《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 傅立娟 歷史的腳步已邁進了21世紀，展望21世紀，可以說希望與挑戰(zhàn)并存，一方面科技的發(fā)展更加迅速，而生物科學作為自然科學領(lǐng)域的帶頭學科將會結(jié)出豐碩的果實。另一方面，人類社會面臨的人口、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的進步。因此，了解生物科學發(fā)展的現(xiàn)狀，努力研究生物科學，對于我們適應(yīng)21世紀的挑戰(zhàn)具有極其深遠的意義，下面我主要介紹一下現(xiàn)代生物科技的發(fā)展，以及研究生物科學的精神，對同學們的學習可能有一定的幫助。 一、生物科學發(fā)展的歷史 生物學是一門具有悠久歷史的學科，很久以前，人類在各種生產(chǎn)活動的過程中，就廣

2、泛地應(yīng)用各方面的生物學知識，我國詩經(jīng)上就記載了生物知識的應(yīng)用，所以說生物學的歷史已有三、四千年或更長的歷史。但縱觀生物學的發(fā)展，可以年看出它大體經(jīng)歷了三個階段。19世紀以前，生物學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資料，進入19世紀以后，科學技術(shù)水平不斷提高，顯微鏡制造精良，促進了生物學的全面迅速發(fā)展，具體表現(xiàn)在尋找各種生命現(xiàn)象之間的聯(lián)系并對積累起來的資料做出理論的概括；在細胞學，古生物學，胚胎學和比較解剖學等方面取得了新的進展。 19世紀30年代，德國植物學家施萊登和動物學家施旺提出了細胞學說，指出細胞是一切動物和植物結(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年英國生物學家達爾文出版了物種起源一書，科學的闡述了以自然選擇為中心的生物進化論，給神創(chuàng)論和物種不變論以沉重打擊，在推動現(xiàn)代生物學的發(fā)展上起了巨大的作用，可以說在20世紀以前 這一漫長的歷史歲月中生物科學的研究領(lǐng)域，到1900年隨著孟德爾遺傳規(guī)律被重新提出，生物科學的研究便 進入了第二個階段實驗生物學階段。在這個階段中生物學家更多地用實驗手段和理化技術(shù)來考查生命過程，于是生物化學、細胞學、遺傳學等分支不斷涌現(xiàn)，使生物科學研究逐漸集中到分析生命活動的基本規(guī)律上來。 20世紀30年代以后，生物科學研究的主要目標逐漸轉(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、物學家艾弗里用細菌做實驗材料，第一次證明了DNA是遺傳物質(zhì)，1953年，美國科學家沃森和英國科學家克里克共同提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標志著生物科學的發(fā)展進入了一個新的階段分子生物學階段，這是第三個階段。 隨后，在分子生物學的帶動下，生物科學的眾多分支學科都在迅猛發(fā)展，取得了一系列劃時代的成就，使生物科學成為當代成果 最多最吸引人的學科之一。 二、生物科學研究的現(xiàn)狀及展望 生物科學是一門迅猛發(fā)展的學科，它在當今世界科技領(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”、“人類基因組計劃”等，下面我就介紹一下生物科學的現(xiàn)狀及其發(fā)展： 1、人類

5、基因組計劃： 人類基因組計劃被稱為“生物學上的阿波羅登月計劃”是從1990年10月開始啟動的，主要由美、日、德、英、法等國的科學家共同參與，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、法等國的科學家工同承擔人類基因組的破譯工作。今年2月11日科學家小組又公布了對脫氧核苷酸（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和醫(yī)學研究的新紀元。 那么什么是“人類基因組計劃”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。基因不僅可以通過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，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)。而人類只有一個基因組。人類基因組計劃就是要弄清楚人類30億個堿基對的序列，弄清楚所有人類的大約34萬個基因，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識自我。 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。正如科學家們預(yù)言的那樣，一個生命科學的新時代將在21世紀這一代人身邊發(fā)生，下面我就對它的前景介紹一下。 （1）基因療法 一提到癌

7、癥、艾滋病，就會令人膽顫心驚，為什么呢？因為這些疾病一直被認為是不治之癥；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)病之前或剛出生時對這種疾病做出預(yù)測并可以進行基因修改，使人類從根本上擺脫病痛之苦。所以科學家宣布2003年以后癌癥將不再是不

8、治之癥，所以同學們就不必再害怕了。 那么如何修正致病基因呢？這又涉及藥物遺傳學。藥物遺傳學它主要是研究基因如何與藥物相互作用。這將是21世紀的醫(yī)學基礎(chǔ)，這一點我就不多說了?？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 在座的每一位同學都愿讓自己的頭腦更聰明，比如說英語吧，是同學們的必修課，而且費很大的力氣也不一定學好。那么用什么省事的辦法能使每一個同學都能學好英語呢？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輸入到一個經(jīng)過遺傳工程設(shè)計的與電腦中相似的芯片中，然后把這個芯片裝入你的大腦中。當然不是簡單地打開顱腔插進去了。這樣學習就不再是件苦事了。當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)計一個“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)計未來嬰兒的體態(tài)、面目、智商、個性、健康狀況等，現(xiàn)在科學家已經(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。因此未來科學家預(yù)言：應(yīng)用人類基因密碼的全部說明書，將使科學家對人類進行優(yōu)化基因設(shè)計。因此未來的人們或許可

10、以優(yōu)化一定的基因，設(shè)計一個智商高、體格壯、長相美的嬰兒 ，比如，有的人想要一個兒子，他要自己的兒子有愛因斯坦一樣的智商，象李寧那樣強壯，象劉德華那樣英俊，還要象王杰那樣會唱歌，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。這是一個很不錯的理想，但這個理想能夠成為現(xiàn)實嗎？現(xiàn)在還很難說，因為一方面，一個功能基因組往往由許多個基因組成。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，這絕對不是一個“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紙、雜志、電視、電臺甚至電腦網(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，頓時這頭名叫“多利”的小羊成了紅極一時的“新聞名星”，這是怎么回事呢？這頭小綿羊為什么會有這樣大的魅力呢？原因是這頭小綿羊的叫聲意味著人類可以利用動物身上的一個體細胞產(chǎn)生出與這個動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，也是歷史上一項重大的科學突破。要弄清這個問題，還要從

12、克隆技術(shù)說起。什么是“克隆”呢？其實“克隆”是英語單詞clone的音譯，就相當于我們常說的拷貝或復(fù)制。同學們大都看過電視連續(xù)劇西游記對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，孫悟空的這種本領(lǐng)就是“克隆技術(shù)”。當然這是神話故事，而在當今世界這種神話已經(jīng)成為科學的現(xiàn)實。科學家們已經(jīng)掌握了這種技術(shù)。準確地說“克隆”就是用體細胞進行的無性繁殖，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細胞，分離出細胞核，

13、從乙綿羊體內(nèi)提取卵細胞，去掉細胞核，然后把從甲綿羊細胞中取出的細胞核放入乙綿羊去掉細胞核的卵細胞中，用電擊的方法使移植細胞核與卵細胞融合，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，其實做起來是相當復(fù)雜的事情，因為克隆技術(shù)是一次尖端科學，在座的我們各位，暫時還是做不了的。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。很快就會在地球上消失。要想使它永久的存在于我們這

14、個世界上，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區(qū)建立了由陳大元帶領(lǐng)的“大熊貓克隆實驗室”，并且去年6月21日報導我國科學家通過將大熊貓體細胞核植入去核的兔子卵細胞中，成功地培育出了大熊貓的早期胚胎。這標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開辟了一條新的道路。 （2）為不育夫婦提供后代 能克隆動物，就能克隆人。因為人具有與動物相同的生物學特性。生物體的任何一個細胞都有發(fā)育成一個完整全體的潛在能力。對于一對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，這對夫婦又想有個孩子，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，其轟動效應(yīng)，不亞于人類造出了第一顆原子彈。從生物學家、醫(yī)學家、倫理學一直到發(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，它將在三個月內(nèi)開始克隆人的實驗，并且已經(jīng)物 色

16、到4位愿意捐出卵細胞的婦女，如果克隆人的實驗成功，它預(yù)計每年將克隆20萬個嬰兒。此言一出，舉世震驚，美國總統(tǒng)克林頓立即呼吁國會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克隆人，為什么呢？因為克隆人會帶來一系列的社會問題和嚴重的負面效應(yīng)。比如說從張三身上取的細胞克隆產(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，你克隆幾個愛因斯坦，可能不是件壞事，他要是克隆幾個希特勒呢？那整個世界還能安寧嗎？人們的擔心不無道理，關(guān)于克隆技術(shù)就說這些。 3、環(huán)境保護 目前，生物科學研究正向兩個方面突飛猛進，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60年代以來，人們越來越清醒地認識到了環(huán)境保護的重要性，因為人口爆炸、能源危機、環(huán)境污染等對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。記得英國生物學家赫胥黎曾講過一個幽默的故事，它說“英國的強大有賴于它的老女仆”。我們知道英國在20世紀以前是稱霸全球的強國，老女仆是富豪家庭中年老的女傭人。那么英國的

18、強大與老女仆有什么關(guān)系呢？赫胥黎是這樣講的，他說英國的強大主要是他有強大的海軍，英國海軍為什么強大呢？因為英國海軍戰(zhàn)士個個身強力壯。英國的海軍戰(zhàn)士為什么這么強壯呢，因為營養(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)學角度上講，英國的強大都應(yīng)歸功于老女仆。這個幽默的故事告訴我們的是什么？要生存，就要保護環(huán)境，要保護環(huán)境首要的是維護生態(tài)平衡。對于這方面的知識限于時間，我就不多說了，請同學們認真談一下，我們發(fā)的科技創(chuàng)新讀本就會知道的更多一些。 三、研究科學的科

19、學精神 在科學領(lǐng)域要想取得一定的成績或有所成就，首先需要有科學精神。那么，什么是科學精神呢？我候介紹幾位科學家的經(jīng)歷來說明。 英國著名生物科學家達爾文，這是所有學過生物學的人都知道的，他是生物進化論的創(chuàng)始人。達爾文1809年出生在英國一個世代從醫(yī)的家庭里?？墒峭陼r代的達爾文卻被父親認定為“是一個平庸的孩子，智力遠在普通人的水平之下”。1826年達爾文遵照父親的意愿進了愛丁堡大學學醫(yī)，沒學好，1828年他父親又把他送到劍橋大學去學神學，但他對這些都不感興趣，勉強畢業(yè)，因為他從小熱愛生物科學。1831年達爾文結(jié)束了神學的學習，可以說他很有資格去當一名傳教士。然而他沒去，卻接受了一位植物學老師的推

20、薦以博物學家的身份隨著英國“貝格爾”號海軍勘探船作了歷時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5年的環(huán)球考查中達爾文考查了數(shù)以萬計的島嶼和大陸，對不計其數(shù)的動植物和地質(zhì)方面進行了廣泛的觀察，并采集了大量的生物標本和礦物標本，回國后達爾文就開始研究生物進化的原因和生物進化的過程，同時對自己在航行考查中收集的大量的資料進行了整理，經(jīng)過20多年的努力，終于在1859年出版了震驚世界學術(shù)界的巨著物種起源。 從達爾文由一個“智力平庸的孩子”成長為舉世聞名的偉大科學家的過程我們可以看出研究科學需要的是什么精神呢？ 孟德爾也是我們熟悉的科學家，遺傳學的創(chuàng)始人。孟德爾1822年出生于奧地利（現(xiàn)捷克）一個貧苦的家庭中，小時候很苦，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，但他對自然科學非常有興趣，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驗，經(jīng)過八年的雜交實驗和連續(xù)的觀察，終于1865年獲得了他曾經(jīng)設(shè)想過，而當時還沒有一個植物學