生命科學(xué)導(dǎo)論-1-生命的起源-PPT課件

1、1生 命 科 學(xué) 導(dǎo) 論An Introduction to Life Sciences2周次內(nèi)容1生命的起源2無(wú)處不在的微生物3植物改變世界4動(dòng)物種系發(fā)生和器官移植5生物與環(huán)境6細(xì)胞7談脂論糖化肥胖8生命奧秘的秘密 19生命奧秘的秘密 210營(yíng)養(yǎng)與健康3平時(shí)成績(jī)（考勤,作業(yè),小測(cè)驗(yàn)等） 20%開(kāi)卷考試 80%考試內(nèi)容：上課的PPT內(nèi)容和參考書(shū)張惟杰。生命科學(xué)導(dǎo)論 ，高等教育出版社，北京, 2019，第二版 。吳相鈺。陳閱增普通生物學(xué)，高等教育出版社，北京，2009，第三版?？己朔绞絽⒖紩?shū)：4課程要求掌握一些生命科學(xué)基本概念和規(guī)律了解并掌握一些與人類(lèi)疾病和健康相關(guān)的知識(shí)初步掌握分析和解決問(wèn)題的

2、科學(xué)方法5 致謝： PPT原初制作分別由本院各專(zhuān)業(yè)課教師負(fù)責(zé)完成，對(duì)她（他）們的辛勤勞動(dòng)，無(wú)私奉獻(xiàn)，表示尊敬和感謝。 按中文姓名的拼音排序： 陳付學(xué)博士，陳桂芳博士，陳沁博士，黃海博士，黃俊逸博士，馬忠良博士，牛莉莉博士， 王偉博士，王剛博士，王桂鳳博士，王飛博士， 韋嘉勵(lì)博士，袁曉君博士，周樹(shù)敏博士，張娟博士。6第一講 生命的起源一. 生命科學(xué)知識(shí)重要性二. 生命的起源三. 生命的進(jìn)化 內(nèi)容7一. 生命科學(xué)知識(shí)的重要性1. 當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)面臨最重大的問(wèn)題和挑戰(zhàn)2. 世界頂尖大學(xué)對(duì)本科生的要求3. 生命科學(xué)在我校的通識(shí)教育重要性 8人口膨脹,糧食短缺1.當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)面臨最重大的問(wèn)題和挑戰(zhàn)The

3、Starving Sudan2019年69億人9 疾病與健康癌癥，病原微生物，遺傳病肺部的鱗狀細(xì)胞癌環(huán)境污染,生態(tài)破壞渤海漏油渤海漏油京津地區(qū)的迷霧（NASA 2019）癌癥村頻現(xiàn)2019唐氏綜合癥患兒10能源危機(jī)燃料乙醇纖維素的發(fā)酵吉林燃料乙醇有限公司 解決這些問(wèn)題，在很大程度上將依賴(lài)于生命科學(xué)的發(fā)展。生命科學(xué)對(duì)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)、科技、政治和社會(huì)發(fā)展的作用是全方位的。11哈佛大學(xué)的通識(shí)教育（8類(lèi)）Aesthetic & Interpretive Understanding 美學(xué)和詮釋理解 Culture & Belief 文化和信仰 Empirical & Mathematical Reasonin

4、g 實(shí)證和數(shù)學(xué)推理 Ethical Reasoning 倫理分析 Science of Living Systems 生命的科學(xué)Science of the Physical Universe 物理宇宙的科學(xué) Societies of the World 世界社會(huì) United States in the World 美國(guó) 2. 世界頂尖大學(xué)對(duì)本科生的要求12麻省理工對(duì)本科生的要求 分為兩個(gè)主要部分 Humanities, Arts, and Social Sciences Requirement （人文、藝術(shù)和社會(huì)科學(xué)要求） Science Requirement （科學(xué)要求） MIT ex

5、pects its graduates to have an understanding and appreciation of the basic concepts and methods of the physical and biological sciences. （MIT期望它的畢業(yè)生擁有理解和賞識(shí)物理和生物科學(xué)的基礎(chǔ)概念和方法）133. 生命科學(xué)在我校的通識(shí)教育重要性 畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科專(zhuān)業(yè)課公共 基 礎(chǔ) 課全球化與社會(huì)發(fā)展市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與戰(zhàn)略管理科技創(chuàng)新與科學(xué)方法公民與社會(huì)歷史與文化文學(xué)與藝術(shù)語(yǔ)言與傳播哲學(xué)與思維自然進(jìn)化與生命關(guān)懷14疫苗接種流行疾病醫(yī)療遺傳病篩查生命科學(xué)知識(shí)日常生活健康飲食

6、旅游寵物旅游15二. 生命的起源生命的定義生命的特征生命的起源大爆炸理論生命的元素組成生命起源假說(shuō)化學(xué)起源的證據(jù)16伊甸園（The garden of Eden- Jan van Kessel, 1600s） 是主要由核酸和蛋白質(zhì)組成的具有不斷自我更新能力的多分子體系的存在形式，是一種過(guò)程，是一種現(xiàn)象。物質(zhì)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)和核酸。運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)特征是不斷自我更新，是一個(gè)不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的開(kāi)放系統(tǒng)。生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種高級(jí)的特殊存在形式。生命的內(nèi)涵生命(live systems)1. 生命的定義17有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和精細(xì)的組織形式感受并應(yīng)答環(huán)境變化能從環(huán)境捕獲，轉(zhuǎn)換和利用能量具有顯著的自我復(fù)制，

7、組裝能力生長(zhǎng)和發(fā)育生命體結(jié)構(gòu)的等級(jí)秩序群體中變異的遺傳,進(jìn)化2. 生命(live systems)的基本特征18 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和精細(xì)的組織形式美妙的花，精巧的蜻蜓多分子的邏輯構(gòu)成高度的組織化每個(gè)層次都具有的復(fù)雜性復(fù)雜精巧的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制19 感受并應(yīng)答環(huán)境變化捕蠅草的應(yīng)激復(fù)活節(jié)島的石像應(yīng)激性，生命體接受外界刺激后會(huì)發(fā)生反應(yīng)。眼睛蛇的應(yīng)激20能從環(huán)境捕獲，轉(zhuǎn)換和利用能量 生命與環(huán)境之間的能量交換不斷地吸收外界的物質(zhì)，轉(zhuǎn)換成能量，維持分子的有序性和數(shù)量變化。新陳代謝和穩(wěn)態(tài)(homeostasis)牛吃草，轉(zhuǎn)化為肉和奶穩(wěn)態(tài)：調(diào)節(jié)并維持內(nèi)部環(huán)境（如溫度、pH 等）恒定的特性。21自我復(fù)制，組裝能力ston

8、e360/news/newsmor. 2000多年前的石鼓文早已斑駁不堪，而一億年前的生活活螞蟻依然鮮活。 生命以遺傳物質(zhì)為指導(dǎo)，不斷自我復(fù)制，延續(xù)。秦代石鼓文（小篆）螞蟻基因組相同的螞蟻群體22具有美妙結(jié)構(gòu)的石英晶體。符合生命部分特征： 結(jié)構(gòu)，復(fù)制生長(zhǎng)，推出出新變形金鋼對(duì)生命一種詮釋它們有生命么？23生長(zhǎng)和發(fā)育生長(zhǎng)：生命體從環(huán)境中攝入物質(zhì)多于釋放回環(huán)境，并且將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨斫Y(jié)構(gòu)物質(zhì)。發(fā)育：遺傳調(diào)控下的細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和形態(tài)建成。 ahxlbb/item/show.asp?m=2&d=353胚胎發(fā)育圖。Ernst Haeckel，1874. 左起：魚(yú)、蠑螈、龜、雞、豬、牛、兔、人24生命的等級(jí)次序

9、(hierarchy)生命體以一種層次方式組織，每個(gè)層次都有其獨(dú)有的突現(xiàn)屬性。突現(xiàn)屬性（emergent property） ：依賴(lài)于組成物質(zhì)的層次的特征，不存在于低層次組織中。分子生物大分子結(jié)構(gòu)單位分子細(xì)胞器細(xì)胞有功能基團(tuán)的分子超級(jí)大分子25細(xì)胞 組織 器官 系統(tǒng) 個(gè)體上皮組織結(jié)締組織肌肉組織神經(jīng)組織呼吸系統(tǒng)肺泡器官-肺26生命系統(tǒng)的整體特征不可能由構(gòu)成整體的部分來(lái)推斷。整體中新特征的顯露稱(chēng)為突現(xiàn)（emergence）。 骨架肌肉循環(huán)神經(jīng)人27information.byecity/in.image./i?ct=503316480&z=&tn=imagedetail&word=%C2%ED%

10、C8%BA&in=3380&cl=2&lm=-1&pn=1&rn=1&di=5135964600&ln=2000&fr=&fmq=&ic=0&s=0&se=1&sme=0&tab=&width=&height=&face=0&is=&istype=2#pn1&-1個(gè)體 種群 群落 生態(tài)系統(tǒng)free-extras/images/pony-8667.htm28群體中變異的遺傳、進(jìn)化6億年前雖然后代與親本類(lèi)似，但是突變由于遺傳保留下來(lái)：群體的部分特征隨世代而變化。所有生命體通過(guò)共同祖先相聯(lián)系。進(jìn)化產(chǎn)生多樣的生命體。彈涂魚(yú)寒武紀(jì)有殼類(lèi)無(wú)脊椎動(dòng)物293. 生命的起源 在虛無(wú)中隨機(jī)“能量脈動(dòng)” 相鄰“質(zhì)點(diǎn)

11、”，相互能夠成為對(duì)方的“過(guò)去” “時(shí)空”就被啟動(dòng)。 大約137億年前奇點(diǎn)大爆炸,元素的形成。奇點(diǎn)（singularity） ：宇宙的起始點(diǎn)，無(wú)限小，無(wú)限熱，密度無(wú)限大baike./view/19519.htm奇點(diǎn)大爆炸星體被黑洞吸入元素的粒子組成大爆炸理論 大爆炸視頻3046億年前地球形成-視頻/bbs/thread-730.99%II：S、P、Cl、Ca、K、Na和MgIII：Fe、Cu、Co、Mn和Zn。主要少量元素IV：Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等生命體的元素組成變形金剛的元素組成？32A.地外起源（Extra-terrestrial Origins）20

12、19年8月發(fā)現(xiàn)的火星隕石中形似藍(lán)細(xì)菌的化石。地球上生命起源假說(shuō)1969，2月8日落于墨西哥的碳質(zhì)球粒隕石Allende中發(fā)現(xiàn)氨基酸。 外生說(shuō)（panspermia)猜想生命由外太空帶入地球，現(xiàn)在多稱(chēng)宇宙祖先（Cosmic Ancestry）?；鹦请E石Allende隕石33B. 超自然力或神創(chuàng)造(Supernatural or divine origin)各種常數(shù)的完美34C.化學(xué)進(jìn)化（Chemical Evolution）1922年Aleksandr Ivanovich Oparin 提出：生命體與非生命體的沒(méi)有基本（組成）差異，生命一定是通過(guò)物質(zhì)進(jìn)化形成的。J. B. S. Haldane

13、于1929年獨(dú)立提出，類(lèi)似觀(guān)點(diǎn)，特別指出紫外線(xiàn)參與生命物質(zhì)合成。 生命大約于40億年前由地球上的始湯（primordial soup）中化學(xué)物質(zhì)結(jié)合進(jìn)化為活的細(xì)胞A. OparinHaldane視頻-理論的提出35奧巴林-霍丹理論 （Oparin Haldane theory）a. 原始大氣主要是由H2, H2O, NH3, CH4, CO2, 等組成的還原性大氣，沒(méi)有游離氧氣。水蒸氣冷凝匯流成原始海洋。36b.火山爆發(fā)、閃電、紫外線(xiàn)等能量使氣體合成簡(jiǎn)單有機(jī)物，匯入海洋，形成原始湯。氨基酸核苷酸嘌啉嘧啶葡萄糖脂肪酸37d. 原始湯中簡(jiǎn)單的化合物濺到巖石上，受輻射、熱等聚合。如：氨基酸聚合肽鏈，

14、核苷酸聚合形成核酸，沖刷回到水中。 在水中大分子聚合成多分子體系（團(tuán)聚體）。多肽38e.具有新陳代謝功能的團(tuán)聚體和細(xì)胞的形成。寒武紀(jì)39.化學(xué)進(jìn)化的證據(jù) 地球大氣中氧氣濃度的變化 Miller-Urey 實(shí)驗(yàn) 能自我合成的核糖核酸原始微球體和細(xì)胞的形成原核生物形成于約35億年前真核生物大約形成于21億年前40地球的大氣層氧化鐵沉積帶“Oxygen revolution”時(shí)間 (10億年)4 3 2 1 01,0001001010.10.010.0001大氣中氧氣濃度（%現(xiàn)代大氣氧濃度）0.001A. 地球大氣中氧氣濃度的變化41B. Miller-Urey 實(shí)驗(yàn)-視頻 Stanley Mill

15、er 和 Harold Urey, 模擬原始大氣，人工合成生命分子：氨基酸，堿基。視頻：米勒-尤瑞實(shí)驗(yàn)42C.能自我合成的核糖核酸在原始海洋中最初的生命是？科學(xué)家已經(jīng)在四膜蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)了具有自主催化能力的核糖核酸（RNA）,稱(chēng)之為核酶（ribozyme）RNA 的世界堿基序列RNA分子的結(jié)構(gòu)（莖環(huán)結(jié)構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)等）RNA 分子之間競(jìng)爭(zhēng)，復(fù)制快才能生存。RNA 的自我復(fù)制43D. 原始微球體和細(xì)胞的形成原核生物真核生物核糖體蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核糖體核酸作為信息源獨(dú)立出來(lái)生命的表現(xiàn)轉(zhuǎn)由蛋白質(zhì)表達(dá)，表現(xiàn)力更強(qiáng)RNA 由更穩(wěn)定的DNA 取代脂類(lèi)分子形成了膜，使得大分子免受外界干擾。原始微球體中的 RNA 及其復(fù)

16、制體44在西澳大利亞的疊層石（stromatolite）發(fā)現(xiàn)藍(lán)細(xì)菌化石（ 34.50 億年前 ）E.原核生物形成于約35億年前西澳大利亞鯊魚(yú)灣的疊層石藍(lán)細(xì)菌的化石疊層石中化石位置45F.真核生物大約形成于21億年前美國(guó)蒙大拿的卷曲藻化石（Grypania spiralis）化石的外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖加蓬發(fā)現(xiàn)的化石2019年在加蓬發(fā)現(xiàn)的貝殼型生物，大約可以追溯到21億年前。之前發(fā)現(xiàn)的卷曲藻化石推算為14億年前。46顯生宙隱生宙元古太古古生代中生代新生代細(xì)菌藻類(lèi)真核藻類(lèi)無(wú)脊椎動(dòng)物裸子植物爬行動(dòng)物被子動(dòng)物獸類(lèi)蕨類(lèi),兩棲類(lèi)裸蕨,魚(yú)人,現(xiàn)代動(dòng)、植物地球形成與化學(xué)進(jìn)化期47三. 生命的進(jìn)化達(dá)爾文的貝格勒號(hào)

17、之旅達(dá)爾文的進(jìn)化論進(jìn)化與滅絕481. 達(dá)爾文的貝格勒號(hào)之旅The Origin of Species（物種起源）（1859）達(dá)爾文所乘貝格勒號(hào)的航線(xiàn)海蜥蜴49彼此相似而又互有區(qū)別的物種來(lái)自同一個(gè)祖先不同島嶼的不同環(huán)境驅(qū)使地雀進(jìn)化成不同種。喙的形狀，堅(jiān)硬度與食物種類(lèi)有關(guān)加拉帕戈斯地雀(Finches on Galapagos)加拉帕戈斯群島位于東太平洋，由19個(gè)火山島組成，從未和大陸相連島上獨(dú)有的物種14種地雀50加拉帕戈斯地雀的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)512. 達(dá)爾文的進(jìn)化論種群大小隨時(shí)間增加個(gè)體為資源競(jìng)爭(zhēng)個(gè)體之間具有不同特點(diǎn)一些特點(diǎn)提升適應(yīng)度自然選擇 具有某些特點(diǎn)的個(gè)體能夠生產(chǎn)更多幸存的后代，導(dǎo)致群體中遺

18、傳頻率的變化523. 進(jìn)化與滅絕漸進(jìn)式間斷平衡進(jìn)化：在多個(gè)連續(xù)后代群體中，由于遺傳組成的變化導(dǎo)致的新種的形成?；蛘哒f(shuō)現(xiàn)存不同物種，擁有共同的祖先53進(jìn)化讓不同物種擁有共同的祖先54滅絕a. 背景滅絕: 常規(guī)持續(xù)的百萬(wàn)年或億萬(wàn)年的物種滅絕如：地球長(zhǎng)時(shí)間的氣候變化，板塊漂移等b. 集群滅絕: 短時(shí)間內(nèi)的大量物種滅絕，通常小于百萬(wàn)年。 集群式滅絕意義:為存活的物種提供機(jī)會(huì)，導(dǎo)致爆發(fā)式新物種的產(chǎn)生。2.25億年前55 地球生物五次集群大滅絕 4.4億年前的奧陶紀(jì)末期，大片的冰川使洋流和大氣環(huán)流變冷，導(dǎo)致了85%的物種滅絕。 在3.65億年前的泥盆紀(jì)后期，70%。 2.5億年前的二疊紀(jì)末期，估計(jì)地球上有75-96%的物種滅絕，生態(tài)系統(tǒng)最徹底的更新。 距今1.95億年前的三疊紀(jì)末期，估計(jì)有76%的物種，其中主要是海洋生物在這次滅絕中消失。 距今6500萬(wàn)年前白堊紀(jì)末期，約75%-80%的物種滅絕?？铸垥r(shí)代在此，人類(lèi)登場(chǎng)。56引起恐龍滅絕的小行星撞擊尤卡坦半島 猶加敦半島坑 57第6次集群式滅絕人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的物種滅絕