《現(xiàn)代生物科技發(fā)展》專題講座

1、現(xiàn)代生物科技發(fā)展專題講座上虞中學(xué) 傅立娟 歷史的腳步已邁進(jìn)了21世紀(jì)，展望21世紀(jì)，可以說希望與挑戰(zhàn)并存，一方面科技的發(fā)展更加迅速，而生物科學(xué)作為自然科學(xué)領(lǐng)域的帶頭學(xué)科將會(huì)結(jié)出豐碩的果實(shí)。另一方面，人類社會(huì)面臨的人口、糧食、資源、環(huán)境和健康等問題更加突出。而這些問題的解決，都將在很大程度上依賴于生物科學(xué)的進(jìn)步。因此，了解生物科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀，努力研究生物科學(xué)，對(duì)于我們適應(yīng)21世紀(jì)的挑戰(zhàn)具有極其深遠(yuǎn)的意義，下面我主要介紹一下現(xiàn)代生物科技的發(fā)展，以及研究生物科學(xué)的精神，對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)可能有一定的幫助。 一、生物科學(xué)發(fā)展的歷史 生物學(xué)是一門具有悠久歷史的學(xué)科，很久以前，人類在各種生產(chǎn)活動(dòng)的過程中，就廣

2、泛地應(yīng)用各方面的生物學(xué)知識(shí)，我國詩經(jīng)上就記載了生物知識(shí)的應(yīng)用，所以說生物學(xué)的歷史已有三、四千年或更長的歷史。但縱觀生物學(xué)的發(fā)展，可以年看出它大體經(jīng)歷了三個(gè)階段。19世紀(jì)以前，生物學(xué)主要研究生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分類，并積累了大量的事實(shí)資料，進(jìn)入19世紀(jì)以后，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，顯微鏡制造精良，促進(jìn)了生物學(xué)的全面迅速發(fā)展，具體表現(xiàn)在尋找各種生命現(xiàn)象之間的聯(lián)系并對(duì)積累起來的資料做出理論的概括；在細(xì)胞學(xué)，古生物學(xué)，胚胎學(xué)和比較解剖學(xué)等方面取得了新的進(jìn)展。 19世紀(jì)30年代，德國植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺提出了細(xì)胞學(xué)說，指出細(xì)胞是一切動(dòng)物和植物結(jié)構(gòu)的基本單位，為研究生物的結(jié)構(gòu)、生理、生殖和發(fā)育奠定的基

3、礎(chǔ)。 1859年英國生物學(xué)家達(dá)爾文出版了物種起源一書，科學(xué)的闡述了以自然選擇為中心的生物進(jìn)化論，給神創(chuàng)論和物種不變論以沉重打擊，在推動(dòng)現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展上起了巨大的作用，可以說在20世紀(jì)以前 這一漫長的歷史歲月中生物科學(xué)的研究領(lǐng)域，到1900年隨著孟德爾遺傳規(guī)律被重新提出，生物科學(xué)的研究便 進(jìn)入了第二個(gè)階段實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段。在這個(gè)階段中生物學(xué)家更多地用實(shí)驗(yàn)手段和理化技術(shù)來考查生命過程，于是生物化學(xué)、細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)等分支不斷涌現(xiàn)，使生物科學(xué)研究逐漸集中到分析生命活動(dòng)的基本規(guī)律上來。 20世紀(jì)30年代以后，生物科學(xué)研究的主要目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)移到與生命本質(zhì)密切相關(guān)的生物大分子蛋白質(zhì)和核酸上來。1944年美國生

4、物學(xué)家艾弗里用細(xì)菌做實(shí)驗(yàn)材料，第一次證明了DNA是遺傳物質(zhì)，1953年，美國科學(xué)家沃森和英國科學(xué)家克里克共同提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標(biāo)志著生物科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段分子生物學(xué)階段，這是第三個(gè)階段。 隨后，在分子生物學(xué)的帶動(dòng)下，生物科學(xué)的眾多分支學(xué)科都在迅猛發(fā)展，取得了一系列劃時(shí)代的成就，使生物科學(xué)成為當(dāng)代成果 最多最吸引人的學(xué)科之一。 二、生物科學(xué)研究的現(xiàn)狀及展望 生物科學(xué)是一門迅猛發(fā)展的學(xué)科，它在當(dāng)今世界科技領(lǐng)域中的地位越來越突出，可以說科技成果顯著，碩果累累，如“克隆技術(shù)”、“基因工程”、“試管嬰兒”、“人類基因組計(jì)劃”等，下面我就介紹一下生物科學(xué)的現(xiàn)狀及其發(fā)展： 1、人類

5、基因組計(jì)劃： 人類基因組計(jì)劃被稱為“生物學(xué)上的阿波羅登月計(jì)劃”是從1990年10月開始啟動(dòng)的，主要由美、日、德、英、法等國的科學(xué)家共同參與，到20000年6月26日宣布其工作草圖繪制成功，然后由中、美、日、德、英、法等國的科學(xué)家工同承擔(dān)人類基因組的破譯工作。今年2月11日科學(xué)家小組又公布了對(duì)脫氧核苷酸（DNA）密碼指令構(gòu)成的人類基因組的初步解析，從而開辟了人體生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的新紀(jì)元。 那么什么是“人類基因組計(jì)劃”這需要從基因說起，基因是控制生物性狀的基本單位，是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，基因位于染色體上，并呈線性排列?；虿粌H可以通過DNA的復(fù)制把遺傳信息傳給下一代還可以使遺傳信息在下一代得到

6、表達(dá)，從而使子代表現(xiàn)出與親代相似的性狀。正所謂“龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會(huì)打洞”，所以說，人類的各種性狀大都是由基因控制的。如身高、膚色、色覺、面目、胖瘦及各種疾病大都與基因有關(guān)。而人類只有一個(gè)基因組。人類基因組計(jì)劃就是要弄清楚人類30億個(gè)堿基對(duì)的序列，弄清楚所有人類的大約34萬個(gè)基因，并搞清楚其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類在分子水平上全面認(rèn)識(shí)自我。 隨著人類基因組的破譯，人類的生活也將發(fā)生巨大的變化。這將預(yù)示著一場席卷全球的生物技術(shù)革命正在起步。正如科學(xué)家們預(yù)言的那樣，一個(gè)生命科學(xué)的新時(shí)代將在21世紀(jì)這一代人身邊發(fā)生，下面我就對(duì)它的前景介紹一下。 （1）基因療法 一提到癌

7、癥、艾滋病，就會(huì)令人膽顫心驚，為什么呢？因?yàn)檫@些疾病一直被認(rèn)為是不治之癥；一旦患了這種病，就等于被判了死刑，但還不能立即執(zhí)行，還要讓你受盡人體痛苦的折磨才算完事，你說誰不害怕？但是在座的同學(xué)們就不必害怕了，為什么呢？人類基因組很快被破譯，破譯之后，我們就能夠知道這些病是由一定的基因誘發(fā)而產(chǎn)生的，這些基因稱為“誘發(fā)疾病基因?！奔偃缒橙嗽趲资旰罂赡艿靡环N癌癥，我們已經(jīng)知道這種癌癥是由哪些基因誘發(fā)產(chǎn)生的，并且我們還知道這些基因中的脫氧核苷酸的排列順序，就可以采用基因療法，在發(fā)病之前或剛出生時(shí)對(duì)這種疾病做出預(yù)測并可以進(jìn)行基因修改，使人類從根本上擺脫病痛之苦。所以科學(xué)家宣布2003年以后癌癥將不再是不

8、治之癥，所以同學(xué)們就不必再害怕了。 那么如何修正致病基因呢？這又涉及藥物遺傳學(xué)。藥物遺傳學(xué)它主要是研究基因如何與藥物相互作用。這將是21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，這一點(diǎn)我就不多說了?？傊?，不久的將來，我們每人手中都有一張“基因卡”，到醫(yī)院只需把“基因卡”往機(jī)器里一插，就能顯示出你患病沒有，患有什么病或?qū)⒁际裁床?，以及用什么藥物修改誘發(fā)疾病基因等，不過大批的疹所，衛(wèi)生室、醫(yī)院就要關(guān)門大吉了。 （2）幫你變聰明 在座的每一位同學(xué)都愿讓自己的頭腦更聰明，比如說英語吧，是同學(xué)們的必修課，而且費(fèi)很大的力氣也不一定學(xué)好。那么用什么省事的辦法能使每一個(gè)同學(xué)都能學(xué)好英語呢？辦法有：不過不是現(xiàn)在，而是不久的將來，利用基

9、因工程，科學(xué)家們可以把英語的語言信息下裁到你的腦子里，也就是說可以把知識(shí)輸入到一個(gè)經(jīng)過遺傳工程設(shè)計(jì)的與電腦中相似的芯片中，然后把這個(gè)芯片裝入你的大腦中。當(dāng)然不是簡單地打開顱腔插進(jìn)去了。這樣學(xué)習(xí)就不再是件苦事了。當(dāng)然這種做法你們是高興了，可是我們這些以教書謀生的教師可要因此而下崗了。 （3）設(shè)計(jì)一個(gè)“優(yōu)化基因”的嬰兒 未來的基因技術(shù)不僅能診斷出胚胎有何遺傳疾病，而且還可以設(shè)計(jì)未來嬰兒的體態(tài)、面目、智商、個(gè)性、健康狀況等，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)找到一些決定這些性狀的基因并且研究出如何控制基因遺傳的方法。因此未來科學(xué)家預(yù)言：應(yīng)用人類基因密碼的全部說明書，將使科學(xué)家對(duì)人類進(jìn)行優(yōu)化基因設(shè)計(jì)。因此未來的人們或許可

10、以優(yōu)化一定的基因，設(shè)計(jì)一個(gè)智商高、體格壯、長相美的嬰兒 ，比如，有的人想要一個(gè)兒子，他要自己的兒子有愛因斯坦一樣的智商，象李寧那樣強(qiáng)壯，象劉德華那樣英俊，還要象王杰那樣會(huì)唱歌，并且還具有象警犬一樣敏銳的嗅覺，象家鴿一樣的視覺等等，將這些優(yōu)良性狀整合在一起。這是一個(gè)很不錯(cuò)的理想，但這個(gè)理想能夠成為現(xiàn)實(shí)嗎？現(xiàn)在還很難說，因?yàn)橐环矫?，一個(gè)功能基因組往往由許多個(gè)基因組成。如一位歌唱家的嗓音好，不僅是由于聲帶發(fā)音，肺部發(fā)育等諸多有關(guān)基因的作用，還需要后天的培養(yǎng)教育，這絕對(duì)不是一個(gè)“歌唱”基因就能使之成功的。即使能夠成功的話，另一方面，還涉及到法律、倫理、道德、觀念等問題。再就是這個(gè)兒子的爸爸到底是誰呢？

11、這不就亂套了嗎！ 2、克隆技術(shù) 1997年2月，從英國傳來一頭小綿羊咩咩的叫喚聲，這叫聲令全世界的人們停下了匆忙的腳步，屏住了急促的聲息，都將注意力集中到英倫三島上，人類所擁有的各種新聞媒體報(bào)紙、雜志、電視、電臺(tái)甚至電腦網(wǎng)絡(luò)都紛紛撤下了原已編排好的版面節(jié)目，專為這頭小綿羊讓出了頭版頭條，頓時(shí)這頭名叫“多利”的小羊成了紅極一時(shí)的“新聞名星”，這是怎么回事呢？這頭小綿羊?yàn)槭裁磿?huì)有這樣大的魅力呢？原因是這頭小綿羊的叫聲意味著人類可以利用動(dòng)物身上的一個(gè)體細(xì)胞產(chǎn)生出與這個(gè)動(dòng)物完全相同的生命體，這完全打破了千古不變的自然規(guī)律。這是生物遺傳工程的巨大飛躍，也是歷史上一項(xiàng)重大的科學(xué)突破。要弄清這個(gè)問題，還要從

12、克隆技術(shù)說起。什么是“克隆”呢？其實(shí)“克隆”是英語單詞clone的音譯，就相當(dāng)于我們常說的拷貝或復(fù)制。同學(xué)們大都看過電視連續(xù)劇西游記對(duì)唐僧的大徒弟孫悟空是比較熟悉的。孫悟空與妖魔鬼怪斗法的時(shí)候，往往在自己身上拔下一撮毫毛，放在嘴里一嚼，然后一吹，頃刻間滿山遍野都是與孫悟空一模一樣的孫猴子。其實(shí)，孫悟空的這種本領(lǐng)就是“克隆技術(shù)”。當(dāng)然這是神話故事，而在當(dāng)今世界這種神話已經(jīng)成為科學(xué)的現(xiàn)實(shí)?？茖W(xué)家們已經(jīng)掌握了這種技術(shù)。準(zhǔn)確地說“克隆”就是用體細(xì)胞進(jìn)行的無性繁殖，以及由無性繁殖形成的基因型完全相同的后代組成的種群。具體一點(diǎn)講，就說“多利”小綿羊的產(chǎn)生吧，它是從甲綿羊的乳房中提取一個(gè)細(xì)胞，分離出細(xì)胞核，

13、從乙綿羊體內(nèi)提取卵細(xì)胞，去掉細(xì)胞核，然后把從甲綿羊細(xì)胞中取出的細(xì)胞核放入乙綿羊去掉細(xì)胞核的卵細(xì)胞中，用電擊的方法使移植細(xì)胞核與卵細(xì)胞融合，再把它培養(yǎng)成胚胎，最后植入丙綿羊的子宮內(nèi)，丙綿羊便生出了“多利”小綿羊。這樣說起來很容易，其實(shí)做起來是相當(dāng)復(fù)雜的事情，因?yàn)榭寺〖夹g(shù)是一次尖端科學(xué)，在座的我們各位，暫時(shí)還是做不了的。那么我們研究“克隆技術(shù)”有什么意義呢？下面舉幾個(gè)例子。 （1）克隆大熊貓 大熊貓是我們比較熟悉的，它是我們的國寶，可以說是無價(jià)之寶，一是外國沒有，二是我國的數(shù)量也有限，僅有100多只，并且由于環(huán)境的惡化，數(shù)量在急劇減少，生殖能力極差。很快就會(huì)在地球上消失。要想使它永久的存在于我們這

14、個(gè)世界上，采用“克隆”的辦法可能是上上策。目前我國已在四川省大熊貓自然保護(hù)區(qū)建立了由陳大元帶領(lǐng)的“大熊貓克隆實(shí)驗(yàn)室”，并且去年6月21日報(bào)導(dǎo)我國科學(xué)家通過將大熊貓?bào)w細(xì)胞核植入去核的兔子卵細(xì)胞中，成功地培育出了大熊貓的早期胚胎。這標(biāo)志著通過無性繁殖的熊貓出現(xiàn)在地球上將指日可待。這將為人類創(chuàng)造大筆財(cái)富，所以克隆技術(shù)將為挽救地球上的稀有的生物和頻臨滅絕的生物，保持地球龍騰虎躍、鳥語花香的活潑生機(jī)開辟了一條新的道路。 （2）為不育夫婦提供后代 能克隆動(dòng)物，就能克隆人。因?yàn)槿司哂信c動(dòng)物相同的生物學(xué)特性。生物體的任何一個(gè)細(xì)胞都有發(fā)育成一個(gè)完整全體的潛在能力。對(duì)于一對(duì)患有不育癥的夫婦來說，雖然可以用不同的方

15、法產(chǎn)生后代，如男性不育可采用人工授精的辦法，如女性不育，可采用體外受精的辦法，如女性不孕，也可采用代理母親的辦法，如果上述方法都不用，這對(duì)夫婦又想有個(gè)孩子，那么也可以采用領(lǐng)養(yǎng)的辦法，那么夫婦雙方都不愿意，在這種情況下，克隆將是一種最適宜的選擇。 （3）克隆人引起的風(fēng)波 我們知道，任何事物都是一分為二的，克隆也不例外，有利就有弊，一只小小的“多利”羊引起的軒然大波，其轟動(dòng)效應(yīng)，不亞于人類造出了第一顆原子彈。從生物學(xué)家、醫(yī)學(xué)家、倫理學(xué)一直到發(fā)明原子彈的專家，上至國家政要，下至普通老百姓，眾說紛紜。 “多利”綿羊產(chǎn)生以后，美國一位外科醫(yī)生1998年宣布，它將在三個(gè)月內(nèi)開始克隆人的實(shí)驗(yàn)，并且已經(jīng)物 色

16、到4位愿意捐出卵細(xì)胞的婦女，如果克隆人的實(shí)驗(yàn)成功，它預(yù)計(jì)每年將克隆20萬個(gè)嬰兒。此言一出，舉世震驚，美國總統(tǒng)克林頓立即呼吁國會(huì)立法禁止克隆人的協(xié)議。許多國家、政府、國際組織也明確反對(duì)克隆人，為什么呢？因?yàn)榭寺∪藭?huì)帶來一系列的社會(huì)問題和嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)。比如說從張三身上取的細(xì)胞克隆產(chǎn)生的人，與張三長的一模一樣，那么與張三是什么關(guān)系呢？是張三的兒子嗎？是張三的弟弟嗎？還是張三自己呢？很難界定。再如，你克隆幾個(gè)愛因斯坦，可能不是件壞事，他要是克隆幾個(gè)希特勒呢？那整個(gè)世界還能安寧嗎？人們的擔(dān)心不無道理，關(guān)于克隆技術(shù)就說這些。 3、環(huán)境保護(hù) 目前，生物科學(xué)研究正向兩個(gè)方面突飛猛進(jìn)，我上面介紹的是向微觀方面

17、的發(fā)展，下面再從宏觀方面介紹一下。20世紀(jì)60年代以來，人們越來越清醒地認(rèn)識(shí)到了環(huán)境保護(hù)的重要性，因?yàn)槿丝诒ā⒛茉次C(jī)、環(huán)境污染等對(duì)人類的危害程度不亞于用于戰(zhàn)爭的原子彈。記不清楚是誰說過這樣一番話，他說爺爺?shù)哪甏壬?，爸爸的年代喝開水，我們喝的是凈化水，我們的子孫將沒水喝。這充分說明了人類生存環(huán)境的急劇變化，而這種變化主要是人為因素造成的。我們知道自然界中的各種生物都有直接或間接的聯(lián)系，它們之間存在著互相依存，互相影響的關(guān)系。記得英國生物學(xué)家赫胥黎曾講過一個(gè)幽默的故事，它說“英國的強(qiáng)大有賴于它的老女仆”。我們知道英國在20世紀(jì)以前是稱霸全球的強(qiáng)國，老女仆是富豪家庭中年老的女傭人。那么英國的

18、強(qiáng)大與老女仆有什么關(guān)系呢？赫胥黎是這樣講的，他說英國的強(qiáng)大主要是他有強(qiáng)大的海軍，英國海軍為什么強(qiáng)大呢？因?yàn)橛＼姂?zhàn)士個(gè)個(gè)身強(qiáng)力壯。英國的海軍戰(zhàn)士為什么這么強(qiáng)壯呢，因?yàn)闋I養(yǎng)豐富的牛排是海軍戰(zhàn)士的主食，英國牛群的主要飼料又是英國盛長的三葉草，熊蜂飛來飛去為三葉草傳粉，熊蜂的巢穴經(jīng)常被野花所破壞，野花的天敵是貓，貓是老女仆喂養(yǎng)的。所以無論從邏輯上，還是在生態(tài)學(xué)角度上講，英國的強(qiáng)大都應(yīng)歸功于老女仆。這個(gè)幽默的故事告訴我們的是什么？要生存，就要保護(hù)環(huán)境，要保護(hù)環(huán)境首要的是維護(hù)生態(tài)平衡。對(duì)于這方面的知識(shí)限于時(shí)間，我就不多說了，請同學(xué)們認(rèn)真談一下，我們發(fā)的科技創(chuàng)新讀本就會(huì)知道的更多一些。 三、研究科學(xué)的科

19、學(xué)精神 在科學(xué)領(lǐng)域要想取得一定的成績或有所成就，首先需要有科學(xué)精神。那么，什么是科學(xué)精神呢？我候介紹幾位科學(xué)家的經(jīng)歷來說明。 英國著名生物科學(xué)家達(dá)爾文，這是所有學(xué)過生物學(xué)的人都知道的，他是生物進(jìn)化論的創(chuàng)始人。達(dá)爾文1809年出生在英國一個(gè)世代從醫(yī)的家庭里?？墒峭陼r(shí)代的達(dá)爾文卻被父親認(rèn)定為“是一個(gè)平庸的孩子，智力遠(yuǎn)在普通人的水平之下”。1826年達(dá)爾文遵照父親的意愿進(jìn)了愛丁堡大學(xué)學(xué)醫(yī)，沒學(xué)好，1828年他父親又把他送到劍橋大學(xué)去學(xué)神學(xué)，但他對(duì)這些都不感興趣，勉強(qiáng)畢業(yè)，因?yàn)樗麖男釔凵锟茖W(xué)。1831年達(dá)爾文結(jié)束了神學(xué)的學(xué)習(xí)，可以說他很有資格去當(dāng)一名傳教士。然而他沒去，卻接受了一位植物學(xué)老師的推

20、薦以博物學(xué)家的身份隨著英國“貝格爾”號(hào)海軍勘探船作了歷時(shí)5年的環(huán)球航行考察。這次航行由英國出發(fā)穿過大西洋到達(dá)南美洲，然后橫過太平洋，經(jīng)印度洋繞過非洲好望角又回到南美，再由南美渡過大西洋回英國，在歷時(shí)5年的環(huán)球考查中達(dá)爾文考查了數(shù)以萬計(jì)的島嶼和大陸，對(duì)不計(jì)其數(shù)的動(dòng)植物和地質(zhì)方面進(jìn)行了廣泛的觀察，并采集了大量的生物標(biāo)本和礦物標(biāo)本，回國后達(dá)爾文就開始研究生物進(jìn)化的原因和生物進(jìn)化的過程，同時(shí)對(duì)自己在航行考查中收集的大量的資料進(jìn)行了整理，經(jīng)過20多年的努力，終于在1859年出版了震驚世界學(xué)術(shù)界的巨著物種起源。 從達(dá)爾文由一個(gè)“智力平庸的孩子”成長為舉世聞名的偉大科學(xué)家的過程我們可以看出研究科學(xué)需要的是什么精神呢？ 孟德爾也是我們熟悉的科學(xué)家，遺傳學(xué)的創(chuàng)始人。孟德爾1822年出生于奧地利（現(xiàn)捷克）一個(gè)貧苦的家庭中，小時(shí)候很苦，入了修道院，1847年被授于牧師的職位，成了一名天主教的神父，但他對(duì)自然科學(xué)非常有興趣，從1857年開始，用從集市上收集的豌豆品種在修道院的花園里做了生物雜交實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過八年的雜交實(shí)驗(yàn)和連續(xù)的觀察，終于1865年獲得了他曾經(jīng)設(shè)想過，而當(dāng)時(shí)還沒有一個(gè)植物學(xué)