范文一：生命科学与社会发展

生命科学导论 第十一章

第11章 生命科学与社会发展(二)---海洋生物

海洋约占地球表面积的 71%。最深处的海底距海表面约11000m，海洋的平均深度约3800m。

从海洋中出现最原始的生命开始，到现在巳有40多亿年的历史了。几十亿年的生命演化过程创造出了丰富多彩的海洋生物世界。

主要内容:

11.1海洋生物学的发展

11.2海洋环境

11.3海洋生物

11.4海洋生物技术

11.1海洋生物学的发展

(1)挑战者”号阶段

通常称为“挑战者”号时代，包括整个19世纪。此时海洋科学考察从个体单项发展为综合性的，海洋学开始逐渐形成。这个阶段最重要的事件是英国“挑战者”号考察，此外还有“前进”号北极海探险等。

1872年12月7日，英国“挑战者”号船下水，开始了世界上第一次环球海洋考察。这次考察历时三年半，航程68890海里，到1876年5月26日结束，成为近代海洋科学的开端。

“挑战者”号船是由一艘改装的木制调查船，长68米，排水量2306吨，靠风帆和蒸汽机动力推动。船上备有当时最先进的调查仪器、设备和实验室，例如第一次采用了颠倒温度计。英国爱丁堡大学博物学家C.W.汤姆逊任科学调查队队长，有6名科学家做成员，船长是G.S.内厄斯。

这次考察，除北冰洋外，各大洋进行了考察，内容包括海洋生物学、海洋地质学和地理学、海洋化学、海洋物理学等。曾在362个站位上进行了水文观测，在492个站位上做了深度测量，在133个站位上进行深水拖网，采集了大量标本和样品。

这次考察了解到了海洋深层水温分布规律，得到各海域水成分恒定这一重要结论。新发现4400多种海洋动物，绘制了等深线图，首次采集到锰结核，发现了深海软泥和粘土。

1880年7月，成立了“挑战者号出版委员会”，邀请全世界科学家研究调查资料和标本，最后编成的《 H.M.S.挑战者号航行科学成果报告》共50卷，于1895年出齐。

“挑战者”号以前的考察:从19世纪初到1872年。这时的考察已不同于第一个时期的航海探险，明确以海洋科学考察为主，但往往以个体单学科的考察为主。较为重要的考察和成果如下:

? 1831,1836年英国“贝格尔”号环球探险。它历时5年,经历了大西洋、印度洋和太平洋。英国科学家、生物进化论者C.R.达尔文参加了这次考察。根据这次考察所得的资料,达尔文解释了珊瑚礁的成因,提出了有关海底运动的论述，并于1859年出版了《物种起源》。这次考察所获得的资料，由“贝格尔”号船长F.罗伊和达尔文整理编纂成《“贝格尔”号航海报告》(4卷)。

? 1839,1843年英国J.C.罗斯的南极海域探险。罗斯在南纬27?16′、西经17?29′海域测得2425英寻(约4438米)的深度,创造了当时深海测深的记录。同时,罗斯在南极海域的深海生物取样中，发现了与J.罗斯数年前在北大西洋发现的同样的海底生物，从而提出了整个大洋的底层水具有相同特性的结论。J.C.罗斯还发现了南磁极。

? 1842,1847年，美国海军上尉M.F.莫里系统地研究了大洋的风和海流，并根据这些记录绘制成海图。于1855年出版了《海洋自然地理学》，为人们提供了第一部海洋学经典著

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作。于1854年出版了第一幅北大西洋海盆的水深图，为铺设大西洋海底电缆提供了科学依据。

? 英国海洋生物学创始人E.福布斯对西欧、南欧、北非等海域的生物进行了多次考察和研究。他按照不同的深度将爱琴海分成8个带,第一次提出海洋生物分布的分带概念;认为深度越大,生物越少,550米以下为无生物带。1836年，C.G.爱伦贝格发现欧洲大陆的许多岩石中都含有硅藻、海绵和放射虫等海洋生物残骸，认为生物大量沉积海底是形成这些沉积岩的原因，指出这样的沉积物现在还在形成。1860年“斗犬”号 (Bulldog)在从地中海2200米深处打捞上来的电缆上，发现附有大量珊瑚类生物和软体动物。这一发现打破了福布斯关于海中550米以下是无生物带的结论。1868年,英国“闪电”号(Lightening)在设得兰群岛和法罗群岛之间海域1100米深处采集了大量的生物。1869,1870年，英国“豪猪”号 (Porcupine)在爱尔兰西部、比斯开湾和法罗水道一带1800,4464米深水处取样16次，每次取样都获得相当多的生物，尤其是采到了被认为是白垩纪以后已经绝种的海胆。1872年C.W.汤姆孙根据“闪电”和“豪猪”号的考察结果，撰写了当时权威的海洋学著作《深海》。

? 19世纪50年代以后，铺设海底电缆的工作促进了海洋测深的调查。1856年，铺设海底电缆专用调查船“阿尔奇克”号在北美东岸和爱尔兰西岸之间进行了测深，确认了北大西洋中央海脊的存在，并建议沿这条海脊铺设海底电缆。1857年“独眼巨人”号、1858和1860年“戈尔岗”号、“斗犬”号先后在北大西洋进行了测深调查。

(2)“流星”号阶段:

从20世纪初期到中期。在这个阶段，综合性海洋考察普遍开展，各种电子技术和近代科学方法得以采用，极大地促进了海洋调查的深入和发展，进而推动了海洋学的发展。海洋学形成为一门独立的科学，其标志是德国“流星”号考察和H.U.斯韦尔德鲁普等的名著《海洋》 (3卷)的问世。这一阶段较为重大的事件还有:1902年国际海洋考察理事会(ICES)的成立，瑞典“信天翁”号考察、丹麦“铠甲虾”号考察和苏联“勇士”号考察等。

德国“流星”号考察:1925,1927年,德国"流星”号(Meteor)考察船对南大西洋进行了历时两年零三个月的调查，这是继英国“挑战者”号之后的又一次划时代的科学考察。这次考察以海洋物理学为主，采用了各种电子技术和近代科学方法，以观测精确著称。它首次应用电子回声测深仪，获得了 7万个以上的海洋深度数据;首次清晰地揭示了大洋底部起伏不平的轮廓;揭示了海洋环流和大洋热量、水量平衡的基本概况。出版了16卷考察报告，包括海底、海洋物理、海洋化学、海洋生物、海洋气象，以及内波观测等内容。

1929,1935年和1937,1938年，“流星”号还分别在冰岛海域和东北大西洋进行了调查，弄清了极峰带的复杂海况。通过几个国家反复的同步调查，清楚地绘制出墨西哥湾流的续流。

瑞典“信天翁”号考察:1947,1948年，瑞典国立海洋研究所所长 H.彼得松率领 12名科学家乘坐“信天翁”号 (Albatross)考察船进行深海调查。这次调查历时15个月，航程13万公里，重点进行了大西洋、太平洋、印度洋赤道无风带的深海观测，以补充英国“挑战者”号调查船无法在无风带区域进行深海观测的空白。“信天翁”号调查观测了南北纬度20?以内的赤道海流系，研究了深海的光学性能。同时使用活塞式柱状采样器，可取长23米的岩心，发现深海沉积层中有第四纪气候变动旋回的记录;利用地层剖面仪调查了大洋沉积物的厚度;用放射性同位素测出沉积物的生成年代和沉积速率。此外，在浊流、底水化学、海底地壳热量测定等方面也有所贡献。“信天翁”号调查，为深海地球物理研究开创了先例。

丹麦“铠甲虾”号深海考察:为了进一步研究深海生物，丹麦“铠甲虾”号(Galathea)调查船于1950年10月至 1952年9月，周航世界进行海洋调查。考察队在海底取样时，使用了12000米长的钢丝绳，从大于10000米深的菲律宾海沟的底质中，采集到大量的活体微生物。1951年 7月，在 10190米深的海底石块上和附近海域采集到白色海葵、美丽的红虾、发光鱼、水母、沙蚕类动物等，证实在1万米的深处也栖息着生物;从3400,7200米的深海

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采集到大量乌黑的鱼、青白的海星、海参、虾、长腿蟹等珍贵生物,还采集到被人们认为早已绝种的"活化石”新蝶贝(Neopilina)。根据采集到的样品，他们发现生活在大于7000米深的超深海动物，与来自于2000,3000米深的海域和大陆坡的动物种不同，能够适应巨大的水压。在这次考察中,还首次采用14C法测定海洋生物初级生产力，并测量了深海地磁。

苏联“勇士”号太平洋考察:1949,1958年，“勇士”号(Витязь)主要在太平洋考察。 “勇士”号在考察中进行了测深,更正了远东近海和太平洋水深图,还发现了一些断裂带、海底山脉、海山等。在马里亚纳海沟发现了世界最深的查林杰海渊为11034米;在千岛-勘察加海沟发现了深海渊(10382米);在考察中取得了40米长的海底柱状样品，分析研究了长达1000万年的地质史;发现了深层水在不断流动，并在1000,3000米的深度上测量到速度高达 30厘米/秒的强大层流;弄清了深海水强烈的垂直混合和数公里规模的浮游生物的垂直移动。调查结果表明,在1万米以深的最深海沟处，也有许多种生物存在。1959年以后，“勇士”号还在印度洋从事考察。

1950s后期以来，海洋调查研究工作进入了一个全新的历史时期。1957年国际科学联合会理事会下属的海洋研究科学委员会 (SCOR),和1960年联合国教科文组织的政府间海洋学委员会 (IOC)建立后，积极组织和协调各国的海洋考察，开展各会员国之间及与其他世界组织的学术交流，制订各海区中长期海洋研究计划，有力地促进了世界海洋考察、研究的发展。其中最重要的计划是海洋勘探与研究长期扩大方案 (LEPOR)。它制订于1969年，以10年为一个阶段，分期执行，其第一期计划即国际海洋考察十年，已取得重大成果。另一个突出的考察活动是深海钻探计划。这个时期的海洋考察有两个显著的特点:?国际合作进行大规模的海洋考察;?现代化立体观测技术系统在海洋考察中得到广泛的应用。

海洋立体调查系统的建立:直到20世纪60年代初，传统的海洋调查船基本是由旧军舰、商船或货船改装成的。但到了60年代中期以后，各国开始设计建造了专以海洋研究为目的的调查船，为海洋科学研究提供理想的平台。为开展对深海的研究，海洋学家们设计出各种海洋调查潜水器、水下实验室，使人们有可能下潜到深海亲自观测和取样。最有代表性的潜水器是美国“阿尔文”号，它曾多次下潜到几千米深的海底热泉口进行观测。为研究海洋历史需钻取海底岩心，在20世纪20年代只能钻取1米,30年代为5.6米，70年代就可获得 200,300米未扰动的连续沉积岩心，从而使海洋调查研究的能力由海面深入到海底和海底以下。同时，研究海洋的手段扩大到太空。在60年代初，利用气象卫星开始从太空监测海洋。1978年美国发射专用海洋卫星(Seasat)，所收集到的大量海洋资料，至今仍有价值。这样在70年代，海洋调查已由过去的单一调查船，扩大到空中飞机、卫星、海面研究船、浮标、水下潜水器、海底实验室、海底深钻和取样的立体观测系统。

20世纪90年代以来:全球变化可持续发展。

11.2海洋环境

世界的海洋可以细分为许多海洋环境(图11.1)。最基本的划分是分为水层(远洋)和底栖系统。水层环境是指从表层到最大深度的水体。底栖环境包括海底，也包括海岸、滨海带、潮间带、珊瑚礁和深海底。

海洋的基本划分:

水层环境pelagic system: 浅海带 Neritic

大洋带 Oceanic

底栖环境benthic system : 潮间带 Littoral /intertidal

潮下带 Sublittoral 0~200m

深海带 bathyal 200~2000m

深渊带 abyssal 2000~6000m

超深渊带 hadal > 6000m

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图11.1 海洋的基本生态学划分(生物海洋学导论，图1.1) 11.2.1光照

阳光对海洋中的生命如同对于陆生生命一样至关重要。穿透进入海水里的阳光辐射有一部分在光合作用中被植物吸收，这部分能力用于将无机物转化为有机物。 (1)光在海洋中的垂直分布

海表面的辐射:从太阳到地球大气层外侧的光辐射相当稳定。海表面的辐射能量(100%)中:海表层吸收、散射(红外、紫外光的能量占海面总辐射能量的50%);随深度衰减的可见光谱(约占表面总辐射能的50%);平均表面反射能量为PAR的4%。

海洋中的辐射:水与其他液体相比，对太阳辐射是相对透明的，而比空气则相差甚远。透过海表面的阳光中50%是由大于780nm波长的光组成:? 红外光(>780 nm)，上层几米内被海水吸收转换为热能;? 紫外光(<380 nm)，仅占一小部分，被迅速散射和吸收;?="" 可见光(400~700="" nm)，穿透较深，是植物光合作用所需光波，故称作光合作用有效光辐射(phothosynthetically="" active="" radiation,="" par)。="">

光强度随深度增加呈指数衰减。消光系数(k):表示光强随深度增加呈指数衰减的系数(The extinction coefficient)。

In,I,,In,I, 0D

k=

Depth,m,

I0和ID分别表示在深度D处和海面的光强

当可见光穿透不同的海水深度时，不同的波长被散射和吸收不同，红光(?650 nm)很快被吸收，约有1%的红光可达10m(清澈海水); 蓝光(?450 nm)，穿透最深，约1%的蓝光可达150m处(清澈海水)。

根据在垂直方向上的光照条件分为3个层次:

?透光层，也称真光层(euphotic zone):有足够的光强可供植物进行光合作用，其光合作用的量超过植物的呼吸消耗的量。从数m到150m。

?弱光层(disphotic zone):真光层以下, 光强微弱，缺乏净光合作用，但鱼类和某些无脊椎动物可视。

?无光层(aphotic zone):从弱光层下方向下延伸至海底，没有植物生存。

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(2)光与海洋动物的分布及趋光行为

A、昼夜垂直迁移(Diel vertical migration, DVM) :在24小时周期内出现的活动节奏。一般是夜间生物向表层移动，而白天向深水层移动。如水母、管水母以及很多鱼类、头足类等。

由于这种垂直移动与昼夜交替有密切关系，一般认为光是影响动物昼夜垂直移动的重要生态因子。

最适光强假说:浮游动物是停留在最适光强区，当光强超过其最适光强时，动物表现为负向光性，低于最适光强时表现为正向光性。

昼夜垂直迁移是生物在长期进化过程中形成的一种重要的适应机制，有利于生存和繁衍后代。

, 逃避捕食者:

, 减少代谢消耗:

, 有利于遗传杂交:

B、生物发光(Bioluminescence)，由生物本身产生并发出的光。在中层的弱光带，90%以上的甲壳类，胶体状浮游动物、鱼和乌贼都可发光。主要类型有细胞内发光;细胞外发光;共生细菌发光。

生物发光的生物学意义:同种集群的识别信号;对捕获物的引诱;对捕食者的警告或自我保护。

11.2.2温度

, 水温是最重要的海洋环境要素之一;

, 对物理、化学、生物过程有重要的影响;

, 控制着化学反应和生物过程(代谢和生长)的速度,与盐度的不同结合决定了海水的

密度，影响着水团的运动;

, 部分地决定着溶于海水中气体的浓度(O或CO); 22

, 是海洋生物种类分布的决定性因子(如区系性质，珊瑚礁)。 (1)海洋表层温度的纬度梯度:

海洋表层温度有明显的纬度分布特点。从极地区的 -1.9?到热带海洋30?(热带泻湖40?)，不同纬度温度差异较大(表11.1)。

表11.1 海洋表层温度的纬度梯度

纬度 温度

Tropical 热带 25?

Subtropical 亚热带 15?

Temperate 温带 5?(北半球);2?(南半球) Polar 极区 < 0?-2?或5?="">

(2)水温的日变化、季节变化

外海大洋中水温日变化很小，低于0.3?-2?。

温带和亚热带的水温季节变化较明显，可影响生物过程。北太平洋和北大西洋西部海域年温差可达18?(冬天强盛的西北风带来大陆冷气团和夏季的来自大陆的暖气流)。浅边缘海和滨海地带年变化10?。

(3)水温的垂直变化

, 混合层(mixed layer):风和浪产生的湍流混合将热量从表层向下传递，所形成的均

匀温度层。

, 温跃层(thermocline):在不太厚的深度内，水温迅速递减-主温跃层(the main

thermocline)，又称永久性跃层(the permanent thermocline):200，300m-1000m处。

温度差可达到20?。

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, 季节性温跃层(the seasonal thermocline):由于风减弱，而太阳辐射加强使表层温度

升高所产生的。

(4)海洋生物对温度的适应

? 变温动物Poikilothermic Species(无脊椎动物和鱼类)随环境的温度而调节自身的体温。 ? 恒温动物homoiothermic(marine mammals)体温不变。

? 广温性动物(eurythermic)对温度适应广、广泛分布的动物,如菲律宾蛤仔(Raditapes philippinarum)

? 狭温性动物(Stenothermic)如局限于冷水的动物，和要求最低温度为20 ?的造礁珊瑚类。狭温性冷水种可能有广的分布，如北极浅水的某些种在赤道区的2000~3000m也有分布。

*EL Nino 现象:是指赤道太平洋东部表层水温异常升高的现象～每2~10年发生的海洋表层温度的周期性变化。是海洋灾害～引发全球气候的异常变化。厄尔尼诺,El Nino,～因为会给人类带来暴雨、洪涝、干旱、尘暴等重重灾害～这拗口又生疏的名词已经变得广为人知～引起了普遍关注。

20世纪末的几大灾害～如1998年中国长江全流域洪灾和1997年印度尼西亚有史以来最大的森林火灾的祸首就是厄尔尼诺。它像妖魔那样～可以让久旱的南美洲沙漠骤降暴雨～又会让利马外港海滩上的海鸟海兽相继夭折～使海水变色臭气熏天～这些残骸腐烂后产生的硫化氢气体吹向大陆～给海港城市卡西俄的建筑物和汽车涂上一层黑色～因而当地人又把厄尔尼诺戏称“卡西俄漆匠”。那么～厄尔尼诺究竟是什么,它的成因又是怎样的,它给人类带来的灾难能消减吗,

厄尔尼诺是西班牙语～意为“圣婴”～即上帝之子。厄尔尼诺现象是指赤道太平洋中东部每隔几年发生的一次大规模海水温度异常增高的现象。

“圣婴”的老家在南太平洋的东岸～即南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等国的西部沿海。世界著名的秘鲁寒流由南向北流经这里～形成了著名的秘鲁渔场～这里生产的鱼类曾占世界海洋鱼类总产量的1/5左右。但是每隔2，7年～秘鲁渔场便发生一次由于海水温度异常升高而造成的海洋生物浩劫:鱼死鸟亡～海兽它迁～渔类大幅度减产。这种现象一般在圣诞节前后或稍后一两个月出现～因此秘鲁人称此为“厄尔尼诺”～即“圣婴”。除了秘鲁南海岸之外～厄尔尼诺现象还可能在美国加利福尼亚、西南非洲、西澳大利亚等地的沿海发生～只是影响程度比较小一些～没有引起人们的广泛注意。

厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋与大气相互作用失去平衡而产生的一种气候现象。在东南信风的作用下～南半球太平洋大范围内海水被风吹起～向西北方向流动～致使澳大利亚附近洋面比南美洲西部洋面水位高出大约50厘米。当这种作用达到一定程度后～海水就会向相反方向流动～即由西北向东南方向流动。反方向流动的这一洋流是一股暖流～即厄尔尼诺暖流～其尽头为南美西海岸。受其影响～南美西海岸的冷水区变成了暖水区～该区域降水量也大大增加。厄尔尼诺现象的基本特征是～赤道太平洋中东部海域大范围内海水温度异常升高～海水水位上涨。

厄尔尼诺现象发生时。由于海温的异常增高～导致海洋上空大气层气温升高～破坏了大气环流原来正常的热量、水汽等分布的动态平衡。这一海气变化往往伴随着出现全球范围的灾害性天气:冷热失去均衡～该天晴的地方洪涝成灾～该下雨的地方却烈日炎炎。一般来说～当厄尔尼诺现象出现时～赤道太平洋中东部地区降雨量会大大增加～造成洪涝灾害～而澳大利亚和印度尼西亚等太平洋西部地区则干旱无雨。

近年来～有科学家提出厄尔尼诺现象的形成可能与海底地震、火山喷发、大气环流变化和含盐量有关。更多的研究发现～厄尔尼诺事件的发生与地球自转速度变化有关～地球自转减慢可能是形成厄尔尼诺现象的主要原因。还有科学家从厄尔尼诺现象发生的周期逐渐缩短,近百年来已有16次～1990年代以来变得越来越频繁,这一点推断:厄尔尼诺现象同人类

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活动造成的温室效应加剧的全球变暖有直接关系。

厄尔尼诺发生的时间并不固定～短则半年～长则一两年。强度也不一样～1982,1983年那次较强～持续时间长达两年之久。最近一次,1997,1998 年,则是有记录以来最强的。1997年开始的厄尔尼诺现象将全球气候搅得一团糟～所到之处灾痕遍地:智利遭受了一场百年不遇的特大洪灾～连续的滂沱大雨把这个国家的沙漠变成了花儿盛开、河流湖泊纵横的草原,我国夏季的酷暑中心移至华北乃至东北～出现罕见的“南凉北热”异常现象,印度尼西亚由于雨季推迟～长期干旱～引发了有史以来最严重的森林大火,东非暴雨频繁～洪水泛滥～肯尼亚、埃塞俄比亚等国饱受洪灾之苦～相反南非等地却在经受干旱的煎熬～大部分粮食作物颗粒无收。

当然人们在猖獗的厄尔尼诺面前并非束手无策。各国海洋及气象局对引发世纪性灾难的1997,1998年厄尔尼诺现象都进行了及时的预报和预测～并对其形迹进行监测～不断发出最新研究报告～使有关国家和地区能做好防灾减灾工作～把灾害损失降到最低点。

在深入探索厄尔尼诺与气候变化关系的过程中～科学家又发现了与其性格相反的拉尼娜,La Nina,现象。有人称之为圣婴的邪恶妹妹“女婴”。虽然威力不及厄尔尼诺～但也会给人类造成相当大的危害。拉尼娜现象也是每隔几年出现一次～是东太平洋沿着赤道酝酿出的不正常低温气流～导致气候异常。其发生频率比厄尔尼诺现象低～上一次较强的情况发生在1988,1989年。

研究厄尔尼诺和拉尼娜现象成为全球科学家的一个长期的课题。世界各地的科学家都在全力以赴～研究这对臭名昭著的“姐妹”引起的种种神秘现象～以及它们之间的互动关系。科学家坚信～只要能研究出这些神秘现象背后隐藏的规律～就能揭示出它们的活动规律～从而有效地对付它们。

11.2.3盐度

海水盐度的定义:

指海水中的含盐量，单位:1kg海水中的所有无机盐的总量(g)，该值由随含盐量增加而上升的电导率(electrical conductivity)来求出。

(1)海水的组分:

-+2+2++-4 海水中主要元素以离子形式存在，主要是Cl 和Na，其次是SO、Mg、Ca、K2

占海洋中所有溶解物99.28%。

主要性质:海水组成的保守行为，即主要成份的浓度和主要离子浓度的比值不受生物和化学反应的影响所表现的稳定性。河口由于大量淡水的注入是一例外。

(2)海洋盐度分布

水平分布:20,30度海区盐度较高;温带和两极海区盐度较低;赤道盐度也较低,大量降雨和风速减弱蒸发。

垂直分布:从表层混合层底部至1000米水深范围内出现盐度随深度增加而迅速变化的盐跃层(halocline)，超过1000米的深水区，盐度随水深变化很小，几乎处于34.5,35.0。

表11.2 特定海区盐度分布

特定海区 盐度

大洋Open ocean 32~38(平均35)

浅海Shallow coastal areas 27~30

半封闭海Semi-enclosed seas(e.g. Balthic Sea) < 25="">

河口Estuaries 0~30

超盐水Hypersaline environment(e.g. Red Sea; > 40

tropical coastal lagoons)

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(3)海洋生物对盐度的适应

, 多数海洋无脊椎动物和原始鱼类(Sharks )其血液和体液的含盐量与海水相等。硬

骨鱼类(teleosts)血液盐度仅为外界的30~50%。

, 广盐种(euryhaline):能忍受盐度大范围的变动，如海水和淡水间洄游的鱼类型;

潮间带生活的无脊 椎动物，如日本刺沙蚕(Neanthes japonica)。

, 狭盐种(stenohaline):对盐度范围适应窄的种类，深海和大洋中的生物是典型的峡

盐种。

11.2.4表层流

海流(current)是指海水大规模相对稳定的流动。流向几乎恒定，流速流量随季节变化。 海流可以分为暖流和寒流:

暖流(warm current):水温高于流经海区水温，通常是由低纬度流向高纬度，高温高盐、透明度大;

寒流(cold current):水温低于流经海区水温，通常是由高纬度流向低纬度，低温低盐、透明度小。

海流一般是三维的，既有水平方向流动，也有垂直流动。水平流动称作海流，垂直流动称作上升流(upwelling)和下降流(downwelling)。海流形成原因: ? 海面上的风力驱动-风生海流;? 海水的温盐变化-热盐环流。

海流扩大海洋生物的分布:

海流散播和维持着海洋生物群。有助于某些鱼类的被动洄游;散播一些底栖动物幼体，利于其扩散至适宜的栖息地。

强大的暖流和寒流交汇的海区生产力也高。

11.3海洋生物

海洋生物主要包括真菌、细菌、植物和动物。根据它们的栖息地可以将海洋生物划分为一下几种:

浮游生物Plankton

浮游植物Phytoplankton

浮游动物Zooplankton

游泳生物Nekton

底栖生物Benthos

11.3.1浮游植物Phytoplankton

定义:在水域中随波逐流、漂浮生活的种类。

一般只分布于真光层，通过光合作用固定碳转化为碳水化合物，是水域的初级生产者。海洋浮游植物:硅藻、甲藻、绿藻、兰藻、金藻、黄藻以及藻类孢子等。 分类位置:

原核生物界 Procaryote:细胞核无核膜

兰藻门 Cyanophyta 兰藻、原绿球藻、聚球藻(Synechococcus)

原生生物界 Protesta

裸藻门 Euglenophyta

隐藻门 Cryptophycophyta

黄藻门 Xanthophyta

金藻门 Chrysophyta

硅藻门Bacillariophyta

中心纲 Centricae

羽纹纲 Pennatae

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甲藻门 Pyrrophyta

植物界:红藻门 Rhodophyta

绿藻门 Chlorophyta

(1)硅藻 Diatom

大小:2~1000 mm

类型:羽纹型(多底栖)和辐射型(多浮游，1000多种)。

硅藻壳(frustule):硅质，两瓣。

无运动结构，多群生。

硅藻软泥(diatomaceous ooze)

复大孢子(auxospore)

休眠孢子(resting spores)

最新的分类将硅藻门(Bacillariophyta)分为3个纲

?圆筛藻纲(Coscinodiscophyceae)，即中心硅藻

?胞杆藻纲(Fragilariophyceae)，无壳缝的羽纹硅藻

?硅藻纲(Bacillariophyceae)，有壳缝的羽纹硅藻

(2)甲藻(dinoflagellate)

多为单细胞体，多数单独生活，两根鞭毛，有运动能力，也有的形成群体。全世界现存甲藻和化石甲藻各2000种，有光合性和非光和性两种营养方式。习见繁殖方式为二分裂，有性生殖仅在少数种类，现在发现约有80种甲藻可形成孢囊(Cyst), 即合子(Zygote). (3)赤潮藻

主要的赤潮种类:亚历山大藻Alexandrium，多甲藻Peridinium，裸甲藻Gymnodinium，光甲藻Glenodinium，多沟藻Polykrikos，角藻Ceratium，膝沟藻Gonyaulax ，夜光藻(夜光虫)Noctiluca。

(4)赤潮及其危害:

由某种微型藻高密度而致海水呈红色。甲藻是形成赤潮的主要因素。

伴随着浮游生物的骤然大量增殖而直接或间接发生的现象。本来是渔业方面的用语～并没有严格的定义。水面发生变色的情况甚多～厄水,海水变绿褐色,、苦潮,按即赤潮～海水变赤色,、青潮,海水变蓝色,及淡水中的水花～都是同样性质的现象。构成赤潮的浮游生物种类很多～但鞭毛虫类、硅藻类大多是优势种。当发生赤潮时的浮游生物的密度一般是102—106细胞,毫升。赤潮有时可使鱼类等水生动物遭受很大危害～这是由于赤潮浮游生物堵塞鱼鳃～引起机械障碍～和它们死后分解～迅速消耗氧气～水中氧气不足～以及分泌有害物质等造成的～?尤其是裸甲藻属,Gymnodinium,和Olisthodiscus等为害甚大?。一般以为是由于水不流动、富营养化、日照量增大和水温上升等因素综合作用的结果。

赤潮是一种自然现象～也是人为因素引起的。人类早就有相关记载～如《旧约?出埃及记》中就有关于赤潮的描述:“河里的水～都变作血,河也腥臭了～埃及人就不能喝这里的水了”。在日本～早在腾原时代和镰时代就有赤潮方面的记载。1803年法国人马克 ? 莱斯卡波特记载了美洲罗亚尔湾地区的印第安人根据月黑之夜观察海水发光现象来判别贻贝是否可以食用。1831—1836年～达尔文在《贝格尔航海记录》中记载了在巴西和智利近海面发生的束毛藻引发的赤潮事件。据载～中国早在2000多年前就发现赤潮现象～一些古书文献或文艺作品里已有一些有关赤潮方面的记载。如清代的蒲松龄在《聊斋志异》中就形象地记载了与赤潮有关的发光现象。

赤潮是在特定的环境条件下～海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。赤潮是一个历史沿用名～它并不一定都是红色～实际上是许多赤潮的统称。赤潮发生的原因、种类、和数量的不同～水体会呈现不同的颜色～

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生命科学导论 第十一章

有红颜色或砖红颜色、绿色、黄色、棕色等。值得指出的是～某些赤潮生物,如膝沟藻、裸甲藻、梨甲藻等,引起赤潮有时并不引起海水呈现任何特别的颜色。

随着现代化工、农业生产的迅猛发展～沿海地区人口的增多～大量工农业废水和生活污水排入海洋～其中相当一部分未经处理就直接排入海洋～导致近海、港湾富营养化程度日趋严重。同时～由于沿海开发程度的增高和海水养殖业的扩大～也带来了海洋生态环境和养殖业自身污染问题,海运业的发展导致外来有害赤潮种类的引入,全球气候的变化也导致了赤潮的频繁发生。

目前～赤潮已成为一种世界性的公害～美国、日本、中国、加拿大、法国、瑞典、挪威、菲律宾、印度、印度尼西亚、马来西亚、韩国、香港等30多个国家和地区赤潮发生都很频繁。

赤潮的危害

, 赤潮对海洋生态平衡的破坏

海洋是一种生物与环境、生物与生物之间相互依存，相互制约的复杂生态系统。系统中的物质循环、能量流动都是处于相对稳定，动态平衡的。当赤潮发生时这种平衡遭到干扰和破坏。在植物性赤潮发生初期，由于植物的光合作用，水体会出现高叶绿素a、高溶解氧、高化学耗氧量。这种环境因素的改变，致使一些海洋生物不能正常生长、发育、繁殖，导致一些生物逃避甚至死亡，破坏了原有的生态平衡。

, 赤潮对海洋渔业和水产资源的破坏

赤潮破坏鱼、虾、贝类等资源的主要原因是:

破坏渔场的铒料基础，造成渔业减产。

赤潮生物的异常发制繁殖，可引起鱼、虾、贝等经济生物瓣机械堵塞，造成这些生物窒息而死。

赤潮后期，赤潮生物大量死亡，在细菌分解作用下，可造成环境严重缺氧或者产生硫化氢等有害物质，使海洋生物缺氧或中毒死亡。

有些赤潮的体内或代谢产物中含有生物毒素，能直接毒死鱼、虾、贝类等生物。

, 赤潮对人类健康的危害

有些赤潮生物分泌赤潮毒素，当鱼、贝类处于有毒赤潮区域内，摄食这些有毒生物，虽不能被毒死，但生物毒素可在体内积累，其含量大大超过食用时人体可接受的水平。这些鱼虾、贝类如果不慎被人食用，就引起人体中毒，严重时可导致死亡。

由赤潮引发的赤潮毒素统称贝毒，目前确定有10余种贝毒其毒素比眼镜蛇毒素高80倍，比一般的麻醉剂，如普鲁卡因、可卡因还强10万多倍。贝毒中毒症状为:初期唇舌麻木，发展到四肢麻木，并伴有头晕、恶心、胸闷、站立不稳、腹痛、呕吐等，严重者出现昏迷，呼吸困难。赤潮毒素引起人体中毒事件在世界沿海地区时有发生。据统计，全世界因赤潮毒素的贝类中毒事件约300多起，死亡300多人。

发生赤潮的原因:

赤潮是一种复杂的生态异常现象，发生的原因也比较复杂。关于赤潮发生的机理虽然至今尚无定论，但是赤潮发生的首要条件是赤潮生物增殖要达到一定的密度，否则，尽管其他因子都适宜，也不会发生赤潮，在正常的理化环境条件下，赤潮生物在浮游生物中所占的比重并不大，有些鞭毛虫类(或者假藻类)还是一些鱼虾的食物。但是由于特殊的环境条件，使某些赤潮生物过量繁殖，便形成赤潮。大多数学者认为，赤潮发生与下列环境因素密切相关。

?海水富营养化是赤潮发生的物质基础和首要条件

由于城市工业废水和生活污水大量排入海中，使营养物质在水体中副集，造成海域富营养化。此时，水域中氮、磷等营养盐类;铁、锰等微量元素以及有机化合物的含量大大增加，

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生命科学导论 第十一章

促进赤潮生物的大量繁殖。赤潮检测的结果表明，赤潮发生海域的水体均已遭到严重污染，富营养化。氮磷等营养盐物质大大超标。据研究表明，工业废水中含有某些金属可以刺激赤潮生物的增殖。在海水中加入小于3mg/dm3的铁螯合剂和小于2 mg/dm3 的锰螯合剂，可使赤潮生物卵甲藻和真甲藻达到最高增殖率，相反，在没有铁、锰元素的海水中，即使在最适合的温度、盐度、PH和基本的营养条件下也不会增加种群的密度。

其次一些有机物质也会促使赤潮生物急剧增殖。如用无机营养盐培养简裸甲藻，生长不明显，但加入酵母提取液时，则生长显著，加入土壤浸出液和维生素B12时，光亮裸甲藻生长特别好。

?水文气象和海水理化因子的变化是赤潮发生的重要原因

海水的温度是赤潮发生的重要环境因子，20—30?是赤潮发生的适宜温度范围。科学家发现一周内水温突然升高大于2?是赤潮发生的先兆。海水的化学因子如盐度变化也是促使生物因子—赤潮生物大量繁殖的原因之一。盐度在26—37的范围内均有发生赤潮的可能，但是海水盐度在15—21.6时，容易形成温跃层和盐跃层。温、盐跃层的存在为赤潮生物的聚集提供了条件，易诱发赤潮。由于径流、涌升流、水团或海流的交汇作用，使海底层营养盐上升到水上层，造成沿海水域高度富营养化。营养盐类含量急剧上升，引起硅藻的大量繁殖。这些硅藻过盛，特别是骨条硅藻的密集常常引起赤潮。这些硅藻类又为夜光藻提供了丰富的饵料，促使夜光藻急剧增殖，从而又形成粉红色的夜光藻赤潮。据监测资料表明，在赤潮发生时，水域多为干旱少雨，天气闷热，水温偏高，风力较弱，或者潮流缓慢等水域环境。 ?海水养殖的自身污染亦是诱发赤潮的因素之一

随着全国沿海养殖业的大发展，尤其是对虾养殖业的蓬勃发展。也产生了严重的自身污染问题。在对虾养殖中，人工投喂大量配合饲料和鲜活饵料。由于养殖技术陈旧和不完善，往往造成投饵量偏大，池内残存饵料增多，严重污染了养殖水质。另一方面，由于虾池每天需要排换水，所以每天都有大量污水排入海中，这些带有大量残饵、粪便的水中含有氨氮、尿素、尿酸及其它形式的含氮化合物物，加快了海水的富营养化，这样为赤潮生物提供了适宜的生物环境，使其增殖加快，特别是在高温、闷热、无风的条件下最易发生赤潮。由此可见，海水养殖业的自身污染也使赤潮发生的频率增加。

11.3.2浮游动物

定义:生活于水层中被动地移动的细小动物。包括原生动物、腔肠动物、浮游多毛类、软体动物的翼足类和异足类、甲壳动物、毛颚动物、被囊动物、浮游幼虫等。有些种可作为海流指示种，很大一部分为鱼、贝类的饵料;是水层食物链(网)的中间环节，在海洋生态系统动力学中占有重要地位。

(1)划分:

按营养类型划分:

?草食性者(herbivores)以植物为食。

?肉食性者(carnivores)以其他动物为食。

?碎屑食性者(detritivores)以死的有机质为食。

?杂食性者(omnivores)以动物、植物、碎屑等为食。

按大小分:

?小型浮游动物(microzooplankton) 50μm~1mm。

原生动物、小型甲壳类、小型浮游幼虫

?中型浮游动物(mesozooplankton) 1~5mm。

小型水母、枝角类、桡足类和浮游幼虫5mm~1cm

?大型浮游动物(macroplankton) >1cm

大型水母、大型甲壳类、海樽类等

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生命科学导论 第十一章

?巨型浮游动物(megazooplankton) >5cm~10cm

海蜇、被囊动物的火体虫等

按在水层中生活时期的长短划分:

? 终生浮游生物(holoplankton, permanent plankton)，整个生活史的各个阶段均属于浮游生物群落的成员;

? 暂时性浮游生物(meroplankton)，仅生活史中的卵、胚胎和幼虫阶段在水层中生活。如鱼卵和仔鱼以及许多底栖动物的浮游幼阶段如各种贝类，藤壶、海参、蛇尾、海胆等。 (2)终生浮游动物的主要门类及其代表

表11.3 浮游动物主要门类及其代表

门 Phylum 亚 群Subgroups 常见属 1. 原生动物 腰鞭虫 夜光虫

(=异养的原生生物) Dinoflagellates Noctiluca

Protozoa 动鞭虫 Bodo

(= Heterotrophic protests) Zooflagellates Bodo

有孔虫 抱球虫

Foraminifera Globigerina

放射虫 Aulacantha

Radiolaria Aulacantha

纤毛虫 侠盗虫;网纹虫

Ciliates Strombidium

Favella 2. 有刺胞动物(以前称腔肠动物,) 水母 丽水母;霞水母

Cnidaria (formerly Coelenterata) Medusae Aglantha; Cyanea

管水母 僧帽水母;小水母

Siphonophores Physalia; Nanomia 4. 毛颚动物 箭虫

Chaetognatha Sagitta 5. 环节动物 多毛纲 浮蚕

Annelida Polychaetes Tomopteris 6. 软体动物 异足类 明螺

Mollusca Heteropods Atlanta

被壳翼足类 虫虎 螺

Thecosomes Limacina; Clio

裸鳃类 海若螺

Gymnosomes Clione 7. 节肢动物 Arthropoda 枝角类 三角蚤

(甲壳纲) (Class Crustacea) Cladocera

介形类

Ostrocoda Conchoecia

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生命科学导论 第十一章

桡足类 哲水蚤

Copepods

糠虾 新糠虾

Mysis

端足类 脚 虫

Amphipods

磷虾 磷虾

Euphausiids

十足类 樱虾属

Decapoda 8. 脊索动物 Chordata 有尾类 住囊虫

Appendicularia

纽鳃樽 纽鳃樽

Salps 11.3.3游泳动物

, 游泳甲壳类和头足类

, 鱼类

, 爬行类

, 哺乳动物

(1)游泳甲壳类crustacean

属节肢动物门(Arthropoda)，甲壳纲(Crustacea):体表被有一层坚硬的甲壳质(几丁质)外壳的无脊椎动物，具重要经济价值。

世界已知甲壳类约26,000种以上，在节肢动物门中仅次于昆虫纲和蛛形纲而居第三大纲。可分为8个亚纲，以软甲亚纲种类最多，种类几乎占总数的70%，其中，大多数种类属于等足目、端足目和十足目。游泳甲壳类主要指十足目，因胸部有5对步足而得名。 [习见经济种类]:

中国对虾(Penaeus chinensis)、

墨吉对虾(P. merguiensis)、

鹰爪虾(Trachypenaeas)、

新对虾(Metapenaeus)、

仿对虾 (Parapenaeus)、

赤虾(Metapenaeopsis)、

褐虾(Crangon)、

毛虾(Acetes)、

美洲龙虾(Panulirus argus)、

澳洲的岩龙虾(Jasus lalandii)、

美洲螯龙虾(H. americanus)、

欧洲螯龙虾(H. gammarus)、

三疣梭子蟹(P. trituberculatus )、

中华绒螯蟹(E. sinensis)

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生命科学导论 第十一章

(2)游泳头足类Cephalopoda

世界头足纲共有43科, 约600种, 其中, 约70种具开发价值, 已开发利用仅48种, 而集中捕捞的仅有22种, 陆坡区中上层和南大洋的资源待开发。重要的科有柔鱼科(Ommastrephidae)、章鱼科(Octopotidae)、枪乌贼科(Loliginidae)、乌贼科(Sepiidae)。

乌贼(Cuttlefishes)，乌贼科(Sepiidae)的总称，属头足纲、乌贼目。

蛸类(Octopus)，蛸科(章鱼科) (Octopodidae)，属头足纲8腕目。短蛸(O. ocellatus):体表具许多颗粒，腕较短，分布于中国和日本近海。长蛸(O. variabilis):体表光滑，腕较长，分布于中国和日本近海。

(3)鱼类

A、软骨鱼类(Chondrichthyes)代表种类:

?扁头哈那鲨(Notorhychus platycephalus)，最大体长>4m,重250kg; 我国各海均有分布。

?噬人鲨(Carcharodon carcharias)，长达12m，>5000kg;分布于暖海，我国有分布。

?孔鳐(Raja porosa)食用鱼类。

?赤魟(Dasyatis akajei)，尾鞭状，有一长的尾刺，基部有毒腺。

B、硬骨鱼类(Osteichthyes)，

其中的辐鳍亚纲，为现代鱼类中最大的类群，总数2万种。

代表种类:

? 硬鳞鱼总目，中华鲟Acipenser sinensis、白鲟Psephurus gladius、我国特产江河鱼类。 ? 真骨鱼总目(Teleostei)

(4)爬行类Reptilia

适应海洋生活的有8种海龟，60种以上的海蛇。中国沿海有5种海龟。 习见种:

棱皮龟(Dermochelys coriacea):体长达2m，体重700kg，现存海洋爬行类最大者，分布于南海和东海，夏秋季可达黄海北部的鸭绿江口。

玳瑁(Eretmochelys imbricata):背甲肋骨4对呈覆瓦状排列，

(5)哺乳类Marine mammalia

鲸目:虎鲸、抹香鲸

鳍脚目(Pinnipedia)，海兽:海狮、海象、海豹

海牛目(Sirenia):海牛

(6)海鸟

约有260-285种海鸟，由重新适应海水生活的陆地种类演化而来的。 11.3.4底栖生物

A. 底栖藻类

?大型定生海藻，包括绿藻、褐藻和红藻，局限于潮间带、浅海光照充足和海流畅通岩石礁底。

?底栖微藻，主要是底栖硅藻，分布于河口浅海表面，是初级生产力的重要构成者。 B.大型底栖动物

?腔肠动物(Coelenterata)/有刺胞动物Cnidarian:如水螅、海葵、和珊瑚。

?扁形动物(Flatworms):如涡虫

?环节动物(Annelids):

多毛类(Polychaeta)，如沙蚕

寡毛类(Oligochaeta)，如海洋寡毛类

?软体动物Mollusks

腹足类(Gastropoda):各种螺类

双壳类(Bivalvia):各种蛤类

头足类(Cephalopoda):绝大部分属于游泳底栖生物

?节肢动物(Arthropods)

甲壳类(Crustaceans):十足目虾、蟹类，端足类、等足类、异足类。

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生命科学导论 第十一章

?棘皮动物(Echinoderms):海星类、蛇尾类、海胆类、海参类。

?其他重要类群:海绵类、纽虫类、星虫类、螠虫类、须腕动物。 C. 小型底栖动物

?原生动物(Protozoa)如有孔虫、纤毛虫

?线虫类(Nematoda)泄腺细胞自由生活海洋线虫

?底栖桡足类(benthic copepoda, harpecticoids)，猛水蚤类

?介形类(Ostracoda)

?多毛类(Polychaeta)，包括小型多毛类及幼龄个体。

?动吻类(Kinorhycha)

?腹毛虫(Gastrotricha)

?颚咽动物(Gnathostomulida)

D. 底栖鱼类

鲆科、鲽科、鳎科的鱼类

11.4海洋生物技术

海洋生物技术主要是利用海洋环境特殊性和生物多样性特征，从分子和细胞水平上，即从高技术水平上多层面地开发利用海洋生物群体资源。

国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面:

发育与生殖生物学基础

基因组学与基因转移

病原生物学与免疫

生物活性及其产物

海洋环境生物技术

海洋生物技术作为一个全新的学科已成为21世纪海洋研究开发的重要领域，并沿着三个应用方向迅速发展:

1) 水产养殖:提升传统产业。

2) 海洋天然产物开发:主要是新药和活性物质的开发。活性物质的分离和利用是当今海洋

生物技术的又一研究热点。各种海洋生物中广泛存在独特的化合物，特别是极端环境生

物可能获得无法得到的新的天然产物。

3) 海洋环境保护:重点是海洋生物修复技术的开发和应用。方法是，活有机体，或其制作

产品降解污染物，减少毒性或转化为无毒产品，富集和固定有毒物(包括重金属)。大

尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。

思考题:

1、谈谈海洋生物工程的发展前景。

2、什么是赤潮,发生的原因,

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范文二：生命科学与社会发展（一）

生命科学导论 第十章

第10章 生命科学与社会发展(一)---克隆技术

从1665年英国人罗伯特?胡克发现细胞到克隆羊“多莉”出世，其间经历了300多年。300多年来，世界发生了天翻地覆的变化，生物学界也不例外。随着周世纪生物科学和生物技术的崛起及迅猛发展，人类已经可以在细胞和基因的水平上干预和改造生物的遗传特性，从而依照人类的意愿，设计出新的生物基因蓝图，然后据此制造出新的生命体。要知道，在300年前，这可是一个神话，而在今天，这个美妙的神话却变成了一个富于想象力的科学用语:生物工程。

主要内容:

10.1克隆---从一个细胞到一个生物个体

10.2多利羊风暴

10.3克隆羊实验的理论意义和实践意义

10.4克隆实验带来的困惑

近十年来“克隆”是个十分时髦的词。从克隆羊多利开始到近些年沸沸扬扬的克隆人，克隆技术受到了社会各界的关注、对这一技术的争议也随之产生。

10. 1克隆---从一个细胞到一个生物个体

克隆(Clone)，克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。

克隆可根据其研究或操作的对象的层次分为:

基因克隆:PCR扩增

细胞克隆:细胞培养

个体克隆:从一个细胞到一个生物个体的过程

比较不同生物的个体克隆，我们可看到，对单细胞真核生物来说，例如细菌、放线菌、酵母菌、藻类和霉菌等，无性繁殖是其繁殖的唯一方式或主要方式。对植物而言，由于植物细胞的全能鞋，是很容易进行的。但是，动物克隆却难上加难。因为:动物细胞分化程度更高，细胞全能性已经丧失。

(1)细胞的分化

所有有性繁殖的生物，都是从一个受精卵发育到完整的生物体。在个体发育中，细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程，称为细胞分化。

(2)细胞的发育潜能

由一个细胞可能分化发育出多少种细胞,这就是细胞的发育潜能。大致有三种不同的发育潜能。

A、全能性——具有能使后代细胞形成完整个体的潜能的细胞称全能性细胞。例如:受精卵 B、多能性——具有分化出多种组织或细胞(但是不能形成完整个体)的潜能的细胞称多能性细胞。例如，生血多能干细胞

C、单能性——只能分化成一种细胞的干细胞称单能干细胞 。例如，单能生血干细胞

对于植物来说，分化成熟的植物细胞体，仍保持全能性，仍有可能发育成完整植株。

在农业、林业生产中经常用到植物的全能性。杨柳的插枝繁殖;山芋的块根繁殖;马铃薯的块茎繁殖。但是，这些都还不是严格意义上的由一个体细胞经克隆产生一棵植株。第一例从一个植物体细胞克隆产生一棵植株的实验是1972年进行的由单个胡萝卜细胞生长成为完整植株的实验。

1

生命科学导论 第十章

对于动物来说，随着分化的演进，细胞逐渐丧失其分化潜能。全能性,多能性,单能性,分化成熟的体细胞。

实际上，动物细胞丧失全能性的过程，开始得很早。受精卵第一次分裂产生的2个细胞已经基本失去了全能性。因此，一般一个受精卵产生一个胎儿。但也有同卵双生的双胞胎，几率较低。双胞胎的几率是15/1000，同卵双生占双胞胎的25%。

(3)分化成熟的动物细胞已失去全能性。不可能发育成为完整的动物个体。原因何在,

曾经有人认为受精卵第一次分裂时丢失了某个基因，并以学说来提出过。但是后来人们发现并不是这样的。陆续出现一些探索动物细胞全能性丧失原因的实验。 , 1952豹蛙细胞核移植实验:

囊胚细胞核移入去核卵母细胞中育出蝌蚪，进而发育为可育的蛙。证明，胚囊细胞核保持了细胞全能性。

, 爪蟾实验证实，肠上皮细胞核仍保持全能性。

, 1978年，我国著名实验胚胎学家童第周的黑斑蛙实验:

蛙红细胞核移入去核未受精卵细胞，育出蝌蚪，并成功获得完整的个体。 , 1981年，克隆小鼠的实验:通过囊胚期细胞核移植，成功获得核移植小鼠。

以上实验得出的结论:囊胚阶段的细胞乃至成熟的体细胞，其细胞核仍具有全能性——可能发育成完整个体。

由此可见，细胞核保持着全套基因组。细胞质中有着决定细胞分化全能性的物质，称为分化决定子。后来实验证明，细胞质中的分化决定子，是RNA。它们对紫外线敏感，只对RNase敏感，对DNA酶和蛋白质酶没有敏感性。

在卵子形成过程中，卵母细胞中含有2,5万种mRNA，每种约600拷贝。这些RNA构成母体信息，决定受精卵的发育潜能。虽然RNA种类多，但分子数少。在受精卵分裂过程中用掉这些RNA后，母体信息便丢失，失去全能性。

母体信息保证细胞受精后正常发育分化，具有全能性。信息体(informasome):在卵子中，母体信息以核糖核酸蛋白(RNP)颗粒形式存在，其沉降系数比核糖体还大，称为信息体。

德国科学家1938年首次提出了哺乳动物克隆的思想。各国科学家在不同的动物上利用不同的细胞尝试着。到1980s初，克隆实验已用小鼠取得成功。但是，克隆的思想只是限于业内科学家科学，意义重大。1990s多利羊实验成功引起巨大的震动，引起了全世界的关注。这是因为:

, 从囊胚细胞核到分化成熟的体细胞核是一个大进步。

, 从实验小鼠到羊，物种意义不同。

, 最重要的是时机:1980s初到1990s末。

10.2多利羊风暴

(1)多利羊的出生

1997年第385期“Nature”杂志810,813，以快讯的形式报道了英国爱丁堡罗斯林研究所伊恩,威尔穆特小组的研究成功克隆羊多利。引起了科学界的极大关注。多利羊是1996年7月出生的，1996年11月Nature收到来稿，1997年2月便已刊登。足见对这项成果的高度重视。

Dolly的身世:

Dolly 的产生与三只母羊有关:一只是怀孕三个月的芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。

芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核(称之为供体);一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞;另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境 —子

2

生命科学导论 第十章

宫，是“多利”羊的“生”母。

(2)利羊实验的设计和实施

这一结果是经过严密的实验设计、精心的操作过程、严格的结果检验获得的。 ?从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为供体细胞;

?从一头苏格兰黑面母绵羊的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞;

?利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了融合细胞，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞;

?将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。

实验成功的关键，血清饥饿。

, 使细胞核和去核卵细胞处于细胞周期中相匹配的阶段。

, 使结合在基因(DNA)上的调控蛋白脱落下来。

, 重新编程(repreogram, remodel )

但是也有对多利羊实验的质疑。质疑者对来自乳腺的细胞究竟是不是分化成熟的体细胞表示怀疑。是否为进入母体的胚胎细胞,威尔穆特在Nature原文中已说明，怀孕期间胚胎

6细胞可能进入母体，1/10可能性。虽然原来供细胞的母羊已死，但乳腺细胞保留了下来，需要进一步实验。但是随着其他更多克隆动物的出现，这个质疑已经没有意义。 (3)多利羊引起的反响

多利羊的成功在全世界引起了很大的反响。一方面学术界给予高度评价。在多利的带动下成功完成了很多动物的克隆。

1997年3月2日，美国华盛顿邮报报道奥勒冈州沃尔小组成功克隆两只恒河猴(96. 8出生)。相继在全球其他国家和地区通过克隆产生了更多的克隆动物。中国台湾，吴明杰小组克隆5只猪(1997.3.5);日本科学家利用成年牛体细胞克隆成功2头牛(1998.7);2001年底，美国克隆成功小猫“CC”(copy cat)，CC后来还通过有性繁殖产了自己的孩子;2003年，意大利成功培育克隆马Prometea;2005年8月3日，在韩国首都首尔，首尔大学教授黄禹锡，美国匹兹堡大学医学院杰拉尔德?夏腾和首尔大学教授李柄千一起向媒体展示世界上首只克隆狗--小猎犬“斯纳皮”(Snoopy)。斯纳皮的核供体是阿富汗猎犬，受体是拉布拉多犬。2006年通过DNA测试证明斯纳皮的克隆身份。 2001年11月，在山东莱阳农学院(青岛农业大学)成功出生克隆牛康康和双双。

另一方面，人们马上意识到克隆人的威胁。一些生物技术发达的国家明令禁止克隆人。政界也纷纷出来表态。

1997.3.4(美)克林顿总统宣布:禁止联邦政府资助人体克隆实验。

1997.3.5(意)卫生部长在众议院宣布:禁止人体和动物克隆。

1997.3.11 世界卫生组织(WHO)宣布:禁止人体克隆试验。

1997.3.11 欧盟委员会宣布:反对人体克隆试验。

中国卫生部宣布:禁止人体克隆试验。

一条科学成就的宣布，在全世界范围内，在短短几十天左右时间，从学术界到经济界、政界引起巨大而深刻的反响，是空前的。“克隆”一词也顿时变得妇孺皆知。 10.3克隆羊实验的理论意义和实践意义

(1)理论意义

证实分化成熟的动物细胞核仍具全能性。

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生命科学导论 第十章

证实细胞质对胚胎发育分化的决定性。

(2)实践意义

多利在理论上的突破不是重点，不足以引起全球震动。其实践意义更为重要。 A、 蛋白质,多肽类药物

例如胰岛素、凝血因子、干扰素、生长因子等蛋白质-多肽类药物的生产中的应用将大大提高了其产量和质量。80年代初期到90年代初期，这10年内基因工程用于生产蛋白质—多肽类药物有很大发展。但是，也不断提出了新的问题。例如应用细菌、酵母表达系统中，将目的基因构建好后放入大肠杆菌中，大量生产。但是，目的基因的表达还需要糖修饰和蛋白质折叠等，因此出现不能表达的问题。动物细胞培养系统中，利用细胞培养技术，将外源基因转入哺乳动物细胞中进行培养，再从培养的细胞中分离提取所需的基因产物。基因产物具有活性，能够正常表达，但是成本昂贵。而转基因动物的培育成功为蛋白质-肽类药物的生产提供了更有效的方法。就是将目的基因导入胚胎，在动物体内表达。表达局限在机体一定部位，不影响正常的生长发育。最理想的部位是乳腺，解决目的基因的高效表达，并且限制在乳腺组织的特异表达，不影响正常生长发育。这被称为乳腺反应器。

荷兰科学家已克隆生产了生产EPO(促红细胞生成素)的转基因牛，可分泌乳铁蛋白，年产值40亿美元。英国也生产了,-胰蛋白酶制剂的转基因羊，一杯羊奶含有价值6000美元的蛋白酶。中国中科院发育所与扬州大学合作，1998年6月得到两只体细胞克隆羊，能分泌乳腺药物。转基因动物提高了蛋白质——肽类药物的产量。

英国罗斯林研究所和 PPL 制药公司联合，50 只转基因羊，已传四代。希望用克隆法生产4000只基因工程奶羊。

但是，所得到的转基因动物在有性生殖过程中，容易丢失转入的基因和特性。因此对克隆(无性生殖)大动物有了强烈的客观需求。

B、器官移植:

角膜、皮肤、肾、肝、肺、心脏等移植的大量开展需要大量供体器官。人体器官的代用品来自猪。获得供器官移植的纯种猪需要:去掉猪抗原性;移入人抗凝血因子;而且要近交20代，保持其特性稳定遗传，约需20年。如果使用克隆技术，将使纯种猪培育时间大为缩短。

C、人类疾病的动物模型

动物模型对于研究疾病机理、试验新药等方面的实验不可缺少。通过克隆动物，可以获得实验所需的动物模型。例如裸鼠。

D、珍稀濒危动物繁殖

中科院动物研究所陈大元教授的设想，克隆大熊猫实验已开始。据报道，将大象胚胎移入小鼠体内已获成功。不同物种间进行细胞核移植方面的成果:美国科学家以牛卵为受体，成功克隆了猪、牛、羊、鼠、猕猴等动物的胚胎;我国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎。

E、动物育种

克隆技术用于动物育种可以极大地加快育种的速度。但是，克隆技术的应用要求我们警惕一种危险。无性繁殖的缺点之一便是没有变异，难以进化。克隆产生的后代，基因组成单一，失去对复杂环境变化的适应潜力。

10. 4克隆实验带来的困惑---伦理学问题

伦理学:在人类社会长期生活中逐渐形成的有关人们相互关系的共识。克隆技术，特别是克隆人实验的实施，使人们陷入了伦理学的困惑。克隆技术代来的主要困惑便是克隆人的问题，也是伦理学问题。

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生命科学导论 第十章

(1)克隆人问题

首先，需要强调的是不可能通过克隆得到完全相同的成年人。历史人物不会重现。但是，人们还是对克隆人的伦理问题展开了广泛的讨论。

对克隆人的反应，各国社会最初反应是达成共识—禁止克隆人实验。

芝加哥理查德,锡德曾于1998 年1月宣布要组成一个小组，做克隆人实验。在1年半的时间内完成第一个克隆人。再用1年半的时间完成500个克隆人。几天后克林顿就要求国会立法，加以阻止。加州等许多州通过立法，对克隆人实验处以25,100万美金罚款。锡德又宣布到墨西哥蒂华纳市去做克隆人实验。墨西哥卫生部、蒂华纳市政府、墨西哥科学家一致反对克隆人“入侵” 。各国都反对克隆人，尤其是西方国家。因为克隆人抛弃了上帝，拆离了亚当与夏娃的克隆遭到了很多人和宗教组织的反对。

但是仍然出现了一批克隆狂人。意大利医生塞维里诺?安蒂诺里、美国生殖生育学家帕诺斯?扎沃斯和法国国科学家布里吉特-布瓦瑟利耶被称为克隆人三剑客。

将克隆进行到底的塞维里诺?安蒂诺里。意大利医生安蒂诺里在2002年4月的“基因工程的未来”国际会议上发布了惊人消息:一名参与克隆人计划的妇女已经怀孕8周，如果不出意外，再过8个月(2003年1月)，不管人们接受不接受，世界上第一个克隆人真的要问世了～自从意大利医生塞维里诺?安蒂诺里在去年郑重发誓克隆人之后，意大利和美国相继出台法律，明令禁止克隆人。然而，这些严苛的法律并没有让安蒂诺里却步。狂人再出豪言壮语:由他一手负责的克隆人计划正在秘密实施，而且进展顺利。其中一名参与克隆人计划的妇女已经怀孕8周，如果不出意外，克隆人将在8个月之后问世～

冒死也要克隆人的布里吉特-布瓦瑟利耶。Clonaid公司负责人 (同时还是“Raelians”宗教组织的主教)。2001年7月5日虽然美国联邦政府已经下达了禁令，但**组织“雷利安运动”的法国籍首席科学家3日仍表示，即便挨子弹，她也要在明年内克隆出第一个小孩。她同时宣称，她有可能诉诸法庭，要求保护她的克隆人计划不受美国联邦政府干扰。继而2002年12月在美国迈阿密以北好莱坞举行的新闻发布会上表示:我很高兴地宣布第一个克隆婴儿已经诞生了。但是她在新闻发布会上没有立即拿出母女两人DNA相符的证据，这使得她的科学发现没有足够的证据。被认为是骗局。2003年12月甚至表示可以克隆自己来向世人证明。

人们不能接受克隆人实验的最主要原因，在于传统伦理道德观念的阻碍。千百年来，人类一直遵循着有性繁殖方式，而克隆人却是实验室里的产物，是在人为操纵下制造出来的生命。而且，克隆人与被克隆人之间的关系也有悖于传统的由血缘确定亲缘的伦理方式。

克隆人是试验品还是人,克隆人给社会带来法律主体上的混乱。从法律角度，克隆人的自然人或公民主体得不到保障。克隆人将因此没有生命权、健康权。克隆人会不经法律允许被擅夺生命。克隆人将成为一种基因产品被任意交易。

尽管克隆研究取得了很大进展，目前克隆的成功率还是相当低的:多利出生之前研究人员经历了276次失败的尝试;死了很多只苏格兰羊。70只小牛的出生则是在9000次尝试后才获得成功，并且其中的三分之一在幼年时就死了。很多克隆出来的动物不久会死亡，那是很残忍的，更何况是人。克隆人更为复杂。无疑会遇到更多的失败。如果制作出不健康的、畸形的或短寿的人，是对人权的一种侵犯。我们无权制造生命、干预自然的进化过程。

但是，经过多年后，目前要求进行克隆研究的呼声渐高。特别是胚胎人类干细胞研究和治疗性克隆。

在体细胞克隆技术出现之前，科学家只能通过流产、死产或人工授精的人类胚胎获取干细胞进行研究。克隆羊多利的问世，意味着人们可以通过体细胞克隆出人类胚胎，这将使获取干细胞更为容易。医生可以取病人体细胞进行克隆，从中提取干细胞，培育出遗传特征与病人完全吻合的细胞、组织或器官，如果向提供细胞的病人移植这些组织器官，这就是所谓

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生命科学导论 第十章

“治疗性克隆”。

如果治疗性克隆研究取得成功，病人将可以轻易地获得与自己完全合适的移植器官，不会产生排异反应。届时，血细胞、脑细胞、骨骼和内脏都将可以更换，这给患白血病、帕金森氏症、心脏病和癌症等疾病的患者带来生的希望。

因此，人类克隆胚胎是否解禁,学者的意见是对立的。就人类克隆胚胎能否用于研究等问题，学者持赞成和反对两种截然不同的看法。

解禁派认为，由于人类将在再生医疗领域获益匪浅，因而应该允许制作和利用人类克隆胚胎。

慎重派则认为，由于存在很多未知因素，应该继续冻结人类克隆胚胎研究

韩国率先克隆出人类胚胎再度引发禁试争议。美国《科学》杂志2004年2月11日宣布，韩国科学家成功地克隆出了第一例人类胚胎，然后从中挑选出了发育成熟的干细胞。医生们认为，这些发育成熟的干细胞将来有一天会成为他们找到治愈糖尿病、帕金森氏疾病和其他人类疾病的关键“材料”。 与以往的人类胚胎克隆不同的是，韩国科学家此次克隆人类胚胎的目的，不是为了创造新的人类，而是为了研制新药。韩国科学家的这一举动将再次引发一场关于是否应该禁止进行克隆人试验的国际争议。(后来证明，黄禹锡所用的实验卵子为不合法渠道获得，而论文数据完全捏造。)

科学界把克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆两种。前者是利用胚胎干细胞克隆人体器官，供医学研究、解决器官移植供体不足问题，这是国际科学界和伦理学界都支持的。而对于生殖性克隆，即通常所说的克隆人，由于它在总体上违背了生命伦理原则，所以，科学家的主流意见是坚决反对的。联合国教科文组织、世界卫生组织和国际人类基因组伦理委员会和各国政府也都非常明确地表示，反对生殖性克隆。

(2)究竟应该如何看待“克隆人”及其他伦理学问题,

科学技术的进展往往可能出现负面效应。化学合成成就了化学武器;病菌、病毒产生了生物武器;原子能发现促生了原子弹;计算机的发展带来了黑客危机。

事实上，人类社会的伦理道德观念，总在经历着不断的变化和进步。例如:在我国，关于生育子女的观念就经历着不断的变化。直到解放前，认为“不孝有三，无后为大”，生儿育女是头等大事。解放后，经历了战争的中国人民，在**一句“母亲英雄”，几乎每个家庭都会有3-5个孩子。1980s开始计划生育;2000s:各地开始出现丁克族。

已有不少事例证明，新科学技术对伦理道德观念的冲击，会逐渐得到解决。人类社会具有接纳科学技术新成果的无限潜力。再如试管婴儿:1978年首位试管婴儿出生时，也掀起了轩然大波。但是现在，人们已经能够正确地看待试管婴儿，这项技术也成为造福无生育能力夫妻的重要途径之一。

任何一项科技进步是否有益于人类，关键在于人类如何看待和应用它。不能因暂时不合理就因噎废食。技术恐惧的实质是对错误运用技术的恐惧，而不是对技术本身的恐惧。在任何情况下滥用克隆技术都应该禁止，就像禁止滥用其他技术一样。因此。我们呼吁科学民主，协商决策的社会机制。呼吁善于思考，富有社会责任心的人。

思考题:

1、谈谈你对克隆技术的认识。

2、你是如何看待克隆人实验,

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范文三：第8章 生命科学与社会发展

生物医用材料

生物医用材料

骨水泥型金属关节，其中： 4.金属柄, 4a.金属宽臼杯

植入口腔的叶片状 带孔金属植入体

高分子聚合物做成 的鼻状骨架

可生物降解的聚合物载体

生物医学材料

生物医学材料

生物医用高分子材料

? 是用作生物医学材料的高分子及 其复合材料，可来自人工合成，也 可来自天然产物 ? 按性质可分为非降解型和可生物 降解型

生物陶瓷

? 是作为生物医学材料的陶瓷，通常由在生理环境中 存在的离子（Ca、P、K、Na等）或对人体只有极小毒 性的离子（Al、Ti等）所构成 ?主要用于肌肉-骨骼系统的修复和替换，也可用于心 血管系统的修复和制作药物释放与传递载体 ?包括: 近惰性生物陶瓷：氧化铝、氧化锆生物陶瓷等 表面活性生物陶瓷：羟基磷石灰生物活性陶瓷、 生物活性玻璃陶瓷等 可吸收生物陶瓷：石膏、磷酸三钙陶瓷等

生物医用材料

生物医用材料

用

高分子材料的分类

物 陶 瓷 制 成 的 插 入 式 软 骨

生

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生物医学材料

生物医学材料

生物医用复合材料

?由两种或两种以上不同材料复合而成的生物 医学材料。如医用高分子材料、医用金属和合 金以及生物陶瓷既可作为生物医用复合材料的 基材，又可作为其增强体或填料

生物医学材料的应用

合成高分子可吸收性缝线 这种缝线由对人体无害的可被生物降解的高分子聚合 材料制成 聚合释放药物体系 1.生物可侵蚀体系 2.扩散/生物可侵蚀体系 3.生物降解聚合物由共价键与药物活 性因子结合，经水解作用而被释放

?主要用于修复或替换人体组织、器官或增进 其功能以及人工器官的制造

生物医学材料

生物医学材料

生物衍生材料

?由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物 医学材料，这是一种无生命活力的材料 特殊处理包括：A、维持组织原有构型的轻 微处理 B、拆散原有构型，重建新 的物理形态的强烈处理 ?主要用做人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩 膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、 鼻种植体、血浆增强剂和血液透析膜等

人工器官

?所谓人工器官是用以暂时或永久代替人 体某个器官功能的人工装置。如人工肺、 人工肾、人工心脏等 ?以人工血管、心脏起搏器为例

生物医用材料

生物医学材料

人工心脏瓣膜

人工血管

由各种原因导致血管破裂或被切 除一段后，血液循环通路被破坏；人 工血管就是一根特制的管子可连接血 管的两断端，使血液循环得以恢复 人工血管的发展

象牙管 玻璃管、金属管 合成纤维管

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生物医用材料

生物医用材料

生物医学材料的应用

腹腔静脉 肠系膜上动脉

目前使用的人工血管大都是用聚酯纤维或聚四氟乙 烯纤维编织成的具有一定孔隙的皱状管子 密集胶原基质（dense fibrillar collagen,DFC）

肾静脉

肝静脉

肾动脉 肠系膜下动脉

人 工 血 管

下腔静脉狭 窄手术示意

腹主动脉狭窄手 术示意

生物医用材料

生物医学材料

左腿股动脉 破裂修补术

肠系膜下动脉 栓塞手术示意

人工血管

人工血管的放大剖面图

生物医用材料

生物医学材料

各种人工血管纤维编织法

心脏起搏器

用脉冲电流刺激心肌，使心肌收缩，来 治疗心动过缓并伴有急性新源性脑缺氧 综合症等患者，使其心率增快，心排血 量增加到正常范围，这就叫做心脏起 搏，所用的仪器即为心脏起搏器。

编带

编织

平织

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组织工程材料

三、组织工程材料

组织工程学 组织工程学是一门涉及应用 工程学和生命科学原理和方法来了解正常和 病理的哺乳类组织的结构功能关系，以及研 制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的 一门学科。 组织工程材料 组织工程材料就是应用 于组织工程的活体或人造材料

干细胞培养获得目的器官

干细胞：主要源于脊髓能产生各类成熟细胞的细 胞，分为专能干细胞和多能干细胞 目前已分离出能产生所有其他各种类型细胞的干细 胞（主要是胚胎干细胞），这有助于培养和修复各 种器官和组织

仿生和组织工程材料

组织工程材料

细 胞 工 组 织 本 器 官 程 过 基 程 织

组

围 是 小 鼠 “ 喂 养 ” 细 胞

周

生 长 在 培 养 液 中 的 人 胚 胎 干 细 胞

( )

组织工程材料

组织工程材料

组织工程材料研究内容

研究用于直接移植或制造体外器官的干 细胞培养

干细胞发育成神经细胞

体外生成所需的细胞品系、细胞衬里和 器官 把小鼠胚胎干细胞植入小鼠大脑（见左图的蓝色背景） 之后，形成了类似于神经细胞的细胞（见左图棕色部分 及右图）

研制用于细胞或器官包裹的生物相容性 材料

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组织工程材料

干细胞的产生及进行组织修复

组织工程材料 方法2举例

产生人胚胎干 细胞的胚泡

a b c d e f

用支架固定缺了一节的狗腿 含有骨生长促进蛋白质的聚合物 载体填入空隙之间 最终完全取代载体 新生成的骨组织 有它们自身的血供应(红和蓝管) 腿骨愈合

组织工程材料

组织工程材料 方法2举例

人工诱导生成目的器官

原理与方法 方法1 将特定分子（如生长因子）注入或植 入伤口或需再生器官之中，使患者自身的细胞 移向受伤处，引起组织的再生 方法2 将特定细胞和可生物降解的聚合物载 体植到目的位置而进行组织修复或再生，随后 人工聚合物降解，新器官留在人体内

耳形聚合物正进行肉化 处理成为身体替代部件

以胶原为载体的人造皮 肤的培养

组织工程材料 方法1举例

组织工程材料

用于包裹细胞的胶囊

这种胶囊主要由带孔的塑料薄膜组成, 其中含有可分泌特定药物或蛋白质的细胞

特点

可使特定物质能集中到达特定位点 可以避免免疫排斥所带来的问题 易损坏，不易取放

生长因子刺激血管向内生长

细胞植入物引起血管向外生长

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组织工程材料

包裹胶囊的分类：

?植入型 这种方法指直接把包裹胶囊植入患者 身体内的选择部位，之后，胶囊中的细胞 产生分泌物发生效用，而周围的组织则为 胶囊中的细胞提供营养物质 ?体外型 这种方法是抽出患者的血液并使其通 过体外含有营养或纯化物质的胶囊，从而 完成对血液成分的改变

仿生和智能材料

仿生材料

仿制天然生物材料或具有生物功能，甚至是真正 有生物活性的材料。

仿珍珠层材料 人工酶 人工生物膜

信息转换膜 能量转换膜 运输膜

组织工程材料

没 有 损 坏

中 含 用 有 于 治 17 大 疗 周 田 的 后 鼠 细 大 田 胶 胞 鼠 囊 的 蛋 内 胶 白 的 囊 质 细 埋 胞 入 并 仍 人 且 在 体 胶 分 脊 囊 泌 柱

仿生和智能材料

智能材料

定义 指模仿生物系统中同时具有感知和驱动双 重功能的材料，又称机敏材料 感知、反馈和响应是智能材料的三大要素

组织工程材料

三种不同容量的胶囊

仿生和智能材料

智能材料分类

主动智能材料：材料本身具有选择性、 变形性、自恢复、开 关性等功能 被动智能材料：材料本身不具备感知、 驱动等功能，需外 加一反馈系统才能实 现这些功能

含1百万～ 10 亿个细胞 含多于10 亿个细胞

含1千～5千个细胞

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仿生和智能材料

智能材料有哪些？

如变色玻璃、形状记忆合金、 增韧氧化锆陶瓷、正温度系数热敏 陶瓷、陶瓷变阻器以及合成弹性多 肽等

第三节 仿生学

模仿生物的科学 仿生学的研究内容和方法 仿生学在工程技术中的应用

仿生和智能材料

仿生学

正在研究的智能材料和系统有

?能自诊断断裂的飞机机翼 ?控制湍流和噪声的机械蒙皮 ?人工肌肉和皮肤 ?定向投药等

一、模仿生物的科学

仿生学简介 仿生学定义

仿生学

仿生学简介 仿生学之起源

形状记忆合金的应用

中国古汉文中的仿生思想

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仿生学

仿生学

生活中的仿生学

凤蓬草 鱼尾 人眼晶状体 生物电 鸟 轮子 船橹 透镜 电池 飞机

仿生学的相关领域

仿生学是一门建立在多学科边缘上的综合

性学科，包括生理学、神经学、医学、化 学、数学、电子学、信息学等其他学科。

仿生学

仿生学

仿生学定义

仿生学(Bionics)

模仿生物系统的原理以建造技术系 统，或者使人造技术系统具有生物系统 特征或类似特征的科学。

仿生学的研究内容

信息仿生学 控制仿生学 力学仿生学 化学仿生学 医学仿生学

仿生学

仿生学

仿生学的研究内容和 研究方法

仿生学的相关领域 仿生学的研究内容 仿生学的研究方法

仿生学的研究方法

生物体 生物模型 数学模型 技术模型 技术装置

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仿生学

信息仿生

仿生学符号

数学 电烙铁 生物

青蛙与电子蛙眼

青蛙的视觉系统

神经节细胞有4种： “边缘侦察器”“昆 虫侦察器”、“事件 侦察器”、“光强减 弱感受器”

仿生学

信息仿生

仿生学在工程技术中的应用

信息仿生 控制仿生 拟态仿生 力学仿生 建筑仿生 化学仿生 整体仿生

青蛙与电子蛙眼

青蛙的视觉系统

由透镜（晶状体） 在视网膜上形成光 学图像后，经过视 细胞、双极细胞、 输出细胞（神经节 细胞）而送往大脑 中枢

信息仿生

信息仿生

信息仿生

将生物信息处理原理应用到现代 技术系统中就是信息仿生 例：青蛙与电子蛙眼 水母与电子耳

水母耳与电子耳

“水母耳”风暴预测仪

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控制仿生

控制仿生

.蛇的红外探测 .蝙蝠与超声波 .蛾的反雷达技术 .动物的天然导航

蝙蝠与超声波

蝙蝠的捕食

声音反射波 蛾

飞行中的蝙蝠 超声波

控制仿生

控制仿生

蛇的红外探测

蛇

蝙蝠与超声波

蝙蝠的回声定位

超声信号被反射

蛇通过感受器 探测到热源 热血动物身体 向外散热

田鼠 “水母耳”风暴预测仪

控制仿生

控制仿生

蛇的红外探测

颊窝 颊窝是一个红外感受器， 对周围温度变化极为敏 感，能感受0.001℃的温度 变化。这类蛇能在夜间准 确判断周围恒温动物的位 置。

蝙蝠与超声波

脑

参考波刺激

蝙蝠的声纳处理

接受器

载有信息 的超声波

发出的 超声波

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范文四：生命科学与可持续发展

姓名：张强强 学号：12010246225 学院：资源环境学院10级环科班

生命科学与可持续发展的关系

生命科学是从生物基础出发对人类及其他生物的生命进行研究，这一研究对人类和社会的可持续发展有着重要的作用。是了解生物界的生命发展规律，揭示生命的奥秘。从而做到最后的为人类服务，以及促进当代和后代的发展。更好的让生物和自然界和谐相处，融为一体。

直接价值生物为人类提供了食物、纤维、建筑和家具材料、药物及其他工业原料。生物多样性还有美学价值，可以陶冶人们的情操，美化人们的生活。

间接使用价值间接使用价值是指生命科学具有重要的生态功能。无论哪一种生态系统，野生生物都是其中不可缺少的组成成分。在生态系统中，野生生物之间具有相互依存和相互制约的关系，它们共同维系着生态系统的结构和功能。野生生物一旦减少了，生态系统的稳定性就要遭到破坏，人类的生存环境也就要受到影响。 潜在使用价值野生生物种类繁多，人类对它们已经做过比较充分研究的只是极少数，大量野生生物的使用价值目前还不清楚。但是可以肯定，这些野生生物具有巨大的潜在使用价值。一种野生生物一旦从地球上消失就无法再生，它的各种潜在使用价值也就不复存在了。

关于人与自然的关系，也许人定胜天是一个传统，人们不断的索取自然资源，破坏自然环境，造成自然灾害及生物灭绝，而关于人类社会，人们期望不断的发展，传统的经济增长下的繁荣并不能掩示社会发展中存在的各种问题。于是从单一的经济直线增长向人与自然协调发展的转变业已成为社会发展中的必要课题。

实际上，人类经济发展已经走了很长时间的弯路，而一段漫长的岁月里，人们对自然的开发一直处于一种盲目的状况之中。只有当人类社会发展开始重视和保护其发展的生态环境和资源基础时，这样的发民才可以一直延续下去，这便是可持续发展，一种不仅是经济发展的发展，它同时还包括社会文明的进步和环境的保护，在发展

的过程中，人的全面发展将得重视，同时，实现人与自然的和谐发展，同持续发展要求人类从长远考虑，最力为出，经济合理的利用资源，实现自然资源更新和再生利用。

传统意义上的可持续发展的三要素包括经济、生态和社会、经济发展是基础，生态保持是条件，社会综合发展是终目的。

从科技人文主义向生态人文主义，即工业文明到生物文明观的转变，促进了可持续发展的进程，从社会存在、社会经济及社会环境文化三方面而言，生命科学（含生物）经济与生物文明与社会可持续发展密切相关。

社会存在是可持续发展的基本问题方面：首先，物质资料生产是人类社会和发展的基础，在一定环境下人类社会组织生活与生产的集合，就是人类聚落。人类聚落的主要形式是城镇与乡村，而与人类聚落相就的概念是生物群落。生物群落是指一定窨内各种生物种群有规律的集合。植物群落是生物群落的核心。在植物群落交错区域，通常物种数目和种群密度将得到加强。这就是边缘效应，早期人类聚落带位于群落边缘地带与边缘效应具有内在联系。其次，人的再生产是人类社会的可持续发展的前提。人的再生产包括人的素质的提高和人口控制。人类面临的三大危机即人口，粮食、资源其解决的突破口是人的数量控制和人的素质提高。人的素质的提高是社会学习体系的完善推进的。人口的控制是人再生产的另一方面，在古代社会人口的控制来自于天灾人货。即自然灾害与战争，其中战争是一个重要因素，中国今天庞大的人口数量是在清朝中叶才形成的。再者，社会存在的抵抗力稳定性与恢复力定性问题社会可持续发展的历史统一性的问题，就社会文化而言，宽恕是社会进步的前提，但制度的保障更为重要的。历史上入旗制，为金清的发展提供了条件。就社会结构而言，单一结构和多元结构的稳定性较二元结构稳定性别。就社会

环境而言，灾害社会环境而言，灾害是契机，灾后重建和扩大建设是促进社会进步的重要方面。

社会经济是可持续发展的基础方面：经济关系是指人们物质资料生产和疏通分配、交换、消费过程中的相互关系。经济交注是其中的一个重要方面。它对人类聚落的变区有重要影响。中国传统里有依山旁水之说，依山就是靠近资源，近水更多是为了交通，经济关系的另一个重方面是生产和再生的过程，即产业链与生态系统的关联，也就是生态产业链。

社会环境文化是可持续发展的条件方面：首先，社会环境是可持续发展的重要条件。改善生态环境是城市改造的重要任务。而生态环境良好的城市是具有一定的引资优势的。这与珊瑚岛效应相似。所谓珊瑚岛效应就是以珊瑚虫民代的生存与延续形成的珊瑚岛将吸引各种生物种群的聚集。所以社会环境不妨称为“生态资本”，所谓资本是一种能够自行增殖的价值。生态资本期投资基础设施和环境建设能够带动城镇形成的自投融资，自我积累，自我滚动的城市经营资本。另一方面珊瑚岛效应也是一种集群现象，所以优靠中心发展中心城市，完善中心城市功能，对于促进地区进步有重要意义。同意，将中心城市周边的种个生态腹地通过生态通道和生态壁垒引导联系，对于保护生态多样性具更重要意义。其次，社会文化是可持续发展不见忽视的条件。文化系统包括社会组织、语言（传说）与文字（传唱）、习俗、艺术、宗教、伦理、法律、制度、教育等，文化随时间而发生变更即文化演替与文化进化。文化进化是社会结构和社会信息的进化，它是由社会个体知识和实践活动所推进的。文化进化生理进化具有干扰作用，文化进化趋向于消除个人遗传差异，而文化演替主要是文化融合和文化同任，此外，文化现象还有文体体系与同功现象。

范文五：论生命科学发展与未来

生命科学与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学。生命科学发展基础基于农学,医学及人文科学。涉及种植业、畜牧业、渔业、医疗、制药、卫生等方面。

生命科学的发展经历了三个重要阶段：1．描述性生物学阶段：20世纪以前主要是对自然的观察和描述，是关于博物学和形态分类的研究。 2．实验生物学阶段：1900年孟德尔遗传规律的重新发现。3．分子生物学阶段：1953年DNA分子双螺旋结构模型的建立。随着生物学理论与方法的不断发展，它的应用领域不断扩大。生物学的影响已突破上述传统的领域，而扩展到食品、化工、环境保护、能源和冶金工业等等方面。

为了适应社会发展需要，各国都设立生物研究机构，各地高校也开设了相关专业，主要研究目标聚焦于重大国际科学前沿和对国民经济与国家安全有重大影响的技术领域。而怀化学院生命科学系始创于1985年，目前拥有生物工程、生物科学、食品科学与工程，食品质量与安全及园林五个本科专业。生物科学专业始创于1985年，其前身为怀化师范高等专科学校生物教育专业。虽然生命科学取得了惊人的发展，但我国在此领域较为薄弱，这既是挑战，更是一种机遇，尤其对于我们生物系毕业的大学生来说。其实我国具备独特的优势和条件，下面重点讲述我国生命科学领域的发展与未来。早在20世纪60年代，我国科学家在世界上首次人工合成牛胰岛素；70年代，我国首创三系法杂交水稻技术，对解决中国粮食需求做出了重大贡献；80年代，

我国又在人工合成酵母丙氨酸tRNA及其酶学、生物膜和蛋白质立体结构研究的部分领域取得了一批高水平成果，为生命科学的发展做出了历史性贡献。近年来，我国科学家又取得了一批令世人瞩目的研究成果在生物技术基础研究方面，中国作为唯一的发展中国家参与了国际人类基因组计划，高效、准确地完成了1%的测序工作。

我国是一个生物资源大国，拥有全球10%的生物遗传资源。据不完全统计，我国拥有动植物、微生物约26万种，其中植物3万种、动物20万种、微生物3万种。我国还是一个有着13亿人口的多民族国家，有着其他国家少有的丰富的人类遗传资源。目前我国保存的农作物种质资料种类达30余万份，位居世界第一。所有这些资源都为我国发展生命科学与生物技术提供了丰富材料。相对于世界上许多国家来说，这种优势是不可替代的，也是具有独占性的。至此也使生命科学相关专业在中国各高校兴起。依怀化学院开设专业来剖析生科发展与未来。 生物工程，是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。研究生物工程已改变了传统概念，对微生物的遗传基因已有了进一步认识，可以用人工方法进行基因重组，将所需抗原基因重组到无害而易于培养的微生物中，改造其遗传特征，在培养过程中产生所需的抗原，这就是所谓基因工程，由此可研制一些新的疫苗，这能极大促进我国医疗卫生的发展；食品科学及质量与安全真正作为一门独立的专业出现于大学中，在全球范围内基本上始于20世纪后半叶。随着食品生产技术发展，产生了对高级技术员、工艺工程师等人才的需求，培养技术类人才的职业教育水平才逐步达到大学本科知识研究

生层次。随着世界人口每年的快速增长，对食品的需求量势必剧增。方便、速冻、保鲜、保健、微波、休闲、儿童、老年食品及健康饮料和调味品将风靡全球。食品行业的“大输血”为食品专业教育指明了方向；园林方面，由于高度工业化现代化和人口迅猛增长，世界各国，都面临一个十分严峻的问题：那就是城市爆炸，自然环境和自然与人工环境生态系统的破坏在此严峻局面下，仍然要保持生存环境不受破坏，自然资源不致浪费。就需要有一种与自然系统，自然演变进程和人类社会发展密切联系的特殊的新知识、新技术和新经验，这正是园林专业的核心，因此，时至今日，园林依然是世界各国的热门专业随着经济的发展和人们对精神生活要求的提高，特别是中国加入WTO以后，社会对此类人才的需求越来越多，要求越来越高。社会急需大批优秀的园林专业人才。由此我们可以肯定，生科的发展与未来是无限光明的。怀化学院生命科学系一直坚持和发扬“团结、奋斗、争上游”的优良系风，坚持“严格教学管理、加强教学研究、铸造教学成果、形成办学特色”的办学原则，在学校各项工作评比中都连续多年位居第一、历届本科毕业生硕士研究生考试的录取比例都保持在40%以上，特别是2010年生物科学专业硕士研究生录取率超过60%、连续5届获得省级或校级教学成果奖。为了继续发扬我系优良传统，发展学风建设。我提以下几点建议：1邀请讲师在我系多开展生科学术讲座活动；2.在我系创立生物周刊学报，丰富科学文化知识3.课余时间全方位开放生物基础实验室，多鼓励支持引导学生实验学习。4.教师组织学生开展趣味英语活动，定期进行英语测验，营造出良好的

英语学习氛围。谢谢

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