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1、当代自然科学的重大基本问题当代自然科学的重大基本问题l当代科学技术已发展为一个十分庞大的体系，整个科技大厦是构筑在自然科学的基础上的。l自然科学的任务是研究自然界各种物质的形态、结构、性质和运动规律，不断探索新现象，揭示新规律，提出新理论，建立新理论。l不同层次的物质都有其特有的属性和运动规律。因此，自然科学在探索自然奥秘时，根据研究对象不同，诞生出不同的基础学科。l如物理学、化学、生物学、天文学、地学等。l所谓科学的基本问题，是那些从亘古开始，人类的圣哲先知就开始探求，而至今人们仍在不停地追索的自然奥秘；是那些与人类认识论、自然观等哲学命题密切关联、相互促进、有重大哲学意义的课题。揭示物质结
2、构之谜揭示物质结构之谜l物质构成之谜一个古老而年轻的哲学命题 物质结构研究的当代进展物质结构研究的当代进展l粒子物理学的目标是探索物质的基本组元和它们粒子物理学的目标是探索物质的基本组元和它们之间相互作用的规律。近之间相互作用的规律。近40多年来，它在对相继多年来，它在对相继发现的数百种粒子性质的研究中，总结出如下规发现的数百种粒子性质的研究中，总结出如下规律：律：l所有粒子的运动遵循四种基本力的相互作用规律；所有粒子的运动遵循四种基本力的相互作用规律；l夸克、轻子和传播子（即传递力的粒子）是更为夸克、轻子和传播子（即传递力的粒子）是更为基本的粒子。基本的粒子。l科学家们对四种基本力、粒子性质
3、进行理论和实科学家们对四种基本力、粒子性质进行理论和实验研究，总结其规律性和提出理论模型验研究，总结其规律性和提出理论模型 宇宙的起源和演化宇宙的起源和演化l宇宙概观 l在自然科学中，研究地球以外宇宙环境中各种天体的运动、结构、起源和演化的基础科学叫做天文学l太阳系l银河系l现代宇宙学的诞生1916年，爱因斯坦提出广义相对论。l宇宙膨胀的发现1924年，弗里曼在广义相对论框架下，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态l哈勃定律l宇宙的年龄：100200亿年l宇宙的物理演化史大爆炸膨胀的宇宙膨胀的宇宙 生命与智力起源生命与智力起源l生命的本质l生命的本质是什么？这是自然科学长期
4、探索的问题，也是哲学上的一个大问题l20世纪50年代，沃森和克里克提出了DNA（脱氧核糖核酸）的双螺旋模型，宣告了一个富有生命力的新学科分子生物学的诞生l分子生物学的研究成果，使我们加深了对生命本质的认识生物大分子的自复制lDNA的双螺旋结构 DNA是一种高分子化合物，组成它的基本单位是脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基组成l组成脱氧核苷酸的含氮碱基有4种，它们是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）l多个脱氧核苷酸一个连一个，就成为脱氧核苷酸链DNA不仅具有一定的化学组成，还具有特殊的双螺旋结构不仅具有一定的化学组成，还具有特殊的双螺旋结
5、构lDNA的复制的复制 生物大分子生物大分子DNA的自我复制机的自我复制机制是制是20世纪最令人振奋的科学发现之一。世纪最令人振奋的科学发现之一。lDNA分子的复制是指以亲代分子的复制是指以亲代DNA分子为样板分子为样板（生物学上称（生物学上称“模板模板”）来合成子代）来合成子代DNA的的过程。过程。DNA分子是边解旋边复制的。分子是边解旋边复制的。l首先，首先，DNA分子利用细胞提供的能量，在解分子利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，按照碱基互补配对原则，合旋酶的作用下，按照碱基互补配对原则，合成出与母链互补的子链。成出与母链互补的子链。l新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与新合成的子链
6、不断地延伸，同时每条子链与对应的母链互相盘绕成螺旋结构，形成一个对应的母链互相盘绕成螺旋结构，形成一个新的新的DNA分子。这样，一个分子。这样，一个DNA分子就变成分子就变成两个完全相同的两个完全相同的DNA分子分子 基因与人类基因组基因与人类基因组 现代遗传学认为，基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，是有遗传效应的DNA片段，每个基因中可以含有成百上千个脱氧核苷酸 人基因组DNA大约由30亿个核苷酸组成，其息量约为120亿比特，可以编码20万种蛋白质。不同的基因，碱基排列顺序不同。人类大约有5万至10万个基因l一旦破译工作全部完成，就能掌握人类遗传信一旦破译工作全部完成，就能掌
7、握人类遗传信息，建立起完整的遗传信息库。危害人类健康息，建立起完整的遗传信息库。危害人类健康的的5000多种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、多种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病和精神疾患等，可以因此得到预测、心血管疾病和精神疾患等，可以因此得到预测、预防、早期诊断与治疗预防、早期诊断与治疗lRNA：lDNA是遗传物质，它的基本功能包括两个方面：是遗传物质，它的基本功能包括两个方面：一方面通过复制，在生物传宗接代的过程中传一方面通过复制，在生物传宗接代的过程中传递遗传信息递遗传信息l另一方面，在后代的个体发育中，能使遗传信另一方面，在后代的个体发育中，能使遗传信息得以表达，从而使后代表
8、现出与亲代相似的息得以表达，从而使后代表现出与亲代相似的性状性状l蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的，生物体内大部分化学反要是通过蛋白质来体现的，生物体内大部分化学反应也离不开叫做应也离不开叫做“酶酶”的蛋白质进行催化。的蛋白质进行催化。l因此，基因对性状的决定性作用是通过因此，基因对性状的决定性作用是通过DNA控制蛋控制蛋白质的合成来实现的。白质的合成来实现的。l遗传信息并不能直接由遗传信息并不能直接由DNA传递给蛋白质。这是因传递给蛋白质。这是因为为DNA主要存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在主要存在于细胞核中，而
9、蛋白质的合成是在细胞质中进行的。细胞质中进行的。lDNA所携带的遗传信息，就需要另一种核酸所携带的遗传信息，就需要另一种核酸核核糖核酸（糖核酸（RNA）。）。lRNA分子由许多分子的磷酸、核糖和含氮碱基组成。分子由许多分子的磷酸、核糖和含氮碱基组成。l与与DNA相比，相比，RNA的成分中含有核糖，而不含有脱的成分中含有核糖，而不含有脱氧核糖氧核糖生命语言的生命语言的“转录转录”和和“翻译翻译”l基因控制蛋白质合成的过程，包括基因控制蛋白质合成的过程，包括“转录转录”和和“翻译翻译”两个重要步骤：两个重要步骤：l转录是在细胞核内进行的，它是指以转录是在细胞核内进行的，它是指以DNA的的一条链为模
10、板，按照碱基互补配对原则，合一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成成RNA的过程的过程l翻译是在细胞质中进行的，它是指以信使翻译是在细胞质中进行的，它是指以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程白质的过程遗传密码是大自然最伟大的创造之一遗传密码是大自然最伟大的创造之一l在密码中蕴藏着在密码中蕴藏着“生命机器生命机器”工作的重要原工作的重要原理，包含了生命形成和进化的丰富信息。在理，包含了生命形成和进化的丰富信息。在中心法则里，中心法则里，DNA决定决定RNA的性质是遵循着的性质是遵循着碱基互补配对原则的碱基互补配对原则的人类对大脑和智力的探索
11、人类对大脑和智力的探索智力基石：大脑白质智力基石：大脑白质大脑白质大脑白质l科学家曾认为，白质只是一种被动传输神经信号的大科学家曾认为，白质只是一种被动传输神经信号的大脑组织，但最新研究发现，它也可以主动影响学习过脑组织，但最新研究发现，它也可以主动影响学习过程，并与大脑功能失常相关。程，并与大脑功能失常相关。l大脑灰质（由神经元组成）负责思维与计算功能，而大脑灰质（由神经元组成）负责思维与计算功能，而白质由包裹了髓鞘的轴突组咸负责调控神经信号白质由包裹了髓鞘的轴突组咸负责调控神经信号的传递，协调各脑区间的协作的传递，协调各脑区间的协作l婴儿出生时，大脑内的髓鞘并没有完全形成，这个髓婴儿出生时，大脑内的髓鞘并没有完全形成，这个髓鞘化过程会一直持续到鞘化过程会一直持续到25岁左右。髓鞘化的开始时间岁左右。髓鞘化的开始时间和完成程度会影响学习、自控能力（通常认为年轻人和完成程度会影响学习、自控能力（通常认为年轻人自控能力较差），还与精神分裂症、自闭症、病态说自控能力较差），还与精神分裂症、自闭症、病态说谎症等精神疾病有关谎症等精神疾病有关大脑成熟过程大脑成熟过程