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尔雅通识课-生命科学与人类文明答案分解.doc33页
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生命科学与人类文明
作业标题：生命现象与文明发展（一）
中学的主导思想用一个字概括是：（）
正确答案： B
地球的历史大概是：（）
A、246亿年
B、146亿年
正确答案： D
生命起源的规律是：（）
A、从简单到复杂
B、从低级到高级
C、从水生到陆生
D、以上说法都正确
正确答案： D
世界上发展最快，内涵最丰富的学科是什么？
B、生命科学
正确答案： B
宇宙大概有（）年的历史。
正确答案： C
生命科学是在（）的基础上发展起来的。
A、生物科学
C、生物物理
正确答案： A
7遗传学三大定律并不适用所有的生物。
正确答案： √
8所有的生物都不能再高于沸点的水中存活。
正确答案： ×
工科主要是在解决
D、以上都不对
正确答案： C
10工科是解决做什么，怎么做的问题。
正确答案： √
下列哪个学科中人类即是作为主体又是作为客体的？
正确答案： C
宇宙的历史大概是多久？
A、200亿年
B、150亿年
C、100亿年
正确答案： B
下列对于牛顿三大定律的描述正确的是？
A、有限条件成立
B、无限条件成立
C、绝对成立
D、所有时刻都成立。
正确答案： A
14理科是解决是什么，为什么的问题。
正确答案： √
太阳系的寿命大概有多少年？
A、200亿年
B、150亿年
C、100亿年
正确答案： C
据统计，21世纪生物科学的论文占全部学科总量的（）
正确答案： C
谈菌落化石能够证明生命
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来源：教师站 作者：佚名
“迅猛发展的生命科学及其对中学生物学课程的影响论文”这篇生物教学论文由教师站（）编辑整理，希望能给广大生物教师在撰写教研论文时参考，并期待广大生物教师踊跃为本站提供优秀稿件。第一讲 大家下午好！今天很高兴有机会跟大家在一起谈谈生命科学的进展，和对中学生物课程的影响方面的论题，该论题是我们的专题一，具体的题目是“迅猛发展的生命科学及其对中学生生物课程的影响”。我大体上分五块内容跟大家做介绍。第一块的内容是生命科学所面临的问题；第二块内容是生命科学的成就与发展趋势，第三块是具体的一些进展，主要包括基因组学，生物信息学与表观遗传学。第四块内容是生物技术、克隆技术与干细胞工程，最后一块内容想跟大家在一起交流一下现代生命科学的进展，与我们中学生物学如何进行有机地结合的问题。 一、生命科学所面临的问题 下面开始讲第一个问题。第一，生命科学所面临的问题主要有哪些？与任何一门自然科学一样，生命科学所面临的，都既有它理论上的问题，还有它的应用方面的问题，尤其是生命科学作为一门直接关系到我们人类社会的发展的，我们自身的福祉的科学，它所面临的问题，在理论方面主要（现在还没有完全解决）包括：第一生命的本质是什么？第二生命是怎样起源的，第三个方面生物是怎样进化的，三个主要的问题，如果简要（地）说，生命科学最重要的问题是什么？那就是生命的本质，关于这个问题到现在为止还没有一个公认的，大家都能够接受的一个定义，尽管翻开大英百科全书，我们国家的辞海，辞典都对生命有一些定义，那都是描述性的，没有真正揭开生命的本质，这也是为什么在生命科学领域里面，会有宗教。不能把宗教那些上帝造物的思想排除的根本原因，就是因为我们没有搞清楚生命的本质到底是什么，所以这是我们生命科学现在面临的很重要的问题，生命的本质。那么紧随着生命的本质，之后就是生命到底是怎么起源的，是由物质演化过来，还是上帝创造的，这个问题也是困扰生命科学的一个很重要的理论问题，现在有人在试管里面，试图合成试管生命，我们从莫勒那个实验开始，只能合成有机小分子，在试管里面只能合成蛋白质，合成核酸，但是我们还不能合成生命。所以生命究竟是怎样起源的？它38多亿年的历史怎样演化过来，我们还不是很清楚，这是我们生命科学所面临的第二个理论问题，生命究竟是怎样起源的。 第三个方面的问题，如果生命是由物质演化过来的，最早存在原初母细胞，我们地球上形形色色各种各样的生命，从微生物，植物，动物，到我们人类就是由最初的原始母细胞演化过来的话，那么这个演化的最基本的内在动力和基本的规律是什么，也不清楚，这就是我们生命进化的问题，尽管现在我们有很多的进化理论，包括大家学生物的同志都很清楚的，达尔文的自然选择学说，木村资生的中性进化学说，但是还没有把进化的原动力究竟是怎么样说清楚。所以生命科学所面临的理论问题至少有这三个很根本的问题，我们每位生物科学工作者都应该对这三个基本理论问题进行深层次的思考。这是我讲生命科学所面临的问题里面的理论方面的问题。 下面我们再看一看，我们生命科学所面临的应用问题，与任何一个自然科学，都是要解决人类自身发展的问题一样，生命科学所要解决的所有的应用问题都是跟人类自身发展息息相关的，比如说我这里列举了人口问题，人也是由生物分子组成的，我们自认为是高等动物，但是真的比别的生物高等吗，从生物学这个本质来说大家是一样的，应该说天下生命，地球的生命是共同起源的，没有谁比谁更高级一点这样的说法。但是对于人类来说，我们进行生命科学的研究，就是要解决人类生存发展中间所面临的所有重大问题，这个里面重要的一个是人口问题，其次是粮食问题，我们国家现在已经解决温饱问题了，世界还有许多人处在饥饿中，像非洲很多的老百姓还在饥饿状态中，粮食问题也是世界所面临的重要问题。第三个问题是我们每个人特别关心的健康问题，众多的一些疾病，一些我们以意想不到的突然发生的疾病的解决，包括我们人类自身很多遗传疾病的解决也都离不开我们生命科学的进展。离不开我们生命科学长期艰苦卓绝的探索。像我们许多的疾病，从禽流感，到SARS，到前不久的德国大肠杆菌，肠道出血病，还有遗传疾病。经常爆发意想不到的流行病害，曾经有一个报道，历史上有几次大的瘟疫，几乎可能使人类灭绝，最多造成几亿人死亡，所以人类疾病问题受到特别关注。 第四个要解决的应用问题是环境问题，经常到野外去就不难发现，我们国家一级水源已经很少，随着我们人类经济社会的发展，环境问题日趋恶化，现代农业使很多物种灭绝，我最近做了有机农业怎么使环境改善和修复的调研，发现我们曾经灭绝了30年的物种，在有机田里蓬勃兴起，所以环境问题是我们每个人都面对的问题，此外还有其他应用问题，比如能源问题，最终解决途径也依赖于我们生命科学的进展，因为在地球上所有的资源里面，惟有生物资源是可以再生的，其他资源不可再生，包括煤炭，石油都是不可再生的，只有生物能源是可以再生的，是可以循环往复地利用的，所以这个问题，能源问题也有赖于我们生命科学的进展。 环境的恶化，环境的破坏，人类将来被毁灭的话，就是自身把自己的生存环境给毁灭了所造成的。所以环境已经提到特别重要的地位，我们现在地球环境发生了急剧的，不利于人类和整个生物生存的变化，包括大气层里面臭氧出现波动，北极和南极冰川融化，这样大的气候环境的改变，如果我们不从生命科学这个角度对这些问题给予深刻的认识和大量的研究，这些问题都是很难解决的。 上面谈到的生态失衡问题，人口爆炸问题，所有一系列问题的解决都有赖于生命科学研究的进展，而且生命科学这么多年的发展，都是围绕这些理论问题和实际应用问题的解决而取得进展的。这就是我给大家首先介绍一下生命科学所面临的问题的原因，任何一个从事生命科学工作的老师，及研究工作者都应该把生命科学所肩负的历史重任，（包括对理论问题进行思考，对应用问题怎样付诸行动）铭记于心，不使生命科学教学，科研迷失方向。这是第一个问题。 二、生命科学主要的进展和取得的突出成就 下面简介一下最近十多年生命科学主要的进展和取得的突出成就，从这里能看出生命科学发展跟我们人类发展是密切相关的。生命科学的突出成就表现在第一个方面是，大批生物基因组测序完成，这个以人类基因组计划带动的宏大的科学计划，它的意义及它的浩大工程，远远超过历史上的阿波罗登月计划，因为生命科学自从人类基因组计划开展以来，不仅使我们对生命的本质，生命的发生发展规律有深刻认识，而且极大推动了生命科学研究技术手段和基础理论的极大进步。由于基因组计划的开展，生命科学技术的进步，使我们整个生命科学研究的面貌发生了翻天覆地的变化。我们以往只是对个别生命现象进行研究，现在则是整体系统地去开展研究，研究水平得到了极大的提高。当初人类基因组计划是计划花十年时间，20亿至30亿美元，把人类基因30亿个测定完毕，现在的技术进步到了什么程度呢？测一个人类基因组草图出来，估计一个礼拜时间完成，大概花10万人民币就可以将草图拿到，这就是基因组计划带来的技术进步，使整个生命科学研究的视野，研究的技术手段得到了极大的提高。 三、基因组学、生物信息学与表观遗传学 由于基因组计划的实施在生命科学领域里面形成了新的分支，尤其以组学为代表的，比如结构基因组学，功能基因组学，比较基因组学，转录组学，蛋白质组学，表型组学，和代谢组学，ＲＮＡ组学，等等，还有药物基因组学等等一系列新的学科同步兴起起来。这些领域里面的成就真是日新月异，我这里没有时间跟大家一一列举，而且我们基因组计划带来一个很大的好处，是使我们所有生命科学研究都可以在网络上实现资源共享。所以从这个意义上讲我们任何从事生命科学的人，如果不熟悉生物数据库，那么就很难跟上日益发展的生命科学的脚步。这是生命科学的第一个重大进展，就是基因组学的兴起，带动了一系列组学的发展。 下面我们再看第二个方面，由于基因组学的发展使以前从来没有听说过的，将生物学和信息技术与生物学知识融合起来的一种崭新的学科崛起。这门学科叫生物信息学，现在国内已有一些高校开设了生物信息学专业。而且在西方有一些发达国家，有种说法是如果不懂生物技术，不懂信息技术就是科盲，那么要掌握生物技术首先你就得熟悉网上所有的生物信息资源，而这个正是目前从大学到中学都普遍存在的一个问题，以后必须要认真加以解决。那么在生物信息学这个领域，我们作为一般生物科学工作者不需要在生物信息学领域里面做高深的研究，只需要我们把生物信息学给我们提供的平台加以有效利用，给我们提供的技术，提供的信息我们要能够有效地去利用挖掘，这就是我们生物学工作者要做的事情。在生物信息学学科研究方面有很多进展，我不去多说，我只是把这块拎出来希望我们各位老师尽快地熟悉这方面的一些基本知识。后面我还会说说一些重要的数据库，这里暂时就说这么多，生物信息学作为新兴学科，是引领整个生命学发展的一个动力源泉之一的学科，大家一定要在这块给予关注。这是第二个方面的进展。 生命科学第三个方面的进展，是发育生物学研究不断深入，在我们生命科学里面，对高等生物来说，不像单细胞生物，只有细胞分裂没有发育现象。生长发育，是高等生物重要的生命现象，高等生物从受精卵细胞，发育到完整的个体，直至死亡，在这个过程里面有很多重要的生命现象，怎么样把这些生命现象里面的内在的生物学规律搞清楚，是我们发育生物学所关注的问题。 在发育生物学领域里面，是用很多一些模式生物作为研究对象的，比如研究人的发育，不可能直接以人作为研究对象去研究，我们（要去用类似的，比如人可以有）只有通过猿、猴等灵长类生物作为模式对象进行研究，研究它们的发育规律，研究它们跟发育相关的所有的基因，它们是以怎样的一种网络关系高度有序地持续表达的，怎么高效调控，使个体完成发育，使组织器官产生出来的。这块也取得了很多的进展。对此大家可以给予一定的关注。 第四个方面也是最近这几年特别热的一门领域，叫干细胞研究，干细胞是细胞生物学重要的研究内容，干细胞是我们细胞生物学最有用的一种研究模式细胞，为什么？这种模式细胞没有分化到末端细胞，可以分化成不同的组织器官，干细胞的应用前景十分广阔，它为很多遗传性疾病的治疗，器官移植都创造了有利的条件，所以干细胞研究是特别重要的，是生命科学中特别热门的一个领域，也是取得众多成就的一个领域，大家对此应该给予关注。这是第四个方面。 第五个方面，我们从分子水平来谈生物学的进展，在分子生物学领域，小分子RNA，受到了特别热门的关注，小分子RNA之所以到最近几年才受到如此的重视并不是它以前不重要，而是以往研究RNA难度大，与蛋白质和DNA比起来，它很不稳定，采用一般分离技术往往是不容易拿到RNA的，实际上分子生物学研究，发现RNA在生命的任何生命活动中都发挥着不可替代的作用，究其根本原因是，生命的始作俑者就是RNA，已经有一个关于生命起源，受到世界广泛认同的假说，叫生命起源的RNA世界假说，这个假说是目前最受广泛认同的一个假说，以往关于生命起源的争论主要集中在是先有DNA，还是先有蛋白质，类似于是先有鸡还是先有蛋的悖论，因为DNA复制需要有蛋白质，才能够复制，而蛋白质又是DNA编码的，这两者到底谁先谁后，一直争论不休，究竟是先有鸡还是先有蛋，是个逻辑悖论，没有解决，但是自从提出RNA世界假说以后，这个悖论问题就不存在了，RNA既有DNA遗传物质的功能，储存遗传信息，自身又有蛋白质的功能，有催化活性，身兼两职，只是后来它把它的两个功能分别交给DNA和蛋白质，所有的生命活动调控都离不开RNA的参与，RNA的研究受到特别追捧就不足为奇了，大家应该这方面花一些时间给予关注。 下面我们再看生命科学突出成就在第六个方面的表现，就是脑科学和认知科学的发展。实际上人类特别想搞清楚自身智力活动，就是我们思维活动的内在规律，聪明，智慧以及我们意识发生的规律，如果把这个搞清楚，将来人类智商的物质基础就能够搞清楚，我们所有的行为活动，心理活动的物质基础便可破译出来。这个方面的研究主要是得益于高空间和高时间分辨率成像系统和信息处理技术，这样使我们对各种意识活动的神经传导特点，神经传导基础可以进行定性定量的研究，所以在这个方面也取得很多的成就，大家如果感兴趣，可以查阅相关的一些文献。 这是第六个方面脑科学和认知科学的发展。 第七个方面，是宏观生物学的进展。我们生命科学的关注范围十分宽广，从分子到细胞到组织器官到个体，然后到群体到群落，乃至到整个生物圈到全球的变化，（所以）宏观生物学也取得了很长足的进步，这么多年，宏观生物学放眼全球变化，在生物多样性方面，它特别注重生态系统的组织结构和运行方面的研究，这个方面也取得了很多突出的成就，对我们人类面临的环境问题，全球变化问题，提供了很多对我们整个人类的决策有参考价值的理论成果，这块希望大家有机会多加关注。这是第七个方面。 第八个方面的研究成就是生物技术的突飞猛进。我们国家这方面更是取得了令人瞩目的成就，我们国家前两年启动了农业基因组计划，启动基金300亿，利用生物技术进行转基因动物，转基因植物的培育，使（这个）基因在动物、植物、微生物三界生物间实现转移和重组，创造出新的优质、高产、抗逆的新物种。这个方面取得的长足进步带来了以农作物或者畜牧业主要品种基因组计划的开展，我们国家目前至少有20、30种主要农作物品种，养殖的品种在进行基因组的测序，棉花、烟草基因组计划在开展，很多蔬菜基因组计划在开展，水稻基因组是我们中国人完成的，家蚕基因组是我们中国人完成的，最近还有地方猪两个品种基因组计划在完成之中，只是相关数据还没有报道出来。鉴于这方面进展和成就特别多，希望我们各位老师也花一部分时间给予关注。 关于生命科学的突出成就，我就简单归纳成上述八个方面，生命科学发展的总趋势可以从下面我们搜集的一些数据来做一个佐证，我们说21世纪是生命科学的世纪，这个说法不是凭空所说的，是有它的事实依据的。根据美国科学引文索引统计，全世界收集的学术刊物4500余种，即我们通常讲的SCI期刊，发现其中生命科学占了一半还多，这个还不重要，更重要的是统计这4500多种期刊里面真正有影响的刊物，即有影响力的刊物，（影响力通常是用一个叫影响因子的数据来表述的，对一个杂志的学术影响力，如果影响因子大于10，这样的期刊在世界上都是顶级期刊），统计这个影响因子在10以上的超一流学术刊物发现，80左右都是生命科学期刊，我们看下面具体的一个统计表。 影响因子在10以上的超一流刊物中，既有涉及自然科学各个领域的总论类刊物，如大家特别熟悉的“Science”和“nature”这样的杂志，它们是世界最顶级的涵盖自然科学各个领域的期刊，这两种期刊里面大概60以上的内容是跟生命科学相关的，也有涉及各专门领域期刊。在各专门领域期刊里面，化学类期刊仅有两种，物理类5种，数学类1种，生命科学类则多达38种，由此可以看出，生命科学独占鳌头。说明这个学科是多么的兴旺发达，从事这个学科研究的人员之多，成果之多，如果没有那么多人从事生命科学的研究，没有那么多科研成果，是不可能有这么多高质量的期刊的，也不可能有这么大篇幅，以生命科学作为主打的报道内容的。事实证明，现在从事生命科学的研究人员最多，生命科学相关领域的研究成果最多，生命科学发表的研究成果的影响力也最大。 那么为什么说21世纪是生命科学的世纪？为什么这么说？这是有它内在的根源的。我们大家都知道，在我们地球上，甚至在整个宇宙里面，只有三种现象，一种是物理现象，一种是化学现象，一种生命现象，除此找不出第四种现象，要有就是由于生物产生的所谓精神现象，除此以外再没有了。而精神现象实际上是由生物现象衍生和派生出来的现象。在这三种现象中间，只有生命现象包含了物理、化学现象在里面，而且所有的生命活动规律不违背物理规律和化学规律，但是拿所有的已知的物理规律和化学规律不能完全揭示生命现象的内在规律，所以生命现象有它的特殊性。而我们人类作为生物的一分子，所有跟生命现象相关的东西，都跟我们人类发展进步密切相关，甚至跟我们生存都密切相关。所以说生命科学研究对象最神奇，最有魅力，因为它们跟我们人类直接密切相关，而健康，人口，环境更是跟我们人类有着直接的利害关系。此外，生命科学研究的领域最为广泛，可以研究生物物理，可以研究生物化学，可以研究生物电学，可以研究生物的神经冲动，生动的意识产生机理，无所不包，研究领域最为广泛，问题最为复杂，就最最简单的细胞里面的社会管理，比我们整个人类社会的管理要高级、精巧、复杂，其程度高得肯定不在一个数量级之下，肯定要复杂几个数量级，我曾经就建议很多搞管理的人士，搞建筑的同志，搞交通的同志，学一学细胞生物学，社会上所有的东西在细胞里面都存在，而且都比我们人类发明的[1]&[2]&[3]&[4]&下一页 这些系统要精妙得多，因为我们细胞经过了38亿年时间的检验。它里面蕴藏的规律，表现出的精妙的调控机制是我们人类几乎无法想象的。生命科学研究领域特别广泛，问题也特别多，生命科学与人类的生老病死，健康长寿，喜怒哀乐，及我们所有的日常生活都是密切相关的，没有哪一个人类活动能离开生命科学的相关领域。 第四生命科学研究的进展会极大改变我们人类生活方式和思维方式，现在我们每一个人就是一般老百姓，甚至文盲都知道基因是一个什么概念，但基因在我上大学之前，一般民众肯定是不清楚的，不知道什么叫基因，现在几乎人人都知道基因是什么，所以生命科学会极大改变我们的观念，我们对科学生活的认识，对科学的生活态度，科学的生活观念，科学的生活方式，都离不开生命科学的进展。 第五个生命科学相关的生物技术，是我们新世纪的支柱产业，以美国为例，几乎每年以50的速度递增。例如，胰岛素，现在用胰岛素很方便，但是在20年前，30年前，那个时候用胰岛素，只有高干才能有机会用到，现在为什么能够普及，普通老百姓能够用得起，自己拿一个简易针给自己打一针就完事，30年前这是不可想象的，这就得益于我们的生物技术，原来必须从人，或者其他动物内脏提取胰岛素，提取量很少，现在把人的基因转到微生物里面发酵，发酵罐一摇就产生很多胰岛素出来。现在还有人的生长抑素，这种蛋白十万头羊脑提取一毫克，你说那个需要多少钱，但是把这个基因转化到微生物体内、通过发酵，很快就可实现大批量生产。所以为什么说生物技术是未来新兴产业，只要好的生物制品基因，通过我们生物技术，通过发酵技术，便可以形成无穷无尽的生产力。所以21世纪是生命科学的世纪这绝不是空穴来风，是有它内在的动力和我们人类发展的强力驱动的，我们正在使这种生产力一步步走向现实。这是我跟大家介绍的第二个方面，生命科学的突出贡献，以及它的发展趋势的一个情况，给大家简要介绍了8个方面突出的成就，以及为什么21世纪是生命科学的世纪这样的提法，所以我们搞生命科学教育的老师，还有从事生命科学研究和生产的工作者应该有信心有决心，为生命科学不断地取得新的突破性进展，造福于人类，解决人类所面临的所有问题做出贡献。 下面我就向各位老师具体介绍一下，我们生命科学这几年在理论方面，尤其基因组学和生物信息学方面所取得的一些重要进展情况。首先介绍一下基因组学的一个不寻常的发展经历，基因组学是怎么提出来的，我们的基因学是在遗传学基础上发展起来的，遗传学有一个发展历程，叫从基因到基因组，所以有从单基因遗传学到整个基因组的遗传学，我们生命科学从单个现象少数现象的研究到系统生物学的研究，这样一个发展的过程。那么我们基因组学在整个发展历程中间，有哪些是值得我们大家特别应该记住的丰碑呢？首先希望大家牢牢记住一个人就是孟德尔先生，他阐明了遗传学的两个定律，在一百多年前，把遗传学两大定律――分离定律、自由组合定律揭示出来，不仅仅因为他揭示两大定律显得特别伟大，更重要的是他开创了生物学研究的一个重要的研究模式，把生物学从博物学带到自然科学的殿堂，这个功劳很伟大，在孟德尔先生揭示遗传两大定律以后，美国的一个有名的遗传学家摩尔根先生发扬光大了他的学说。摩尔根是现代遗传学的奠基人之一，摩尔根遗传学派的祖师。在历史上遗传学分两大学派，一个是摩尔根学派，一个是苏联的米丘林学派，由于米丘林学派的一些看法得不到严格科学的验证，其理论在学术界的影响也力愈来愈小，现在在我们的初中，高中教科书中，基本上不谈米丘林遗传学，只谈摩尔根，摩尔根发现了我们遗传学上第三大定律，连锁遗传规律，他在研究中以果蝇作为研究的对象，选了很好的模式生物，这一只果蝇到现在为止已经培育出了6位诺贝尔奖得主，所以有人说，果蝇是诺贝尔奖的孵化器，这也有它的道理。一只果蝇就有6位人在它身上拿到诺贝尔奖，为什么拿到诺贝尔奖，因为果蝇研究对生物遗传的内在规律有很深刻的认识，对我们人类，或者说对遗传学的发展，果蝇做出过不可磨灭的贡献。遗传学上这两位伟大的遗传学先行者大家都会牢牢记住。 那么遗传学进入到分子时代的时候，有两个重要人物也是大家都很熟悉的，一个是沃森，或者以前把它翻译成沃特森，一位美国科学家，还有一位叫克里克，英国科学家，这两位科学家建立了遗传物质分子典型的分子结构模型，这两位先生在研究这个模型的时候，就是拿最简单的工具铅丝和纸片，而这个模型正好把遗传物质所有的特征，刻画得完美无缺，所以这两位先生使我们遗传学研究进入到分子时代。现在几乎每年都会庆祝DNA双螺旋结构，50年大庆时，全世界都在庆祝这样一个分子，到现在为止没有哪个物质分子能像DNA那样笼罩那么多光环，每年都受到庆祝，10年一大庆，到一百周年的那个大庆的时候，场面可能会更加隆重和热烈。正是这两位先生把我们生物学研究，从性状水平或者染色体水平进入到分子水平，从此，我们可以从分子水平上面去研究我们的生物学了，研究生物的遗传，生物的变异，生物的发生发展规律。 那么到了上个世纪60年代初和60年代末，大概7、8年间，一批以“奈瑞伯格”为代表的科学工作者也取得了一个举世瞩目的研究成就，他们把生命两种大分子的语言翻译出来，即把遗传密码破译出来，这个伟大的科学研究工作也是很了不起的，相当于我们地球人破译了宇宙人的语言一样。到了70年代初伯格和科恩两位先生把一种生物的基因整合到细菌的基因组里面去，开创了生物技术的先河。在分子水平上面，将一种外源的遗传信息，遗传物质整合到另外一种细菌的质粒载体上面，并使这个外源基因在受体菌内进行了复制和表达，这是一个了不起的技术成就。 到了80年代初的时候，有一个美国女科学家――马克林托克，被誉为科学上的永不凋谢的玫瑰，（这位老科学家现在还健在，在美国著名的冷泉刚实验室）因提出跳跃基因而获诺贝尔奖，她认为基因在染色体上是可以跳跃的，叫“将皮经”，这使我们对基因概念的认识有了很深刻的变化。与马克林托克一起工作的一个年轻人――莫里斯，在80年代初发明了一个很重要的技术，叫PCR技术，这也是很了不起的技术，现在所有的分子生物学实验室都会用到这个技术。PCR技术，可以在试管里面大量复制目的基因片断，这个技术在所有的分子生物学实验中都会用到，这个实验的巧妙，精妙之处，在于它在试管里面模拟生物体内基因的复制，效率更高的复制。在这个期间，还有两位对我们生命科学起到重要进展的科学家大家应该记住，一位是号称测序大师的英国科学家桑格（人类基因组计划桑格实验室承担了18的测序任务），他发明了DNA序列测定技术，叫双脱氧链终止法，与他同时代的，发明化学测序法的吉尔伯特一起分享了诺贝尔奖，他们是在DNA序列测定方面立下丰功伟绩的两位大师。那么后来怎么想到要开展人类基因组计划呢？这是根据以往只针对某些基因去研究，很难把握生命的整体，所以科学家们就设想，如果我们能把人类所有的遗传物质――DNA全部测定清楚，我们就知道人类的遗传蓝本，这个搞清楚了，人类的问题，所有的生物学问题，不就有了总体上面的把握吗？所以到了上个世纪80年代末90年代初，在美国有人提出这样的计划和创意，因为那个时候技术不可能像现在这样快速进行序列测定，就要必须设立一个宏大的计划，当时计划用30亿美元，花十年时间，因为一个碱基需花一美元进行测定，美国国会在1990年的10月1号通过这样一个法案，就是设立人类基因组计划，从那一天开始，这个计划，在全世界几十个国家和实验室的通力合作下面，开始实施了。 我们刚刚说到基因组计划里面几位我们值得纪念那几位人物，在基因组计划里面第一个测序完成的基因组是一个名叫（ФX174）的病毒，第二个被测序完成的是嗜血流感菌，酵母是96年的第一个真核细胞生物，到1998年就完成了一个叫秀丽小竿线虫的动物基因组的测序，到2000年测序完成的是果蝇，到2003年人类基因组草图就公布了，这是基因组计划的一个基本发展历程。在人类基因组测序过程中，有两种重要的测序方法：一个叫全基因组鸟枪法，这是现在常用的，具体原理不介绍了，另外一种，是在桑格测序方法上面进行改良的，就是在测序的引物末端加上一个荧光标记进行测序，这样使我们序列读起来更加直观。这是2000年6月，美国时任总统克林顿宣布人类基因组草图完成的辉煌时刻，这个时刻大家都很激动，相当于我们登月计划人从月球上把图像放回来一样的一种感受，很喜悦的一种心情。 那么基因组计划完成以后，对我们生命科学和整个社会有什么样的影响呢？首先人类基因组计划的完成，使我们的生物学出现了基因组学这样的新兴学科，基因组学跟人类健康有很重要的关系，对社会的发展进步，学科的发展进步都有重要的推动作用。建立了如计算生物学，理论生物学，生物技术学等这样的一些新兴的学科，所以人类基因组计划完成以后，对整个人类社会，对生命科学，甚至于整个自然科学的领域产生革命性的影响，所以这个计划的社会意义，科学意义是怎样估计都不会过高的。那么下面我们具体看看基因组，不同生物基因组的大小。如果我们酵母菌的第3号染色体，只相当有14页厚的一本书，人类基因组有200本一千页厚的书，都是ATCG这样四个字母排列出来，所以这样一本天书，怎么把数据读出来，就产生了一门新的集生物技术和电子信息技术于一身的新型学科，叫生物信息学。 随着小鼠的基因组、人类基因组相继测序出来，通过两种基因组比较发现，原来小鼠和人在外观上面，在生活习性上面差异那么大，但是在基因组水平上，人的基因组和小鼠的基因组差异很小，只是排列方式不同而已，我们跟小鼠有85以上的基因是同源的，所以从这个意义上说，天下生物是一家，小鼠跟我们人差异那么大，但是它基因跟我们差异很小，我们通常以小鼠作为研究人类生长发育各种疾病的一个模式生物，是有它的遗传物质基础的。那么人类基因组计划测序完以后，人类基因组这个草图提供了哪些基本信息呢？我们看出来，人类基因组总共由31.65亿个碱基组成，大约含有3到3.5万基因，现在通过进一步验证，大概在2.5万个基因左右，而这2.5万个基因跟线虫的同源性达43，跟果蝇有61是同源，与蛋白质合成相关的基因，只占整个基因组的2，比例很小，这些基因跟酵母的同源性也高达46，所以这里更能看出来，生物是从简单到复杂演化过来的，不是上帝创造出来的，天下生物有很多共同的基因背景。 基因组序列测定出来了，有那么的多生物数据，怎么把这些生物数据进行合理的分类储存，挖掘，找出里面内在规律来，这样就产生了一门叫基因组学的新兴学科，研究基因组结构的叫前基因组学，研究基因组功能的叫后基因组学，所以把基因组学分成前基因组学或结构基因组学，以及后面研究基因组功能的叫功能基因组学。后基因组学里面主要研究的是蛋白质组学，转录组学，代谢组学，药物基因组学等等。基因组学主要研究DNA水平上面的基因组的结构，组成结构的内在规律。转录组学，研究RNA的组成，不同细胞，不同生物里面，所有RNA的种类，数量，丰度、功能等，那么蛋白质组学研究生物体内功能分子，蛋白质，它们的数量，种类，它们的功能，或者说研究一个细胞内，一个组织器官内，或者一个个体内所有的蛋白质的组成、结构、功能。我们可以形象地看出来，基因组就是研究DNA水平的基因，组成结构排列方式，RNA组在一个组织，或者在一个细胞，或者一个生物个体不同发育时期，它转录出来的RNA种类，数量，丰度，功能，这样一个学科。蛋白质组学，常用的技术就是用二维电泳和质谱，打飞行质谱，这样来把一个组织一个细胞一个器官，一个个体不同发育阶段，不同生理状态下蛋白质表达的数量、水平、丰度、功能进行系统研究。 现在特别强调的就是功能基因组学或者蛋白质组学，什么叫蛋白质组呢？蛋白质组指的是一种基因所表达的全套蛋白质，蛋白质组学是从整体水平研究组织、细胞、器官、个体的蛋白质的种类、数量、功能的一门学科。蛋白质组学的主要研究内容包括：第一，蛋白质的分离和鉴定，第二个方面很多蛋白质加工、修饰和成熟过程，第三个方面是蛋白质功能的确定，蛋白质到底是行使什么样的功能，是酶的功能，是细胞因子的功能还是结构蛋白的功能等等。第四，蛋白质组学对于人类来讲最重要，为人类的健康服务，所以很多一些蛋白质会成为药物的作用靶标。 转录组学，主要把是所有的小RNA克隆出来，分析，然后把小RNA的种类数量搞清楚，以及功能搞清楚，这里简要介绍了几种方法，第一个是计算机分析法，利用小RNA的结构特征预测这些基因组里面有哪些可能是小RNA，第二个就是基因克隆法，根据小RNA的特征，设计引物把它克隆出来。第三个是根据小RNA要发挥作用，往往要跟蛋白质结合在一起，形成核蛋白复合体，把这种复合体分离出来，然后把蛋白质和小RNA分离，再把小RNA克隆出来。小RNA的克隆方法，以小鼠的脑组织为例，要把脑组织（匀浆）提取小RNA，用凝胶电云分离，只收集50到110个碱基的小片段，然后再反转录成DNA，然后再用探针进行杂交，得到小RNA。 第三种就是分离蛋白质和小RNA复合物。通过离心的办法把它分离出来，然后用蛋白酶，把蛋白质去掉，就剩下小RNA分子，然后再把它反转录，小RNA分子很不稳定，一定要把它反转录成CDNA再进行克隆。那么小RNA到底有哪些功能呢？现在已经搞清楚了，功能很多，其中跟转录调控相关，跟基因沉默相关，跟RNA的成熟加工复制相关，跟RNA的稳定性相关，跟RNA的翻译相关，跟蛋白质的稳定性相关，跟蛋白质的定位相关等等功能。所以生命体里面很多分子水平的生物大分子的功能，全由RNA作为介导物进行调控。那么RNA调控这些生命过程有哪些机制呢？主要现在已经发现有这么三种机制，第一是跟它作用分子直接配对，达到调控的作用。第二种方式模拟其他核酸结构，再进行配对来发挥作用，第三个是形成RNA和蛋白质复合物发挥作用。现在研究小RNA，还有一种新发明出来的技术叫生物芯片技术，这个生物芯片也有很多功能，如检测转录谱，检测蛋白质的表达谱，芯片还可以进行DNA序列测定，这个是一个芯片的一个模式图，芯片技术是一种能大规模地分析一个细胞，一个组织一个器官的各种大分子的表达状况的一种技术。这是用生物芯片技术进行检测的一种结果，然后读取这种杂交信号，阳性阴性，半定量分析，把这些信号采集起来以后，传输到电脑里面进行信号处理，进行分析。这是我们前面讲到了几种组学一些常见的方法，下面我们再系统地来看一下那么多生物信息出来以后，这些信息怎么为生命科学的生命科学要解决的问题服务，我们可以说通过生物信息技术做这么多工作，我们按照这个图来看。 生物信息技术可以做一些什么事情呢？可以对基因组的信息进行存储，排列，挖掘，信息挖掘和结构特点分析，可以通过生物芯片进行图象处理，表达调控网络分析。通过大分子与大分子的相互作用，靶标的预测，进行药物试剂和小分子药物的试验，还可以通过高通量的药物筛选，通过生物信息分析出来的结果，针对那些靶标生物大分子，进行一些高通量的药物筛选，还可以进行新医药的创制和新剂型的研制，还可以进行蛋白质组学和结构基因组学的分析，包括蛋白质和蛋白质相互作用识别，信号传导系统，代谢途径的分子模拟，蛋白质折叠和互相变换的识别，分子动力学模拟等等这样的一些工作，所以整个生物信息技术是贯穿于整个生命科学研究的各个领域的十分有用的技术。 下面我们就具体介绍一下生物信息学，什么是生物信息学呢？生物信息学是综合运用生物学、数学、物理学信息科学与计算机科学的、集成了这么多学科理论方法的一门崭新的生物学分支，它的内涵非常丰富，它的核心是基因组信息，蛋白质组信息，转录组信息，代谢组信息，对这些信息进行获取、处理、存储、分配、挖掘，找出内在规律，为我们所有的生命科学问题提供理论上研究的指引性建议。 曾经有一位很有名的叫艾勒布利斯贝的生物信息学家，他讲了两句话，我这里把他第二句话放在这里，你只需花半天时间在网上看生物信息，把握生物信息的研究动态，便可以节省你在实验室里半个月以上的时间，如果你不做生物信息的分析处理，你的研究往往是不会做到有的放矢的，不会做到有针对性的，通过生物信息分析既能把握整个生命科学进展动态，又能给你研究提出指导性的研究方向。那么生物信息学的主要内容包括哪些呢？第一是生物信息学家要做的事情，生物信息的收集、存储、管理和提供，所以现在的所有分子生物学的生物数据都要提交这些公共的三大分子数据库，数据提供以后，要进行存储，管理和把它建立成大型的数据库，那么第二部分生物信息学研究的就是基因组序列信息的提取和分析，比如说人类基因组草图拿出来，把它排列规整好以后，哪些是基因哪些不是基因呢？你要把它分离出来，哪些是重复序列，哪些是非重复序列，哪些是转录区域，都得一个一个注释出来，这就需要生物信息技术去解决。第三是功能基因组相关的信息分析，比如我刚刚讲的，哪些是调控区域，哪些是转录区域，哪些是顺式作用元件，那些是反式作用因子等等，还有蛋白质与蛋白质之间的相互作用，代谢网络重要的相互联系，都要进行生物信息分析。第四个方面就是生物大分子结构模拟和药物设计，这块跟应用联系特别密切，只有搞清楚生物大分子作用规律，才能做有效的药物设计。 第五个方面，就是生物信息分析的技术方法研究，这是方法学上面的东西，这主要是生物信息学家们要做的工作。 第六个方面把生物信息里面的宝藏宝库要转化成生产力，要转化成我们研究的生产力和我们生产的生产力，这就是应用和发展研究要解决的问题。 现在有全球共享的分子数据库，或者也叫三大主要的核酸序列数据库，这是全世界共享的，三大数据库分别是欧洲分子生物学实验室的EMBL，第二个是美国NCBI，美国国立卫生院管理的，叫GenBank，这是大家都很熟悉的，我们国内有人把GenBank翻译成基因银行，就是把所有的生物数据储存到这里面，全世界人都可以调用。第三个是在日本，日本管理的叫DDBJ，三大数据库，数据结构不同，内容是基本相同的，它们是不断进行信息交流的，大家是信息共享的，而且是全世界共享的。NCBI的GenBank里有很多子库，除了分子生物的信息在里面以外，还包括生物医学相关的文献等等，大家一定要抽空去熟悉一下这个数据库。这就是NCBI，这个数据库的主页面。在这个设施里面下面有很多子库，你要搜索什么东西，比如人类基因组计划，在基因组那个数据库，那个子库里面去找，各种生物基因组的数据，比如说人类疾病相关的基因，可在人类相关疾病的基因子库里面去找。 还有很多的蛋白质数据库，都是很有用的数据库，比如国际共享的数据库，PIR和PSD，是比较全的两大蛋白质数据库，这个是网址，我们都列在上面，大家可以根据这个链接，直接可以链接到这个网上，都是免费的，还有第二个上一页[1]&[2]&[3]&[4]&下一页 蛋白质数据库，里面的蛋白质都是通过实验验证的，它的功能都是验证的。Swiss-Prot蛋白质数据库，这个网站，网址也在下面。PROSITE数据库，这个数据库收集的生物学有显著意义的蛋白质位点和序列模拟，当有一个未知的蛋白质，你要找它可能的功能是什么，可以在这个数据库里面进行比对，它可以提示你未知蛋白质是哪一类功能的蛋白质，这个数据库有这个好处。第四个是PDP蛋白质数据库，这是国际上唯一的生物大分子结构数据档案，这是蛋白质结构数据库，蛋白质的二级结构三级结构，可以进行蛋白质高级结构模拟。 那么其他还有很多功能数据库，这里面有几个数据库，大家特别给予关注，一个是KEGG，这是日本京都，基因和基因组百科全书几个字的缩写，是系统分析基因的功能，联系基因组信息和功能信息的知识库，不光是数据库，还是功能库，很多功能方面的知识信息可以在这个数据库里面查，这是用的特别多的数据库。第二个是蛋白质相互作用，因为蛋白质不是孤立的作用，蛋白质还跟别的生物大分子发生作用才能发挥有效的功能，这个里面提供不同蛋白质相互作用的数据库，像DIP，收集有实验验证的蛋白质的相互作用，这样所有的数据在这个里面。我们一个未知蛋白也可以提供到这个数据库里面寻找它很多相互作用的作用对象的蛋白。第三个可变剪接的数据库，我们人类基因里面80的基因实际上是可变剪接的，关于可变剪接我们老师不知道有没有这个概念，我们讲对一个基因来说，有内涵子，和外显子组成，如果不是结构基因的话，既可三个外显子拼接成一个成熟mRNA，也可能一个外显子，加一个内含子拼接成一个成熟mRNA，或者两个外显子拼接成一个成熟mRNA，不同的成熟mRNA翻译出来蛋白质也不一样，承担的功能也不一样。我们人类的基因80以上都是可变剪接的，这个数据库，你说有哪些，怎么剪接的，要查相关信息，就可以到这个数据库里面进行检索和搜寻。第四个是转录调控区的数据库，任何基因表达都要受到调控，调控就是有很多调控的元件，那么这些调控元件的数据在这个库里面，所有实验生物学验证的一些调控的区域，数据，全在这个库里面可以进行比对，所以你如果克隆到一段DNA序列，它是不是调控区，你可以在这个里面进行比对。 第五个功能相关的数据库，也是很重要的数据库，叫转录因子相关的数据库，是完全跟基因转录调控的一些反式作用因子的数据库，所以它们在基因组上面的结构位点，与DNA结合的位点的数据全在这个数据库里面，可以进行搜寻比对。那么关于生物的基因组学和生物信息学的主要的进展情况我先给大家介绍到这个地方，希望大家特别关注三大分子数据库和我大家上课中间介绍的这些重要的数据库，大家最好能够抽时间去熟悉一下，去了解一下这些数据库，如果不懂这些数据库，将来对生命科学的教学都会受到一定的影响的。 下面我要再介绍一下理论生物学研究进展里面另外一块重要内容，叫表观遗传学和表观基因组学，将这块内容向各位老师做一个简单的介绍。我们经典的遗传学研究的是基因及其基因的传递规律，基因的变异规律，基因的表达和信息实现的规律。但是后来通过很多的研究发现，我们有一些性状，它的基因并没有发生变化，基因序列并没有发生变化，但性状却发生了改变，而且这种改变是可以遗传的，这种不是由于DNA分子序列发生变化，而是由于碱基发生了修饰导致表型发生的可以遗传的改变称为表观遗传，研究这种表观遗传现象的学科叫表观遗传学，因此表观遗传学有时候也称它为实验遗传学，化学修饰遗传学或者特异性遗传学，或者叫后遗传学，这是现在大家公认的表观遗传学。那么表观遗传学是指即非基因序列改变所致的基因表达水平发生变化，而且导致外观发生可遗传的变化的这样一种遗传学科。基因序列完全一样，但是发生DNA的甲基化，或者染色质变成了易染色质，基因不能表达了，是这样一类遗传的情况。那么对应的表观基因组学，就是研究基因水平上面这些修饰的一个整体情况的一个学科。表观遗传的分子机制已经阐明的包括这么几个方面，第一，DNA的甲基化，这是最常见的一种表观遗传修饰的方式，第二是由于第二方的分子来干扰基因的表达，比如RNA干扰，使得基因的表达水平发生变化。第三个方面，是通过组蛋白的修饰，组蛋白修饰以后，使基因发生沉默。第四个方面叫染色质的改型，或者染色质的重塑，使基因的表达水平发生很明显的变化。在这四种机制中间，甲基化是最重要的一种方式，在转基因植物里有很多基因转进去了，一开始两三代，外源的基因表达水平还可以，到第三第四代，外源基因的表达水平越来越低，甚至都不表达沉默了，后来发现是外源基因的甲基化造成的，所以基因并没有从转基因植物的基因组里面切除下来，而是发生了修饰，使它不能表达了，这也是发生了表观遗传的变化。 那么下面我们进一步看一下这个甲基化，一般来说，在基因组里面发生甲基化修饰，都使这个基因转录水平下降，甚至关闭。所以甲基化是关闭基因，那么去甲基化这是使这个基因复活，这都是在酶的作用下引起的。第二个方面RNA干扰，我不详细去跟大家介绍，大家可以看一看我们PPT上面的介绍。 RNA干扰在实际工作中间也有很多的应用，比如研究基因功能，进行基因沉默，基因转录后的沉默，很多病毒性疾病的治疗，还有遗传性疾病的治疗，还有一些肿瘤的治疗等，应用都很广。 那么组蛋白的修饰，它可以通过影响组蛋白，与DNA的双链的亲和性来影响基因的表达，这是组蛋白修饰以后，它跟DNA结合，亲和性不一样，导致这个基因所在的位置开启和关闭，从而达到基因表达调控的目的。 好，关于表观遗传学的进展情况跟大家介绍到这里。顺便跟大家说表观遗传学与进化学说，进化理论里面，有一个被否定的拉马克用进废退学说，现在看来，拉马克的学说并非完全没有道理，我们自然选择很多性状，包括我们人工选择的很多性状，实际上它的基因水平没有差异，就是表遗传学水平上面发生了可遗传的变化，可以把它选下来是有效的，如果这个表遗传没效的话，如果不是因为表观遗传现象的话，我们很多人工选择育种，它的理论依据是不成立的。最近我们昆明动物所有一位叫王文的教授，提出了一个新的观点，认为我们农作物或者包括我们家禽家蓄，它的人工选择育种有效性，主要是在表观遗传水平实现的，人工选择就是表观遗传层面的选择，很多自然选择也在表观遗传层面发挥作用，所以自然选择不仅仅是在经典遗传水平上面发挥作用，在表观遗传水平上也会发生效用。 四、生物技术、克隆技术与干细胞工程 下面我们给大家介绍另外一个主题，那就是生物技术，在生物技术里面，我想跟大家介绍三个重要的技术，一个是转基因技术，一个是克隆技术，还有一个是干细胞工程。首先介绍什么叫转基因技术？什么叫转基因这个概念，转基因是指将外源基因转移到某种特定生物体中，使其在生物性状或者机能发生部分改变，使受体生物的遗传发生改造，使外源基因在受体生物体内整合到它的基因组里面去，能够稳定遗传下去，而且还要表达，这样接受了外源基因的受体生物，如果是植物，或者是动物，或者是微生物，都叫转基因生物，其中接受了外延基因的植物，接受了外源基因，并能稳定遗传外源基因的植物，叫转基因植物，同样的道理，转基因动物，就是接受了外源基因以后，也能够稳定地遗传下去的动物就叫转基因动物。所以转基因是我们在分子水平上面通过人为的技术手段，把外源基因重组，导入到受体生物体内，让它稳定地在受体生物体内遗传下去的遗传技术，叫转基因技术。我们人类在转基因动物，转基因植物方面做了很多卓有成效的工作。将细菌里面的BT基因，是一种对昆虫有毒的毒素基因，转入到棉花里面，它就产生毒素蛋白，就对棉铃虫有杀害作用，有时候我们把这种转基因棉叫做抗虫棉。所以转外源基因，第一你要选好目的基因，转这个基因干什么，然后要构建转化的载体，怎样才能把这个基因，外源基因通过它的运载工具，能够运输、运载到受体细胞或者受体植物、动物微生物体内去，还让它能够有机整合到它的基因组里面去，让它稳定遗传下去，这都是转基因过程中间需要解决的几个问题。 目前转基因技术的进展速度很快，比如1997年全球的转基因作物种植面积是1100万亩，到98年一年以后，翻了两番，3万公顷，到2002年已经达到5870万公顷，在7年时间里面增加了34倍，那么为什么要转基因呢？而且现在转基因又给大家提出来一个不敢吃转基因食品，转基因大豆油的问题，转基因食品大家都不敢吃，实际上不是那么可怕，我可以这么说，我们吃的所有的食物里面，自然界中转过多少基因你根本不知道，只是我们现在通过人为转了基因你觉得很可怕，但是在自然界里面，我们遗传物质，遗传信息，有纵向传递，有横向传递的过程，不同生物之间进行过很多的基因交流，包括在我们人类基因组里面，有一个Alu序列在我们人类基因组里就有几十万个拷贝，历史上可能就是逆转座子，它是怎么来的？在我们基因组里面复制那么多，也没有那么可怕。 目前全球已经拥有的转基因的植物有多少种呢？有120多种，其中以大豆、棉花、玉米、油菜、西红柿为主，转基因作物开始大面积商品化生产，这已经成为不争的事实，这是转基因在作物上面的应用，大凡要转的目的基因，要么是提高品质，要么是提高产量，要么是提高抗逆性，这就是目前的转基因植物。 我们再看看转基因动物，现在转基因的动物里面，我特别举几个例子，比如转基因牛，把人乳的基因转到牛乳里面，让牛乳里面含有人乳的一些营养要素，改善牛奶的成份，或者品质。再就是把一些生物药用蛋白基因转到奶牛，从牛奶里面把这个药用蛋白提取出来。第三个是增加产奶量，使奶牛的产量得到提高。 我们再来看看转基因猪，目前转基因的猪，主要集中在这四个方面，第一，选育成高产优质品种，比如选超级猪，现在我们所有的农作物，或者家禽家蓄都讲究提高产品，提高品质，提高抗性，优质高产，这是我们生产实践中间必须解决的问题。第二，猪还可以用作研究人类疾病的动物模型。因为猪的很多器官跟人体相应的器官大小相关，猪跟人的亲缘性也很高，基因同源性85以上，所以用猪作为人类疾病的动物模型。第三，用猪来生产人类的药用蛋白，作为生物反应器，例如生产人的血红蛋白，现在在我们医院里面药物用的一些蛋白经常会短缺。在转基因猪里面可以生产人类血红蛋白等制品。第四，利用转基因猪生产人体的器官，这是利用猪的很多器官，跟人体相应的器官大小基本差不多，而且外形比较近，所以转基因猪的用途，主要在这几个方面。 下面我们再看一看转基因的羊，研究主要集中在利用它的乳腺作为生物反应器，生产药用蛋白上面，在我们国家就有这样成功的报道，1998年初，上海医学遗传学就获得了5只转基因山羊，这种山羊能生产一种药用蛋白，人的凝血九因子。 还有转基因鱼，03年美国得到了一种能够发红色（萤光）的转基因斑马鱼，这个鱼很漂亮，在家里养的宠物里面如果有这样的一种鱼，那么它的经济价值和社会价值都是很好的。所以转基因技术在动物、植物方面都取得了很多成就。 我们这一节课，就跟大家介绍到这里。 上面我们简要介绍了一下转基因技术的一些主要的进展情况，下面我们再进一步把克隆技术给大家做一个介绍，所谓克隆，我们最早把它翻译成无性繁殖或者无性繁殖系，就是有一个原始的母细胞通过无性繁殖繁衍出来的后代，所组成的一个系，叫无性繁殖系。克隆技术经历了三个发展时期，第一个发展时期是微生物的克隆，一个菌落，实际上就是一个无性繁殖系，第二个发展时期，生物技术的克隆，我们经典的农事操作里面，扦插就是典型的无性繁殖，所以我们很多果树到现在还是采用了（扦插）嫁接这样的一些无性繁殖的技术。植物细胞培养，原生质体的培养，花粉培养，花药培养，培养产生的后代，都是无性繁殖系。那么在植物方面最早是胡萝卜，烟草，它们证明了植物细胞的全能性，每一个细胞都可以通过培养以后，变成一个个体，我们在植物上面，最早证明了细胞是全能的。第三个发展时期，动物克隆，在动物细胞里面，高度分化的动物细胞有没有全能性呢，第一个高等动物克隆成功，大家都知道，是波利羊，这个由英国科学家克隆出来的波利，是由乳腺细胞克隆出来的，乳腺细胞的细胞核要放到那个代孕母体的卵细胞，把卵细胞核去掉，把这个要克隆的细胞核置换到那个卵细胞里面去，借用卵细胞里面的细胞质里的细胞因子，在代孕母体里面才能完成这个克隆过程，所以所谓的动物细胞克隆，不是像我们植物完全在试管里面完成，必须借助代孕母体。那么我们讲到最早的波利成功以后，又克隆了一个多利，多利实际上是一个转基因的克隆羊，它跟波利不同的是，波利完全是一个供体羊的泌乳细胞，细胞核发育成一个完整的个体出来，多利是在供体羊的细胞核里面转了一个人乳的基因进去，转了基因以后，再把核植换到代孕母体那个卵细胞里面去，置换，然后在代孕母体里面完成胚胎发育，最后长成个体出来。所以多利和波利是有差别的，尽管都是克隆羊，但是它有差别的，一个是典型的克隆羊，一是个转基因的克隆羊。我们国家完成了克隆牛，有的国家完成了克隆猴，克隆猪等。但是关于克隆人的问题，主要是受到了伦理学的限制，现在还没有哪一个国家是允许克隆人的。关于克隆技术我就给大家简要介绍到这个地方。那么在介绍完不同的技术以后，我们还想介绍一下生物学上出现的新技术，随着人类基因组计划完成以后，那些经典的、低通量的分子生物学技术如PCR技术，核酸分子杂交技术，DNA测序技术，都不是高通量的，自人类基因组计划带动了技术的不断进步，高通量的技术不断被发明出来，如基因芯片，或者叫微阵列技术，能大规模筛选目的片段，目的基因，整个细胞里面表达多少基因，在基因芯片上就可以读出有哪些基因是表达的，有哪些基因是高表达，有哪些基因低表达，有哪些基因是不表达的，可以将整个一个细胞里面基因转录组高通量地筛选出来。 基因芯片，还可以用来进行DNA序列测定，与双脱氧链终止法的测序原理不同，它利用的是整合化学的原理，如果将20个碱基长度的核酸链，点成点阵于微阵列上面，这20个碱基在理论上就是4的20次方种组合，把所有的序列组合按照一定的顺序点在微阵列上面，然后把待测的DNA样本，不完全酶解成不同的片断，将这些片断跟芯片进行杂交，根据产生的杂交信号末端重复，就能把待测样品序列测定出来。这就极大提高了测序的效率。 有一种高通量的直接测序技术，就相当于我们碾米机，这边稻子进来，那边白米出去，以DNA测序为例，设计一张半透膜，在膜上打一个孔，让DNA能够正好穿过这个孔，DNA不同的碱基，ATCG，穿过这个膜以后，产生的跨膜电流和跨膜电位不一样，记录这个跨膜电流和跨膜电位就能把序列搞清楚，就能实现高通量的测序，现在第二代的测序仪器在我们华大基因组已经有很多台，华大基因公司是目前全世界测序能力最强的一个公司，一般基因组拿去一个礼拜就能解决问题，测序效率相当高，所以随着基因组时代的进步，高通量技术的发展，将来测序已经不是一个很大的问题。跟我们基因组计划开始之初，已经有天翻地覆的进步了。关于生物技术和克隆技术就给大家介绍到这儿。 下面介绍另外一个技术，干细胞与细胞工程。我们大家都知道，生物体都是由细胞组成的，这是细胞学说的主要内容，对于单细胞生物它就是一个细胞，不存在分化，只存在分裂产生新一代细胞，产生新的个体，对于多细胞的高等生物来说，它是多细胞的，不同的细胞，随着它的分化，执行不同的功能，产生不同的组织器官，甚至最后要衰老，不能再分化，不能再分裂。高等生物都是由不同细胞分化成不同的组织器官，然后分化出不同的个体出来，但是细胞在不同的组织器官里面，它的细胞分化程度不一样，它们的再生能力也不一样。但是有一类细胞，它一直不分化，它不分化，或者它分化程度一直不高，所以这类细胞，我们叫起源细胞，比如胚胎细胞，它是起源细胞，这个细胞上一页[1]&[2]&[3]&[4]&下一页 可向任何组织，任何细胞类型去分化去，所以这种细胞叫全能细胞，这类具有再向别的细胞分化能力的细胞，我们叫它干细胞。干细胞工程，就是利用干细胞来做一系列的科学研究和应用研究。首先我们给干细胞下一个定义，干细胞即叫起源细胞，是在细胞的分化过程中间，没有分化到它的末端，保留了分化能力的细胞，肌体在发育过程中，为了弥补分化终端的细胞会死亡这个缺陷，保留了一部分没有分化的原始细胞称它为干细胞。干细胞按照它的分化潜能可以分为全能干细胞，如胚胎干细胞，只要经过不同的诱导，它就可以分化成不同类型的末端细胞出来，有的细胞只具有一定的分化能力，不是所有的细胞它都能分化，它只能分化成部分细胞，这种叫多能干细胞。这类细胞已经分化到一定程度了，它并不像全能干细胞，所有的细胞类型它都可以分化，这类细胞只能分化到一部分，某些类别的细胞，具有这种能力的细胞，叫多能干细胞。还有一类细胞，它快接近终端细胞，这种细胞只能分化到一类，或者一两类细胞类型，具有这样一种分化能力的细胞，叫单能干细胞。这是按照分化的潜能来把这个干细胞进行分类，可以分成全能干细胞，多能干细胞，还有单能干细胞，如果按照发育状态，来对干细胞进行划分，可以分成胚胎干细胞，这是全能干细胞，还有成体干细胞，大多为多能或者单能干细胞。那么什么叫全能干细胞呢？是指具有形成完整个体的分化潜能的细胞，例如胚胎干细胞叫全能干细胞，那么什么叫多能干细胞呢？具有分化出多种细胞组织的潜能，例如造血干细胞，神经干细胞，都是多能干细胞。而单能干细胞呢，只能向一种或者两种密切相关的细胞类型分化，比如上皮组织的肌体层的干细胞，肌肉中的沉积细胞，它们只有很小的一种分化性能，称为单能干细胞。那么胚胎干细胞是目前干细胞工程里面最重要的研究对象，这种干细胞具有发育的全能性，所以能分化出成体动物的所有的组织和器官，包括生殖细胞，因此研究和利用胚胎干细胞，是当前生物工程领域或者干细胞工程领域的核心问题。在未来几年，胚胎干细胞移植，和其他先进生物技术联合应用，很可能在移植医学领域里面引发革命性的进步，所以胚胎干细胞研究的前景，尤其是应用前景，对人类很多疾病的治疗前景，都十分的诱人。相对于胚胎干细胞，就是成体干细胞，比如说表皮和造血系统，具有修复和再生的能力，成体干细胞在其中起了关键性作用。在特定的条件下面，成体干细胞，或者产生新的干细胞，就按一定的程度分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的一种平衡状态，这是成体干细胞所起的作用，造血干细胞，是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血和脐带血中间，造血干细胞的移植是治疗血液系统疾病，先天性遗传疾病，以及多发性转移性肿瘤疾病的有效方法。所以造血干细胞的细胞工程，也是有很好的应用前景的。它与骨髓移植，和外周血干细胞移植相比，汲取了干细胞移植的长处，无来源的限制，对HLA配型的要求也没前两者那么高，也不易受病毒和肿瘤的污染，所以在骨髓移植和外周血干细胞工程当中，脐血干细胞的移植，脐血干细胞受到的重视更甚。 神经干细胞的研究尽管现在还是在一个比较初期的阶段，但是从理论上来分析，任何一种中枢神经疾病，都可以归结于神经干细胞功能紊乱，比如说给帕金森综合症患者的脑内移植带有多巴胺生成细胞的神经细胞，就可以治愈部分患者的症状，所以它的医学应用潜能很大，很诱人。你想阿里拳王的帕金森综合症通过这个干细胞移植，就不那么颤抖，这是多么令人向往的事情，帕金森患者很多，如果取得成功的话，将来创造的社会效益，那是无法估量的。 那么干细胞归纳起来，到底有多少用途呢？可以治疗遗传性疾病和恶性肿瘤，这是第一个方面的应用，第二可以以干细胞为种子，培育成某些组织和器官，以这个为种子，通过组织培养，然后诱导它分化成不同的组织和器官，这个干什么用呢？用于移植医学，这样的话，我们现在器官移植的组织排异，找配型很难的问题便可通过自身干细胞培养，诱导，形成一个新的组织器官来解决了，排异的问题解决了，几乎所有的问题都迎刃而解了。这会给需要器官移植的众多的患者带来一个很大的福音。这是第二个方面的应用。第三个方面抗衰老延年益寿，我们古代的皇帝就喜欢长命百岁，万寿无疆，甚至于长生不老，当然长生不老做不到，但是通过干细胞，干细胞工程，移植一些干细胞，使衰老平衡，平衡缓慢，达到抗衰老和延年益寿的目的。所以干细胞工程的前景十分广阔。 目前干细胞在治疗医学方面已经取得了一些重要的进展，很多科学家都认为，干细胞可能成为一种拯救生命的有效手段。现在取得成功的有用小剂量的造血干细胞使患者骨髓再生，避免了肿瘤病人进行自体骨髓移植时所致的瘤细胞污染。再例如成熟的神经系统存在的干细胞，在某些因素的诱导下，可以增值和定向分化，给神经退行性疾病，骨髓损伤患者带来无限的希望。所以干细胞工程也是目前生物医学研究领域里面一个十分热门的研究领域，不断有新的令人振奋的成果报道出来。 这是关于我们生命科学在技术方面的一些主要进展情况。我们介绍了三个方面的技术进展，一个是转基因技术，转基因的植物，转基因的动物，转基因技术在动物和植物上面取得的一些令人瞩目的成就，第二个方面介绍了克隆技术，几乎所有的高等生物，高等动物，哺乳动物都可以克隆，实际上克隆人的技术条件也已成熟，只是出于法律和伦理的限制，现在还没有让克隆人合法化，因为这个里面很重要的伦理问题得不到很好的解决。这是第二个方面。 第三个方面跟大家简要介绍的是干细胞及其干细胞工程的迷人应用前景，和已经取得的一些研究和应用成就。这样的话我们关于生命科学进展这一块的内容大体上就跟大家介绍到这个地方，我们简要回顾一下，在我介绍的理论和技术的进展领域，理论方面的进展尤其需要我们大家给予应有重视的是基因组学和生物信息学，因为这个决定了将来我们生命科学、生命科学人才的发展方向，是决定我们生命科学人才能否取得重要研究成就，能否赶上生命科学步伐的重要条件，如果你现在都不能把握我们基因组学思想，理论和方法，那么我们肯定赶不上生命科学快速进展的步伐。关于生命科学的进展我跟大家就简要介绍到这儿。 五、现代生命科学的迅猛发展与中学生物学 下面想跟大家谈一下我个人的一些感想，是关于生命科学的发展与我们中学生物学的教学到底有没有什么联系？我谈的全是个人的看法，不对之处，请批评指正。目的在于和大家一起探讨交流。 我首先认为生命科学这样惊人的发展速度，对我们中学生物学的课程理念，提出了新的要求，这是我的第一个观点，为什么这么讲呢？在我印象中间，在我们新的课程里面，已经对很多的新的生物学的原理、知识、方法、技术都做了必要的介绍，这符合新的生物学发展的需要，但是从课程理念这个角度来讲，可能还要有一些更新或者改变，因为我们的生物学是从早期的描述生物学发展过来的，那个时候大家有印象，在描述生物学的阶段，学生物学的人，你有一个好记性，你会背书，你会认各种动物，各种植物能够表述它，能够把它的生活史，把它的特征搞清楚，你生物学就学得很好了，但是那仅仅是认识生物学的阶段，从它的表象，表面认识的阶段。那么后来随着我们细胞学，遗传学科的兴起，实验生物学进入了主战场，生物学要做实验，以这样一种观念来认识生物学，到现在为止生物学依然要做实验，要通过实验去验证，去证明对生物学规律的认识，是否是正确的，生物学永远离不开实验，但是它不是传统意义上面的实验生物学，不仅仅是没有目的，只就一个小现象，作一个简单观察的实验，是不能解决深层次的、生命科学内在机理的问题的，系统的复杂的内在联系是没办法通过简单实验所能完成的。生物学已经发展到了分子生物学的阶段，在分子水平上面，把动物、植物、微生物全部统一起来，大家的遗传物质，功能分子一样，所有大分子性质一样，所有大分子一样，构成生物大分子的砖瓦，建筑材料也一样，所以在分子水平上，已经把我们的生物学统一起来了，生物学进入分子水平以后，原来的在生物个体、细胞水平上的一些观念和方法，就显得不是那么的适用了。为什么？生物学到分子水平上，生物信息的积累呈几何级数增长，人类基因组计划，30亿个碱基，那就是200本1千页这样的书，这还只是基因组序列的信息，里面蕴含的各种各样的其他信息大概已经不止200本，甚至2千本书也写不下了，而且这些信息都是大家可以共享的，所以到这个时候有了这么多分子信息以后，有很多未知序列的功能怎么样，我们不清楚，经典的生物学研究是通过实验、表形的观察，遗传学研究通过表形的观察，通过突变体，然后等位基因，相对性状的分离，去推断决定这个性状的基因是怎么传递的，怎么变异的，然后去给它们进行基因作图。但是现在我知道，有大量的DNA片断，它们到底是什么功能，我们就要对这些DNA序列进行研究，与不同生物的DNA序列进行比较，这个时候就需要有系统的观念，信息的观念，而不仅仅是描述生物学的观念来进行学习和研究，所以把现在的遗传学研究，叫反向遗传学，或者反向生物学，或者反求遗传学了。现在，可以从一个遗传物质分子出发，反推它在整个生命过程中所发挥的作用，它是编码什么蛋白质的基因，这个基因在什么时候表达，决定什么功能，跟别的基因是什么样的一种网络合作关系，都要系统去进行研究，所以我们经典的描述生物学的那种理念，纯粹单一实验生物学的那种理念已经不能够很好地适应生物学的这个发展要求了。 正因为有这么多生物分子信息，21世纪理论生物学将会蓬勃兴起，现在有很多理论生物学的杂志，而且影响力一直很高，从理论上推导生物学是怎么回事？我们国家就有一位，原来是物理学家，后来从事生物信息学研究的罗辽复教授，他利用一个简单的定理，一个简单的假定，来推导我们遗传密码，为什么那些遗传密码子，就编码那个氨基酸，在一个简单的假定前提条件下，就能够把一套遗传密码系统合理地推导出来，这就是理论生物学的重要的威力，它在推导这个遗传密码的时候的假定就是突变危险性极小，这符合我们生物学，遗传学上面突变危险性要小的原理，突变危险性一大，这个生物体就不复存在了，所以突变危险性极小，是我们生物在整个遗传变异和进化过程中所遵循的一个原则。他在这个假定下面，把全套遗传密码把它推导出来。正因为我们的生物学已经不仅仅是完全通过试验去摸索不同的现象的内在规律，而是在已经有了很多生物的遗传密码蓝本的基础上进一步发展的时代，理论生物学也就应运而生了，系统生物学，理论生物学这样崭新的学科，使得我们生命系统这个复杂的问题的解决，成为了可能。因此，在我们的课程理念中间，在我们新课标中间提出了提高生物科学素养问题，就是要改变对生命科学发展现状，发展趋势的认识，要提高这样的认识，就必须正确把握生物学前进的脚步，前进的方向，就要倡导研究性学习，比如对免疫系统相关的基因感兴趣，这些基因是怎么进化的，我们就可以在网上下载到很多这类基因的信息，你可以用生物信息的手段去研究去挖掘，得出大体上的模拟模型以后，你就可以设计实验，去验证你的理论推断是否合理，如果你做不到这样的分析，你就很难做出很高效的科学研究成果出来。 新课标里面提出来，提高生物科学素养，倡导研究性学习，这样的课程理念不是没有它的生命科学发展的背景的，生命科学发展的背景，就要求生物学，从中学开始就要从理念、观念上有这样的认识，有这样的实践。因此，我个人觉得生命科学的迅猛发展对中学生物学课程理念提出了一些新的要求。 现代生命科学实际上是由实验生物学、理论生物学和计算生物学，三大支柱串起来的整体生物学，要这样理解我们现代的生物学的现状。这三个学科支撑的现代生物学，是建立在数据、信息、知识、理论这样一个大的信息平台上面的生物学，所以我说现代生物学是建立在现代生物信息平台上面的生物学，如果不能熟悉和运用生物信息平台，那么我们的生物学就很难跟得上时代的脚步，也就很难说，我们能把握生物学进展的脉搏，或者我们就很难真正地去领会和学习好生物学，也很难提高我们的生物学的综合素质和研究能力。这是为什么在中学生物学里面我们觉得要提高课程理念，掌握和利用好现代生物信息平台的道理。 我们要提高生物学的理念，提高我们的科学素养，和课标提出要提高科学素养和研究能力，以培养高素质的公民，那么什么叫高素质的公民呢？我们的生物学课程的标准，它希望我们做什么样的高素质的公民呢？是希望每一个学生通过学习，能够对生物学产生更浓厚的兴趣，对生物学知识的系统性，先进性，理论性，有更深入地理解，对今后的职业的选择，和这个学习知识的能力有更深入的理解，对今后的职业选择和学习的方向有更多的思考，做好更充分的准备，能够在探究能力、创新能力、学习能力、发现问题、和解决问题的能力等各个方面有更好的发展。能够在责任感、使命感、科学精神、创新意识、环境意识和生态意识、和生命价值意识等方面得到提高。所以正因为是这样的一些要求，新课标给我们提出这么高的要求，要培养这么高素质的公民，对我们广大教师，要深入理解并且在教育实践中要认真贯彻这个提高生物科学素养，倡导研究型学习的课程理念，要自觉地去执行和做到要身体力行地去实践这种理念。这是关于生命科学发展与中学生物教学方面我的第一个观点。 第二个观点跟大家在一起交流和探讨的是生命科学这么日新月异的发展进步，进步神速，对我们中学生物学的教学内容也提出了新的要求。当前，我们中学生物学课程内容，包括大学里面的很多生物学内容，都存在一个滞后问题，因为我们的教科书编的再新，也没有赶得上生命科学日新月异的进步的脚步，它进步得太快了，我们生命科学里面新的学科领域，新的概念，新的原理，新的规律，新的知识，新的发现，新的技术，它是源源不断，层出不穷的，像雨后春笋般，今天冒几个，明天冒几个，不是一个一个冒，在我们中学生物学课程中间，怎样有效地去把这些新的成果、新的成就、新的思想、新的原理、新的方法、新的观念，体现出来，教给我们的学生，是一个很值得思考的问题。尽管现在在我们的初中生物学这个课程中间增加了现代生物技术等方面的新内容，但是可以说三年前我们教材里面编的现代生物技术，在那个时候比较现代，三年以后，可能就不怎么现代了，不新鲜了，不是新技术了，所以为了让我们的学生能够有效地及时地把握我们生命科学里面新的进展，我们老师自身，自己也应该要在内容上面有所关注，对生物学新进展方面的内容要给予足够的关注。这就是对我们在第一线从事生命科学教学的老师提出了新的要求。我们这些第一线的工作人员如果一个月不学习，不去看，去跟踪生命科学前沿发展的话，很快就会落伍，你的课题已经不是新课题，你的研究领域已经不是在这个研究领域的前沿，跟着人家的脚步跑，可能还来不及，所以我们每个从事生命科学的人，无论是搞教学的，还是搞科学研究的，无论初中教学也好，高中教学也好，大学教学也好，都应该随时随地地跟踪生命科学的发展前沿，及时进行自我知识的更新，否则的话落伍起来很快，因为我们肩负着讲述现代生物学鲜活知识、理论和思想这样的重任，所以我们没有理由不及时跟上生命科学前进的步伐，应该说跟上步伐，跟上生命科学进展的步伐，是我们每一位科学工作者，生命科学工作者义不容辞的责任。 关于这一点，还是要提到前面我讲的那位生物信息大家说的这样一句话，我们半天时间在网络能节约半月时间在实验室，实际上我们半天时间在网络去跟踪了解信息时代的生命科学，了解各领域迅猛发展的方向和前进的脚步，就基本上能够跟得上时代脚步了。与国外比较一下，美国所有的高级别的顶级杂志都是要求做到使中学生能看懂，都是有网络版的，学生都是能随便去看的，学生都能很熟练地掌握现代生物信息学，生物信息平台，我们中国的学生能不能站在这个平台上面去同台竞技呢，我们有一个先天的不足，就是我们的语言，因为现在所有的生物进展的文献，信息平台，都是在英语语言环境下的，所以如果要跟上日新月异的生命科学的进展步伐，我们老师、学生，对生物学专业英语是必须有所掌握的，这就要求我们过英语这个语言关的。在西方国家，包括在我们亚洲的新加坡，讲现代人要不成为科盲，就要懂生物技术和信息技术，要不做文盲，就要懂你本国语言和英语，所以如果我们不想培养出新时代的新文盲，新科盲，我们就既要懂生物，懂日益进展的生物技术，走上宏大的生物信息平台，又要懂英语，汉语，通过不做文盲，然后不做科盲。西方国家虽有它的优势，他们的学生可以在那个平台上自由、畅通无阻地施展他们的才华，我们呢，也一定也要利用好这个平台，在利用好这个平台的同时把我们英语水平提高上去，国外能在那个信息生物信息平台上面大展身手，我们也应该从容地去面对日益进步、日益发展的信息时代的生命科学。更多生物教学论文，请访问中国教师站频道。
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