六大基础学科.ppt

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1、第二章第二章 自然科学基础学科自然科学基础学科主要内容主要内容第1节数学第2节物理学第3节化学第4节天文学第5节地球科学第6节生物学自然科学分段古代自然科学(16世纪以前)近代自然科学(1619世纪)现代自然科学(20世纪以后)第第1节节 数学数学一、数学的研究对象及分支 n对象：数学是研究数量关系和空间形式的学科,数数和形形是两大基本对象。n形是人类对生存空间形式的直接认识，从无规则图形逐渐制造出一些规则的形体，形成抽象意义下的几何图形。n分支：n纯粹数学（几何类、代数类、分析类等）n应用数学（数理方程、概率统计、运筹学、计算 数学等）。由鱼形演化出的不规则的几何图形第第1节节 数学数学二、

2、数学的发展 1.古代数学的发展原始社会原始社会l多少、大小奴隶制、封建制社会奴隶制、封建制社会l十进制、六十进制记数法l几何学、代数学实际需要实际需要思维能力的提高思维能力的提高第第1节节 数学数学1.古代数学的发展n古古希希腊腊：欧几里得的几何原本（约公元前300年），建立了第一个数学理论体系几何学，标志着人类科学研究的公理化方法的初步形成，后世称为“欧式几何学”。n几何原本共13卷，在第1卷中，欧几里得首先给出关于点、线、面、直线、平面、圆等23个基本概念的定义，然后在这个基础上给出几何学理论的5条公设和5条公理。n原本的公理化体系：从10条公设与公理出发，将古希腊时代人们发现的465个几

3、何和算术定理全部推演出来，从而把古希腊数学组织在一个严密的、逻辑线索清晰的公理化体系之中，被世人称为公理化的楷模。第第1节节 数学数学1.古代数学的发展n 中中国国：九章算术（汉代，约公元前1世纪），是我国古代数学体系（以解决实际问题为内容的实用数学体系）形成的重要标志。在世界数学史上第一次引用了正、负数概念，并给出了加减运算法则。n九章算术采用问题集的形式写成。使用归纳的方法，对246个问题提供了各种解决途径和方法，为人们处理日常生活、生产中的实际计算提供了范例。这种写作方式为后来的数学著作所沿用。在长达1000多年的时间里，一直作为中国的数学教科书，并被公认为世界数学古典名著之一，远传朝鲜

4、、日本，直到1957年苏联还出了俄文版。n 阿阿拉拉伯伯数数字字：人们通常所说的阿拉伯数字，其实是印度人的发明，后经阿拉伯人传入西方。第第1节节 数学数学2.近代数学的发展：代数学、解析几何学、微积分、数学分析、概率论等n代数学的成熟n法国吉拉尔和笛卡儿，德国高斯，法国拉格朗日，挪威阿贝尔，法国伽罗瓦n解析几何学的创立n把点和数联系起来，把曲线和方程联系在一起，从而能够利用代数方法来研究几何学。n其创立归功于费马和笛卡儿n为微积分的发展铺平道路第第1节节 数学数学2.近代数学的发展n微积分与数学分析学的产生n微积分由牛顿和德国莱布尼兹建立n在实践中（物理学和工程技术）的应用非常广泛和有效，为自

5、然科学的进一步发展提供了有力的数学工具。n概率论的建立n研究随机现象的统计规律：寻找大量具有偶然性事物中出现某事件的概率n使数学家们首先思考概率论的问题，是来自赌博者的“赌金分配问题”n概率论的创始人：帕斯卡、费马、惠更斯第第1节节 数学数学3.现代数学的发展 更加理论化、抽象化 与其他知识领域的关系更密切n抽象代数学抽象代数学n研究各种抽象的公理化代数系统的数学学科n非特定的任意元素集合及其相关的代数运算n其成果被广泛应用于电子计算机技术和其他一些工程技术中，并形成许多分支（代数编码学、语言代数学等）n解析数论解析数论n以分析的方法来研究数论的问题（基础理论）第第1节节 数学数学3.现代数学

6、的发展n数理逻辑数理逻辑n运用数学的方法来研究逻辑n思想起源于莱布尼兹，成功建立逻辑演算的是英国布尔n布尔代数（逻辑代数）：变量只取0和1两个值n为现代计算机技术的发展提供了理论基础n数理统计学数理统计学n研究有效地收集、整理和分析带有随机性的数据，从而作出推断或预测，为人们的决策和行动提供建议第第1节节 数学数学3.现代数学的发展 n模糊数学模糊数学（FUZZY）n是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法n其创立归功于美国的查德n在模糊集合中，给定范围内元素对它的隶属关系不一定只有“是”或“否”两种情况，而是用介于0和1之间的实数来表示隶属程度，还存在中间过渡状态。n已初步应用于模糊控制、

7、模糊识别、模糊决策、模糊评判、系统理论、信息检索、医学、生物学等各个方面n运筹学运筹学（运用和筹划）n规划论：研究用最少的投入完成确定的任务n库存论：研究各类存贮活动的最优方案n决策论：在不确定的情况下作出决策运用数学语言研究运用数学语言研究红楼梦红楼梦的的作者和成书过程（作者和成书过程（8080年代）年代）n美国华裔学者陈炳藻，使用数理统计学方法，探红楼梦前后用字的规律。发现红楼梦前八十回与后四十回所用的词汇正相关程度达到78.57%，由此推断得出前八十回与后四十回的作者均为曹雪芹一人的结论。n南京工学院（现东南大学）、深圳大学相继开发了红楼梦作品研究的计算机数据库系统。通过对语言风格要素与

8、风格手段，以及某些用字、用词及回尾处理的差异做了比较研究，得出了红楼梦前八十回与后四十回语言风格存在明显差异的结论，又为两者出于不同作者之手提供了有力的证据运用数学语言研究运用数学语言研究红楼梦红楼梦的的作者和成书过程（作者和成书过程（8080年代）年代）n中国数学家李贤平在美国威斯康星大学，运用计算机技术的模式识别法和统计学家使用的探索性数据分析法，又提出了一个红楼梦成书过程的观点：红楼梦各回所写内容具有不同的风格，各部分实际上是由不同作者在不同时期里完成的。第第2节节 物理学物理学一、物理学的研究对象、分支 n对象：物质运动规律,物质的基本结构。n分支:n普通物理学（力学、热学、分子物理学

9、、电磁学、光学、原子物理学等）n理论物理学（理论力学、热力学、统计物理学、电动力学、量子力学等）第第2节节 物理学物理学二、物理学的发展 1.古代物理学的发展n古希腊n亚里士多德的物理学：世界上最早的物理学著作，涉及到时间、空间及一些力学现象。n阿基米德：杠杆原理和浮力定律，“力学之父”n欧几里得：开创了“几何光学”（光的反射定律）n中国n北宋沈括：梦溪笔谈里首次提到了指南针n明代朱载：律吕精义中提出了“新法密律”第第2节节 物理学物理学二、物理学的发展2.经典物理学体系的形成n经典力学n伽利略（意大利）：开创了通过实验和运用数学研究物理规律的方法,在科学思想和方法上开辟了全新的道路n牛顿：万

10、有引力定律，牛顿力学三定律，标志着经典力学的成熟n热力学n由研究当时的蒸汽机的效率开始，进而描述热和功的相互转化及其在数量上的关系的规律。n焦耳、开尔文、克劳休斯、卡诺等：建立了“能量守恒与转化定律、热力学三定律”，形成了热力学基础第第2节节 物理学物理学二、物理学的发展2.经典物理学体系的形成n统计物理学n克劳休斯：建立了气体分子运动论，从而产生了统计物理学n波动光学的建立n在对光的本性的认识中，存在着波动说和微粒说之争n荷兰惠更斯是近代光的波动说的主要倡导者；笛卡儿主张光的微粒说，牛顿也倾向于光的微粒说n“干涉”实验、“偏振现象”，波动说正确解释n光速的测定是波动说战胜微粒说具有决定意义的

11、实验第第2节节 物理学物理学二、物理学的发展2.经典物理学体系的形成n经典电磁学n奥斯特：研究得知电流具有某种磁效应n安培：发现电流与磁针转动方向关系服从右手定则n法拉第：提出场和力线的概念n麦克思韦：用数学语言概括了全部电磁现象，及预言电磁波的存在，发表了电磁通论，建立了电磁学理论的基本框架。第第2节节 物理学物理学二、物理学的发展 3.现代物理学n两朵乌云和三大发现诱发了经典物理学的危机n“紫外灾难”、“以太漂移”的零结果n X射线、放射性、电子的发现 n量子物理学的建立和发展n德国普朗克：能量量子化假说，能量不是连续变化的，“能量子”n爱因斯坦：1905年提出光量子理论，微观离子具有波粒

12、二象性n相对论的建立第第2节节 物理学物理学n相对论：关于物质运动和时间、空间的理论相对论：关于物质运动和时间、空间的理论n狭义相对论：一个物体相对于观察者静止时,它的长度测量值最大一个时钟相对于观察者静止时,它走的最快在惯性系中,任何物体的运动速度都不能超过真空中的光速如果物体运动速度比光速小很多,相对论力学还原为经典力学n质能关系式：E=mc2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用n广义相对论：1915年建立，现代宇宙学基础理论之一广义相对论广义相对论爱因斯坦指出物体爱因斯坦指出物体使周围空间、时间使周围空间、时间弯曲，在物体具有弯曲，在物体具有很大的相对质量很大的相对质量（例如

13、一颗恒星）（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使时，这种弯曲可使从它旁边经过的任从它旁边经过的任何其它事物，即使何其它事物，即使是光线，改变路径。是光线，改变路径。力学的分类力学的分类和应用和应用范围范围第第3节节 化学化学一、化学的研究对象、分支 n对象：化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。n分支:无机化学、有机化学、分析化学和物理化学第第3节节 化学化学二、化学的发展 1.古代化学的发展n生产工艺：烧炼陶瓷、冶金、酿造n炼丹术：普通金属贵重金属第第3节节 化学化学二、化学的发展 2.近代化学的发展n玻义耳：怀疑的化学家，近代化学的奠基人n拉瓦锡：化学基础论，最重要的典籍n道尔顿：

14、提出原子学说，奠定了物质结构理论基础n阿伏伽德罗：提出分子概念，形成原子分子学说n维勒：人工合成尿素，使有机化学真正起步n门捷列夫：发表元素属性和原子量的关系，化学元素周期表，为研究化学元素和变化过程提供了重要依据，为进一步揭开原子内部秘密做了必要准备第第3节节 化学化学二、化学的发展 3.现代化学的发展n元素周期律的重新认识与现代无机化学的新发展n不仅填补了原先周期表的空缺，还发现了许多新元素n生物无机化学、无机固体化学等n物理化学的建立与分析化学的发展n以物理学的理论和方法来研究化学现象和过程的学科n包括结构化学、化学热力学、化学动力学、胶体化学n以仪器分析为主要手段的现代化学分析方法n有

15、机化学的新时代第第3节节 化学化学二、化学的发展 3.现代化学的发展n有机化学的新时代n人工合成药物的研究：如抗生素的提取成功n天然有机物的研究：如提出了DNA的双螺旋结构模型n有机高分子化合物的研究：三大合成材料（合成橡胶、合成纤维和塑料）第第4节节 天文学天文学一、天文学研究的对象、特点和内容 n对象：宇宙中各类天体和天文现象。n特点：被动观测。n内容：n研究方法：天体测量学、天体力学和天体物理学n观测手段：光学、射电、红外、紫外、X射线恒星恒星n 如太阳、织女、牛郎星，本身会发光发热的星球，这种星球的內部不断的有氢气在进行核聚变，由于体积大，所以引力相当大。行星行星 如地球、土星.等是太

16、阳系的行星，它们绕着太阳（恒星）运行。行星本身不会发光，靠反射太阳的光，才能让我们看见。卫卫星星 如月亮是地球的卫星，它绕地球（行星）运行。本身不发光，也是靠反射太阳的光，才能看见。彗星彗星 又称扫帚星，是太阳系的特殊星体，它运行到太阳附近，受到太阳的高温高热粒子（太阳风）辐射的影响，使星星看起來，就像拖着尾巴的星星；如哈雷等。流星流星 太空中的尘埃粒子或小岩石，被地球的引力吸入，通过大气层时，和空气摩擦生热而发光，在暗黑的星空中，出現一闪而过，瞬间消失的亮光，就是流星。陨陨石石 沒被燃烧完的流星，掉落地面，就是陨石，地面被它撞击成坑，就是陨石坑。星座星座 天文学家为了研究和辨认天上的星星，把

17、星空划分成88个区域，每一区加以命名，如天琴、天蝎星座.等88个星座，容易记忆。星星的星星的颜色颜色 每一顆恒星所发出來的光谱各不相同；表面温度不同，星光的颜色也不同，温度高星光呈蓝色，属幼年期的星星；溫度低、呈红色的是老年期的星星；星光呈黃色黃色是壮壮年期年期。第第4节节 天文学天文学二、天文学的发展 1.古代天文学：制定历法，宇宙模型n第一部太阳历：古代埃及人发现天狼星出现的周期约长365天，所以他们把天狼星出现的日子定为一年之始；又按尼罗河水涨落和作物生长的规律，把一年分为3季（泛滥季节、播种季节、收获季节），每季4个月，一年共12个月，每月30天，岁末增加5天节日，共计365天。n托勒

18、密的地心说：主张地球居宇宙中心静止不动，日、月、行星和恒星均环绕地球运行，托勒密的地球中心说支配西方达1500年之久。第第4节节 天文学天文学 第第4节节 天文学天文学二、天文的发展 2.近代天文学n哥白尼的日心说n在哥白尼的宇宙图景中，地球不再是宇宙的中心，从而使圣经赋予它的特殊身份完全丧失了宇宙不因地球而存在，也就不再有什么天堂与地狱之分。n天体力学的兴起n开普勒的行星运动三大定律n牛顿的万有引力定律和力学定律n天体物理学的兴起n19世纪中叶天体摄影和分光技术的发明，使天文学家可以进一步深入地研究天体的物理性质、化学组成、运动状态和演化规律，从而更加深入到问题本质。行星行星运动运动第一第一

19、定律定律n第一定律又称椭圆轨道定律，定律指出：“所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上。”行星运动第二行星运动第二定律定律n第二定律又称面积定律，定律指出：“在行星运动时，联结行星和太阳的线，在相等的时间内，永远扫过同样大小的面积。”自然辩证法概论 张胜光制作42n 这是一个十分重要的自然定律，不仅行星遵循着它，连同行星的卫星以及太阳周围的其他天体概无例外。从而可以确定，太阳系是一个有严密组织的天体系统。n 它成了天空世界的“法律”，后世学者尊称开普勒为“天空的立法者”。牛顿（16421727年）n在伽利略、开普勒等人研究工作的基础n上，英国物理学家牛顿把物体的运

20、动规律归结为三条基本运动定律和万有引力定律，由此建立起一个完整的力学理论体系。这样，他就把过去一向认为是截然无关的地球上所谓“世俗”的运动和日月星辰那些属于神圣的“天堂”的运动统一在同一理论框架之中。这可以说是人类认识自然的历史中第一次理论的大综合。牛顿力学三大定律牛顿力学三大定律n第第一一定定律律（惯惯性性定定律律或或伽伽利利略略定定律律）：物体在无外力作用时，或者保持它的静止状态，或沿着笔直的线作匀速运动的状态。（静者恒静，动者恒动）n第第二二定定律律（加加速速度度定定律律）：运动的变化与外加推动力成正比；并发生在该力的作用线方向上。F=maF=man第第三三定定律律（作作用用力力与与反反

21、作作用用力力定定律律）：对每一个作用力，总存在一个相等的反作用力和它对抗；或者说，两个物体彼此施加的相互作用力总是相等的，并各自指向其对方。自然辩证法概论 张胜光制作45n 1687年，牛顿自然哲学之数学原理出版。这是经典力学的第一步经典著作（标志着经典力学体系的创立），也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系，其影响遍布经典自然科学的所有领域。牛顿力学是整个近代物理学和天文学的基础，也是现代一切机械、土木建筑、交通运输等工程技术的理论基础。n 牛顿在整个科学史上占有独特的地位，他给以后整整两个多世纪的科学思想深深地打上了自己的烙印。他的伟大不能完全归功于个人的聪明才智，牛顿自己也

22、承认他是站在巨人肩上，因此比别人站得更高看得更远。第第4节节 天文学天文学3.现代天文学：射电天文学，现代恒星演化理论，宇宙大爆炸模型 1950年代，射电望远镜开始应用。到了1960年代，取得了称为“天文学四大发现”的成就：微波背景辐射、脉冲星、类星体和星际有机分子。而与此同时，人类也突破了地球束缚，可到天空中观测天体。除可见光外，包括天体的紫外线、红外线、无线电波、X射线、射线在内的整个电磁波段都能观测到了。现代恒星演化理论现代恒星演化理论n恒星是由星云产生的，星云经过自吸引形成星胚，星胚不断收缩，温度不断升高，当温度升高到氢核聚变反应可以进行时，就意味着恒星的诞生。n恒星诞生后，它内部氢核

23、聚变成了它的主要能源，恒星在这个阶段的停留时间最长，这就是中年的主序星阶段。n核能耗尽后，恒星进入老年的红巨星阶段。n最后不同大小的恒星以不同的方式死亡，或变成白矮星，或变成中子星，或成黑洞等。主序星阶段引力收缩高密恒星红巨星阶段宇宙大爆炸模型宇宙大爆炸模型n宇宙演化过程起始于大约150亿年前。n宇宙开始是一个高温、高密度的“原始火球”，球内充满辐射和基本粒子；后来火球内的基本粒子发生核衰变反应，引起大爆炸而向外急剧膨胀，辐射温度核物质密度急剧下降，核反应便停止；其间所产生的各种元素就形成了今天宇宙中的各种物质，膨胀过程中辐射物质逐渐凝聚成星云，进而演化为今天的各种天体。n此理论得到天文观测事

24、实的支持：例如星系红移是宇宙膨胀的反应，微波背景辐射是宇宙大爆炸高温的直接遗迹等等。第第5节节 地球科学地球科学一、地球科学的研究对象和内容 n对象：从地心到地球外层空间，由固体地球、水圈、大气圈和生物圈组成的地球系统。n内容：地质学、海洋学、大气学、地理学、环境地学、土壤学、生态学等。第第5节节 地球科学地球科学二、地球科学的发展1.古代地球科学：肉眼观察，零散认识，在地理、地图方面取得进展n十五世纪：地理大发现时期（欧洲航海者开辟新航路和“发现”新大陆的通称）1403年，郑和率领庞大的舰队向西周游南海各地并远航至阿拉伯地区和非洲东海岸。觊觎东方财富的欧洲冒险家们则向南和向东探险。1488年

25、，迪亚斯的探险队绕过好望角，达伽马于14971499年间完成的航行最终确定了从欧洲经印度洋到东方的航线。15世纪末哥伦布发现美洲大陆。马可波罗马可波罗（12541324年）意大利威尼斯人，出身于商人贵族家庭。大约从1275年至1292年17年间，马可波罗和他的父亲、叔父一直在中国居住。马可波罗除了在京城大都供职外，还奉皇帝之命巡视过陕西、四川、云南、河南、江浙等省或出使外国，他自称曾治理过扬州3年。1295年（元成宗元贞元年），波罗父子三人由海路乘船回到意大利。第二年，马可波罗参加威尼斯舰队作战，兵败被俘，被拘留在狱中。他把自己在中国和亚洲其他国家的见闻，口授给同狱的一位名叫鲁思蒂谦的文章能手

26、，由后者用法文记录下来，整理成著名的马可波罗行纪（或称东方闻见录）。1298年，马可波罗获释回家，后来成为巨商。马可波罗的书在欧洲广泛流传，激起了欧洲人对中国文明与财富的倾慕，对以后新航路的开辟产生了巨大的影响。同时，西方地理学家还根据书中的描述，绘制了早期的“世界地图”。第第5节节 地球科学地球科学二、地球科学的发展2.近代地球科学：n地质学的产生：随着近代航海和地理大发现，以及来自近代科学思想和方法的影响，特别使近代工业和采矿业的发展，要求人们对大量已积累的地质资料给予科学的说明。为适应这种需要，涌现出一批地质学家。这样地质学也开始自立于自然科学之林，成为一门独立的学科。n岩石成因的水火之

27、争：水成论（德国魏尔纳）、火成论（英国赫顿），吸引了更多的学者从事新的地质考察和研究，促使实验地质学产生。n地壳运动变化的灾变论和渐变论第第5节节 地球科学地球科学二、地球科学的发展3.现代地球科学：大地构造理论学的新进展n大陆漂移说德国的魏格纳n海地扩张说美国的赫斯n板块构造理论美国的勒皮雄、摩根和英国的麦肯齐等大陆漂移说大陆漂移说魏格纳魏格纳(1880-1930年)n 大陆漂移说认为地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块称之为泛大陆或联合古陆中生代开始泛大陆开始分裂并漂移逐渐达到现在的位置，形成目前的海陆布局。n 由于不能更好地解释漂移的机制问题当时曾受到地球物理学家的反对。20世

28、纪50年代中期至60年代随着古地磁与地震学宇航观测的发展使一度沉寂的大陆漂移说获得了新生并为板块构造学的发展奠定了基础。海地扩张说海地扩张说赫斯赫斯(1906-1969)n1962年，美国地质学家赫斯教授发表了他的著名的论文海洋盆地的历史。这篇论文被人们称为“地球的诗篇”。其中，赫斯教授以先人之见，首先提出了“海底扩张学说”。n海底扩张说认为，海底是冷却了的地幔，地幔中有对流存在。高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升，不断形成新洋壳；同时，以大洋脊为界，背道而驰的地幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张；运动的洋壳碰到大陆地壳就下沉钻入地幔深部，并形成海沟，大陆地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧。n“海底扩

29、张”说，恰好可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论。板块构造理论板块构造理论n19671968年，美国的勒皮雄、摩根和英国的麦肯齐等人先后独立提出了板块构造理论。n这个理论认为，整个地球的岩石圈不是一个完整的壳体，而是由若干巨大的板块构成的。由于岩石圈下面的地幔中的软流圈的循环运动，导致板块发生相对运动。板块互相撞挤而形成山脉，互相错动而形成水平断层，互相交汇俯冲而形成海沟和岛弧，互相分离而形成洋脊或海岭和裂谷。第第6节节 生物学生物学一、生物学研究的对象和内容 对象：n一切生物共有的新陈代谢、繁殖、遗传、发育和进化等基本生命现象。n内容：n按研究对象可分为动物学、植物学、微生物学；n按结构

30、层次可分为宏观的系统生物学和群体生物学、微观的细胞生物学和分子生物学。n交叉学科：生物化学、生物物理学、生物数学、生物地理学等。生物学主要分支生物学主要分支动物学领域动物学领域动物学动物学-动物生理学动物生理学-解剖学解剖学-胚胎学胚胎学-神经生物学神经生物学-发育生物学发育生物学-昆虫学昆虫学-行为学行为学-组织组织学学 植物学领域植物学领域植物学植物学-植物病理学植物病理学-藻类学藻类学-植物生理学植物生理学 微生物学微生物学/免疫学领域免疫学领域微生物学微生物学-免疫学免疫学-病毒学病毒学 生物化学领域生物化学领域生物化学生物化学-蛋白质力学蛋白质力学-糖类生化学糖类生化学-脂质生化学脂

31、质生化学-代谢生化学代谢生化学 演化及生态学领域演化及生态学领域生态学生态学-生物分布学生物分布学-系统分类学系统分类学-古生物学古生物学-演化论演化论-分类学分类学-演化生物学演化生物学 现代生物技术学领域现代生物技术学领域生物技术学生物技术学-基因工程基因工程-酵素工程学酵素工程学-生物工程生物工程-代谢工程学代谢工程学-基因体学基因体学 细胞及分子生物学领域细胞及分子生物学领域分子生物学分子生物学-细胞学细胞学-遗传学遗传学 生物物理领域生物物理领域生物物理学生物物理学-结构生物学结构生物学-生医光电学生医光电学-医学工程医学工程 生物医学领域生物医学领域感染性疾病感染性疾病-毒理学毒理

32、学-放射生物学放射生物学-癌生物学癌生物学 生物信息领域生物信息领域生物数学生物数学-仿生学仿生学-系统生物学系统生物学 环境生物学领域环境生物学领域大气生物学大气生物学-生物地理学生物地理学-海洋生物学海洋生物学-淡水生物学淡水生物学 第第6节节 生物学生物学二、生物学的发展 1.古代生物学：分类n李时珍与本草纲目：李时珍，生于湖北新州一个医生世家。自14岁考中秀才后始终未能中举，遂放弃科举之选潜心学医。在学医的过程中，李时珍见前人的本草错误很多，便立志重新编撰一部新的本草。在历时二十多年、实地考察了许多地方后，他终于写成52卷、190万字的巨著本草纲目。全书分16部(水、火、土、金石、草、

33、谷、菜、果、木、服器、虫、鳞、介、禽、兽、人)、62类，共收药物18921892种，附方ll096个，此外还配有插图1160幅。所收药物有近四分之一为新增。本草纲目所列部类还反映了我国古代对自然界万物的分类思想，具有极高的思想史价值。第第6节节 生物学生物学二、生物学的发展 2.近代生物学n人为分类法：林奈人为分类法集大成者，出版自然系统，采用了至今沿用的纲、目、属、种等分类方法，被视为生物学发展的里程碑。n细胞学说：是关于细胞是动物和植物结构和生命活动的基本单位的学说。它是由德国施莱登和施旺在1838年和1839年提出的。论证了生物界的统一性和共同起源。n达尔文进化论：物种起源，创立了以自然

34、选择为基础的生物进化论。人为分类法人为分类法林耐林耐（17071778）n瑞典的博物学家林耐是人为分类法的集大成者。1735年出版的自然系统一书中创造了一个完整的分类系统。n资料的系统整理，生物学知识的进一步积累和分析。细胞是一切有机体细胞是一切有机体结构和发育的结构和发育的基本基本单位单位，有机体的发，有机体的发育，就是细胞的分育，就是细胞的分化和形成的过程化和形成的过程胡克胡克第一个发现细胞（小室）施莱登施莱登提出细胞是一切植物结构的基本单位施旺施旺把这一学说扩大到动物学界1665年1838年1839年意义：意义：证明了有机体在结构和发育上的统一性，是生物科学史上的重大综合，为生物进化论的

35、形成奠定了基石细胞学说的建立细胞学说的建立物种的起源物种的起源n1859年，达尔文出版物种的起源,提出相似的物种都是相互联系的，起源于一个共同的祖先；自然界中存在着优胜劣汰的竞争，旧种被消灭，新种不断产生，呈现物种的连续变化。进化理论自诞生之日起，直至今天仍对人类社会的发展产生着重大影响。第第6节节 生物学生物学二、生物学的发展 3.现代生物学n现代遗传学的发展n孟德尔遗传定律及重新发现n摩尔根的基因理论n分子生物学的诞生和发展nDNA双螺旋结构模型的建立n遗传密码的破译n1854年夏天孟德尔开始用豌豆豌豆进行他的杂交实验。n1865年在2月孟德尔在“布隆布尔诺学会自然科学研究会”上宣读了作为

36、他的实验结果的植物杂交实验植物杂交实验论文，这篇论文后来于1866年发表于该学会的会议录上。他揭示出遗传学的两个基本定律分离定律和独立分配定律。这两个重现代遗传之父现代遗传之父孟德尔孟德尔（18221884）要规律的发现和提出，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础，这也正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。与会者固然很有兴致地听取了他的报告，但大多不理解其中的内容。因为既没有人提问题，也没有人进行讨论。黄色豌豆黄色豌豆黄色豌豆黄色豌豆F1代代F2代代黄色种子黄色种子黄色种子黄色种子绿色种子绿色种子绿色种子绿色种子纯种亲本纯种亲本AAAaaAaaAa性状分离定律性状分离定律AAaaAa A 显性特显

37、性特征征 a 隐性特隐性特征征 显性定律显性定律 分离定律分离定律 3:13:1独立分配（自由组合）定律独立分配（自由组合）定律显性特显性特征征 圆圆、黄、黄隐性隐性特特征征皱、绿皱、绿 圆黄圆黄:9圆绿圆绿:3皱黄皱黄:3皱绿皱绿:1孟德尔定律的重新发现孟德尔定律的重新发现 19001900年年3-53-5月月，三三位位生生物物学学家家几几乎乎同同时时独独立立发发现现孟孟德德尔尔遗遗传传定定律律，从从而而吸吸引引了了整整个个生生物物学学界的注意。界的注意。切马克（奥地利）柯林斯（德国）德弗里斯（荷兰）摩尔根的基因理论摩尔根的基因理论n1909年摩尔根(美国，1866-1945)利用果蝇进行实

38、验遗传学的研究。用孟德尔的理论，可以解释果蝇的眼睛颜色遗传的现象。从孟德尔理论的怀疑者，转变成为热情的拥护者。发现了伴性遗传的规律，证明了遗传变异与细胞中染色体的变化密切相关。n他和他的学生还在连锁、交换和不分离规律等的基础上，进一步证明基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。摩尔根还给出了第一个果蝇染色体连锁图，从而确立了基因作为遗传基本单位的概念。n 1919年和1926年摩尔根又相继出版了 遗传学的物质基础和基因论，建 立了完整的基因遗传理论体系。摩尔根因此而获得了1933年的诺贝尔生理学和医学奖。白眼白眼雄性雄性YXXXYXXXYXX XYXXX红眼红眼雌性雌性分子生物学的

39、诞生分子生物学的诞生现代物理学与现代生物学的结合n20世纪40年代细胞遗传学、微生物学和生化遗传学领域取得的成就，吸引了一些物理学家投身到遗传的分子基础和基因的自我复制这两个领域的研究中来，从而注入了物理学的新理论、新概念和新方法。n1951年生物物理学家威尔金斯给出了DNA纤维的X射线衍射图，为DNA双螺旋结构的发现打下了基础。DNADNA的双螺旋结构的发现的双螺旋结构的发现1.1953年刚刚离开校门的大学生沃森和物理学家克里克发现了DNA的双螺旋结构，开启了分子生物学时代。2.分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段，使遗传的研究深入到分子层次。3.沃森、克里克获得了1962年的诺贝尔

40、奖。遗传密码的破解遗传密码的破解1.1959年克里克支持三联密码假说，认为DNA将遗传信息由细胞核传送到细胞质，并决定蛋白质的合成，这被后来的一系列实验证实。2.1961年尼伦贝格和马太利用三联体密码合成了由苯丙氨酸组成的多肽长链。3.到1963年64种遗传密码的含义全部得到了解答，形成了一部密码辞典。4.由此科学家们可以认为：基因是DNA分子的一个个片断。尼伦贝格（美国）分子生物学的发展分子生物学的发展1.随着遗传密码的破译诞生了一门新的学科基因工程。2.20世纪70年代，内森、史密斯和阿尔伯发现了限制性内切酶在分子遗传中的作用，为基因工程奠定了基础。3.1973年伯格成功地实现了DNA的体外重组，人类开始进入按需要设计并改造物种，创造自然界原先不存在的新物种的基因工程时代。4.并由此而兴起了以基因工程为主体的生物工程新学科。分子遗传学和生物工程已成为当今生物科学中最活跃最前沿的新领域。