第9章 生命科学与智能探索.doc

第9章 生命科学与智能探索 在现代科学发展过程中，生物学取得了引入瞩目的成就。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逐渐被“生命科学”的名称所取代。 9.1 现代生命科学 生命现象作为自然界的奇迹，历来对哲学家和科学家具有持久的魅力。生命科学就是要探索这个奇妙世界的奥秘。现代生命科学包括现代遗传学、分子生物学、生物化学和神经科学等诸多学科，其中以分子生物学为代表。 9.1.1 现代遗传学与分子生物学 摩尔根等人在《遗传的物质基础》(1919)、《基因论》(1926)等著作中系统论述了基因理论。该理论的主要内容如下： 1.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； 2.基因坐落在染色体上，总是与一定的连锁群相联系； 3.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； 4.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； 5.每个基因所具有的功能不是唯一的，在某些情况下，基因对个体性状往往显示出多种效应； 6.在同源染色体中，等位基因具有相互吸引的作用。 基因理论证明了染色体是基因的载体，但对染色体的化学分析表明它是由蛋白质和核酸这两种主要成分构成的，那么，究竟哪种成分是遗传的物质基础呢? 9.1.2 DNA的双螺旋结构的建立 1953年克里克和沃森在建立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具有特殊的双螺旋结构。 1、由两条反向平行的 脱氧核苷酸链围绕同一个 中心轴像副扶梯一样盘旋 的稳定结构。 2、脱氧核糖和磷酸交替 连接，排列在双螺旋的 外侧，构成基本骨架。 3、碱基排列在内侧，并与 中心垂直。 4、两条链上的碱基通过 氢键连接而成碱基对。 5、每10对碱基组成 一个螺旋周期. DNA双螺旋结构可以解决遗传学中长期存在的核心问题，即基因的分子基础问题。作为遗传的物质基础，为了保证遗传的稳定性，有机体在每次细胞分裂之前，DNA必须准确地复制自己。复制前，DNA两条互补链因中间的氢键破裂而分离，各自以自己为模板，在活细胞中以形成氢键为吸引力，同时借助酶的参与，形成一条新的互补链。其结果是，原来的一个亲代双螺旋分子变成两个完全相同的子代双螺旋分子，在子代分子的双链中，有一条单键来自亲代，另一条则是新复制的。因而这种复制方式被称为半保留复制。 9.1.3 基因的调节与控制：中心法则 基因作为具有遗传效应的DNA片段，其基本功能表现为两个方面：一方面通过复制，在生物繁衍过程中传递遗传信息；另一方面，在生物的个体发育中使遗传信息得以表达，从而使子代表现出与亲代相似的性状。 基因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。 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，刻划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 2003年4月完成人类基因组全部23对染色体10万个基因作图和DNA全长30亿个碱基对的序列分析。 9.2 生命的起源 生命起源问题是人们喻为“宇宙之谜”。对生命起源问题的解释，历来存在两种对立的思想：一种认为生命来自非生命，这种观点被称为“自然发生说”；另一种认为生命只能源于生命，这种观点被称为“生生说”。 1924年，奥巴林出版《生命起源》一书，他根据当时关于地球、太阳系其他行星以及太阳形成的资料，认为地球上出现生命之前就存在有机小分子物质，并能在原始地球条件下，形成复杂的有机化合物。以此为起点，人们在20世纪开始了对生命的起源这一问题的科学研究. 9.2.1 从无机物合成有机小分子 生命的起源必然是通过化学的途径实现的，这里所说的化学途径，主要指的是非生命的物质由于自然的原因，通过化学作用，从简单的无机物质逐渐演变成复杂的物质，产生出多种有机物和生命必需的生物大分子。换言之，在生命系统出现之前，必然要经历长期的化学进化。 实验表明，核酸的组成成分和蛋白质的组成成分均可以在生命出现前的原始地球条件下得以合成。 9.2.2 生物大分子的合成 由氨基酸等有机化合物形成蛋白质和核酸这种生物大分子，在化学进化过程中具有更加重要的意义。1965年，中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院