生命科学与智能探索.ppt

第九章 生命科学与智能探索 讨论： 20世纪自然科学的重大突破有哪些？ 说说你所理解的人工智能的概念是什么？ 在现代科学发展过程中，生物学取得了引人注目的成就。化学、物理学、数学向生物学领域的广泛渗透，为分子生物学的产生和发展奠定了基础。分子生物学的兴起,DNA双螺旋结构的建立，被视为20世纪自然科学的重大突破之一，也被看作是生物学发展的一个新的里程碑。 “生物学”这一传统学科概念正被“生命科学”的名称所取代，生命科学的进步也向数学、物理学、化学以及工程科学提出了新的问题，提供了新的理论和概念，开辟了许多新的研究领域和生长点，如脑和计算机、智能和人工智能等。 §9.1 现代生命科学 9.1.1 现代遗传学与分子生物学 现代遗传学的奠基人是奥地利生物学家孟德尔。他做出了重要的理论假定：在生物体内存在着一种遗传物质——遗传因子。 对基因理论发展做出重大贡献的是美国生物学家摩尔根。他进行了著名的果蝇杂交实验，发现了基因的连锁现象、交换现象，以及性别决定、伴性遗传等事实。 基因理论的主要内容： 基因作为物质的遗传单位，不是虚构的。“它代表着一个有机的化学实体”，是染色体的物质微粒。 基因坐落在染色体上，总是与一定的连锁群相联系。 基因能够重新产生，细胞分裂时子细胞中可以再生出一套同样的基因。 在一定条件下，基因能够以极小的几率发生变异，并保持其改变了的特性。 每个基因所具有的功能不是唯一的，在某些情况下，基因对个体形状往往显示出多种效应。 在同源染色体中，等位基因具有相互吸引的作用。 对蛋白质和核酸在生命现象中的作用，人们的认识经历了一个发展过程： 9.1.2 DNA的双螺旋结构的建立 薛定谔的《生命是什么？》 —— “唤起生物学革命的小册子” DNA双螺旋结构的建立是一个时代的产物，它与结构化学的兴起，特别是生物大分子晶体X射线衍射分析技术的发展密切相关。 X射线衍射技术应用于晶体蛋白质和核酸研究，对人们认识蛋白质和核酸的性质和推定它的三维结构起了重要作用。 20世纪50年代初，英国女科学家富兰克林用X射线衍射方法对DNA进行了研究，她拍摄了当时最好的DNA衍射图片。 1953年，克里克和沃森建立了DNA双螺旋结构的分子模型。这一成就后来被看作20世纪以来生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志。 DNA是一种高分子化合物，其基本组成单位是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成。 在建立DNA双螺旋结构模型之后不久，克里克和沃森进而指出了DNA分子结构的遗传含义。DNA分子独特的双螺旋结构为其自我复制提供了精确模版，而碱基互补配对能力则使复制准确完成得以保证。 对DNA分子结构及其自我复制机理的研究，极大地深化了人们对基因概念的理解，基因是一贯化学实体，是具有遗传效应的DNA分子中的一定核苷酸顺序，它是遗传信息贮存、传递、表达、形状分化和发育的依据。 9.1.3 基因的调节与控制：中心法则 基因通过DNA控制蛋白质合成的过程，可以分为两个重要步骤：转录和翻译。 是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程，它是在细胞核内完成的。转录方法表示为： 通过上述转录，DNA的遗传信息被传递到RNA上，这种RNA被称为信使RNA。 翻译是指以信使RNA为模版，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。这一过程是在细胞质中进行的。 上述遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译过程，以及遗传信息在DNA分子中的复制，刻画了基因调节和控制的机制，被称为“中心法则”。 9.1.4 遗传密码的破译 1961年，科学家第一次用实验给遗传密码以确切的解答， 到1969年，64种遗传密码的含义全部得到解答。 遗传密码同氨基酸之间的专一性联系是稳定的，遗传密码还具有可变性，基因的自然突变率在10-4～10-9之间。基因突变是密码子变化的结果，而这种基因突变是生物进化的主要源泉。 遗传密码的破译和中心法则的确立，直接导致了重组DNA技术的建立，并由此产生了基因工程。 重组DNA技术在新的产业革命中具有重要意义，它的建立被认为是分子生物学新时代的开始。 1985年美国科学家提出测定人类基因组全序列，呼吁科学家们联合起来从整体上研究和分析人类基因组序列。 1990年10月，美国正式启动人类基因组计划（HGP）项目，此后有德、日、法、英、中五国16个实验室的科学家先后加入该研究计划