生命
恩格斯曾给生命作了如下定义:“生命是蛋白体的存在方式,这个存在方式的重要因素是在于与其周围的外部自然界的不断的新陈代谢,而且这种新陈代谢如果停止,生命也就随之停止,结果便是蛋白质的解体。”具有生命的物体(生物)都是物质的,是由构成自然界的100多种元素按一定规律构成的,其中没有一种元素是自然界没有而生命体特有的。凡是有生命的物质,在运动中都具有如下特征:(1)细胞是构成生物体的结构和功能的基本单位。(2)新陈代谢是一切生物体进行生命活动的基础。(3)生长和发育。(4)应激性和稳定性。(5)生殖。(6)遗传和变异。(7)对环境的适应和对环境的影响。
细胞
生命活动的结构与功能的基本单位。除单细胞生物是由一个细胞构成外,其他生物体均由多个细胞集合和分化组合成各种组织、器官和系统,成为一个完整统一的整体。动、植物细胞一般由细胞膜、细胞质和细胞核组成。这种细胞称为真核细胞。细胞核是细胞的重要部分,由核膜、染色体、核仁和核质构成。细胞核的主要功能是贮存和复制遗传信息。
细胞通常很小,绝大多数动、植物细胞的直径约10~100微米,必须借助显微镜才能观察到。但也有例外,如苎麻茎的纤维细胞可长达550毫米,人的神经细胞有的可长达100毫米以上。鸵鸟卵细胞(不包括蛋清)直径可达10厘米。细胞的形状随其生长、分化、功能的不同有很大变化。如叶的表层细胞多为扁平不规则形状,分生组织的细胞多为立方体,输导组织的细胞呈管状。动物细胞形态更是多种多样,呈游离态的细胞多为球形或扁球形,肝细胞和上皮细胞多为扁平或柱状,肌细胞为纺锤形,神经细胞为星形,有长长的突起。
细菌和蓝藻的细胞没有真正的细胞核,仅有细胞核的物质,缺乏核膜,所含遗传物质只有一个环状的双股单一顺序的DNA分子,没有组织蛋白与之结合。细胞质中缺少内质网、线粒体、高尔基体、中心体等细胞器,这种细胞的结构比较简单,称为原核细胞。从进化观点来看,原核细胞比真核细胞更原始。
蛋白质
蛋白质是生物体结构和生命活动的物质基础。它存在于所有细胞之内和细胞间质中,是构成细胞结构的重要组成物质之一;细胞的生命活动也通过蛋白质体现出来。如酶、抗体、血液蛋白、肌肉蛋白、某些激素等都是蛋白质。蛋白质是由C、H、O、N几种元素,有时还有S元素组成的。这些元素首先组成氨基酸。构成蛋白质的氨基酸约有20种。不同的氨基酸脱水后,经肽腱连结,形成肽链,一条或几条肽链经过复杂的盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。由于组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序和空间结构的千差万别,由此形成的蛋白质是多种多样的,蛋白质的功能也是多种多样的。
1965年,我国科学工作者首先利用人工的方法,合成了具有生命活力的含有51个氨基酸的蛋白质—结晶牛胰岛素。
组织
在多细胞生物体内是由许多形态、结构和功能相同的细胞,通过细胞间质结合在一起而形成的细胞群。植物的不同的组织是在器官的形成过程中由分生组织衍生的细胞发展而来的,一般可分为分生组织、保护组织、薄壁组织、机械组织、输导组织和分泌组织等;动物的组织是在胚胎发育过程中,由胚层分化而来,可分为上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织等。
器官
在多细胞生物体内,由各种不同的组织构成的结构单位,它具有一定的形态特征,并行使一定功能。植物体的根、茎、叶、花、果实和种子各是一个器官。叶是由表皮(保护组织)、叶肉(营养组织)、叶脉(输导组织)等各种组织构成的,具有一定形态的结构特点,并能完成光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等重要生理功能。根、茎等也都是具有各自形态的结构特点,是能完成一定生理功能的器官。根、茎、叶所完成的生理活动主要与营养有关,所以称他们为营养器官。花、果实、种子的功能虽然不同,但都与繁衍后代、维持种族生存有关,所以称为繁殖器官。
动物和人的肠、胃、肝、胰、脑、心等是器官。它们由上皮、结缔、肌肉、神经等不同组织构成。肠、胃等功能与食物消化吸收有关,属于消化器官;心、血管属于血液循环器官;脑、脊髓属于神经器官;肾、膀胱属于排泄器官;甲状腺、垂体属于内分泌器官;眼、耳、鼻、舌属于感觉器官。
系统
在多细胞生物体内,由许多器官联系起来,共同完成某种连续的生理活动,这些器官就组成了一个系统。如口腔、咽、食道、胃、肠、肛门和肝、胰、唾液腺、肠腺等器官彼此联系起来,共同完成食物的消化和营养物质的吸收这一连续的生理活动,称之为消化系统。高等动物和人,是由运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、排泄系统、内分泌系统、神经系统和生殖系统构成的。它们的结构和完成的生理活动各不相同,但它们都在神经系统和内分泌系统的调节下,互相联系、彼此制约、协调活动,共同完成整个机体的新陈代谢,以保证个体的生存和种族的延续。
细菌
单细胞或多细胞的微小原核生物。大小约1至数微米,有球形、杆形、弧形、螺旋形或长丝形。有的种类在细胞壁外还形成荚膜或芽孢或具鞭毛。主要以两等分分裂繁殖。除部分自养细菌外(如硫细菌),大部分为异养、营养生或寄生。其呼吸方式为需氧或厌氧。细菌在自然界分布极广,无处不在,在土壤、水、空气、有机物质中和生物的体内、体表等处均有其踪迹。细菌在自然界的物质循环中起着巨大作用,是不可缺少的“分解者”。另外,某些种类可以提高土壤的肥力(固氮菌),不少种类可用于发酵工业、食品工业、化学品和医药品,有的还可用于微生物农药、细菌冶金和石油脱蜡。也有若干种类能引起人、动物和植物发生病害,或使工农业产品腐败。
藻类
含有叶绿素和其他辅助色素的低等自养植物。一般结构简单,单细胞、群体或多细胞,无根、茎、叶的分化。整个植物体的营养细胞都吸收水分和无机盐。主要分布在淡水和海水中,部分生活在土壤、岩石和树上,少数种类可共生生活,有的能在冰雪和温泉中生长,有的还能寄生在动物或其他植物体内。约1.8万种。根据藻类细胞内所含色素和贮藏的养分,可将藻类分为:(1)绿藻;(2)轮藻;(3)红藻;(4)褐藻。繁殖方式有三种:单胞藻以细胞分裂;多胞藻以断裂进行营养繁殖;以孢子形式进行的无性繁殖和以同配、异配、卵式方式进行的有性繁殖。多数藻类是鱼的重要饵类,部分藻类可供人类食用、药用或工业用。但藻类的突然大量繁殖或突然死亡,可造成水华、赤潮,引起鱼、虾、贝类死亡。
地衣
真菌和藻类共生的复合体。具有一定形态、结构、生理、遗传和生态习性等生物学特征。与藻类、菌类原有的性质迥然不同。根据其形态和结构,大致可分为四个类型:壳状地衣、叶状地衣、枝状地衣和胶状地衣。共生的菌类绝大部分是子囊菌,少数为担子菌。共生的藻类则为蓝藻和绿藻。
菌类和藻类在共生复合体中,前者主要吸收水分和无机盐,为藻类的光合作用和生存环境提供条件,后者主要进行光合作用,为菌类提供光合产物。地衣的繁殖主要是营养繁殖。现存地衣500余属,206万余种。地衣耐寒耐旱,可在岩石、树干、极地苔原、高山寒漠生长,能分泌酸性物质。于岩石分化、土壤形成有利,成为植物界的拓荒者,为其他植物的生存创造条件。地衣酸具有抗菌作用,可入药。地衣也可作为高山、极地兽类的食物。某些种类也可作为人类的食物、饮料、工业原料,还可用于空气污染、探矿的指示植物。某些地衣在经济林上大量生长,会给经济林带来危害。
裸子植物
能形成种子,但不能形成子房和果实,胚珠和种子都是裸露的植物类群。现存的裸子植物大约有800种,我国有300种,而且包括许多第3纪的裸子植物。常见的植物体是裸子植物的孢子体。有发达的根系,粗大的茎干,其中有网状中柱和形成层,木质部中多为管胞,少数种类为导管,韧皮部内无伴胞。枝有长枝、短枝之分,叶分为针形、条形、鳞片状、少为扁平阔叶。叶在长枝上呈螺旋排列、在短枝上簇生。孢子叶多数聚生成孢子叶球(花)。小孢子叶球(雄球花)中的小孢子叶(雌蕊)下生有小孢子囊(花粉囊),内生小孢子(花粉);大孢子叶(心皮)丛生或聚生成大孢子叶球(雌球花),每个大孢子叶上生有裸露的胚珠。配子体很小,不能独立生活。雄配子体即为花粉管,内有两个精子;雌配子体为胚囊,顶生颈卵器,下端为原叶体(胚乳)内含营养物质。小孢子萌发产生的花粉管可以把精子直接送入雌性生殖器(颈卵器),使受精过程完全脱离了水的限制,这在植物系统发育上是个重大的转折。
被子植物
被子植物为现代植物界中最高等、最繁茂、分布最广的一个类群。被子植物可分为单子叶植物和双子叶植物两大类,约30万种,我国有3万种左右。主要的特征是:(1)具有真正的花。被子植物的花由花被、雌蕊群和雄蕊群组成。(2)胚珠包藏在子房内。(3)孢子体高度发达,根、茎、叶结构分化精细,生殖机能的效率高,适于各种生态环境。(4)配子体进一步简化,颈卵器、原叶体已不存在。(5)出现双受精现象,胚乳的出现为被子植物提供了较强的生活力。(6)子房发育成果实,对种子的保护和传播有重要意义。被子植物与人的关系最密切,有很高的经济价值。
花
被子植物的繁殖器官。从来源上看,花实际是适应繁殖而节间缩短的枝条,其上生长着变态的叶。花的典型结构包括花柄、花托、花被、花蕊四部分。包括上述四个组成部分的花称完全花,缺少其中一部分或两部分的花称不完全花。如花冠退化的花称无冠花。缺少雌蕊或雄蕊的花称单性花(缺雌蕊的花称雄花,缺雄蕊的花称雌花)。花的组成部分在花托上的着生一般是几何对称,有两侧对称花(大豆、槐)、辐射对称花(茄、桃),也有的不对称(美人蕉)。
花一般着生在花轴上,花在花轴上排列的序列称为花序。根据花在花轴上成熟的先后,可分为无限花序和有限花序。无限花序为花轴下端或外围的花先形成,后及顶端或中心,花轴可继续伸长。有限花序中先成熟的是花轴顶端或中心的花,渐及下部或外围,花轴不能继续伸长。常见的无限花序有总状花序、穗状花序、伞房花序、葇荑花序、伞形花序等;有限花序有单歧聚伞花序、二歧聚伞花序等。
果实
被子植物的花经过传粉、受精以后,由雌蕊或在花的其他部分参与下,形成的具有果皮和种子的器官。仅由雌蕊的子房形成的果实称真果(如桃、大豆)。由子房和花托或花被共同形成的果实称假果(如梨、苹果、石榴、蔷薇等)。真果的结构可分为果皮和种子两部分。果皮是由子房壁发育来的,种子是由胚珠发育来的。果皮可分为三层:外果皮、中果皮和内果皮。外果皮常有气孔、角质层、蜡被或表皮毛等。中果皮变化较大,有的由薄壁细胞组成,内含丰富营养物质,肉质化,如桃、杏等。有的变成膜质、革质、纤维状,如花生、蚕豆等。内果皮变化也大,有的变成多叶的囊,如柑、桔、柚;有的成为坚硬的石细胞,如桃、核桃、椰子;有的与中果皮一起浆液化,如葡萄。
果实的形成一般都要经过受精作用。但也有例外,如葡萄、柑桔、香蕉、凤梨、南瓜、黄瓜、梨茄、早熟禾等也能出现不经过受精作用,而由子房发育或不具种子的果实,这种现象称单性结实。由一朵花的单个雌蕊形成的果实称单果;由一朵花内的多个离生雌蕊连同花托共同形成的果实称聚合果。
种子
胚珠受精后发育的器官。包括种皮、胚和胚乳三部分。
种皮是由珠被发育而来,具有保护内部结构的作用。有的植物只有一层珠被,所以形成一层种皮;有的有两层珠被,即形成内、外二层种皮。种皮的色泽、花纹、厚薄和坚硬程度因不同种类而异。
胚是由受精卵发育来的。包括胚根、胚芽、胚轴和子叶四部分。胚是种子内最重要的部分,萌发后能生成新个体。胚乳是贮藏营养物质的结构。在种子萌发过程中为胚的发育提供必要的营养物质。有的植物,在种子形成过程中胚乳细胞被吸收,形成无胚乳种子(花生、大豆)。其营养物质贮存在子叶里。
被子植物的种子受到由子房壁发育而成的果皮的保护;裸子植物则由于胚珠无子房包被,形成的种子是裸露的。种子的形状、大小因植物的种类不同而异。如菜豆种子为肾形、豌豆种子球形、桃的种子为心形、茶的种子为三角形。世界上最大的种子,是生长在塞舌耳群岛上的复椰子树的种子,横宽约35厘米,最小的是一种兰科植物(斑叶兰)的种子,细如粉尘,每粒重仅有二百万分之一克。
脊椎动物
动物界中进化地位最高等的类群。约有4.5万多种,分属于6个纲(圆口纲、鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲)。主要特点:(1)出现明显的头。头部有许多重要器官。神经管前端分化成脑,并通过神经与感官相连;神经管后端分化成脊髓。(2)绝大多数种类中,脊索只见于胚胎发育早期,而后为分化的脊柱取代。脊柱和头骨保护中枢神经,脊柱和其他骨骼是身体的支架,并有保护体内器官的作用。(3)原生水生种类用鳃呼吸,次生水生种类和陆生种类,在胚胎期出现鳃裂,成体用肺呼吸。(4)除圆口类外,均有上、下颌。以下颌上举使口合闭,为脊椎动物特有。(5)具有完整的循环系统。高等种类的心脏内,动脉血和静脉血能分开,机体代谢旺盛,体温恒定。(6)肺代替了肾管,使排泄功能提高。(7)除了圆口类外,都用成对的附肢为运动器官。
寄生虫
动物性寄生物的统称。可分两种情况:(1)寄生在宿主体内的称体内寄生虫,如原生动物的疟原虫、痢疾阿米巴,扁形动物中的绦虫、血吸虫,线形动物中的蛔虫、绦虫、蛲虫等。(2)寄生于宿主体表的称体外寄生虫,如节肢动物中的虱、蜱等。
昆虫
动物界中最大的一个类群。现已知约有100万种,占节肢动物总数的94%以上。分布广泛,生活类型多样。在节肢动物门中最有代表性。身体由头、胸、腹三部分组成。头部有触角、单眼或复眼,以及复杂的口器。胸部具三对足,亦称六足纲。两对翅(有少数退化),腹部无足。由气管进行呼吸。发育大多经过变态,根据翅的有无分为无翅亚纲和有翅亚纲,共有33目。昆虫与人类生活有密切关系,其中有不少是农、林、牧、渔业以及危害人体健康和生活的害虫,如蝗、蚜虫、蝮虫、食心虫、白蚁、衣鱼、蚊、蝇、虱、蚤等,也有不少益虫或资源昆虫如蜜蜂、蛋、白蜡虫等。
鱼类
终生水栖的脊椎动物。全世界约2.4万种,我国有2000多种。主要特征是:(1)体外大都被鳞片。(2)用鳃呼吸。(3)有奇鳍和偶鳍,鳍是运动器官。(4)心脏一心房一心室,单循环。(5)只有内耳,有3个半规管。(6)体温不恒定。
现存种类可分为软骨鱼和硬骨鱼两大类。鱼类除供食用外,还可用于农业、养殖业、医药、工业等多方面的原料,有些鱼类有毒成为凶猛的食用性鱼,或是某些寄生虫的中间寄主,对人和动物或渔业生产都有危害。
两栖类
从水生到陆生的过渡类群,约3000种(亚种),我国约有210种,分属于无足目(鱼螈等)、无尾目(青蛙等)和有尾目(蝾螈等)。主要特征:(1)皮肤裸露,富于腺体,有辅助肺呼吸的功能。(2)有五趾型四肢(少数种类无足)。(3)心脏为二心房、一心室,有不完全的双循环途径。(4)成体具肺。(5)卵生,体外受精,幼体水生,有鳃和侧线,经变态发育成成体,可水陆两栖。(6)神经调节不完善,体温不恒定。
两栖类中绝大多数有益于人类,如消灭田间害虫、供人食用、药用、科学实验等。
爬行类
真正的陆生脊椎动物,约5700种,我国约有315种。分属于喙头目、龟鳖目、鳄目和有鳞目。主要特征:(1)陆生爬行,少数种类后来入水或穴居。(2)体被表皮形成的鳞片或真皮的骨板,缺乏皮肤腺体。(3)四肢强大,趾端具爪,适于爬行。(4)用肺呼吸。后肾排泄尿酸,有肾外排泄器官。(5)心脏二心房一心室,室间是不完全的隔膜,血液循环为不太完全的双循环。(6)雄体有交配器;雌体产生半膜卵,体内受精,陆地繁殖。(7)体温不恒定。
大多数爬行动物于人类有益,其鳞片、骨板可加工成工艺品、药品,皮可制革,肉可食,毒液制药,多数蛇类以鼠为食,蜥蜴、壁虎以昆虫为食,有益于农业生产。毒蛇对人、畜的安全有威胁。
鸟类
善于飞翔的脊椎动物,全世界约9000多种,我国有1183种(包括亚种为2145种),分属于三个总目:平胸总目(如鸵鸟)、企鹅总目(如王企鹅)和突胸总目(如雁、鸡、鸽、鹗、雀等)。主要特征:(1)体外覆有羽毛(偶有退化),足有鳞片,趾端有爪,皮肤干燥缺乏腺体。(2)前肢特化成翼。(3)骨多空隙,薄而轻,内充空气。(4)现代鸟有喙无牙齿。(5)心脏为二心房二心室,完全的双循环途径,体温恒定。(6)有肺和气囊,具双重呼吸作用,以鸣管发声。(7)不具膀胱,排泄尿酸。(8)右侧生殖腺和生殖导管退化。体内受精,产生大型硬壳卵,有育雏本能。鸟类与人类关系密切,可供人类食用,有些器官可入药,羽毛可制工艺或轻工业原料,粪便是优质肥料,许多肉食性鸟捕杀害虫害兽,对农业、林业有益。有些鸟类也能在人畜间传播一些疾病,植食性鸟能在不同程度上给农业带来损失。
哺乳类
动物界中最高等的类群,现存种类约4200多种,我国有410余种,可分为三个亚纲:原兽亚纲(如鸭嘴兽)、后兽亚纲(也称有袋亚纲,如袋鼠、袋狼等)和真兽亚纲(或称有胎盘亚纲、如鼹鼠、蝙蝠、穿山甲、兔、鼠、猫、鲸、海豹、海牛、象、牛、马、猴等)。主要特征:(1)身体分头、颈、躯干、尾、四肢五部分。(2)体表被毛,皮肤腺体发达。(3)体腔被隔分为胸腔、腹腔两部分。(4)牙齿分化成门齿、犬齿、前臼齿、臼齿。有肉质唇。(5)心脏分为二心房二心室,完全的双循环,体温恒定。(6)无泄殖腔,具生殖器,体内受精,胎生(单孔目除外),哺乳。(7)大脑皮层发达。感官敏锐。小脑结构复杂。
哺乳动物与人类的关系很密切。可供给人类肉食、乳品、皮毛和役用。还可提供麝香、牛黄、鹿茸等多种珍贵药材,还是医药卫生、科学实验的重要材料。但是,某些动物是农、林、牧、渔业的重要危害,还能在人和动物之间传播疾病。
遗传
一般指子代表现出亲代性状的现象。在遗传学上,指遗传物质从亲代传给子代的过程。不论哪一种生物,借助于遗传才能保持物种的相对稳定。但遗传性状并非在每一个子代个体上都得到表现,而遗传物质的传递却具有连续性。例如,父亲患色盲,女儿视觉正常,但她由父亲得到了色盲基因,并能将此基因传给她的儿子,使儿子患色盲。单从性状看,父亲有色盲性状,女儿没有,但从基因的连续性,代代相传。因为遗传物质不等于性状,遗传物质表现为性状必须具备一定内、外条件。
变异
一般指亲代和子代之间,或同代的不同个体之间的性状差异。有三种主要原因引起生物体变异:(1)环境条件的改变,这只引起表型的变异,是不遗传的。(2)有性生殖过程中由于基因重组。(3)突变。后两种是可遗传的变异。可遗传的变异是生物进化历程中自然选择的材料,具有进化意义。也是育种工作中选育新品种的基础。
遗传物质
亲代与子代间传递遗传信息的物质。除某些病毒的遗传物质是核糖核酸(RNA)外,其他生物的遗传物质都是脱氧核糖核酸(DNA)。DNA是原核生物的染色体,是真核生物染色体的主要成分,此外还存在于线粒体、叶绿体等细胞器中,或以单纯的核酸状态独立于染色体而存在。瑞典生化学家米斯切是首先研究和发现核酸的人。遗传物质必须具有下列特点:有相对的恒定性和稳定性;能够自我复制,使亲子之间保持遗传的连续性;能够指导各种蛋白质的合成,控制新陈代谢过程和性状的发育;能在特定条件下产生可遗传的变异。
基因
含特定遗传信息的核苷酸序列,遗传物质的功能单位。除某些病毒基因由核糖核酸(RNA)构成外,多数生物的基因由脱氧核糖核酸(DNA)构成。
孟德尔于1866年提出豌豆的相对性状是由遗传因子控制的,并用大写和小写拉丁字母表示具有对性关系的遗传因子。1909年贝特森提出遗传学这个学科名称,并发表了他的著作《孟德尔的遗传原理》,从此,遗传学作为生物学的一个分支学科诞生了。同年,约翰森把控制生物性状又遵循孟德尔定律的遗传因子改称为基因。对基因的认识可概括如下:
从化学本质看,基因是遗传物质的功能单位,是有遗传效应的DNA分子片段。
从表达方式看,DNA片段中四种脱氧核苷酸的排列顺序包含生物性状的表达方式,即每个基因中特定的核苷酸序列代表着特定的遗传信息,基因中核苷酸序列的改变,将导致特定遗传信息的改变,使生物产生遗传的变异。
从结构上看,基因中有两种DNA小片段,即能转录和翻译外显子和能够转录而没有翻译产物的内含子。
从原初功能看,基因可分为3种:(1)编码蛋白质的基因。(2)没有翻译产物的基因。(3)不能转录的DNA片段。
从存在的位置上看,核基因在染色体上呈线性排列,有一定的座位,但并非皆固定不变,重叠基因和跳跃基因的存在,表明核基因在染色体上的座位是可变的。
基因工程
分子水平上的遗传工程。具体来说,是把一种生物的主要遗传物质—DNA分子的片段提取出来,在体外进行切割,彼此搭配,重新缝合,再引入到另一种生物的活细胞内,使二者的遗传物质结合,改变其遗传信息,并使之复制和表达,从而创造出新品种以至新物种。基因工程作为一门定向改造新学科在1973年诞生。当时,美国科学家科恩等人进行了基因工程的第一次试验。他们从不同的大肠杆菌中提取出两种质粒,一种质粒含有抗四环素基因,另一种质粒含有抗链霉素的基因,在试管中将这两种质粒连接在一起,然后引进到不含抗药质粒的大肠杆菌中,结果大肠杆菌既能抗四环素,又能抗链霉素,表明大肠杆菌同时获得了两种新的遗传性状。1982年是基因工程从分子生物学家的实验室步入商品市场并发展成为新兴产业的一年,尤其是胰岛素的工业化生产,开创了药物生产领域的新纪元。
遗传工程
70年代初兴起的一门综合性技术学科,是遗传学和工程学结合的产物。遗传工程就是按照人们预先设计的蓝图,对生物的遗传物质进行加工和改造,产生符合人类需要的新的遗传特性,定向地创造生物新类型。由于对遗传物质的改造采用了体外施工的方法,类似工程设计,具有很高的预见性、准确性和严密性,因此称为“遗传工程”。广义的遗传工程包括细胞工程和基因工程,狭义的遗传工程就是指基因工程。
染色体
染色质在细胞分裂过程中形成的固有结构,以有丝分裂中期的形态最典型。是遗传物质的主要载体。
一个完整的染色体由两个染色单体组成。每个染色体上都有一个不着色的主缢痕,称着丝点,两个染色单体通过包连接在一起。有的染色单体在一条臂或两条臂上还有一个副缢痕,上面连着的一小段染色体称随体。副缢痕通常是核仁形成区域。同种细胞内染色体的形状、大小,着丝点和副缢痕的位置以及随体的有无都是相对固定的,因此都可以作为识别染色体的标志。任何一种真核生物都有一定形态和一定数目的染色体,如人有46条染色体。生物全部染色体的形态特征称为染色体组型。染色体组型在细胞分裂间期复制后,通过有丝分裂和受精作用从亲体传递到子体。染色体的这种行为在生物的遗传和变异上有着重要意义。
在二倍体生物体细胞中,形状和大小相似的两条染色体,一个来自父体、一个来自母体,在减数分裂开始时表现出联合现象,这样的一对染色体称同源染色体。不同对的同源染色体之间互为非同源染色体。生物体的全部染色体可分为两类:一类是与生物的性别决定有明显而直接关系的染色体,称性染色体,如人的X和Y染色体;除性染色体以外的其他染色体称常染色体。
血型系统
广义的概念泛指血液中红血细胞(红血球)、白血细胞(白血球)、血小板和血浆中各种成分的型别,狭义的血型定义是红细胞抗原的型别,通常多指后者。由于分型根据不同,人类的血型有多个系统,如ABO血型系统、MN血型系统、Rh血型系统等。
ABO血型:1902年奥地利医生兰特斯泰纳发现,红细胞表面有两种抗原(能引起免疫反应的物质):A抗原和B抗原。红细胞表面具抗原A者称为A型血,具B抗原的称为B型血,同时具备的称为AB型,两种抗原都没有者称为O型。1924年德国学者伯恩斯坦证实,控制ABO血型有3个等单位基因:IA、IB和i。其中,IA、IB均呈显性,IA、IB并显性(共同显性)。由于每个人的体细胞中有两个等位基因,因此有四种血型。血型的遗传遵循孟德尔定律(分离定律)。
亲子鉴定
排除或确立亲子关系。血型遗传不仅是临床输血和器官移植的遗传学基础,也是法医学中亲子鉴定的重要依据。例如,一位琼斯小姐起诉:史密斯先生是她孩子的生父。血型检查结果,孩子是O型(ii),史密斯是AB型(IAIB)。显然,无论琼斯本人的血型如何,由于史密斯无i基因,法庭可断然排除史密斯先生是琼斯小姐孩子的生父。
杂交
通过不同的基因型的个体之间的交配,获得某些双亲基因重组的个体的方法。在一般情况下,把通过有性生殖细胞相互融合达到这一目的的过程称为杂交;把由体细胞相互融合达到相同结果的过程称为体细胞杂交。杂交产生的后代称为杂种。亲缘关系极近的个体间杂交称为近亲交配或近交,近交可以建立纯系。同一个体或同一无性繁殖系的个体间交配称为自交。除自交以外的一切交配,不论亲体双方的基因型有无差异都属于异交。杂交的亲代用符号P表示,作为母体的亲代个体以♀表示,父体的亲代个体以表示。交配符号写作×,杂种一代以F1表示,子一代自交(以符号表示),所得子二代以F2表示,依此类推。
人类遗传性疾病
由于遗传物质改变所致的疾病,包括单基因病、多基因病和染色体病三类,是医学遗传学和临床遗传学的主要研究内容。1902年加罗德首先发现由隐性致病基因控制的尿黑酸尿症;1905年法拉比报道了由显性致病基因控制的短指畸形;此后各种遗传病的报道日益增多。1959年勒热纳报道了由常染色体异常引起的唐氏综合症;同年福特证实了由性染色体异常引起的特纳综合症;1965年佛康纳提出多基因病的概念。
单基因病:受二对基因控制的疾病。较常见的有酶蛋白功能异常或缺乏造成的先天性代谢缺陷和其他蛋白质分子结构异常或缺乏引起的分子病。目前已知先天性代谢缺陷造成的疾病有1000余种,如茜氨酸代谢缺陷造成的苯丙酮尿症和白化症,尿黑酸代谢缺陷造成的尿黑酸尿症。
分子病:血红蛋白异常最常见的是分子病,迄今已发现的血红蛋白异常达300多种。例如镰型细胞贫血症是由于血红蛋白β链的第6位的谷氨酸变成了缬氨酸。
多基因病:受多对微效基因控制并易受环境因素影响的疾病。各对等位基因间无显隐性之分,每个基因的效应微小,但累加起来可形成明显的致病效应。多基因病包括一些常见病和畸形,例如,原发性高血压、先天性心脏病、冠心病、糖尿病(青少年型)、哮喘、精神分裂症、先天性畸形足、脊柱裂、无脑儿等。
染色体病:由于先天性的染色体数目异常或结构异常而引起的具有一系列临床症状的综合症。一般分为常染色体病和性染色体病两大类。(1)常染色体病是常色体发生畸变引起的疾病,其共同临床特征为先天性智力低下,生长发育迟缓,伴有五官、四肢、皮纹、内脏等多方面的畸形。(2)性染色体病是由于X和Y染色体数目或结构改变引起的疾病,共同的临床特征为性征发育不全或多发畸形,或伴有智力较差等。
生物界说
随着科学的进步,人们对自然界的认识也在逐渐变化和提高。18世纪,林奈把自然界的生物分为动物界和植物界。他分类的依据是:动物有运动性和吞食性,植物具有固着性和自养性。这种分类学说叫两界说。1866年赫克尔提出,单细胞和群体应划分为原生生物界(包括细菌、真菌、藻类),加上多细胞生物的动物界和植物界,成为三界。这种分类称为三界说。1938年科帕兰根据有机体的组织水平,把生物分为原核生物界、原始有核界、后生植物界和后生动物界。此即四界说。1909年惠特克又提出五界说,即原核生物界、原生生物界、植物界、动物界和真菌界。他的依据是生物的营养方式。即能制造有机物的生产者、吞食有机体的消费者和分解有机体的还原者。1977年陈世骧建议在五界说的基础上,将病毒也独立为一界,即六界说。
生物圈
地球表层由大气圈、水圈和岩石圈构成,其中适于生物生存的范围称为生物圈。生物圈的范围大致包括大气圈的下层、岩石圈的上层和水圈。生物圈就是地球上全部生物及其生存环境的总称。岩石圈包括土壤、岩石圈中大多数生物生存于土壤上层几十厘米之内,植物的根系可伸至土壤较深层。限制生命向土壤深层分布的主要因素是缺氧和缺光。生活在地下2500~3000米深处的石油细菌是已知分布最深的陆生生物。水圈中几乎到处都有生物,但表层和底层生物的种类和数目较多。限制生物分布于深海的主要因素是缺光、缺氧和随深度而增加的压力。但是,在11000米以上的大洋最深处仍有深海生物。气圈由各种气体组成,其中氮和氧的含量最多。大气圈的生物主要分布在底层,大多数鸟类只能在1000米以下的空中活动,只有极少数能飞到5000米以上的高空。限制生物往高空分布的主要因素是缺氧、缺水、低温和低气压。由于大气环境作用,有些昆虫可被带到高空,甚至在22000米的平温层中也发现有细菌和真菌。因为万米以上的高空不可能为生物提供长期生活的条件,故此空间被称为副生物圈。
生物圈是一个不断进行物质循环和能量流动、具有一定调节功能的系统。在自然状态下,生物圈通过物质循环和能量流动,逐步发展成为一个内部各成分间互相协调、互相补偿的动态平衡系统。但是,这种平衡又是脆弱的、易受破坏的。例如大量的氮肥、磷肥输入水体,致使江河过度“肥沃”而产生“富营养化”问题。滥伐森林、盲目开垦草原,导致水土流失、加快荒漠化的进程。这些都是人类破坏生物圈动态平衡的例子。
生态系统
生态系统是生物群落及其环境之间,由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的一个统一的整体。如森林、草原、海洋都是典型的生态系统。所谓系统,就是一个由彼此相互作用、相互依赖的各部分有规律地联合起来的整体,是有一定“秩序”的。在研究生态系统时应强调其整体性和系统中各成分间的相互联系。1936年,英国学者坦斯利提出生态系统的概念,此概念特别强调在一定自然地域中生物与生物之间,生物有机体与无机环境之间在功能上的统一,它是功能上的单位,而不是分类学上的单位。从空间结构看,无论水生还是陆地生态系统都可分为上下两个层带。上层为绿色层,即自养层,它包括陆生植物的树冠和水生的浮游藻类,这一层带以生产为主;下层为褐色层,即异养层,包括在土壤和深层水中的生物,以分解为主。从营养结构来看,生态系统又包括非生命环境、生产者、消费者和分解者四个基本成分。生态系统中各生物成员间最重要的联系是营养联系,即食物链(或食物网)的联系。绿色植物通过光合作用,把太阳能转换为化学能,并借助食物链流向动物和微生物;水和营养物质(如C、H、O、N、P)也通过食物链不断地合成和分解,在非生物环境与生物之间反复进行着生物—地球—化学的循环作用,以生物为核心的能量流动和物质循环,是生态系统的最基本的功能和特征。
化石
经过自然界的作用,保存于地层中的古生物遗体、遗物和遗迹。由生物的遗体形成的化石叫遗体化石。它保持着生物体原有的形状和结构。一般多是植物的茎、叶及动物的贝壳、骨骼、牙齿,经过矿物质的充填等作用形成的。但也有少数是由于特殊的保存条件而未改变的完整遗体,如冻土中的猛犸象、琥珀中的昆虫。在西伯利亚北极圈冻土层中就曾找到几十只完整的十多万年以前的猛犸象,它们被毛挺立,骨骼相连,肉保持着新鲜,嘴里衔着没有下咽的青草和胃中没有消化的食物也保存了下来,犹如刚死一般。据说挖掘出来后,考察队员还品尝了猛犸的肉,味道很香。我国抚顺的煤层中还挖掘出了许多琥珀。在琥珀中常可见到一些昆虫如苍蝇、蚊子等,他们都是4000万年以前的生物。动物的粪便、卵、原始人使用的石器形成的化石叫遗物化石。如恐龙蛋化石。动物的足迹、昆虫的爬痕形成的化石,叫遗迹化石。如恐龙脚印化石。化石是古生物学的研究对象,各类生物的化石在地层里按照一定顺序出现的事实,是生物进化最可靠的证据之一。化石对地质学、地理学、天文学等学科的研究也具有很大意义。
进化论
又称生物进化论。研究生物进化、发展规律及如何运用这些规律的科学,是生物学的重要组成部分。法国博物学家拉马克首先提出进化论一词,英国博物学家达尔文写的《物种起源》奠定了进化论的科学基础。恩格斯把达尔文的进化理论誉为19世纪自然科学的三大发现之一。生物进化论认为,地球上最初的生命来源于非生命物质,现存着的各种生物来源于共同的祖先。在漫长的进化过程中,通过变异、遗传和自然选择,物种数量由少到多,生物的结构和功能由低级到高级、由简单到复杂。
进化论主要研究:(1)地球上的生命是怎样产生和发展的。(2)生命产生和发展的证据。(3)生物进化的因素。(4)生物进化的方向和途径,以及如何运用进化发展规律来改造生物。(5)进化论的产生和发展历史,在生物进化问题上的不同学派及其主要论点。
达尔文进化论的创立促进了生物学的发展。孟德尔遗传定律的提出和被证实,染色体遗传理论的确立,对突变的研究,都为生物进化提供了新的依据。由于细胞遗传学,特别是群体遗传学的建立,促使现代达尔文主义的产生和发展,它认为基因突变和染色体结构的变异是进化的原始材料。生物群体通过突变、选择和隔离而渐次分化,并发展成新种。
自然选择
又称天择说。为英国博物学家达尔文提出,要点如下:
变异:任何一种生物不同个体间都有许多相异的地方,甚至可以断言,同种生物绝不会有两个完全相同的个体,例如,世界上不会有两棵完全相同的白杨树,即使在同一棵树上也不会有两片完全相同的叶子,这就是生物的变异性。达尔文认为变异是可以遗传的。
过度繁殖:各种生物都有惊人的繁殖能力。例如,变形虫由一个分裂为2个、再分裂便是4个、8个……进行有性生殖的生物,在两个亲代交配后,常可产生更多的后代。这种后代个体加倍递增的情形称为几何级数增加。
生存竞争:由于食物与空间有限,各种生物的个体不断地呈几何级数增加,为了求得生存,同种生物的不同个体间必然要为获得食物和空间而展开斗争,这种现象称为生存竞争。竞争结果,种群得以维持一定大小。
适者生存:在竞争中,那些产生“有利于生存的变异”的个体获得较多的生存机会,并将上述变异遗传给后代;而产生“不利于生存的变异”的个体则逐渐被淘汰。这就是“最适者生存”的观点。达尔文认为,生物界的进化就是这种通过自然选择而实现的,他还用自然选择来解释物种的形成、生物的适应性和生物界的多样性。
自然选择是从变异出发,通过生存竞争而实现的。自然选择是生物的变异和环境的变化相互联系的过程,两者缺一不可。
《物种起源》
生物进化论的重要著作,又译《物种原始》。为英国博物学家达尔文著《论自然选择形成的物种起源》一书的简称,是奠定生物进化论理论基础的一本重要著作,公元1859年出版。达尔文根据其20余年积累的资料(特别是他历时5年的环球考察),以自然选择为中心,从变异性、遗传性、人工选择、生存竞争和适应等方面,论证了物种起源,即生物界进化的现象。尤其重要的是说明了生物是怎样进化的,即自然选择在生物进化中的作用。给特创论、物种不变论和目的论以沉重打击,对学术界发生了极大的影响,从而使唯物的进化论的观点占了优势。
人类起源
19世纪中叶,达尔文提出人类起源于古猿的理论。人和类人猿有许多相似之处。例如,都有32颗牙齿,一对乳房,无尾,没有臂疣,耳壳形状和全身骨骼结构十分相似。另外,人和类人猿还有许多相似的生理现象,如雌性个体都有按期的月经,血液也有不同的血型。黑猩猩能感染肠伤寒,其症状与人类的相似。类人猿也有喜怒哀乐等表情。这说明人和类人猿有共同的祖先。但是,人与类人猿又有区别。如人能直立行走,上下肢分工明确,有发育良好的发育器官和善于思维的头脑。人还会制造工具,进行有意识的劳动,这是人和类人猿最本质的区别。这说明人和类人猿在进化过程中经历了不同的进化过程。
在由古猿向人的转化过程中主要发生如下变化:(1)在生存竞争中,从不发达的猿手逐渐发展为能制造和使用工具的手。下肢比上肢长,身体重心下移,有利于身体直立。直立行走又促使脊柱呈S型,出现颈曲和腰曲,上述变化又进一步促使脑和感官的进化。(2)人类的祖先过着群居生活,在获取食物和防御天敌的过程中,逐渐有了分工合作,并产生了语言,从而使群体关系得以不断改善和发展。(3)由于学会了使用工具,人类的祖先脱离了动物的本能;而随着劳动工具的出现,终于产生了人类独有的意识。总之,在从猿到人的漫长过程中,劳动是决定的因素,人的手、脑、语言和社会等都是劳动的产物。
生物进化
生物逐渐演变,由低级到高级、由简单到复杂、种类由少到多的发展过程。地球上本来没有生命,大约在30亿年前,在一定条件下才开始形成原始生命。后来,由于变异、遗传与自然选择作用,生物不断进化,直到今天。目前世界上存在着200万个物种。30亿年前出现的原始生命并不具细胞结构,后来才逐渐出现一些单细胞生物。这种生物在不断分化、发展中,其中一部分进化为植物,另一部分进化为动物,直到约300万前才出现了人类。目前,人类发现并作了记录的物种约200万种,其中动物150多万种,植物40多万种。但是,上述数字与实际存在的种数可能有很大差距。生物进化不仅表现在种类和数量的增加,也表现在构造趋于不断完善和与环境相适应上。生物进化的主要方向是前进的、向上的、日臻完善的。在进化过程中,生物与周围的环境的关系越来越协调。但是,在生物界中也有退化的类型,这是因某些特殊环境因素作用引起的,如一些体内寄生虫的感观退化,栖息在澳洲的一些鸟类由于长期不受猛兽的威胁而丧失飞翔能力,鼹鼠等穴居动物的视觉也由于用进废退规律的作用而退化。
达尔文
(1809~1882年)英国博物学家、进化论的奠基人。从小酷爱自然科学,7岁便开始搜集植物和昆虫标本,喜欢观察鸟类生活和采集鸟卵、鸟巢、鸟类标本。曾就读于巴特勒博士学校(中学)、爱丁堡大学和剑桥大学基督学院。学习期间,积极参加科学活动,接触过拉马克的进化观点,阅读了大量有关动植物和地质学方面的书籍,其中兴堡德的《南美旅行记》对其影响尤深。1831年,毕业于剑桥大学,同年12月,以博物学家的身份乘“贝格尔号”舰作环球考察,历时5年。他考察过许多重要的自然区域,采集了大量动物、植物和化石标本,积累了丰富的地质资料,这对他形成生物进化的概念起了决定性作用。1839年至1841年,他写的《航海日记》和《贝格尔舰航行中的动物学》先后出版。1845年,他又出版了《火山岛》、《南美的地质》等著作。1842年起开始《物种起源》一书的写作,书的全称为《论自然选择形成的物种起源》,是奠定生物进化理论基础的最重要的著作,于1859年出版,被译成多种文字。《物种起源》的问世对当时学术界产生了巨大影响,使生物进化的观点占据了优势,是生物学史上重要的转折点。他提出以自然选择为基础的进化学说,指出各种生物都是由原始生物经过漫长的年代,由低级到高级、从简单到复杂逐步演化而来的。他还对生物的适应性做了正确解释。他的进化论给特创论、目的论和物种不变论以沉重打击,使生物学各领域中的概念和观点发生了根本的变化。之后,又发表《动物和植物在家养下的变异》和《人类的原始与类择》等论著,对人工选择作了系统的叙述,还提出了人类也是进化而来的观点,进一步充实了进化学说的内容。达尔文创立的进化论是19世纪自然科学的三大发现之一。