1、生物学世纪离我们有多近？生物学的过去、现在与未来易 吉 辉二OO二年八月十一日,“21世纪是生物学的世纪”,20世纪被公认为物理学世纪,近代科学和技术的诞生距今500年左右即十五世纪才启蒙,一、什么是科学？什么是技术？ 科学和技术的关系及发展趋势； 二、近代三次科学革命，四次技术革命 以及当代科技革命； 三、“李约瑟难题” 近代科学革命为什么没有在中国发生？,四、生物学的发展史； 五、现代生物技术和基因工程技术； 六、人类面临的挑战及生物学的责任。,1、什么是科学？ 人们最早是用拉丁文“scientia”表示“科学”概念，中国古代中庸上用“格物致知”表述实践真知的概念，日本转译为“致知学”。,
2、一、什么是科学？什么是技术？ 科学和技术的关系及发展趋势,明治维新时期，日本教育家福泽瑜吉将“scientia”译成“科学”，1893年，康有为引用“科学”二字，科学启蒙大师严复在翻译天演论时，也用“科学”，此后“科学”二字在中国广泛应用。,“科学是知识体系”，大部分辞书认为“科学是关于自然、社会和思维的知识体系，科学是反映客观规律和事实的知识体系”。达尔文于1859年发表物种起源巨著，1888年，他在达尔文的生活信件中提到：“科学就是事实，以便从中得到普遍的规律或结论”。,什么是事实？ 事实可以是历史事实、社会事实、自然界的事实和其它事实，科学就是发现人们未知的事实。如：化学家发现的新元素，
3、经济学家发现的资本主义经济危机，都是事实。,什么是规律呢？ 人类在生产、生活实践中发现事物之间有千丝万缕的联系，这种联系就是规律。如“月晕而风，础润而雨”，人们已经找到“月晕”与“风”的关系，“础润”与“雨”的关系。,这种反映客观事实之间联系的准确判断就是发现了规律，这种规律，就是学问，就是知识，也就是科学。总之，只要深刻认识“事实”和“规律”，我们就进入了伟大的科学殿堂。,科学经过了16世纪加俐略时代个体活动17世纪牛顿的松散群众组织时代爱迪生（1847-1931）的“实验工厂”的集团研究时代20世纪的国家建制时代今天国际合作的跨国建制时代（如HGP），因此，“科学是 一项事业，是一种建制”
4、（钱学森语）。,2、什么是技术？ 对技术的本质和意义进行考察研究，始于古希腊。 亚里士多德把技术看作是制作的智慧。 17世纪，培根（1561-1626）曾提出要把技术作为操作性学问来研究。,18世纪，法国科学家狄德罗（1713-1784）在他主编的百科全书条目中开始列入“技术”条目，他指出“技术是为某一目的共同协作组成的各种工具和规划体系”。 现代，许多辞书上的“技术”定义，基本上没有超出狄德罗的概念范畴。,狄德罗的“技术”概念： 把技术与科学区别开，技术是“有目的”的。 强调技术的实现是通过广泛“社会协调”完成的。 指明技术的首要表现是生产“工具”，是设备、硬件。, 指出技术的另一重要表现形
5、式“规划”，即生产使用的工艺、方法、制度等知识，是软件。 和科学一样，把定义的落脚点放在“知识体系”上，即技术是成套的知识系统。,3、科学与技术的关系 科学与技术是辨证统一的整体，科学中有技术，如物理学有实验技术；技术中也有科学，如杠杆、滑车等也有力学。技术产生科学，如射电望远镜的发明与使用，产生了射电天文学；科学也产生技术，其著名例证如下所示：,1831年 发现电机原理 1882年 生产出发电机1862年 发现内燃机原理 1876年 生产出内燃机1925年 发现雷达原理 1935年 制造出雷达1928年 发现青霉素 1943年 生产出青霉素1938年 发现核裂变 1945年 制造出原子弹19
6、48年 发现半导体 1954年生产出半导体收音机 1953年 发现DNA双螺旋 1973年 生产了重组人结构胰岛素,科学回答的是“是什么”、“为什么”，技术回答的是“做什么”、“怎么做”科学提供物化的可能，技术提供物化的现实科学是发现，技术是发明注重科学要想到技术，注重技术要考虑科学技术是科学的延伸，科学是技术的升华,革命这种改造是最彻底、最根本地摧毁旧事物，而不是审慎地、缓慢地、逐渐地改造旧事物。 列宁, 、科学革命 1、第一次科学革命 从哥白尼到达尔文的近代自然科学革命。,二、近代三次科学革命、四次技术革命 以及当代科技革命,特点是： 将科学从神学统治下解救出来，走上独立发展的道路，以实证
7、科学传统取代古代科学的自然哲学传统 。,1543年，哥白尼发表天体运行论，即“日心说”，彻底推翻 “地心学说”，在此之前，达芬奇等引发医学革命，之后伽利略创立经典力学和天文学，牛顿发现运动三大定律和万有引力定律，拉瓦锡完成化学革命，推翻“燃素说” ，建立“氧化学说”， 1859年达尔文物种起源的发表达到高潮。,2、第二次科学革命 19世纪20世纪初，孕育着物理学革命；量子论（19001926年）、相对论（19051915年）的相继产生，打破了原子不可分的“形而上学”观念及牛顿的绝对时空观，将人类的认识从客观世界引伸到微观世界和宇宙世界，为科学开辟了广阔的新天地。,3、第三次科学革命 1953年
8、，英国的Crick和美国的Watson由于发现生命的遗传物质DNA的分子结构而获诺贝尔奖，与“相对论”、“量子力学”并列为上世纪人类最大的发现。,1996年美国首先提出了“人类基因组计划”（HGP），与“曼哈顿计划”、“阿波罗登月计划”并列为上一世纪影响人类的三大科学成就。因此，DNA的发现及其延续研究被誉为人类近代科学的第三次革命是当之无愧的。, 、技术革命1、第一次技术革命 实现了工业生产从手工作坊到机器大生产方式的转变。,以蒸汽机发明为标志的第一次技术革命起源于18世纪的英国，而后扩展到整个欧洲。这次技术革命首先是多种纺织机械的发明，然后是蒸汽机的发明（瓦特. 1768）及应用。,2、第
9、二次技术革命 实现了生产方式从蒸汽机传统向电气传统的转变。,19世纪下半叶，电能得到广泛应用，发电机（1866）、电动机（1870）、电站（1882）、高压输电（1891）的发明及无线电波通信的实现（1900），形成了以电力技术与无线电通讯技术为主要内容的第二次技术革命。,3、第三次技术革命 使生产方式走向自动化。,在微观粒子运动理论的基础上（第二次科学革命的主要成果），20世纪4050年代电子技术异军突起，电子管（1927）、晶体管（1948）、电子计算机（1946）、集成电路（1961）相继问世，迎来了第三技术革命。,4、当代科技革命 当代技术革命（第四次技术革命，科学与技术的变革几乎在同
10、时），在主导技术群落的有关领域都呈现出科学技术化，技术科学化，科学技术密不可分的一体化特点，因此，当代技术革命又称当代科技革命。,当代科技革命是指20世纪70年代（以微型电子计算机的出现为标志）以来信息技术、新能源技术、新材料技术、新加工（制造）技术、生物技术、空间开发技术、海洋开发技术等高技术群落的崛起。,2002年是英国女王登基50周年纪念，英国电视节目基因快速时代趁此机会，评选出过去50年改变人类生活的50种发明。,1952年 喷气式客机首次接载乘客1953年 宽银幕电影面世1954年 电视便餐1955年 易洁护1956年 电视遥控器,五十年来的重大发明,1952年 喷气式客机首次接载乘
11、客1953年 宽银幕电影面世1954年 电视便餐1955年 易洁护1956年 电视遥控器1957年 首次有生物发射到太空,1958年 超声波扫描胎儿1959年 首架MINI ROLLS车面世1960年 内置心脏起搏器1961年 英国公开出售避孕丸1962年 卫星电视现场直播1963年 卡式录音带及便携唱机,1964年 家用洗肾器1965年 互联网封包转换协定1966年 卫星首次发放全球天气图像1967年 驾驶者呼气测醉器1968年 超音速客机苏制图144诞生1969年 人类登陆月球,1970年 液晶手表发售1971年 电脑断层X射线扫描1972年 便携式计算机1973年 汽车配备安全带1974
12、年 超级市场产品条码1975年 家用电脑诞生,1976年 卡式录影带1977年 航天飞机首次升空1978年 首名试管婴儿诞生1979年 电视图形界面1980年 WALKMAN面世1981年 CD在市面上出售,1982年 电视栓孔手术1983年 人造胰岛素获准出售1984年 DNA图谱面世1985年 首间网络公司注册1986年 手提电脑面世1987年 抗抑郁药PROZAC出售,1988年 首个互联网虫出现1989年 发明互联网操纵的烤炉1990年 人类首次基因治疗1991年 互联网浏览器发展1992年 即时文字讯息传递1993年 全球定位系统,1994年 基因改造番茄面世1995年 玩具总动员首
13、部全电脑电影1996年 揭示宇宙100亿年前的面貌1997年 复制羊多利诞生1998年 太空站第一部分发射上太空1999年 发明如纸薄的电子显示屏,2000年 科学家开启异体移植之门2001年 将晶片植入受损视网膜2002年 机场保安安装虹膜扫描器,二、“李约瑟难题” 近代科技革命为什么没有在中国发生？,李约瑟（Joseph Needham , 19001993）是英国著名科学史家。当年诱使这位在生物化学领域崭露头角的青年学者毅然改变学术方向，走上专攻中国科技史道路的主要契机就是这个难题。但是，包括李约瑟在内，该问题至今无人能给出满意的答案，遂被称为“李约瑟难题”。,科学文化在近代西方的确立，
14、史学家称为近代科学革命。问题是：中国人在应用自然知识于满足人的需要方面，曾经胜过欧洲人。 中国的四大发明：12世纪（南宋时期）中国造纸术传到欧洲。,1314世纪（元、明朝时期）中国的火药、指南针相继在欧洲得到广泛应用；15世纪（明朝时期）印刷术传到欧洲。指南针促进欧洲航海事业与探险事业的发展，火药成为消除欧洲各地封建割据的有力武器。,指南针与火药构成帝国主义海上称霸的“一炮一舰”。造纸术和印刷术对欧洲科学文化的普及与提高的贡献，是永久起作用的巨大推动力量。,李约瑟对“难题”的探索导致了一个越来越长的问题链，他们曾提出： 中国的“阴阳五行”理论尽管曾一度促进中国早期的科学发展，成为了阻碍实验科学
15、在中国产生的重要因素。, 中国封建帝制经久不衰，未充分发展资本主义是实验科学没有在中国产生的最根本的社会原因。,明朝的建立者朱元璋庙号称太祖,年号称洪武。,慈禧太后（清朝）曾在1861年至1908年两个小皇帝统治期间垂帘听政。, 中国传统价值观也是一个重要原因，中国商人阶级的不得志可能与中国社会抑制近代科学的发展有关。,参加科举考试并有望考中的举子们群集在张榜的墙前,科举考试作弊时使用的，以蝇头小楷写满经典内容的内衣“夹带衫”,受过四书五经训练却在科举考试中落第的人，其命运是在乡村私塾教书,郑和“七下西洋”路线图,1405-1433年间郑和下西洋时从非洲带回一只长颈鹿。宫廷画家沈度在1414年
16、的画中描绘了它的形象。,从现代学者的观点来看，现代科学至少包含如下层次： 作为既定知识的科学成果（器物层）； 产生上述成果的一整套科学建制及社会支持系统（制度层）；, 制约科学活动，也制约对科学活动的干预方式的价值观、思维方式、文化气质等等（思维层）。这三个层面的欠缺也许就是“难题”的答案吧！,四、生物学的发展史,黑 腹 果 蝇,正常的红眼果蝇,突变的白眼果蝇,正常人体的23对染色体,DNA的双螺旋结构和半保留复制,遗传的中心法则,遗传信息传递的中心法则,生物技术又称生物工程，是利用生物有机体（从微生物到高等动物）或其组成部分（包含器官、组织、细胞和细胞器等）开发新产品或新工艺的一种技术体系。
17、 生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大组成部分。,五、现代生物技术和基因工程技术,基因工程是其中最富生命力的核心技术。 基因工程是根据人们的意愿对不同生物的基因在体外进行切割、拼接和重新组合，然后再导入受体细胞内进行繁殖，使重组基因再受体细胞内表达，产生出人们所希望的基因产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型。,一个完整的DNA重组过程应包括： 目的基因的获取； 基因载体的选择与构建； 目的基因与载体的拼接； 重组DNA分子导入受体细胞； 筛选并无性繁殖含重组分子的受体细胞。,基因工程应用举例,基因工程应用举例,基因工程应用举例,基因工程应用举例,改变花色的转基因矮牵牛花
18、,转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草,转 基 因 甜 椒,转 基 因 西 红 柿,蓝色玫瑰一直是人类美丽的梦想基因工程正在将它变为现实,中国杂交水稻之父袁隆平,二十一世纪人类的“三大计划”曼哈顿原子弹计划阿波罗登月计划人类基因组计划,曼哈顿原子弹计划,阿波罗登月计划,1996年10月1日由美国能源部发起，破译人类究竟有多少个基因，起初估计人类的基因应有10万到 14万个左右。中国承担的是第21号染色体1%的测试任务。,“人类基因组计划”,但到2000年6月26日人类基因组草图基本绘制完成，发现人类仅有 4万个基因，并且发现人和果蝇的基因区别不大，而水稻的基因比人的基因多2倍（中国科学家在Natu
19、re 4月号发表）。,清明时节雨纷纷， 路上行人欲断魂。 借问酒家何处有， 牧童遥指杏花村。,清 明 唐 杜牧,清明时节雨， 纷纷路上人， 欲断魂。 借问酒家何处？ 有牧童， 遥指杏花村。,黄河远上白云间， 一片孤城万仞山。 羌笛何须怨杨柳， 春风不度玉门关。,凉 州 词 唐 王之涣,黄河远上， 白云一片， 孤城万仞山。 羌笛何须怨？ 杨柳春风 不度玉门关。,人类对生命科学的研究方兴未艾，而一门科学的兴旺总是与其所面临的挑战相关联的，那么就生物学而言，人类面临着什么样的挑战？,六、人类自身面临的挑战及生物学的责任, 人口的挑战 食品供应的挑战 健康问题的挑战 环境问题及物种保护 新的疾病的挑战
20、 三大领域成热点,今年全世界的人口已经到61亿，每年全世界增加的人口是7500万，大概到2050年，全球的人口估计要到达73亿至103亿（计算机模拟最低73亿，最高可能达到103亿），也就是每13年我们全球的人口就要增加10亿。, 人口的挑战,那么50年后世界人口是多大的一个数目？就拿我们中国来说，去年的人口统计是12.7亿，预测到2030年，人口将达到16亿。全世界每一个人都得仔细考虑地球的负载力能不能支付这么巨大的人口压力？,与人口有关，面临着的是食品的挑战。中国，到2030年，人口将达到16亿，从现在开始粮食产量必须增加30%才可能适应人口的增长速度。到2030年，我们全部的粮食产量要达
21、到6.5亿吨。, 食品供应的挑战,很多国家仍处于饥饿之中，全世界每年死亡的6岁以下的儿童达1200万，其中有一半是由于营养不足。所以，我们面临的第二个问题就是食品供应能不能给这么多人提供营养？,生活必须是健康的。但是随着全球社会经济的发展，很多原来的传染病并没有消灭，似乎又死灰复燃。比如肺结核结核病，一种基本上已控制了的疾病，这些年来， 在全球范围内又在不断上升。, 健康问题的挑战,原因很简单，人类本身乱用抗生素的结果产生了大量的耐药性结核病菌。除此以外，心血管病、肿瘤、神经系统的疾病，已逐步成为我们国家长久的疾病。,老龄化也同样成为问题。我国经济还处于发展之中，但是老龄化速度高于世界平均水平
22、。根据联合国教科文组织的统计资料，超过65岁的老人在社会中所占的比例从10%增加到20%所需要的时间，美国约57年，但中国估计只要用20年。,另据统计预测，到2050年的时候，全国超过90岁的老人将占到14%，也就是说到时我国将有1600万90岁以上的老人。这些对我们来讲的确是一个严重的挑战，我们必须面对这种挑战。,生命科学发展到今天，有很多方面和人类有关系，比如环境。世界上有形形色色的生物，但是由于环境的破坏使生物的多样性大大降低。如果没有这些野生的动植物品种，就没有人类的今天，也就没有人类的未来。, 环境问题及物种保护,爱滋病已经成为全球范围内的一个瘟疫。 欧洲大陆，特别是英国（现在看来远
23、远不止英国，法国及其他一些国家）也都发现了疯牛病病毒。去年，在非洲又出现了埃博拉 一种神出鬼没的病毒。, 新的疾病的挑战,出现这些情况，可以肯定与我们的环境有关。因为人类自身对环境各方面的知识了解得不够，或者我们在发展经济时往往忽略对环境的考虑，才造成了我们全球生态环境遭到很多破坏。,以上这些挑战，都需要生物学的参与，甚至起主导作用挑战新的难题，这是生物学的责任。,生命科学的热点： 蛋白质组学 生物信息学 干细胞工程研究, 三大领域成热点,蛋白质组学： 人类基因组、蛋白质组和制药是生命科学研究的三大阶段。 基因组图谱表明，基因仅是蛋白质的蓝图，蛋白质才是人体大部分功能的主要主宰者，DNA测序只
24、是测定蛋白质功能伟大探索的开端。,蛋白质组学对医学和制药的影响将远远超过基因组学，它将揭示疾病的机理，使制药厂家可以制造出小分子药品直击人体内致病的蛋白质，或筛选出可以治病的蛋白质作为药物。,美国目前的蛋白质组学市场为5.6亿美元，5年后可扩大到27.2亿美元。日本已决定把用于解析蛋白质的核磁共振装置从目前的20台增加到40台，计划5年内完成3000 种蛋白质的解析。,生物信息学： 生物信息学是基因组学和先进信息技术相结合的学科，是基础性技术科学，主要任务是研究人员更快、更好、更充分地利用已有的基因组学数据库。,生物信息学既为生命科学发展开辟了广阔的道路，也将为信息技术的发展带来新的机遇。,干
25、细胞工程： 从美国开始进行骨髓移植起，干细胞研究已进行了30多年。1998年美国科学家成功地用人类胚胎干细胞在体外生长和繁殖，干细胞研究从此进入一个新阶段。从此，一个干细胞研究的热潮逐渐在全球出现。,20世纪后半叶被认为是信息时代，而21世纪上半叶科学发展的热点则是生命科学研究，2001年人类基因组图谱的公布奠定了生命科学史上一个新的里程碑。 从此，世界生命科学研究进入以蛋白质 组学和生物药品开发为重点的后基因组学阶段。,结 束 语,现代科技发展的趋势已经呈现科学、技术的一体化，就生物科学而言，也已经呈现这一特点。 “人类基因组计划”草图的绘就这一技术成果得益于DNA双螺旋结构的彻底阐明，蛋白质组学科学研究的深入又为人类基因组带来了许多新课题。,任何一项科学成就和技术应用， 必将带动一个产业的诞生 科技成果工业化产业化（群） 商业化市场化利润化,生物学的鼎盛时期也即将来临，离我们越来越近，大约20202050年，生物学成就将走近千家万户，荫及普罗大众。 我们共同努力，翘首期盼,让社会共同关心生物学的发展！,让生物学为人类的未来 创造更多的美景！,谢谢,
