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1.生物学研究的发展历程

2010-09-02  昵称30972...
1.生物学研究的发展历程

 

  (1)生物学是研究生命的科学,至今已有数百年历史,人类对生命的认识水平正在不断提高

    生物学一词是法国科学家拉马克和德国科学家特来维拉纳斯于1802年分别提出的。生物学在不同层次上研究一切生物体的结构、功能、发生和发展的规律,及其与环境间的相互关系。其目的在于阐明生命的本质,对生命活动有效控制和加以改造、利用,使之为人类服务。
    生物学经历了漫长的发展过程,形成了系统而完整的科学体系,进入了模拟和试验技术阶段,帮助我们理解最基本的生命过程。
    西方生物学在15世纪文艺复兴运动后得到较快发展。16世纪中期,比利时医生维萨留斯奠定了人体解剖学的基础;17世纪上半叶,英国医生哈维发现了血液循环;荷兰的列文虎克在17世纪后期发现了微生物世界;18世纪时瑞典的林奈建立了生物的科学分类法,创立了双名命名法。19世纪后,生物学获得了快速的发展,其中最主要的有施莱登和施旺,建立的细胞学说;微尔和提出了细胞病理学说;达尔文1859年发表了不朽名著《物种起源》,奠定了科学进化论的基础,1900年孟德尔遗传定律的重新发现,等等。由于这些重大进展,使生物学从原来的描述性学科发展成一门实验性的学科。自20世纪50年代以来,由于自然科学新成就在生物学研究中的广泛应用,更使生物学的研究逐步深入到分子结构与功能水平,从静态观察发展到对生命活动过程的分析和测定。1953年由沃森和克里克两人提出了遗传物质脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构模型,从此,把整个生物学研究推进到分子生物学的新阶段。到了70年代,一门由分子生物学与实践密切联系的新学科——生物过程学脱颖而出,它标志着生物学理论与实践结合的最新成果,为人类更有效地利用和能动地改造生物界提供了锐利武器。

列文虎克   林奈     施莱登        施旺       维萨留斯     哈维


2)生物学的里程碑:从19世纪的进化论到20世纪的基因工程

     *达尔文提出的生物进化论成为震惊世界的大事,誉为19世纪自然科学的三大发现之一
    19世纪中叶,达尔文对野生和家养的动植物进行了调查研究,总结出以自然选择为中心的进化学说,使生物学有了突破性的发展。
    地球上生存着几百万种动物和植物。它们究竟是从哪里来的呢?有人说是上帝创造的;有人说是天生就有的;也有人说,是逐步进化发展而来的。19世纪英国伟大的博物学家达尔文第一次科学地回答了这个问题。他认为:生物是从简单到复杂、从低级到高级逐步发展而来的。生物在进化过程中不断地进行着生存斗争,进行着自然选择。这一进化理论合理地解释了自然界中生物的进化发展过程,因此被称为19世纪自然科学的三大发现之一。在达尔文时代以前的老观念是:物种是不变的,各个物种间互不关联,彼此没有血统关系。而达尔文在对大量生物现象进行考察之后,认为物种是可变的,而且不同的物种有共同的祖先。达尔文得出了这样一个重要结论:某个物种只要条件比其他物种优越,哪怕是略见优越,也会有很好的机会生存下来,并且繁殖后代。这就是著名的“自然选择”理论。达尔文的伟大著作《物种起源》于1859年出版,达尔文十分详尽地解释了生命世界中一向无法阐明的相似和差异的情形。他指出生命只有一种祖先,因为生命都起源于一个原始细胞的开端。1871年达尔文又出版了《人类的由来》一书,提出了人是由低等动物渐次演变后,有类人猿进化而来的观点。如今这一观点早已为全世界所接受,成为人尽皆知的常识。

 
 

    *赫胥黎发表《人类在自然界的位置》
    1863英国博物学家赫胥黎出版了《人类在自然界的位置》一书,首先提出人类起源这一重大问题,并特别强调人类是由猿进化而来的观点。《人类在自然界的位置》的出版,不但首先提出了人猿同组论,而且确定了人类在动物界的位置,从此赋予人类起源的科学性。他的研究毕竟为后人探索人类起源问题提供了可靠的依据。

    *19世纪30年代德国植物学家施莱登创立了细胞学说,系统地描述了细胞的结构和作用
    在18和19世纪,许多科学家都在研究细胞方面有所贡献,但是细胞学说的最后确立者则是德国植物学家施莱登和施旺。1838年施莱登发表了《植物发生论》一文,引用了布朗关于细胞核与细胞发育时二者间存在特殊相应关系的说法,认为细胞核是“植物细胞普遍存在的基本结构”,植物体中每个细胞,“一方面是独立的,进行自身发展生活;另一方面则是附属的,是作为植物整体的一个组成部分而生活着”。
    1839年德国生理学家施旺发表关于细胞的著作,进一步完善了施莱登的细胞学说,他发表了《关于动植物结构和生长相似性的显微研究》一文,把施莱登的植物的基本结构是细胞的观点推广到了动物界,并指出动植物发育的共同普遍规律,这一观点在生物史上具有划时代的意义。细胞学说对于生物学的重要性如同原子学说对于化学和物理学。


    *孟德尔的发现与遗传基因
    1865年孟德尔根据前人的工作和他自己进行8年的豌豆杂交试验,发现了自然界中遗传与变异的奥秘,提出了遗传因子分离和重组的假设,为遗传学作为一门独立学科的出现揭开了序幕。
    孟德尔建立系统的遗传学说,提出了遗传学第一和第二定律。生物体表现出来的大小、高矮、颜色等形状,是人们感觉到的表面现象,而这些现象的重复出现一定有某些内在的原因。孟德尔把这种决定性状的内在原因称为“遗传因子”。他明确指出,生物体的每种形状是由两个遗传因子决定的。当决定某一形状的两个因子完全一样时,遗传因子的组合方式叫纯组合,即纯种;如果两个遗传因子只是相似,那么遗传因子的组合就是杂种。孟德尔认为每个生殖细胞中只有一对遗传因子中的一个,成对遗传因子在生物体形成生殖细胞时必然分离,被称作遗传学第一定律,即“分离定律”。孟德尔将各对基因的独立分离和不同对基因的自由组合称为遗传学第二定律,即“自由组合定律”或“独立分配规律”,也就是说生物体在形成生殖细胞时,每一对遗传因子都要分离,这些一对一对的遗传因子分离后就不在有任何关系,再次组合时可以和原来并不是一对的遗传因子自由搭配,进入同一个生殖细胞中。
    孟德尔被科学界发现后,遗传学迅速成为生物学家们的研究热点。科学界认为“遗传因子”概念使用不方便,“基因”这一名称更能反映出事物的本质,意思是最基本的因子。1909年丹麦植物学家和遗传学家威尔海姆·约翰森提出术语“基因”,将“gangenes”简化为“gene(基因)”。

                           

    *1874年瑞士化学家米歇尔发现核酸,揭示了基因的本质,首次分离出DNA,现在,人们称米歇尔发现的物质为脱氧核糖核酸(DNA),它作为染色体的一个组成部分而存在于细胞核内,是生物的遗传物质,携带着遗传信息。

   *弗莱明观察到细胞有丝分裂
    弗莱明(Flemish Walther,1843-1905),德国解剖学家、细胞遗传的奠基人。他是世界上首位观察并系统描述正常的细胞分裂(有丝分裂)中细胞核内染色体行为的科学家,被誉为细胞遗传学的奠基人。19世纪70年代,细胞学家掌握了给细胞染色的技术,弗莱明就是这方面的先导者,他把不同阶段杀死的细胞用这些染料着色来制成一系列的切片,再用显微镜观察,就能清楚地看到细胞分裂时核内连续发生的变化。他证明了丝状物(后称染色体)有丝分裂为生长、更新提供新的细胞,因此对生命有着重要意义。1882年弗莱明出版了其历史性著作《细胞物质、核和细胞分裂》,描述细胞分裂的过程。弗莱明在遗传学方面的工作直到20年后孟德尔遗传原理得到承认时才受到充分重视。
  


   *英国医生加罗德观察到遗传性疾病,发现酶对基因有影响,然而,加罗德关于遗传物质控制体内特殊蛋白质的直接作用的研究直到20世纪50年代才被人们理解。鉴于他对科学的贡献,人们将加罗德尊为“化学遗传性之父”。
     

    摩尔根(1866-1945)美国胚胎学家、遗传学家。1928年他和同事以果蝇为实验材料,创立基因学说。

*1911年美国生物学家摩尔根阐明关于基因的学说
    摩尔根发现生物遗传基因的确在生殖细胞的染色体上,而且发现基因在每条染色体内是直线排列的。染色体可以自由组合,而排在一条染色体上的基因是不能自由组合的。染色体好比是链条,基因好比构成链条的链环,链环总跟着链条跑,也就是说,基因总是随着染色体走的。摩尔根把这种特点称为基因的“连锁”。由于同源染色体的断离与结合,而产生了基因的“交换”。连锁和交换定律,是摩尔根发现的遗传学第三定律,他因此创立了著名的基因学说,揭示了基因是组成染色体的遗传单位,它能控制遗传性状的发育,也是突变、重组、交换的基本单位。染色体好比传递基因的接力棒,它永不停息地从上一代传往下一代。摩尔根是现代遗传学的奠基者,他通过著名的果蝇实验,证明并发展了孟德尔遗传学理论。他认为染色体是遗传性状传递机制的物质基础,而基因是组成染色体的遗传单位,基因的突变会导致生物体遗传特性发生变化。1933年,摩尔根因为对基因的研究成果而获得了诺贝尔医学和生理学奖。            

       

       *1941年美国生物学家比德尔和塔特姆证明酶有控制基因的作用,认为一个基因的功能相当于一个特定的蛋白质(酶),基因和酶的特性是同一序列的,每一基因突变都影响着酶的活性,于是在1946年提出了“一个基因一个酶”的假说,奠定了基因和酶之间控制关系的概念,开创了现代生物化学遗传学。1958年比德尔和塔特姆获得诺贝尔生理学和医学奖。
        比德尔          塔特姆

*建立DNA双螺旋结构模型,克里克和沃森完成了一个划时代的创举
   20世纪40年代末,关于核酸的结构和功能的研究日益引起学术界的重视,有多种学科的科学家投入到对DNA结构和功能的探索之中,形成了生化学派、信息学派和结构学派等不同研究方向。
   比德尔和塔特姆的“一个基因一个酶”的假说;50年代初,英国科学家威尔金斯等用X射线衍射技术研究DNA结构,意识到DNA是一种螺旋结构;女物理学家富兰克林在1951年底拍到了一张十分清晰的DNA的X射线衍射照片。
   1952年英国剑桥卡文迪什实验室的生物化学家克里克,与美国青年生物学家詹姆斯.沃森,合作研究DNA结构,试图揭示和阐明遗传信息的结构基础。1953年他们宣布研究发现:DNA是由两条核苷酸链组成的双螺旋结构。他们在实验室中搭建了一个DNA双螺旋模型,正确地反应出DNA的分子结构。同年在英国科学杂志《自然》发表了三篇文章,将这一成果公诸于世。从此,遗传学的历史和生物学的历史都从细胞阶段进入了分子阶段。DNA双螺旋结构完美地说明了遗传物质的遗传、生化和结构的主要特征,由此他们获得了1962年的诺贝尔医学和生理学奖。 
         

         

    
*科学家详细描述了DNA的复制过程,生命有遗传之谜已经被破解

    生命是一个不断复制和进化的过程,这个过程起始于DNA的复制,它已被科学家所掌握。DNA在复制时,首先双螺旋逐渐解开,借助特殊的酶,以每条母链为模板,合成一条与它互补的子链。这就如同仿造楼梯一样,先把两扶手拆开作模板,用原料按模板原样各造一条扶手,然后配成两条双扶手螺旋形楼梯。DNA就是按照这种方式一份一份地复制,从而保证了父辈的密码像拷贝一样准确无误地传给子孙。至此,千百年来一直困扰人们的遗传之谜被解开了。

                                                    

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