生物研究分析

1.发现并提出问题. 2.收集与问题相关的信息. 3.做出假设. 4.设计实验方案. 5.实施实验并记录. 6.分析实验现象. 7.得出结论.

结构；遗传；变异

试题分析：生物学是研究生物圈中生物的形态、结构和功能、分类、生理遗传变异、进化、生态等的科学。

色谱法：用于大多数药物检测免疫法：多用于蛋白质多肽类物质检测。微生物学方法：可用于抗生素药物的确定。

环境与光污染一、课题背景：随着现代都市的发展，出现了一种新的污染——光3363356561污染，它已成为现在都市的环境公害，影响人们的身心健康。而这种光污染是由反光、反热的建筑材料造成的，如一些大厦的玻璃幕墙。在下午约2～4时折射的太阳光正好对着公路，司机们的视线受到干扰，存在安全隐患。在深圳也存在此种问题，特别是繁华地段的高层反光反热的玻璃幕墙，因此，本小组在我市的繁华地段进行调查研究，开展了“光污染”的课题研究。二、课题目的：1.认识和了解光污染的有关知识。2.调查城市光污染，并提出有关建议。3.学会团结合作，学会对知识的探讨与研究。??三、课题研究过程与方法：1.查找资料：上网查找，翻阅书报。收集资料。(1)光污染分为人造光与自然光，这些光照对人体有害处。(2)人对光的色彩有何反应。(3)光污染对各种人群的危害。2.实地调查(1)对行人、司机的采访。 (2)采用拍照，进行实情记录。3.总结整理(1)整理资料，分析内容。(2)制作网页。四、研究结果和分析：1.光污染及其危害根据环境科学的解释，光污染是指过量的光辐射，紫外线辐射和红外线辐射对人体健康，人类生活和工作环境造成不良影响的现象。(1)眩光?造成光污染的光辐射中常见的是眩光。眩光是指在视野内有光亮度范围不适宜，在空间或时间上存在着极端的光亮度对比，以致引起不舒服或降低可见度的视觉现象，玻璃幕墙的光污染就是由于其反射太阳光、灯光等光线过强造成眩光。眩光使人的视力下降并迅速疲劳，日常生活中的眩光污染有很多，如夜间迎面而来的汽车前灯的眩光会使受到光刺激的司机和行人控制力降低，很容易发生危险等。 (2)自然光自然光主要来源太阳辐射。太阳光主要有紫外线、红外线、可见光等。而光污染是指过量的光的辐射，紫外光的辐射，能对人体健康、人类生活和工作环境造成不良影响。如：受日光中的紫外线过度的照射，便会引起日光性皮肤炎，会使人身体暴露部位红肿，严重者起水疱，患部有灼热，刺痒或疼痛感；病情严重时，可伴随身体不适、发烧、恶心及心跳加速，长期日晒过量会造成慢性损害，长期照射阳光，紫外线能诱发皮肤癌。但适量的阳光照射是必要的。(3)反射太阳光反射太阳光，这种光污染是城市中最为严重的。例如，我市的建筑，虽然以玻璃幕墙为主，是很美观，但在美丽的背后却潜藏着杀机，它给周围的人带来了很多危险，如：使正常细胞衰亡，出现血压升高，心急燥热等不良症状，还可以使人的视力下降尤其是眩光。(4)人造光人造光就是指我们日常使用的电灯，舞厅用的彩灯等。在舞厅里，我们看到的灯光五光十色，美丽万分，可你对它的危害又认识多少呢？各式各样的彩灯是光污染的来源之一。彩灯虽然能够强烈的刺激感官，同时刺激也能病发细胞，使人的眼睛不适，影响人的中枢神经，令人产生头晕目眩，站立不稳的感觉，长期处于这种灯光下会引起头痛，失明，食欲不振。此外经科学研究表明，彩光能给人产生心理压力，不同的颜色有不同程度的心理压力。 ?(5)彩光心理压力指数灯光颜色 白光 黄光 绿光 蓝光 紫光 红光 黑光压力指数 100 113 133 152 155 158 187(6)光污染如何导致近视作为学生的我们受到光污染的危害就更严重了，现代学生的近视眼有不断上升的趋势，其中必不可少原因是光污染。学生所用的台灯，光质分为红外光、紫外光。红外光易被水分吸收，而人的眼球80%左右是水分，长期吸收红外光会使眼组织变异；紫外光有穿透力，杀伤力强，长期受紫外光辐射，眼细胞受到伤害。台灯的光污染会对眼睛造成疲劳，损伤，从而使视力下降。2.光污染的防治与建议(1)在光污染比较严重的地区，可以多植树，树木可以减少光污染的强度，从而减少光污染对人体的影响和危害。(2)在交通繁忙地区的建筑物应少用或不用反光、反热的建筑材料，最好使用不反光、不反热的建筑材料。(3)住宅区不用反光、反热性强的建筑材料，因为它会直接危害到人们的健康，生活习惯。(4)若使用反光的建筑材料做外墙，应有自动转向反光系统。如：两栋楼隔着一定的距离而对立，若太阳光从对面大楼方向射过来，那么这栋大楼的反光外墙通过自动反光系统调节一定的角度，射向另一栋大楼再经过自动反光系统，把光反射到天空去，这种设想的可行性是可以的，但依现在的科技水平要完成这一系统是不可能的，它需要高新的科技与高能量的消耗，因此这种想法只有在未来实现了。

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淡水并不到处都有我们的水球有人说，我们的地球应当叫水球。这是有一定道理的，因为我们生活的这个星球有水，而且71%的表面积被水占着。在宇航员看来，地球是一个蓝色的球，十分璀灿，太阳系家庭中独一无二。地球拥有的水量非常巨大，总量为13.86 亿立方千米。其中，96.5%在海洋里；1.76%在冰川、冻土、雪盖中，是固体状态；1.7%在地下；余下的，分散在湖泊、江河、大气和生物体中。因此可以说，从天空到地下，从陆地到海洋，到处都是水的世界。惊天动地的水循环全世界的水是一个有联系的整体。海水在阳光的照射下，不断蒸发，水汽弥漫在海洋上空；一部分水汽被气流带到陆地上空，遇冷就凝结成细小的水滴，变成云，降落到地面就是雨或雪；雨雪水落地后，有的流到洼坑里，有的渗入地下，有的流入小沟，汇进江河，奔向海洋。无数小水滴就是这样一刻不停地在世界上旅游。水循环保证了人类淡水的供应。知道水的循环以后，你就能解释：云的故乡在哪里？为什么江河里日日夜夜总是川流不息？为什么千万年来那么多江河水流进海洋，而海洋不见满溢出来？淡水在哪能里地球上的水，尽管数量巨大，而能直接被人们生产和生活利用的，却少得可怜。首先，海水又咸又苦，不能饮用，不能浇地，也难以用于工业。其次，淡水只占总水量的2.6%左右，其中的绝大部分（占99%），被冻结在远离人类的南北两级和冻土中，无法利用，只有不到1%的淡水，它们散布在湖泊里、江河中和地底下。与全世界总水体比较起来，淡水量真如九牛一毛。

1925年摩386137尔根“基因论”的发表，确立了基因是遗传的基本单位，它存在于细胞的染色体上，决定着生物体的性状。但关于基因的化学本质是什么，它通过什么方式影响生物体的遗传性状，仍然不清楚。揭示基因的本质及其作用方式就成了当时生物学研究的核心问题。对这个问题的研究，开创了分子生物学这门新学科。分子生物学的建立和发展是生物学中信息学派、结构学派和生化遗传学派研究成果结合的产物，是科学史上一次成功的由学科交叉融合而引起的科学革命。发现DNA双螺旋的故事已为人们广为传颂，并作为生物学史上最具传奇色彩的伟大发现而载入生命科学史册1．信息学派：信息学派主要是由一群对遗传信息世代传递感兴趣的物理学家组成，其代表人物是德尔布吕克（Max Delbrück）。德尔布吕克德国物理学家，1930年在美国洛克菲勒基金资助下，到丹麦哥本哈根理论物理研究所，跟随著名物理学家玻尔（Niels Bohr）作博士后研究。1932年，玻尔在哥本哈根举行的国际光治疗大会上作了“光与生命”的演讲。演讲中玻尔提出了认识生命的新思路，认为对生命现象的研究有可能发现一些新的物理学定律。德尔布吕克深受玻尔思想的影响，决定转入生物学研究。他认为，研究遗传信息的世代传递的机制，基因是最好的切入口。德尔布吕克离开哥本哈根回到柏林后，与遗传学家列索夫斯基（Nikolaï. Vladimirovich. Timofeeff-Ressovsky）、生物物理学家齐默尔（Karl. G. Zimmer）合作，从量子理论的角度研究辐射与基因突变的关系，并于1935年出版了《关于基因突变和基因结构的本质》的小册子。书中，他们用量子理论分析讨论了辐射诱导的基因突变的规律，并给出了“基因的量子力学模型”。此模型认为，基因如同分子一样，具有几个不同的，稳定的能级状态。突变被解释为基因分子从一个能级稳态向另一个能级稳态的转变。文章还根据计算，推断了基因的大小。这就是著名的“三人论文”。“三人论文”是一篇完全用物理学的理论和方法对基因进行研究的文章。这篇文章的意义不在于其结论的正确与否，而在于它使许多年轻物理学家们相信，基因是可以通过物理学方法来进行研究的，从而推动了一大批杰出物理学家投入生物学研究。“三人论文”后来成为薛定锷（Erwin. Schrödinger）“生命是什么”一书讨论的基础。1937年，在洛氏基金的资助下，德尔布吕克来到加州理工大学摩尔根实验室进行遗传学研究。在那儿他发现噬菌体是一种比果蝇更适合进行基因研究的材料，并与埃利斯（Emory. Ellis）合作，研究噬菌体的增殖、复制规律，建立了噬菌体的定量测定方法。1940年底，在费城召开的一个物理学年会上，德尔布吕克与刚来美国不久的意大利生物学家卢里亚（Salvador. Edward. Luria）认识了。卢里亚读过“三人论文”，对德尔布吕克极为景仰。当时他刚获得洛氏基金资助，在哥伦比亚大学准备开展X-射线诱导噬菌体突变的研究。共同的兴趣使他们很快建立了合作关系。当时在美国还有一个进行噬菌体研究的科学家是华盛顿大学的赫尔希（Alfred. Hershey）。1943年，德尔布吕克约他在自己实验室见面，并讨论了合作研究计划。这样，一个以德尔布吕克—卢里亚—赫尔希为核心的“噬菌体小组”就形成了。噬菌体小组的研究成果主要有：德尔布吕克与卢里亚合作进行的细菌突变规律的研究开辟了细菌遗传学的新领域；1945年卢里亚和赫尔希分别独立发现噬菌体的突变特性；1946年德尔布吕克与赫尔希又分别独立发现，同时感染一个细菌的二种噬菌体可以发生基因重组，证明了，从最简单的生命到人类的遗传物质都遵循着相同的机制。噬菌体小组最值得夸耀的成果是50年代初证明了基因的化学本质是DNA。1944年艾弗里（Oswald. T. Avery）已经通过肺炎球菌转化试验发现，DNA是遗传物质，但一直未获承认。赫尔希和蔡斯（Martha. Chase）分别用35S（与蛋白结合）和32P（结合在DNA上）标记噬菌体，然后用它感染细菌，结果发现噬菌体只有其核酸部分进入细菌，而其蛋白外壳是不进入细菌的。表现为在感染噬菌体的细菌体内复制产生的后代噬菌体主要含有32P标记，而35S的含量低于1%。这清楚地证明，在噬菌体感染的细菌体内，与复制有关的是噬菌体的DNA，而不是蛋白质。1952年，这个结果发表后立刻被广泛接受，对促进沃森（James Watson）和克里克（Francis Crick）确定DNA双螺旋结构的突破，具有重要的意义。噬菌体小组除了在研究遗传信息的传递机制外，还从1941年起，每年都在纽约长岛的冷泉港举行研讨会，并从1945年起每年暑期都举办“噬菌体研究学习班”。学习班课程主要为那些有志于投身生物学研究的物理学家们开设的。通过冷泉港学习班，扩大了噬菌体研究网络，形成并巩固了以德尔布吕克—卢里亚—赫尔希为核心的噬菌体小组在遗传学研究领域的地位，到50年代初，噬菌体小组已成了一个影响很大的遗传学派。噬菌体小组早期的研究工作引起著名物理学家薛定锷的注意，并引起了他对生命的思考。1943年，他在爱尔兰的都柏林三一学院作了一系列演讲，阐述了他对生命的思考。1944年，他将这些演讲整理汇编成书出版，这就是被认为是分子生物学的“汤姆叔叔的小屋”的划时代著作《生命是什么》。在此书中，薛定锷讨论了以噬菌体小组为主的信息学派的研究成果，尤其对德尔布吕克的“基因的量子力学模型”最为推崇。在讨论这些研究成果的同时，薛定锷认为“在有机体的生命周期里展开的事件，显示了一种美妙的规律和秩序。我们以前碰到过的任何一种无生命物质都无法与之相比。”“我们必须准备去发现在生命活体中占支配地位的，新的物理学定律”。《生命是什么》一书对生物学研究产生的影响是震撼性的。著名分子生物学家斯坦特（Gunther. Stent）指出：“在这本书里，薛定锷向他的同行物理学家们预告了一个生物学研究的新纪元即将开始”，“不少物理学家受到这样一个可以通过遗传学研究来发现‘其它物理学定律’的浪漫思想的启发，就离开了他们原来训练有素的职业岗位，转而去致力于基因本质的研究”。分子生物学的历史表明，1950年代那些发动分子生物学革命的科学家，包括DNA双螺旋结构的发现者沃森和克里克都是受薛定锷此书的影响，而转而进行基因的结构与功能研究的。2．结构学派：20世纪30年代起，在生物学领域还有一群物理学家开始从事生物大分子的结构研究，这就是被称为“结构学派”的物理学家。结构学派是由英国卡文迪许实验室的布拉格父子，亨利·布拉格（William. Henry. Bragg）和劳伦斯·布拉格（William. Lawrence. Bragg）创立的。20世纪初，他们发现用X-射线照射结晶体可以在背景上获得不同的衍射图像。通过对衍射图像的分析，就可以推出晶体的结构。他们用这个方法成功地确定了一些盐类（如氯化钾）等的分子结构。1915年，布拉格父子同时获得诺贝尔物理学奖。1938年，劳伦斯·布拉格出任卡文迪许教授，开始将X-射线衍射技术推广应用到对生物大分子（蛋白质、核酸）的三维结构研究。50年代初，当时在卡文迪许实验室的佩鲁兹（Max Peruts）领导下，正在进行二种蛋白质的结构分析。一是他自己领导的研究小组，进行血红蛋白的结构研究；另一个是肯德鲁（John Kendrew）领导的研究小组，进行肌红蛋白的结构分析。此外，在伦敦的国王学院（King’s College）的威尔金斯（Maurice Wilkins）和富兰克林（Rosalind Franklin）的研究小组正在进行用X-射线衍射的方法研究核酸的结构，并取得了很多有意义的成果。结构学派的生物学家们主要对生物大分子的结构感兴趣，对功能研究则较少涉及。3．生化遗传学派：自从1900年孟德尔定律被重新发现之后，“基因是怎样控制特定的性状”的问题就成了遗传学研究的主要问题之一。1902年，英国医生伽罗德（Archibald Garrod）发现一些病孩患尿黑酸症，病人的尿一接触空气就变成黑色。很快这种尿变黑的化学物质就被鉴定出来，即是由酪氨酸转变而成的一种物质。伽罗德对患黑尿病患者的家谱分析发现，此病按孟德尔规则的方式遗传。在进行一系列研究后，1909年伽罗德出版了《新陈代谢的先天缺陷》一书，指出黑尿病患者代谢紊乱是因为酪氨酸分解代谢的第一阶段，即苯环断裂这一步无法进行。因而伽罗德认为，苯环断裂是在某种酶的作用下发生的，病人缺乏这种酶，所以出现黑尿症状。这样就把一种遗传性状（黑尿）与酶（蛋白质）联系起来了。但对遗传因子与酶的这种预测性的设想，却无法得到实验证实。1940年，比德尔和塔特姆（E.L.Tatum）开始用红色链孢菌研究基因与酶的关系。他们用X-射线照射诱导产生链孢菌的突变体，发现了几种不同的失去合成能力的链孢菌。他们通过对这些突变体杂交后代的遗传学分析表明，每一种突变体都是单个基因突变的产物，并认为每一个基因的功能相当于一个酶的作用。由此，于1941年他们提出了“一个基因一个酶”的假说。按照这个假说，基因决定酶的形成，而酶又控制生化反应，从而控制代谢过程。1948年，米歇尔（F. Mitchell）和雷恩（J. Lein）发现，红色链孢菌的一些突变体缺乏色氨酸合成酶，从而为“一个基因一个酶”的理论提供了第一个直接的证据。蛋白质是有机体基因型产生的最直接的表现型，决定了生物性状的表现形式。因此“一个基因一个酶”（后改为一个基因一个蛋白质）的理论为以后DNA→RNA→蛋白质的“中心法则”提供了理论基础，对认识基因控制遗传性状的机制具有重要意义。1958年，伽罗德和塔特姆获得诺贝尔奖。DNA双螺旋结构的确立1951年，沃森在意大利参加了一个生物大分子结构的学术会议，会上听了英国国王大学威尔金斯关于DNA的X-射线晶体学的研究结果的报告十分兴奋。沃森是噬菌体小组领袖人物卢里亚的研究生。博士毕业后，被卢里亚送到丹麦哥本哈根的克卡尔（Herman Kacker）实验室做有关核酸的生物化学方面的研究。这使他迅速熟悉了核酸方面的知识，并确认基因的本质是DNA。他认识到，要解开基因的功能之谜，必需首先弄清DNA的结构。威尔金斯的工作给了他极大的启示，在卢里亚的支持下，他来到了当时世界生物大分子结构研究的中心——剑桥的卡文迪许实验室。在这里，他与弗朗西斯·克里克（Francis Crick）相遇。克里克毕业于伦敦科里基大学物理系，二战期间在军队从事过磁铁矿方面的研究。战后在薛定锷《生命是什么》一书的影响下，转向生物学研究。当时作为一名博士研究生正在佩鲁兹研究小组参加血红蛋白结构的研究。沃森的到来，使他了解了DNA研究的新进展。他们一致认为，搞清楚DNA的结构是揭示基因奥秘的关键所在。伦敦国王学院的威尔金斯是克里克的朋友，这使他们很容易地获得威尔金斯小组对核酸研究的新成果。沃森和克里克的合作，可以看成是生物学研究中，信息学派和结构学派结合。这个结合最终导致DNA双螺旋结构的发现。在沃森—克里克开始着手研究DNA结构之时，对DNA结构的资料还是比较零散的。当时已知：1。DNA是由腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胸腺嘧啶（T），胞嘧啶（C）4种核苷酸组成；2。每个核苷酸的糖基因以共价键的方式与另一个核苷酸的磷酸基因结合，形成糖—磷酸骨架；3。这些核苷酸长链具有规则的螺旋状结构，每3.4埃重复一次。但DNA分子究竟是由几条核苷酸链组成，以及链与链之间通过什么方式组成螺旋状分子，则仍然不清楚。1951年沃森—克里克曾提出一个三螺旋模型，1952年，鲍林也提出了一个三链模型，但随即被否定，因与已知的DNA X-射线衍射结果不相符。DNA双螺旋结构的确立主要由于以下的研究成果：1。1952年，沃森在威尔金斯那儿看到了富兰克林在1951年拍摄的一张水合DNA的X-线衍射图，图片上的强烈的反射交叉清楚地显示了DNA是双链结构。这张图给沃森印象极为深刻，决定建立DNA的双链模型；2。1952年数学家格里菲斯（J. Griffith）通过对碱基间的结合力计算，表明A和T与G和C之间相互吸引的证据。同时从查伽夫（F. Chargaff）早先已确定的，DNA分子中，嘌呤碱与嘧啶碱之比为1:1的当量定律，也排除了碱基同型配对的可能性。此外，多诺休（J. Donohue）指出了碱基的互变异构现象。这些结果都肯定了DNA的二条核苷链中，A-T，G-C的碱基配对原则；3。1952年，富兰克林DNA的X-线衍射结果已经准确地推测出，双链分子糖—磷酸骨架在外侧，碱基在内侧的结论。富兰克林还推测出配对碱基的距离为20埃，旋距为3.4埃。根据上述资料，1953年沃森—克里克提出了一个DNA双螺旋模型。这个结构符合已知的有关DNA的实验资料，弃提示了DNA分子复制的可能方式，因而立即受到科学界的重视并很快被接受。DNA双螺旋结构的发现，标志着分子生物学的诞生。此后的15年间，分子生物学取得迅速发展，其中具有重要意义的进展有：1， 1968年克里克在他的《论蛋白质的作用》一文中，提出了遗传信息的流向是DNA-RNA-蛋白质的著名的“中心法则”。1970年蒂明（Howard Temin）和巴尔的摩（David Baltimore）分别在RNA肿瘤病毒颗粒中发现“依赖RNA的DNA转录酶”（逆转录酶），证明了遗传信息也可以从RNA流向DNA，从而完善了中心法则的内容。1975年，蒂明和巴尔的摩获诺贝尔生理学或医学奖。2，1954年伽莫夫第一次把决定一个氨基酸的核苷酸组合称之为遗传密码，并提出了“重叠式三联密码”假说。他通过计算给出了64种可能的三联密码。伽莫夫的假说的问题是：1，重叠密码是错误的；2，认为DNA直接指导蛋白质合成是错误的。1961年克里克和布伦纳（S.Brenner）通过实验和统计分析否定了遗传密码的重叠问题，提出了“非重叠式三联密码”的假说，并通过实验获得证实。同年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg）用生物化学的方法及体外无细胞合成体系，首次成功地确定了三联尿嘧啶UUU.是苯丙氨酸的密码子，揭开了破译三联密码的序幕。到1966年就完成了所有20种氨基酸的密码表1968年，尼伦伯格获诺贝尔生理学或医学奖。3，.基因表达调控的“操纵子学说”的提出。1960年法国科学家莫诺（J. Monod）和雅各布（F.Jacob）发表了“蛋白质合成的遗传调控机制”一文。在文章中他们正式提出了基因表达的操纵子学说。他们用大肠杆菌乳糖代谢调控系统为模型，揭示了半乳糖苷酶产生的基因调控机制，提出了结构基因、调节基因和操纵基因的概念，并证明了半乳糖苷酶（蛋白质）的产生正是这些基因相互作用的结果。操纵子学说的提出使对基因的研究从结构研究向功能研究的转变，为深入揭示基因控制生物性状（表型）的机制奠定了基础。1965年莫诺和雅各布获诺贝尔生理学或医学奖。操纵子理论有力地证实了美国科学家麦克林托克（B.Mclintock）1951年在研究玉米遗传特性时提出的“跳跃基因”（转座子）的概念，为真核细胞基因调控的研究开辟了道路。1983年麦克林托克获诺贝尔生理学或医学奖。4，基因工程枝术的诞生。1962年阿尔伯（W.Arber）提出细菌体内存在一种可以破坏外来DNA的酶。1970年史密斯（H.O.Smith）获得了第一个DNA限制性内切酶。纳桑斯则用内切酶将SV40病毒的DNA切割成一些特定的片段，并获得了此病毒基因组的物理图谱。1978年阿尔伯、史密斯和纳桑斯获诺贝尔生理学或医学奖。此后又陆续发现了DNA联接酶、DNA聚合酶，这些工具酶的发现为基因工程技术的出现奠定了基础。1971年美国科学家伯格（P. Berg）用限制性内切酶和联接酶将SV40的DNA与入噬菌体的DNA片段连接在一起，形成的杂种分子在大肠杆菌中成功表达，使跨越物种的DNA重组成为现实。基因工程作为一项新技术诞生了，它不但为农业、畜牧业和医药产业的发展提供了广阔的发展空间，而且为进一步深入探索生命起源和开展人造生命（合成生物学）的研究提供了技术手段。伯格的工作为基因工程的诞生奠定了基础，1980年伯格获诺贝尔生理学或医学奖。从1953年DNA双螺旋结构发现以来的半个多世记中，分子生物学按还原论的路径迅猛发展，取得了许多重要进展。进入21世记以来，人类基因组计划的完成，以及蛋白质组学等各种“组学”的出现，为从整体上认识遗传、变异、及个体发育等基本生物学现象开辟了新方向。早已认识到基因组完全相同的卵孪生子之间在遗传表型上可以表现明显差异，显示了基因型（Genotype）与表现型之间的复杂关系。近年来兴起的表观遗传学（Epigenetics）研究表明，基因组可以通过DNA甲基化（DNA methylation），基因印记，母体效应，基因沉默，RNA编辑等方式改变基因表达的方式。这样就为深入理解环境与遗传的关系提供了可能，从而对医学科学的发展产生深远的影响。

生物学的一些基本研究方法——观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等是在生物学发展进程中636f707962616964757a686964616f31333332633561逐步形成的。在生物学的发展史上，这些方法依次兴起，成为一定时期的主要研究手段。现在，这些方法综合而成现代生物学研究方法体系。 观察描述的方法 　　在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物学的研究方法同物理学研究方法大不相同。物理学研究的是物体可测量的性质，即时间、运动和质量。物理学把数学应用于研究物理现象，发现这些量之间存在着相互关系，并用演绎法推算出这些关系的后果。生物学的研究则是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物学用描述的方法来记录这些性质，再用归纳法，将这些不同性质的生物归并成不同的类群。18世纪，由于新大陆的开拓和许多探险家的活动，生物学记录的物种几倍、几十倍地增长，于是生物分类学首先发展起来。生物分类学者搜集物种进行鉴别、整理，描述的方法获得巨大发展。要明确地鉴别不同物种就必须用统一的、规范的术语为物种命名，这又需要对各种各样形态的器官作细致的分类，并制定规范的术语为器官命名。这一繁重的术语制定工作，主要是C.von林奈完成的。人们使用这些比较精确的描述方法收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。 比较的方法 　　18世纪下半叶，生物学不仅积累了大量分类学材料，而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下，仅仅作分类研究已经不够了，需要全面地考察物种的各种性状，分析不同物种之间的差异点和共同点，将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物学。 　　运用比较的方法研究生物，是力求从物种之间的类似性找到生物的结构模式、原型甚至某种共同的结构单元。G.居维叶在动物学方面，J.W.von歌德在植物学方面，是用比较方法研究生物学问题的著名学者。用比较的方法研究生物，愈来愈深刻地揭示动物和植物结构上的统一性，势必触及各个不同类型生物的起源问题。19世纪中叶，达尔文的进化论战胜了特创论和物种不变论。进化论的胜利又给比较的方法以巨大的影响。早期的比较，还仅仅是静态的共时的比较，在进化论确立后，比较就成为动态的历史的比较了。现存的任何一个物种以及生物的任何一种形态，都是长期进化的产物，因而用比较的方法，从历史发展的角度去考察，是十分必要的。 　　早期的生物学仅仅是对生物的形态和结构作宏观的描述。1665年英国R.胡克用他自制的复式显微镜，观察软木片，看到软木是由他称为细胞的盒状小室组成的。从此，生物学的观察和描述进入了显微领域。但是在17世纪，人们还不能理解细胞这样的显微结构有何等重要意义。那时的显微镜未能消除使影像失真的色环，因而还不能清楚地辨认细胞结构。19世纪30年代，消色差显微镜问世，使人们得以观察到细胞的内部情况。1838～1839年施莱登和施万的细胞学说提出：细胞是一切动植物结构的基本单位。比较形态学者和比较解剖学者多年来苦心探求生物的基本结构单元，终于有了结果。细胞的发现和细胞学说的建立是观察和描述深入到显微领域所获得的成果，也是比较方法研究的一个重要成果。 实验的方法 　　前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理，但这只是为了更好地观察自然发生的现象，而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象，并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性。实验的方法是自然科学研究中最重要的方法之一。17世纪前后生物学中出现了最早的一批生物学实验，如英国生理学家W.哈维关于血液循环的实验，J.B.van黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。然而在那时，生物学的实验并没有发展起来，这是因为物理学、化学还没有为生物学实验准备好条件，活力论还占统治地位。很多人甚至认为，用实验的方法研究生物学只能起很小的作用。 　　到了19世纪，物理学、化学比较成熟了，生物学实验就有了坚实的基础，因而首先是生理学，然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性的学科。19世纪80年代，实验方法进一步被应用到了胚胎学，细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代，除了古生物学等少数学科，大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得新进展。 系统的方法 　　系统科学源自对还原论、机械论反省提出的有机体、综合哲学，从C.贝尔纳与W.B.坎农揭示生物的稳态现象、维纳与艾什比的控制论到贝塔郎菲的一般系统论，系统生态学、系统生理学等先后建立与发展，20世纪70-80年代系统论与生物学、系统生物学等概念发表。从香农信息论到I.普里戈津的耗散结构理论，将生命看作自组织化系统。细胞生物学、生化与分子生物学发展，艾根提出细胞、分子水平探讨的超循环理论，20世纪90年代曾邦哲的系统遗传学及系统医药学、系统生物工程概念发表。随着基因组计划、生物信息学发展，高通量生物技术、生物计算软件设计的应用，带来系统生物学新的时期，形成系统生物学“omics”组学与计算系统生物学 - 系统生物技术的发展，国际国内系统生物学研究机构建立而进入系统生物学时代。

是2 观察法研究方法 生物学的一些基本研究方法——观察描述的方法、比3236393664较的方法和实验的方法等是在生物学发展进程中逐步形成的。在生物学的发展史上，这些方法依次兴起，成为一定时期的主要研究手段。现在，这些方法综合而成现代生物学研究方法体系。 观察描述的方法 在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物学的研究方法同物理学研究方法大不相同。物理学研究的是物体可测量的性质，即时间、运动和质量。物理学把数学应用于研究物理现象，发现这些量之间存在着相互关系，并用演绎法推算出这些关系的后果。生物学的研究则是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物学用描述的方法来记录这些性质，再用归纳法，将这些不同性质的生物归并成不同的类群。18世纪，由于新大陆的开拓和许多探险家的活动，生物学记录的物种几倍、几十倍地增长，于是生物分类学首先发展起来。生物分类学者搜集物种进行鉴别、整理，描述的方法获得巨大发展。要明确地鉴别不同物种就必须用统一的、规范的术语为物种命名，这又需要对各种各样形态的器官作细致的分类，并制定规范的术语为器官命名。这一繁重的术语制定工作，主要是C.von林奈完成的。人们使用这些比较精确的描述方法收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。 比较的方法 18世纪下半叶，生物学不仅积累了大量分类学材料，而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下，仅仅作分类研究已经不够了，需要全面地考察物种的各种性状，分析不同物种之间的差异点和共同点，将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物学。 运用比较的方法研究生物，是力求从物种之间的类似性找到生物的结构模式、原型甚至某种共同的结构单元。G.居维叶在动物学方面，J.W.von歌德在植物学方面，是用比较方法研究生物学问题的著名学者。用比较的方法研究生物，愈来愈深刻地揭示动物和植物结构上的统一性，势必触及各个不同类型生物的起源问题。19世纪中叶，达尔文的进化论战胜了特创论和物种不变论。进化论的胜利又给比较的方法以巨大的影响。早期的比较，还仅仅是静态的共时的比较，在进化论确立后，比较就成为动态的历史的比较了。现存的任何一个物种以及生物的任何一种形态，都是长期进化的产物，因而用比较的方法，从历史发展的角度去考察，是十分必要的。 早期的生物学仅仅是对生物的形态和结构作宏观的描述。1665年英国R.胡克用他自制的复式显微镜，观察软木片，看到软木是由他称为细胞的盒状小室组成的。从此，生物学的观察和描述进入了显微领域。但是在17世纪，人们还不能理解细胞这样的显微结构有何等重要意义。那时的显微镜未能消除使影像失真的色环，因而还不能清楚地辨认细胞结构。19世纪30年代，消色差显微镜问世，使人们得以观察到细胞的内部情况。1838～1839年施莱登和施万的细胞学说提出：细胞是一切动植物结构的基本单位。比较形态学者和比较解剖学者多年来苦心探求生物的基本结构单元，终于有了结果。细胞的发现和细胞学说的建立是观察和描述深入到显微领域所获得的成果，也是比较方法研究的一个重要成果。 实验的方法 前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理，但这只是为了更好地观察自然发生的现象，而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象，并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性。实验的方法是自然科学研究中最重要的方法之一。17世纪前后生物学中出现了最早的一批生物学实验，如英国生理学家W.哈维关于血液循环的实验，J.B.van黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。然而在那时，生物学的实验并没有发展起来，这是因为物理学、化学还没有为生物学实验准备好条件，活力论还占统治地位。很多人甚至认为，用实验的方法研究生物学只能起很小的作用。 到了19世纪，物理学、化学比较成熟了，生物学实验就有了坚实的基础，因而首先是生理学，然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性的学科。19世纪80年代，实验方法进一步被应用到了胚胎学，细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代，除了古生物学等少数学科，大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得新进展。 实验方法当然包含着对研究对象进行某种处理，然而更重要的则是它的思维方式。用实验的方法研究某一生命过程，要求根据已有事实提出假说，并根据假说推导出一个可以用实验检验的预测，然后进行实验，如果实验结果符合预测，就说明假说是正确的。在这里，假说必须是可以用实验加以验证的，而且只有经过实验的检验，假说才可能上升为学说或理论。实验方法的使用大大加强了研究工作的精确性。19世纪以来，实验方法成为生物学主要的研究方法后，生物学发生巨大变化，成为精确的实验科学。 20世纪，实验方法获得巨大发展，然而单纯观察或描述方法，仍然是生物学的基本研究方法。生物体具有多层次的复杂的形态结构。每一个历史时期都有形态描述的任务。20世纪30年代出现了电子显微镜，使观察和描述深入到超微世界。人们通过电子显微镜看到了枝原体和病毒，也看到了细胞器的超微结构。由于细胞是生命的最小单位，是生命活动的最小的系统，因而揭示它构造上的细节，对揭示生命的本质具有重大的意义。 比较的方法在20世纪也有新的进展，它已经不限于生物体的宏观形态结构的比较，而是深入到不同属种的蛋白质、核酸等生物大分子化学结构的比较，如不同物种的细胞色素 C的化学结构的测定和比较。根据其差异程度可以对物种的亲缘关系给出定量的估计。 生物学实验技术在20世纪突飞猛进。随着现代物理学、化学的发展，生物学新的实验方法纷纷出现。层析、分光光度法、电泳、超速离心、同位素示踪、X 射线衍射分析、示波器、激光、电子计算机等相继应用于生物学研究。细胞培养、细胞融合、基因操作、单克隆抗体、酶和细胞固定化以及连续发酵等新技术纷纷建立，使生物学实验中对条件的控制更为有效、严格，观察和测量更为精密，这就有可能详尽地探索生物体内物质的、能的和信息的动态过程。生物学实验技术的发展使生物学取得一系列辉煌的成就。由新型的实验技术发展而来的生物工程，包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程，已经成为当代新技术革命的重要内容。 实验研究往往带有分析的性质。生物学实验分析已经深入到分子的层次，生物大分子本身并不具有生命属性，只有这些生物大分子形成细胞这样复杂的系统，才表现出生命的活动。没有活的分子，只有活的系统。在每一个层次上，新的生物学规律总是作为系统的和整体的规律而出现的。对于生物学来说，既需要有精确的实验分析，又需要从整体和系统的角度来观察生命。1924～1928年L.von贝塔兰菲提出系统论思想，认为一切生物是时空上有限的具有复杂结构的一种自然系统。1932～1934年，他提出用数学和数学模型来研究生物学。半个世纪以来，系统论取得了很大发展，涌现出许多定量处理系统问题的数学理论。生物学也积累了大量关于各个层次生命系统及其组成成分的实验资料。今天，对生命系统的规律作出定量的理论研究已经提到日程上来，系统论方法将作为新的研究方法而受到人们的重视。专家提供：