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第1章 生命科学

探究幻化的生命,离不开生命科学的研究。生命科学对自然界一切有生命的事物都进行了研究,揭示了生命的奥秘。

生命科学的研究对象是有机体,也就是动物、植物和人,而对这些有机体研究的所有学科的统称就是生命科学。它的分支学科有:植物学、微生物学、动物学、病毒学、人类学、古生物学、藻类学、昆虫学等。医学、农学等应用科学中的生命问题也属于生命科学研究范畴。

生命科学是一门研究生命现象的学科。事实上自从有了人类的文明史,人们就开始了对生命现象的描述和记录,如原始的岩画,这些奇妙的生命现象吸引人们不断地观察和思考。今天的生命科学是经过漫长的历史发展过程而逐步形成的。生命科学的发展大致可以划分为三个主要的阶段:

原始的岩画

从古代到6世纪左右是生命科学的准备和奠基时期;从6世纪到20世纪中叶是系统生命科学创立和发展的时期;20世纪中叶以后,生命科学出现了不同分支学科和跨学科间的大交汇、大渗透、大综合的局面,从此进入“大科学”发展历史阶段。

现代生命科学系统的建立始于6世纪,这时的基本特征是人们对生命现象的研究植根于观察和实验的基础上,以生命为对象的生物分支学科相继建立,一个庞大的生命科学体系逐渐形成。

8世纪以后,随着自然科学全面蓬勃地发展,生命科学也取得了大的发展,生命科学重要的分支相继建立,其中以细胞学、进化论和遗传学为主要代表,构成了现代生命科学的基石。

分子生物学的建立是生命科学进入20世纪最伟大的成就。从此,以基因组成、基因表达和遗传控制为核心的分子生物学的思想和研究方法迅速地渗入到生命科学的各个领域,极大地推动了生命科学的发展。

生命科学建立的准备和奠基时期

在远古时期,人们对生命现象的认识往往与生产、生活以及宗教迷信活动如古代木乃伊的制作联系在一起,并由此积累着动物、植物和人体等方面的知识。到古希腊时期,已开始了对生命现象进行深入专题性的研究。亚里士多德在《动物志》一书中翔实、生动地记述了他对动物解剖结构、生理习性、胚胎发育和生物类群的观察,并对生命现象作了许多深刻的思考。亚里士多德的《动物志》集中地反映了那个时代的特点,亚里士多德观察和哲学参半、描述和思辩混合。在这一时期,为以后系统生命科学的建立作出重要贡献的还有德奥弗拉斯特对植物乔木、灌木、草本的分类确定,希罗费罗斯、盖仑对人体解剖的研究等等。其后西方进入了漫长的中世纪的年代,科学的发展停滞不前,像古希腊那样的著作数量很少。

在中国,智慧的中国人民对动物、李时珍蜡像植物进行了大量的观察和分类研究,在生产医疗方面出现了大量技术书籍,例如贾思勰的《齐民要术》、李时珍的《本草纲目》等著作。但总体看,这些工作突出的是在生产和医疗中的应用,并没有形成真正的科学体系。

现代生命科学创立和分支发展时期

6世纪在观察和实验的基础上,以生命为对象的生物分支学科相继建立,逐渐形成一个大的生命科学体系。现代生命科学可以说是从形态学创立开始的。

453年比利时医生维萨里54~564的名著《人体的结构》发表不仅标志着解剖学的建立,维萨里并直接推动了以血液循环研究为先导的生理分支学科的形成,其标志是628年,英国医生哈维578~657发表了他的名著《心血循环论》。解剖学和生理学的建立为人们对生命现象的全面研究奠定了基础。

8世纪以后,随着自然科学全面蓬勃地发展,生命科学也进入它的辉煌发展阶段。生命科学重要的分支相继建立,其中以细胞学、进化论和遗传学为主要代表,构成了现代生命科学的基石。

665年,英国科学家虎克636~702在他的《显微图谱》中第一次使用“细胞”一词。虎克现在一般认为细胞学创立于9世纪30年代,是由德国科学家施莱登804~88、施旺80~882以及稍后的数位生物学家共同完成的。他们奠定了细胞是独立的生命单位、新细胞只能通过老细胞分裂繁殖产生,一切生物都是由细胞组成和由细胞发育而来的细胞学说的基本内容。

林耐因他对现代生物分类系统建立的卓越贡献成为有史以来最伟大的生物分类学家。千姿百态的生物物种被科学地归纳在界、林耐门、纲、目、科、属、种的秩序里。林耐生物分类系统建立的更重要的意义还在于他直接地诱发了生物进化理论。在林耐当初建立生物分类体系时,企图表达的是精确地显现上帝造物的构思和成就。但是事与愿违,林耐生物分类系统中体现的各生物物种的达尔文相关性和物种由简单到复杂的“秩序”排列强烈地暗示了生物的进化现象。在法国马耶656~738、布丰744~829、拉马克744~829等人工作的基础上,859年,英国著名的博物学家达尔文809~882的《物种起源》发表。

9世纪前后,生命科学的重大成就还包括其他一些重要的发现和分支学科的建立。解剖学和细胞学促使人们对生物发育现象的研究获得了长足的进步,并由此建立了实验胚胎学。胚胎学实现了对各种代表生物的形态发育过程的组织学和细胞学的研究,绘制了有史以来最精美的生物学图谱。魏斯曼新达尔文主义的创始人魏斯曼839~94关于生物发育的种质学说推动了遗传学的建立。

856年,现代遗传学创始人孟德尔822~884在“布隆自然历史学会”上宣读了自己的豌豆杂交实验结果,遗憾的是其工作的价值被埋没了30多年。直到20世纪初,当孟德尔发现的生物遗传规律被几个人几乎同时再次试验证实时,才引起了人们的注意。为遗传学作出重大贡献的另一位伟大的遗传学家是美国的摩尔根866~945。摩尔根20世纪0~20年代他用果蝇为实验材料确立了以孟德尔和摩尔根的名字共同命名的遗传学的分离、连锁和交换三大定律,并因此而荣获了933年的诺贝尔奖。遗传学科学地解释了生物的遗传现象,将细胞学发现的染色体结构和进化论解释的生物进化现象联系起来,指出了遗传物质定位在染色体上而推动了DNA双螺旋结构和中心法则的发现,为分子生物学的建立奠定了基础。

生命科学的大发展时期

巴斯德

在9世纪中,法国科学家巴斯德822~895创立了微生物学。微生物学直接导致了医学疫苗的发明和免疫学的建立,推动了生物化学的进展,并为分子生物学的出现准备了条件。生物化学的辉煌发展出现在20世纪的前叶到中叶,围绕能量和生物大分子物质代谢的研究,发现了生物以三磷酸循为枢纽的有着复杂超循环结构的代谢途径,和以电子传递和氧化磷酸化为中心的生物能量获取、利用的基本方式。

分子生物学的建立是生命科学进入20世纪最伟大的成就。遗传学的研究预示了生物遗传载体分子的存在,而DNA双螺旋结构的发现直接导致了对生物DNA-RNA-蛋白质中心法则的揭示。

人们因此探索到了生命运作的基础框架和生物世代更替的联系方式。从此,以基因组成、基因表达和遗传控制为核心的分子生物学的思想和研究方法迅速地深入到生命科学的各个领域,极大地推动了生命科学的发展。

你知道生命科学的发展大致经历了哪些阶段?

答:生命科学的发展一共经历了三个发展阶段。从古代到6世纪左右是生命科学的准备和奠基时期;6世纪到20世纪中叶是系统生命科学创立和发展的时期;20世纪中叶以后,生命科学出现了不同分支学科和跨学科间的大交汇、大渗透、大综合的局面,从此进入“大科学”发展历史阶段。

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