提供了强有力

工具。

3.X射线激光给出蛋白质结构

一个科学家团队利用比传统同步加速辐射源亮10亿倍的X射线激光确认了布氏锥虫所

需的一种酶的结构。这一进展证明用X射线激光照射的方式来解密蛋白质结构的可能性。

4.基因组的精密工程

对高等生物DNA的修改和删除一般而言无法确定结果。不过在2012年，一种名为“转

录激