生命的起源和智慧的演進(jìn)

當(dāng)前1頁，總共87頁。生命科學(xué)產(chǎn)生的基礎(chǔ)與趨勢分子生物學(xué)興起DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的建立20世紀(jì)自然科學(xué)的重大突破之一，生物學(xué)重要里程碑。生物科學(xué)生命科學(xué)人工智能腦科學(xué)基因工程生物工程當(dāng)前2頁，總共87頁。目錄現(xiàn)代生命科學(xué)生命的起源人類的起源及其智力的發(fā)展人工智能當(dāng)前3頁，總共87頁。1現(xiàn)代生命科學(xué)生命現(xiàn)象作為自然界的奇跡，歷來對哲學(xué)家和科學(xué)家具有持久的魅力?，F(xiàn)代生命科學(xué)包括現(xiàn)代遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等諸多學(xué)科，其中以分子生物學(xué)為代表。分子生物學(xué)主要研究生物大分子的結(jié)構(gòu)及其功能之間的關(guān)系。主要指高分子聚合物，即蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂肪以及它們相互結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)前4頁，總共87頁。高分子產(chǎn)物在分子水平上體現(xiàn)著各種重要的生命特征，如遺傳、新陳代謝、細(xì)胞增殖和分化、免疫等。其中，遺傳是人們研究的重點(diǎn)問題。當(dāng)前5頁，總共87頁?，F(xiàn)代遺傳學(xué)與分子生物學(xué)現(xiàn)代遺傳學(xué)奠基人，奧地利生物學(xué)家孟德爾天主教布隆修道院的修士1845年寺院9年豌豆雜交實(shí)驗(yàn)主要成果:《植物雜交實(shí)驗(yàn)》創(chuàng)立染色體和基因理論遺傳定律：獨(dú)立分配定律和分離定律成就埋沒了30多年后，被證實(shí)。當(dāng)前6頁，總共87頁。當(dāng)前7頁，總共87頁。摩爾根對基因理論作出重大貢獻(xiàn)，果蠅雜交實(shí)驗(yàn)《遺傳生物學(xué)》、《基因論》染色體是基因載體，主要有蛋白質(zhì)和核算組成核酸具有遺傳作用，主要是DNA(脫氧核糖核酸)其次是RNA（核糖核酸）當(dāng)前8頁，總共87頁。當(dāng)前9頁，總共87頁。染色質(zhì)當(dāng)前10頁，總共87頁。染色體當(dāng)前11頁，總共87頁。染色體DNA關(guān)鍵序列當(dāng)前12頁，總共87頁。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的建立1953年，克里克和奧森建立起DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。20世紀(jì)生物學(xué)方面的重大發(fā)現(xiàn)，也是分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志。DNA是一種高分子化合物，具有特殊的雙螺旋結(jié)構(gòu)當(dāng)前13頁，總共87頁。DNA主要特點(diǎn)DNA分子有兩條反向平行脫氧核苷酸鏈圍繞同一個(gè)中心軸，像螺旋扶梯一樣盤旋而成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。脫氧核糖酸和磷酸交替鏈接。兩條鏈口的堿基通過氫鍵連接形成堿基對。當(dāng)前14頁，總共87頁。堿基+戊糖 核苷+磷酸核苷酸 poly 聚合核酸(核苷酸之間通過3,5-磷酸二脂鍵連接)核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)堿基戊糖磷酸當(dāng)前15頁，總共87頁。堿基腺嘌呤A尿嘧啶U胞嘧啶C鳥嘌呤G胸腺嘧啶T當(dāng)前16頁，總共87頁。DNA一級結(jié)構(gòu)5-磷酸3-羥基堿基脫氧核糖當(dāng)前17頁，總共87頁。DNA的二級結(jié)構(gòu)(雙螺旋)

1953年，Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)小溝大溝當(dāng)前18頁，總共87頁。能夠有效地解釋遺傳信息的儲存、傳送和自我復(fù)制提出了遺傳信息的流動(dòng)過程復(fù)制DNA轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)DNA雙螺旋模型的意義當(dāng)前19頁，總共87頁。基因的含義DNA分子結(jié)構(gòu)的遺傳含義：自我斷鍵復(fù)制?；蚴且粋€(gè)化學(xué)實(shí)體，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子中的一定的核苷酸順序，它是遺傳信息儲存，傳遞，表達(dá)，性狀分化和發(fā)育的依據(jù)。當(dāng)前20頁，總共87頁。證明遺傳物質(zhì)是核酸(DNA或RNA)有3個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)當(dāng)前21頁，總共87頁。①肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)

當(dāng)前22頁，總共87頁。②噬菌體感染實(shí)驗(yàn)當(dāng)前23頁，總共87頁。Wataon和Crick于1953年提出了影響無比深遠(yuǎn)的"DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)"。當(dāng)前24頁，總共87頁?；虻恼{(diào)節(jié)與控制：中心法則遺傳效應(yīng)DNA片斷的基本功能：1、復(fù)制，傳遞遺傳信息。2、表達(dá)傳遞信息，使子代與父代相似?；?qū)ι誀畹臎Q定性作用是通過DNA控制蛋白質(zhì)的合成來實(shí)現(xiàn)的，主要有轉(zhuǎn)錄和翻譯。當(dāng)前25頁，總共87頁。中心法則DNAmRNA蛋白質(zhì)細(xì)胞質(zhì)自我復(fù)制細(xì)胞核信徒RNAtRNA+氨基酸氨?；铣擅冈诤颂求w內(nèi)DNADNADNADNADNADNADNADNADNADNADNADNA轉(zhuǎn)錄當(dāng)前26頁，總共87頁。當(dāng)前27頁，總共87頁。遺傳密碼的破譯1944年，薛定諤在《生命是什么》預(yù)測必定有一種同分異構(gòu)的連續(xù)體構(gòu)成非周期性晶體，其中含有巨大數(shù)量的排列組合，構(gòu)成遺傳密碼的稿本。當(dāng)前28頁，總共87頁。遺傳密碼是以三聯(lián)核苷酸的形式代表20種不同的氨基酸。每3種堿基決定一個(gè)氨基酸，堿基組合可達(dá)64種。到1969年，64種遺傳密碼含義全部得到解答遺傳密碼具有穩(wěn)定性和突變性。基因的自然突變率在10-4—10-9之間。基因突變是密碼子變化的結(jié)果。分子生物學(xué)是繼物理學(xué)之后20世紀(jì)自然科學(xué)又一次革命，21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)。當(dāng)前29頁，總共87頁。生物變異>>基因突變遺傳物質(zhì)在傳遞過程中,一般可保持穩(wěn)定,但有時(shí)也會發(fā)生變異,適當(dāng)?shù)淖儺愂沁M(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力。變異可發(fā)生在基因水平和染色體水平上。一基因突變指DNA上堿基序列的改變1突變類型替換突變堿基發(fā)生改變，如A改變?yōu)镃，此時(shí)肽鏈上對應(yīng)的氨基酸也會改變。有時(shí)突變不會引起氨基酸序列的變化,如GGC→GGA，均編碼甘氨酸。移框突變DNA鏈中增加或減少一個(gè)堿基。這種情況較嚴(yán)重，因?yàn)楹罄m(xù)的氨基酸全會改變，合成的氨基酸鏈通常無活性。

當(dāng)前30頁，總共87頁。2突變原因DNA復(fù)制時(shí)，在已有的單鏈模板上根據(jù)堿基互補(bǔ)原則合成另一條鏈時(shí)存在10-10錯(cuò)配概率，另外堿基有時(shí)會發(fā)生化學(xué)變化，成為無效堿基。誘變

射線誘變：紫外線，破壞堿基，尤其是T；X－射線、γ－射線也具有誘變效應(yīng)。

化學(xué)誘變：HNO2等物質(zhì)可改變堿基組成或者插入堿基，引起突變。

當(dāng)前31頁，總共87頁。染色體結(jié)構(gòu)變異缺失：缺失一個(gè)片段。重復(fù)：某一片斷重復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)前32頁，總共87頁。倒位：片段斷裂，倒轉(zhuǎn)180度，重新連接。易位：片段斷裂，移到另一條染色體臂上。當(dāng)前33頁，總共87頁。染色體數(shù)目變異1倍數(shù)變化：染色體數(shù)目整倍變化。例如：雄蜂為單倍體(1n)，只有16條染色體。某些藥物（如秋水仙素）可以抑制減數(shù)分裂，產(chǎn)生2n的精子，后者與1n的卵子結(jié)合，會產(chǎn)生3n后代，這些后代無育性（如無籽西瓜）。進(jìn)化中自發(fā)產(chǎn)生的染色體加倍現(xiàn)象。例如：小麥（原始小麥為2n,栽培小麥為6n）。*一般染色體倍數(shù)變化，對動(dòng)物的副作用大，對植物小。當(dāng)前34頁，總共87頁。2非整倍性變化在正常染色體組中丟失或者添加一條或幾條完整的染色體。單體：缺一條染色體。缺體：缺一對同源染色體。三體：增加一條染色體，某一染色體有三份拷貝。四體：增加兩條染色體，某一染色體有四份拷貝。*對動(dòng)物而言，遺傳物質(zhì)的平衡很重要，染色體數(shù)目變化一般會致死，即使不死個(gè)體也極不正常。例如：先天愚型即為22號染色體三體綜合癥。當(dāng)前35頁，總共87頁。人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃于1990年正式啟動(dòng),撥款30億美元,完成人類基因組30億bp全部序列的測定。人類基因組的工作草圖已經(jīng)在2000年6月26日勝利繪制完成,該工作草圖包含人體90%以上堿基對的位置信息。圖為科研人員正在基因測序工作當(dāng)前36頁，總共87頁。當(dāng)前37頁，總共87頁。1999年9月，中國獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測定全部序列的1%。坐落在北京順義空港工業(yè)園B區(qū)的中科院遺傳所人類基因組中心承擔(dān)了"1%"主要測序任務(wù)。當(dāng)前38頁，總共87頁。(二)意義促進(jìn)生物信息學(xué)、生物功能基因組和蛋白質(zhì)等生命科學(xué)前沿領(lǐng)域的發(fā)展,也將為世界基因資源開發(fā)利用、醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)等生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟更加廣闊的前景。當(dāng)前39頁，總共87頁。(三)作圖：染色體不能直接進(jìn)行核酸序列的測定。首先應(yīng)當(dāng)將其分解成為小的結(jié)構(gòu)區(qū)域，然后將這些小的結(jié)構(gòu)區(qū)域按其在染色體上的位置和先后次序進(jìn)行準(zhǔn)確的排列,這個(gè)過程簡稱作圖。當(dāng)前40頁，總共87頁。1.遺傳圖遺傳圖又稱遺傳連鎖圖(linkagemap),是指標(biāo)記基因在染色體上的相對位置與遺傳距離。遺傳距離用連鎖交換頻率標(biāo)識。如兩個(gè)基因之間的重組交換值為1%,將這兩個(gè)基因之間的遺傳圖距定義為1個(gè)cM,即1%交換值為1cM。人類基因組全長約3300Cm,1cM相當(dāng)于1000kb。使用技術(shù)：對于動(dòng)植物中,可以利用雜交方案,制作遺傳連鎖圖。但對于人類只能采取系譜分析以及體細(xì)胞遺傳學(xué)等特殊方法進(jìn)行。利用遺傳標(biāo)志自祖代到后代中的傳遞,進(jìn)行跟蹤。當(dāng)前41頁，總共87頁。2.物理圖譜物理圖譜是指各基因或遺傳標(biāo)志之間,以物理距離(bp)來表示其在DNA分子上的位置而構(gòu)成的位置圖。使用技術(shù)：YAC克隆、PCR技術(shù)、計(jì)算機(jī)分析技術(shù)當(dāng)前42頁，總共87頁。2生命的起源生命的起源問題為人們譽(yù)為“宇宙之謎”。兩種對立思想1、來自非生命“自然發(fā)生說”2、來源于生命“生生說”天命說，上帝造人..1924年，奧巴林《生命資源》，認(rèn)為生命來源有機(jī)小分子化合物—復(fù)雜有機(jī)化合物—生命。當(dāng)前43頁，總共87頁。從無機(jī)物合成有機(jī)小分子生物大分子的合成多分子體系和原始生命的出現(xiàn)當(dāng)前44頁，總共87頁。從無機(jī)物合成有機(jī)小分子1925年，美國科學(xué)家米勒模擬原始地球條件下產(chǎn)生復(fù)雜有機(jī)物的過程，產(chǎn)生了氨基酸。無機(jī)物/簡單分子------〉有機(jī)物-----〉復(fù)雜有機(jī)物-----〉生命當(dāng)前45頁，總共87頁。當(dāng)前46頁，總共87頁。生物大分子的合成有機(jī)化合物生物大分子脫水，縮合高溫，熱聚當(dāng)前47頁，總共87頁。陸相起源說：地球火山熔巖地帶和局部地表熱區(qū)高溫。海相起源說：海洋無機(jī)物礦物所形成的粘土和顆粒上。當(dāng)前48頁，總共87頁。當(dāng)前49頁，總共87頁。當(dāng)前50頁，總共87頁。多分子體系和原始生命的出現(xiàn)多分子體系的兩種模型1、奧巴林：團(tuán)聚體模型2、福克斯：微球體模型微球體模型與現(xiàn)代的細(xì)胞具有相似性質(zhì)。具有催化活性，雙層界膜，分裂繁殖等方式多分子體系原始生命生物體原始生命蛋白質(zhì)核酸生物進(jìn)化當(dāng)前51頁，總共87頁。當(dāng)前52頁，總共87頁。3人類的起源及其智力的發(fā)展在化學(xué)進(jìn)化之后漫長的生物進(jìn)化過程中，一個(gè)偉大的飛躍就是人類的出現(xiàn)，這對于整個(gè)自然發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義。人類起源于動(dòng)物，又超越了動(dòng)物。人類智力也在不斷了超越中發(fā)展。當(dāng)前53頁，總共87頁。人類的起源腦科學(xué)對人類智力發(fā)展的研究認(rèn)知科學(xué)對人類智力發(fā)展的認(rèn)識當(dāng)前54頁，總共87頁。人類的起源拉馬克《動(dòng)物學(xué)的哲學(xué)》達(dá)爾文的《生物進(jìn)化論》當(dāng)前55頁，總共87頁。達(dá)爾文進(jìn)化論近代提出具體進(jìn)化學(xué)說的首推18世紀(jì)法國博物學(xué)家布豐。他在1766年提出，不同物種可能由共同祖先通過變異而形成，認(rèn)為生活環(huán)境的改變可以引起生物有機(jī)體的改變。

當(dāng)前56頁，總共87頁。第一個(gè)提出系統(tǒng)的生物進(jìn)化學(xué)說的學(xué)者是法國生物學(xué)家拉馬克，他提出了兩條著名的法則：用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳。用進(jìn)廢退指生物使用得多的器官會變得發(fā)達(dá)，用得少的器官會逐漸退化。此外，拉馬克認(rèn)為生物進(jìn)化是有方向性的單線漸變過程，即每種生物都由各自比較低等的祖先逐漸向高級發(fā)展而來。

當(dāng)前57頁，總共87頁。另一位對達(dá)爾文進(jìn)化論的產(chǎn)生有過重要影響的學(xué)者是馬爾薩斯。他在《人口論》中提出了人口增長過剩引起人類生存斗爭的觀點(diǎn)。達(dá)爾文進(jìn)化論的核心正是他在大量觀察證據(jù)的基礎(chǔ)上精心構(gòu)思形成的自然選擇學(xué)說。1858年7月，達(dá)爾文和華萊士同時(shí)發(fā)表了各自關(guān)于自然選擇學(xué)說的論文。當(dāng)前58頁，總共87頁。生物進(jìn)化的證據(jù)1古生物學(xué)證據(jù)

2解剖學(xué)和胚胎學(xué)證據(jù)3生態(tài)學(xué)征據(jù)

4分子生物學(xué)證據(jù)當(dāng)前59頁，總共87頁。古生物學(xué)證據(jù)利用古生物學(xué)家多年來在世界各地發(fā)掘的化石資料，可以大致確定生物進(jìn)化歷程與地質(zhì)年代的關(guān)系。約35億年前的最古老的生物化石是原核細(xì)胞，10多億年前出現(xiàn)真核單細(xì)胞生物，7億年前后出現(xiàn)多細(xì)胞低等動(dòng)物、植物，隨后才依次出現(xiàn)由低等到高等各個(gè)門類的動(dòng)物和植物。不同生物種類之間過渡類型物種化石的發(fā)現(xiàn)具有特殊意義，例如1861年在法國發(fā)現(xiàn)的兼有爬行類和鳥類特征的始祖鳥化石，提供了鳥類由爬行類進(jìn)化而來的有力證據(jù)。當(dāng)前60頁，總共87頁?？鬃峪B當(dāng)前61頁，總共87頁。中華龍鳥當(dāng)前62頁，總共87頁。解剖學(xué)和胚胎學(xué)證據(jù)進(jìn)化過程中出現(xiàn)的新結(jié)構(gòu)通常是在原始結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的變異。解剖學(xué)上的同源器官指不同生物具有的功能不同但基本結(jié)構(gòu)非常相似，來源于某個(gè)共同祖先器官的各種器官。例如，蝙蝠的翅膀、鯨的鰭、獵豹的前腿和人的上肢這些不同生物的器官的基本構(gòu)造相似，表明它們是同源器官，盡管各自的功能完全不同，分別用于飛翔、游泳、奔跑和操作。當(dāng)前63頁，總共87頁。當(dāng)前64頁，總共87頁。生物由單細(xì)胞向多細(xì)胞復(fù)雜生物的進(jìn)化是逐步完成的，在進(jìn)化過程中基本的分化發(fā)育過程會被保存下來。因此，高等動(dòng)物從一個(gè)受精卵發(fā)育成一個(gè)完整的生物個(gè)體的胚胎發(fā)育，可以真實(shí)地重演主要進(jìn)化過程。例如，魚、兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥類、很多哺乳動(dòng)物和人的胚胎發(fā)育在初期階段都非常相似，差異是在胚胎發(fā)育的中后期才出現(xiàn)的，與這些生物進(jìn)化中共同祖先的出現(xiàn)次序大致一致。當(dāng)前65頁，總共87頁。當(dāng)前66頁，總共87頁。生態(tài)學(xué)證據(jù)引導(dǎo)達(dá)爾文形成進(jìn)化觀點(diǎn)的最早線索之一是生物地理分布以及各地生物對當(dāng)?shù)靥厥馍姝h(huán)境的適應(yīng)性變異。達(dá)爾文在加拉巴戈斯群島的不同島嶼上采集的地雀標(biāo)本中，外形及大小區(qū)別很大，與各種鳥的食性適應(yīng)性直接有關(guān)。達(dá)爾文認(rèn)為這是來自美洲大陸的同一種鳥遷移到群島后，在自然選擇作用下對各個(gè)島嶼獨(dú)特環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)化的結(jié)果。當(dāng)前67頁，總共87頁。分子生物學(xué)證據(jù)近來，進(jìn)化生物學(xué)的迅速發(fā)展在很大程度上得益于分子生物學(xué)手段的應(yīng)用。關(guān)于生命起源和早期生物進(jìn)化的很多信息都是由分子生物學(xué)研究獲得的。例如，生物界幾乎通用一套遺傳密碼，各種生物的rRNA、tRNA的基本分子結(jié)構(gòu)相似。這些共同特征表明所有生物有共同的起源。

當(dāng)前68頁，總共87頁。對于不同生物之間的進(jìn)化關(guān)系，也可以通過對它們同類分子之間的結(jié)構(gòu)差異比較，從而進(jìn)行更精確的分析。親緣關(guān)系較近的物種之間，在同源分子的結(jié)構(gòu)上具有更多的相似性。例如，通過比較不同生物的同源蛋白質(zhì)的氨基酸組成的差異，或通過比較不同生物的DNA的同源序列堿基排列的差異，都能分析不同生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。當(dāng)前69頁，總共87頁。當(dāng)前70頁，總共87頁。生物進(jìn)化的歷史當(dāng)前71頁，總共87頁。當(dāng)前72頁，總共87頁。人類起源于動(dòng)物界，勞動(dòng)在人從動(dòng)物到人的變化中起到了重要作用。直立行走語言手的發(fā)展人腦的形成與發(fā)展當(dāng)前73頁，總共87頁。腦科學(xué)對人類智力發(fā)展的研究人與動(dòng)物最大的區(qū)別在于人能夠能動(dòng)的改造自然界。腦的基本神經(jīng)單元為神經(jīng)元即神經(jīng)細(xì)胞。腦的區(qū)域分工：左側(cè)：語言功能右側(cè)：音樂，復(fù)雜視圖，形狀識別當(dāng)前74頁，總共87頁。認(rèn)知科學(xué)對人類智力發(fā)展的認(rèn)識認(rèn)知：cognition1780年，德國，英國，法國心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室華生的條件反射說斯金納的行為主義加涅認(rèn)知學(xué)說認(rèn)知學(xué)說：人是一個(gè)信息加工的系統(tǒng)，人類的認(rèn)知可概括為人的全部的心理活動(dòng)。當(dāng)前75頁，總共87頁。4人工智能計(jì)算機(jī)科學(xué)腦科學(xué)認(rèn)知科學(xué)與邏輯學(xué)心理學(xué)人工智能：研究人類智能人工實(shí)現(xiàn)方法的科學(xué)當(dāng)前76頁，總共87頁。人工智能的發(fā)展歷史人工智能的兩個(gè)主要學(xué)派人工智能主要研究的內(nèi)容當(dāng)前77頁，總共87頁。人工智能的發(fā)展歷史圖靈(A.M.Turing)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)明者之一。圖靈《計(jì)算機(jī)能思維嗎?》圖靈測驗(yàn)基于行為主義的圖靈測驗(yàn)圖靈獎(jiǎng)是以由美國計(jì)(ACM）每年頒發(fā)給在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域做出意義重大而深遠(yuǎn)的個(gè)人。1966年開始頒發(fā)，通常每年僅有一位獲獎(jiǎng)?wù)?。圖靈獎(jiǎng)的獎(jiǎng)金是每年10萬美元，由美國的英特爾公司（IntelCorporation）提供。當(dāng)前78頁，總共87頁。1936年，年僅24歲的英國人圖靈發(fā)表了著名的《論應(yīng)用于決定問題的可計(jì)算數(shù)字》一文，提出思考實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算機(jī)概念。圖靈把人在計(jì)算時(shí)所做的工作分解成簡單的動(dòng)作，與人的計(jì)算類似，機(jī)器需要：（1）存儲器，用于貯存計(jì)算結(jié)果；（2）一種語言，表示運(yùn)算和數(shù)字；(3)掃描；（4）計(jì)算意向，即在計(jì)算過程中下一步打算做什么；（5）執(zhí)行下一步計(jì)算。具體到一步計(jì)算，則分成：（1）改變數(shù)字可符號；（