第一节 生物学与人类

生物学是中学必修的基础课程，生物学与人类的生活、工农业生产有着密切的关系。随着生命本质不断被揭示，生物学将对我国国民经济的发展显示出更大的作用，因而生物学知识是社会主义每一个公民必须掌握的基础知识。生物科学发展迅速，中学生物教学工作者必须关心和了解生物学的现状、未来及与人类的关系，使之更好的指导生物学教学，并深刻理解从事中学生物学教学工作的意义。

生物学是研究生命现象与生命活动规律的科学。对人类生存和发展最为重要的如工业、农业、畜牧业、医学等都在生物学的研究范围之内。生物学这个术语直到 19 世纪初才开始使用，而今天生物学包含着最引人入胜的科学领域：遗传学、分子生物学、发育生物学、细胞生物学、进化论以及生态学。在人类发展史上，对生物的认识和研究经过了漫长曲折的道路，古代生物学是把动、植物作为一个整体来认识的，以搜集事实为主，研究手段是肉眼观察。17 世纪发明了光学显微镜后，为人类探索无限小的世界提供了手段，使人们能看到过去所看不到的微生物和构成生物基础的细胞，使人类对生物界的认识有了一个极大的飞跃，也由此才开创了细胞学、组织学和微生物学。18 世纪生物学发展为实验科学。进化论的建立是 19 世纪生物学发展的里程

碑，是 19 世纪自然科学三大发现之一，进化论的创立，使生物学结束了形而上学的统治。19 世纪末，在物理和化学发展的基础上，生物学跨入了近代科学的行列，开始对生物学分门别类地进行研究，并使生物学各门分支学科有了新的研究方向，获得了新的发展。20 世纪 40 年代，电子显微镜的发展为分子水平的研究创造了条件，X 射线衍射之类的技术装置，使观察分子成为可能。近 30 年来生物学发展的主要趋势是宏观研究和微观研究，特别是微观研究日益深入，华生和克里克阐明 DNA 双螺旋结构是 20 世纪生物学最伟大的成就之一，其程度可与达尔文、孟德尔成就相比美，使生物学的研究以空前步伐前进。对 DNA 结构的认识导致了大量与遗传有关的种种新发现，诞生了分子生物学。分子生物学改变了实验生物学原来的面貌，引起了描述生物学的根本革新。分子生物学是在分子水平上研究生命过程的科学，借助这门科学的帮助，人们在历史上第一次对诸如病毒性感染免疫作用，衰老以及心脏病和癌症之类的现象，接近获得基本的理解，使生物学对生命现象的解释跃进到阐明其本质的新阶段。与此同时，生物学在宏观方面的研究也日益深入， 生态系统的研究揭示了生物与环境相互作用的物质基础，以及它们相关进化的内在联系，产生了生态学和环境科学。生态学是研究生物与环境之间相互关系的科学，环境科学是研究人与环境关系的科学，它揭示人和环境相互作用的客观规律，保护和改善环境，以有利生产发展和人民健康。本世纪 60 年代以来，与人类和所有生物生存和发展有关的环境污染、自然资源、人口

等问题均与生态学、环境科学有密切关系。因而，生态系统的研究是人类认识自然和改造自然的有力武器。

生物科学与人类的衣、食、住、行的密切关系已为越来越多的人所深刻认识。生物学不仅为农学、医学、工程学等应用科学提供理论基础，也解决了工、农业生产中的有关生物学问题。现代生物学在人类生活和社会发展中占有愈来愈重要的位置，因而要懂一些现代生物学知识，了解生物科学发展动向与研究成果。

现代生物学发展的特点：第一，本世纪三四十年代，物理学家、化学家转向研究复杂的生命本质，使生物学与物理、化学等学科紧密结合起来。例如克里克原是英国伦敦大学毕业的物理学家，他决心把物理学的原理应用到生物学方面，与华生合作，根据 X 射线衍射分析，发现了 DNA 螺旋结构，开辟了分子生物学新时期。在这之后，科学家又进一步发现了遗传密码，找到了生命本质的物理化学基础，从分子水平上揭示生命遗传现象。这些基本理论上取得的重大突破，有力地指导遗传工程、生物医学、植物遗传学、生态学、环境科学等交叉学科的实践，使这些学科相继取得重要成就。第二，现代生物学不断以新技术、新设备武装自己，借助复杂精密的仪器，特别是电子计算机，电子显微镜以及光谱、波谱、能谱等技术广泛应用，使我们有可能探索以前无法认识的新领域，推动生物学及其各分支学科的深入研究。例如仿生学、人工智能机器人等。第三，人口问题、环境问题、能源和资源等紧迫问题的解决，需要自然科学与社会科学的协力合作，也要求生物学在理论和实践上有所突破。

生物科学的研究成果与发展动向：

在医学方面 遗传病的避免和根治。这项研究关系到人口优生问题。现已证实有 3 千多种遗传疾病，例如肌肉萎缩、血友病、先天愚型、黑色人种镰形细胞性贫血病、有遗传倾向的糖尿病、癫癎、高血压以及几种精神疾病， 都属于遗传性疾病。这种遗传性疾病是由于基因缺陷而使体内某些酶、激素或转移蛋白不能合成而导致代谢障碍。据估计，美国近期有 1300 万人患有基因缺陷引起的疾病，每年新生婴儿中至少有百分之六，由于他们双亲传给的基因有缺陷，而生下来就有遗传疾病。长期以来医学的对策仍限于治标不治本，例如糖尿病患者只能靠注射胰岛素来维持生命。采用基因分离法和操纵基因的新技术，能避免遗传疾病，根治遗传疾病。例如为即将成为父母亲的成年人作基因分析化验，采用羊膜穿刺技术为胎儿作基因分析，如发现异常基因，可中止妊娠，以避免遗传病的发生；运用“基因疗法”，即运用新技术插入某种所缺乏的基因，可根治遗传病。例如给糖尿病患者的细胞中注入胰岛素基因，使他们自己能够产生出胰岛素，而不必每天注射。人体细胞中约有 5 万个确定遗传性状的基因，科学家通过使用限制性内切酶，可把一串基因（一条 DNA 链）切割成小碎片，然后用放射性同位素标记每段碎片，就可检查出单个基因的缺损部分，或基因密码的缺陷。基因可从血样中获得， 胎儿基因可从羊水中获得。最近科学家们至少编目了 80 多种限制性内切酶， 他们相信，通过使用各种各样放射性同位素标记的探查，几乎能将所有的基因缺陷检查出来，为遗传病人带来福音。

征服癌症是当今医学上的重大课题。近年来也有所突破，例如早期发现癌症试验的成功；抗癌药物新体系的产生；用放射疗法进行治疗；用人体免疫系统中提取一种单一无性系统抗体 MA 检测治疗癌症；从人尿中取得巨噬细

胞集落刺激因子（生长因子）医治白血病、白细胞减少症、辅助治疗肿瘤等等。总之，现在科学家在癌症细胞的重要机制方面的发现，超过了以往任何时期，随着分子生物学、分子遗传学研究进展，可望运用“基因疗法”控制有缺陷的基因，治愈癌症。

延长寿命与衰老研究 在整个有史可载的时期中，人类的寿命正在稳步上升，预期寿命的急剧升高约于 100 年前，尤其是二次世界大战后，西方人口寿命大幅度延长。除了公共卫生等有效措施外，生物医药的进步也是不能忽视的因素。由于防老问题的研究，可以预料，这个上升的趋势，还将继续下去，估计 2020 年出生时的平均预期寿命将可能达到 110 岁。防老研究正在沿着不同的几个方向发展，例如科学家用小鼠实验，发现 2MEA、维生素 E 及BAT 等抗氧化剂的服用，能使小鼠寿命延长一倍。有些科学家在 16 月龄（相当于人类 45 岁）开始，让大鼠减少蛋白质摄取量，可使寿命延长 33％。此外还在探讨老年如何仍能保持智力敏锐等研究。

在农业方面 生物学是农业的基础，农业生产的发展，除机器和化肥的作用外，很大程度上取决于生物学的因素。现仅从遗传工程技术在农业上的应用来看，采用遗传工程技术进行特异性基因转移，可培育出各种高产、抗病、耐旱、耐寒等优良的农作物品种，畜牧业上可培育出低脂肪、高蛋白的新品种。自 20 世纪 60 年代细胞融合技术发现以来，植物与植物，动物与植物，

甚至人与植物间异族杂交物正在实验室中产生出来。据 1988 年 5 月报道，一种带有人的基因序列的烟草植株在中国科学院遗传研究所培育成功，这是世界上第一次实现人的基因在植物中表达，也是第一例产生人体蛋白的转化植株。人的干扰素是一类具有高活性、多功能的诱导蛋白，能使细胞有效地抵抗病毒。科学家用遗传工程技术，把含有人的α-干扰素嵌合因子成功地导入烟草细胞，并获得了新的烟草植株，测试证明，在烟草植株中存在人的基因序列，以及基因产生的干扰素。这项成果为人们利用基因技术创造培育生产廉价人体蛋白，和抗病的新植株奠定了基础。新兴的农业遗传学的目标是研究出能抵抗除草剂和特种疾病的侵害，并能够自己制造出肥料的农作物。探索植物之间巧妙的杂交，可使一种农作物含有 2 种或 2 种以上植物的营养价值。例如把含有丰富蛋白质的大豆与含有丰富糖分的玉米、小麦、豌豆、胡萝卜杂交，使单一品种可成为富有多种营养，而且搭配适当的膳食。探索动植物之间的杂交，可使一种青豆蛋白质含量相当于牛排；不含胆固醇的麸粥营养价值与鸡蛋一样，以适应动物和人类营养与代谢的需要；大豆和小麦之间的有利结合，使小麦获得大豆直接从空气中吸取的氮肥，从而节省肥料等等。美国密执安州立大学植物学家帕特·卡尔博士总结了农业遗传学的目标认为，这是一项长期的技术，通过试图把生物学转变为技术的过程，正在不断创造更多的遗传变异性来改革我们的食物，并认为在今后 10 年或更长时间内不会发生大的变化。在动物育种方面，已开发新的生物技术用来增殖经济上优良种系。如人工授精、胚胎移植、体外授精术等。胚胎移植技术使优良雌畜和经过子代考验的优良种畜之间基因组组合，产生的仔畜数目尽可能地增多。体外授精术已能使绵羊小卵巢滤泡中收集的卵母细胞，在体外培养和成熟，并能在体外授精和重植入代母子宫产下活羔。

在工业方面 抗菌素的发现是医学中重大进展之一，也是生物化学的一大进展。1928 年，英国细菌学家弗莱明发现了青霉素，1944 年，瓦克斯曼证实了可用链霉素来控制结核病，而在这之前，结核菌引起的感染认为是最难治

疗的。从此开创了抗菌素治病的新纪元，现在已能大规模地制造抗菌素。在今后几年，生物学家将运用遗传工程技术，大量生产某些贵重的生物制剂和药物，如胰岛素、人脑生长激素等。这些药物目前用常规方法生产，工序复杂，成本高，产量低，采用遗传工程方法，可使能合成上述产品的基因转移到细菌体内（通常是大肠杆菌），然后采用微生物发酵工业的方法，大量获得各种廉价产品。科学家们正在研究用不同技术方法进行细菌生产药物实验，他们希望能用细菌制造人体胰岛素，人体生长激素、维生素和抗菌素， 以及一切人体特别需要的药物，为人类造福。

此外，用遗传工程的方法，可培育对某些贵金属（如金、铂等）有特殊亲和力的微生物新菌种，它们能从废物、海水或废矿物中收集有价值的产品。创造“富集钠和镁的微生物新品种，能大大简化海水和盐水净化的工序；培育具有分解某些工业废物能力的微生物新种，例如分解废弃塑料，氧化含氰化合物以及“消化”石油污染等等，以清除三废危害，促进环境保护。

综上所述，生物学与人类的生活，与工农业生产，与其他科学的发展都有密切的关系。现代生物科学的发展，促进了农业生产、医疗卫生事业的发展，促进了人类健康和人口控制，促进了环境保护和生物资源的合理使用。同时也丰富了生物体统一于细胞，统一于分子的生命统一性理论，并且从微观层次上丰富了生物进化原理，因而生物学在实现我国社会主义现代化建设中有着重要的作用。