主题：【分享】生命科学取得的重大成就

浏览0 回复0 电梯直达

槿月离殇

结帖率：

100%

关注：0 |粉丝：0

新手级：新兵

发表于：2014/08/21 17:20:46 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

　　一、生命科学研究的对象　　

生命科学研究的对象是整个生物界（见下图左）。包括动物、植物、微生物，不仅包括陆地，也包括海洋中生物的生长发育、衰老和死亡以及物质代谢、能量代谢、遗传、大脑和生物进化、生物分布等规律，即整个生命活动的规律。换句话说就是生物和气圈、水圈、岩石圈之间的相互关系（见上图右）。21世纪将揭示生命现象的本质和生命科学的广泛开发和应用。21世纪生命科学将在不同的层次开展。在空间尺度上，将从原子、分子、细胞、基因组、个体、群体、生态系统和生物圈的层次开展。从时间的尺度来讲要从飞秒（10-15秒）→皮秒(10-12秒）→纳秒(10-9秒）→毫微秒(10-6秒）→毫秒(10-3秒）→秒→分→时→月→年→世纪开展研究，探讨生命科学在不同的空间尺度和时间尺度上生命活动与环境的相互关系，以及生命科学和其他科学的相互关系。21世纪的生命科学不仅是生命科学各个分支学科的交叉和渗透，而且包括与化学、物理学、数学、地学、天文学和技术科学等广泛的交叉，而且不仅是自然科学一级学科的交叉，它与人文科学也存在交叉，像行为学、人类学等等。21世纪我们不仅要揭示生命科学的基本原理，探索新技术，而且还要进行多学科的交叉和渗透，并广泛的运用生命科学的原理和方法去解决当今人类面临的食品、人口、健康、资源、生态、环境、能源、信息和材料等问题。由于世界人口和资源的严峻情况，迫使人类把利用资源的范围扩大到世代繁衍生息的地球以外，空间生命科学即将应运而生。空间生命科学的主要任务是研究在空间特殊环境条下生命活动的基本规律，从而产生了空间植物学、空间动物学、空间微生物学、空间生理学和航天生命科学等。21世纪，生命科学将会在更加广泛的空间尺度和时间尺度去探讨生命活动的基本规律、生命现象的本质以及开发生命科学厂家在工业、农业、高新技术等各个领域中的广泛应用。　　

二、20世纪生命科学取得的巨大成就　　

由于20世纪生命科学取得了巨大成就和突破，它为21世纪生命科学的发展奠定了坚实的基础。20世纪生命科学取得了两次重大的突破。20世纪初，生命科学取得的第一次重大突破是孟德尔遗传定义的再度发现,及摩尔根的基因论（见右图），也就是摩尔根及其学派用实验证明了孟德尔的遗传物质，即有序排列在细胞染色体上的基因。基因载有遗传的信息，即基因是遗传密码的一个载体。到20世纪中叶，量子力学的创始人之一，波动力学的创始人，奥地利物理学家薜定谔提出必然存在一种生物大分子晶体，它包含着数量巨大的遗传密码和排列组合。20世纪中生命科学发展的第二个重大突破是美国生物科学家Watson和英国物理学家Click建立了DNA双螺旋结构的分子模型。Watson是个生物学家，在美国获得博士学位来到英国做博士后。Click从大学毕业后做生物学的研究生,他主要用X光衍射研究蛋白质的晶体结构。他们两个年轻人共同的兴趣是研究DNA结构。Watson的贡献是确定了碱基特异性的配对表明了遗传密码自我复制的机制；而Click则极力主张建立物理模型，他从原子的距离和原子间的角度提供了最强大的限制条件，而规则的螺旋模型结构极大减少了变量的数目。因此一个生物学家和一个物理学家的完美结合建立了DNA双螺旋结构的分子模型。Franklin和Welkins通过X光衍射研究DNA结构完全证明了Watson和Click提出的DNA双螺旋模型的分子结构的正确性。

我们可以说：DNA双螺旋结构分子模型的建立是20世纪生命科学的里程碑，它标志着当代分子遗传学的诞生，开辟了20世纪分子生物学的新纪元，揭示了地球上千差万别的生命种群和个体在分子结构和遗传机制上的统一性,并为基因工程的发展奠定了基础,对生命科学批发的发展产生了巨大的极其深远的影响。由于DNA双螺旋分子结构的模型的建立，分子生物学的诞生, 由于计算机科学的发展,技术科学的发展,信息科学的发展,使人类有能力识破本身的遗传密码,因此在20世纪末启动了人类基因组计划。人类基因组计划堪称20世纪最有影响的三大科学计划之一；另两个是曼哈顿计划(研制原子弹),APOLO登月计划。人类基因组计划广义来讲不仅包括人类基因组的测序,人类基因密码的破译,而且包括主要的动物,植物基因组的研究。比如植物水稻基因组的研究,水稻是我们东南亚最主要的作物,也是我们国家最主要的粮食作物。通过基因的同线性，使我们在对禾本科植物水稻基因组研究的基础上可以了解遗传背景更为复杂的玉米、小麦等重要作物的基因调控模式。因此,人类基因组计划还包括主要农作物及动物的基因组计划,这对于医药、工业和农业的发展具有深远的影响。到21世纪初,人类基因组31亿个碱基对有35000多个基因,但它们产生的蛋白质则有几十到上百万。

人类基因组计划，包括有关动植物的基因组测序在21世纪初将会完成。紧接着是破译基因密码,也就是要研究基因的功能,后基因组学的研究。基因的功能包括它产生的蛋白质的功能,只有把蛋白质的结构与功能搞清楚,才能更好的解释生命现象的本质。人类基因组和有关动植物基因组的进一步研究。通过对后基因组学的研究,蛋白质等生物大分子的结构与功能的进一步研究,将标志着结构生物学的大发展,也就是在分子,原子的水平上解释生命现象和本质,无疑结构生物学是当代生命科学产品最前沿的领域。在这个领域中最富于挑战性的是膜蛋白质结构与功能的研究。膜蛋白质是镶嵌在脂质双分子膜上的蛋白质,而不是水溶性蛋白（下图）。对于这类蛋白质的研究是最富于挑战性的。　　

目前在世界上已有15,000多个蛋白质的三维结构被解析出来，在15,000多个蛋白质中,膜蛋白质只有20多个。但在生物体内,膜蛋白质占整个蛋白质的25%—40%，而这些膜蛋白质对于能量转换、物质跨膜运送、信息传导，都是具有非常重要的功能。如线粒体，它是动植物体内呼吸、代谢的场所。进行呼吸代谢时，物质分解产生能量，形成ATP，需要ATP酶（下图）。ATP酶是怎样形成ATP，产生高能物质呢？　　

几十年前迈耶提出了Y亚基旋转的理论，但直到前几年，英国的沃克结晶了这个蛋白质，并进行了X光的衍射，在原子水平上揭示了这块蛋白质的空间结构，从结构上证明γ亚基的旋转。沃克和迈耶两人从旋转理论到空间结构的解释获得了Nobel奖。进行光合作用光能转换的反应中心也是膜蛋白质。米葛尔等三人对紫色光合细菌光合作用反应中心膜蛋白进行分离、提纯和结晶，并进行了X光衍射，阐明了它的空间结构也获得了Nobel奖。这充分说明当代结构生物学不仅在解释生命现象的本质方面有重大意义，而且在原子水平上对蛋白质空间结构揭示以后，对于药物的设计和研制将能提供理论依据和分子机理模型。这一领域的高新技术的研究成果将会在21世纪具有巨大的经济效益。

恭喜您！提交成功

主题：【分享】生命科学取得的重大成就