学习笔记：生物学史

注意

适用于人教版（2019）

必修一

细胞学说的建立和发展过程

维萨里（比利时）：1543年，发表《人体构造》，揭示了人体在器官水平的结构。
比夏（法国）：经过对器官的解剖观察，指出器官由低一层次的结构——组织构成。
罗伯特·胡克：英国人，细胞的发现者和命名者。1665年，他用显微镜观察植物的木栓组织，发现由许多规则的小室组成，并把“小室”称为cell——细胞。
列文虎克：荷兰人，用自制的显微镜观察到不同形态的细菌、红细胞和精子等。
马尔比基：用显微镜广泛观察了动植物的微细结构，如细胞壁和细胞质。
耐格里：用显微镜观察了多种植物分生区新细胞的形成，发现新细胞的产生原来是细胞分裂的结果。
魏尔肖（德国）：1858年，总结出“细胞通过分裂产生新细胞”。他的名言是：“所有的细胞都来源于先前存在的细胞。”
19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了细胞学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位。恩格斯曾把细胞学说誉为19世纪自然科学三大发现之一。

生物膜流动镶嵌模型的探索历程

1895年，欧文顿发现脂质更容易通过细胞膜，提出膜是由脂质组成的假说。
20世纪初，科学家的化学分析结果指出，组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。
1925年，荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力。他们推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。
1959年，罗伯特森在电镜下观察到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成，并提出生物膜都由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成的静态统一结构假说。（电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子）他把细胞膜描述为静态的统一结构。
1970年，科学家用荧光标记人和鼠的细胞膜并让两种细胞融合，在37度下经过40min发现两种颜色的荧光均匀分布，提出假说：细胞膜具有流动性（细胞膜的结构特点）
1972年，辛格和尼克尔森提出生物膜流动镶嵌模型，强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性，并为大多数人所接受。

酶的发现史

斯帕兰札尼（意大利）：1773年，他通过实验证实胃液具有化学性消化作用。
巴斯德（法国）：1957年，提出酿酒中的发酵是由于酵母菌的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精。
李比希（德国）：他认为发酵是由酵母细胞中的某些物质引起的，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
毕希纳（德国）：他从酵母细胞中获得了含有酶的提取液，并用这种提取液成功地进行了酒精发酵。
萨姆纳（美国）：1926年，他从刀豆种子中提取到脲酶（人类发现的第一种酶）的结晶，并用多种方法证明脲酶是蛋白质。因而荣获1946年诺贝尔化学奖。
注：我国于1965年完成了结晶牛胰岛素的合成
20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA（核糖体RNA,即 $rRNA$ ）也具有生物催化作用。

光合作用的发现史

1648—1653年，比利时医生海尔蒙特做了盆栽柳树称重实验，得出植物的重量主要不是来自土壤，而是来自水的推论，但他没有认识到空气中的物质参与了有机物的形成。
1771年，普里斯特利（英国）发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变污浊的空气。
1779年，英格豪斯（荷兰）证明只有植物的绿色部分在光下才能更新污浊的空气。
1845年，梅耶（德国）发现植物把光能转化成了化学能储存起来。
1864年，萨克斯（德国）证明光合作用产生了淀粉。
1881年，恩格尔曼（美国）利用需氧细菌和水棉证明氧气是光合作用的产物。同时他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
1937年，希尔（英国）发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有 $H_2O$ ，没有 $CO_2$ ），在光照下可以释放出氧气。离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。（不能证明氧气中的氧全部来自于水）
1941年，鲁宾和卡门（美国）利用同位素 $^{18}O$ （无放射性）进行示踪实验证明光合作用释放的氧气来自水。（同位素示踪法）
1954年，阿尔农（美国）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
1957年，卡尔文（美国）利用放射性同位素标记法，用 $^{14}C$ 标记 $CO_2$ ，发现了卡尔文循环。

人类对通道蛋白的探索历程

1950年，科学家在用氢的同位素标记的水分子进行研究时，发现水分子在通过细胞膜时的速率高于通过人工膜。
1988年，阿格雷（美国）才成功地将构成水通道的蛋白质分离出来，证实了水通道蛋白的存在。
20世纪60年代，科学家提出在植物细胞中存在钾离子的通道。由于缺乏有效的研究工具，人们仍然无法确证这一观点。
1976年，内尔和萨克曼（德国）创造了研究单个离子通道电生理学特征的膜片钳法，为离子通道的研究提供了有效的工具。
20世纪80年代，科学家从蚕豆保卫细胞中检测出钾离子的通道。不过，这时人们仍然不清楚离子通道的结构。
1998年，麦金农（美国）才解析了钾离子通道蛋白的立体结构。

细胞的全能性

1958年，斯图尔德（美国）取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植株。

秀丽隐杆线虫与细胞凋亡研究

这种线虫是多细胞真核生物，成虫总共只有959个体细胞，整个身体呈透明状，易于观察个体的整个发育过程。
20世纪60年代初期，悉尼·布雷内正确地选择线虫作为研究对象。这一选择使得基因分析能够与细胞的分裂、分化以及器官的发育联系起来，并且能够通过显微镜追踪这一系列过程。
罗伯特·霍维茨发现了线虫中控制细胞凋亡的关键基因，并描绘出了这些基因的特征。他揭示了这些基因怎样在细胞凋亡过程中相互作用，并且证实了相应的基因也存在于人体中。约翰·苏尔斯顿则描述了线虫发育过程中细胞分裂和分化的具体过程。他还确认了在细胞凋亡过程中发挥控制作用的基因的变化。他们发现的这种由特定基因调控，通过特定程序诱导的细胞死亡，称为细胞凋亡。

必修二

遗传定律的发现史

孟德尔（奥地利）：遗传学的奠基人，被公认为“遗传学之父”。他进行了长达8年的豌豆杂交实验，通过分析实验结果（假说演绎法），发现了生物遗传的规律。1866年他发表论文《植物杂交试验》，提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子学说。
约翰逊（丹麦）：1909年，他给孟德尔的“遗传因子”重新命名为“基因”，并提出表现型和基因型的概念。
魏斯曼（德国）：他预言在精子和卵细胞成熟的过程中存在减数分裂过程，后来被其他科学家的显微镜观察所证实。
萨顿（美国）：1903年，他在研究中发现孟德尔假设的遗传因子的分离与减数分裂过程中同源染色体的分离非常相似，由此提出了遗传因子（基因）位于染色体上的假说（因为基因和染色体的行为存在着明显平行关系）。
摩尔根（美国）：他用果蝇做了大量实验，发现了基因的连锁互换定律，称之为遗传学的第三定律。他还证明基因在染色体上呈线性排列，为现代遗传学奠定了细胞学基础。贡献：①用实验（把一个特定的基因和X染色体联系起来）证明了基因在染色体上②发明了测定基因位于染色体上相对位置的方法③绘出了第一幅果蝇各种基因在染色体上的相对位置图，同时也说明了基因在染色体上呈线性排列
18世纪英国著名化学家和物理学家道尔顿，第一个发现了色盲症，也是第一个被发现的色盲症患者。

遗传物质的发现史

1928年，格里菲思用肺炎链球菌【S_mooth（致病）和R_ough型细菌（没有多糖类的荚馍）】在小鼠身上进行体内转化实验，提出细菌中有转化因子。
20世纪40年代，艾弗里（美国）和同事进行肺炎链球菌体外转化实验，确定转化因子是DNA。（减法原理）
- 肺炎双球菌的转化实验证明DNA是遗传物质，而蛋白质、RNA、脂质、DNA的水解产物不是遗传物质。
1952年，赫尔希（美国）和蔡斯进行噬菌体侵染细菌的实验，证明DNA是遗传物质。（放射性同位素标记技术）（蛋白质外壳留在外面，不能充分地说明蛋白质不是遗传物质。第1组实验不能说明DNA是遗传物质）
后来，烟草花叶病毒侵染烟草的实验证明RNA也是遗传物质。
比较研究表明，DNA是主要的遗传物质。（细胞生物中无“主要”）

DNA分子双螺旋结构的发现史

DNA右手双螺旋结构是由美国科学家沃森和克里克在1953年发现的。
1951年，英国的威尔金斯和富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱
1952年，奥地利生物化学家查哥夫测定了DNA中4种碱基的含量，发现腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的数量相等，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）的数量相等。
1953年，沃森和克里克调整了碱基配对方式，制作出了DNA双螺旋结构分子模型。
1953年，沃森和克里克发表了一篇论文，阐明了DNA的半保留复制机制。
1962年，沃森、克里克和威尔金斯因这一成果而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
1957年，克里克提出中心法则。
1958年，梅塞尔森和斯塔尔（美国）以大肠杆菌为实验材料，运用同位素标记技术（ $^{15}N$ ，无放射性），证明：DNA的复制是以半保留的方式进行的（假说演绎法，同位素标记法，密度梯度离心法（ $SeCl$ ））
1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基增加或减少对其所编码蛋白质的影响。克里克是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家。这个实验同时表明：遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读，密码子之间没有分隔符。
1961年，尼伦伯格（美国）和马太（德国）成功破译了第一个遗传密码。（蛋白质的体外合成技术）

生物进化史

拉马克（法国）：生物进化论的先驱。他最先提出了生物进化学说，认为生物不断进化，提出用进废退学说，但他并未揭示生物进化的原因。
达尔文（英国）：生物进化论的主要奠基人。1859年，他出版了科学巨著《物种起源》，书中充分论证了生物的进化，并明确提出包括共同来由学说和自然选择学说来说明进化机理。意义：使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道。它揭示了生物界的统一性是由于所有的生物都有共同祖先，而生物的多样性和适应性是进化的结果。局限性：达尔文对于遗传和变异的认识还局限于性状水平，不能科学地解释遗传和变异的本质。
德弗里士：荷兰遗传学家。他经过多年研究发现基因发生突变，指出突变为生物进化提供了原材料，因而提出了生物进化的突变学说。
摩尔根：美国遗传学家，细胞学家。他提出基因在染色体上，解释了突变的机制。
20世纪30年代，生物学家提出了综合进化论，认为突变、基因重组、自然选择和隔离是生物进化的原因。

适应是自然选择的结果；种群是生物进化的基本单位；突变和基因重组提供进化的原材料，自然选择导致种群基因频率的定向改变，进而通过隔离形成新的物种；生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程；生物多样性是协同进化的结果。

基因突变

1927年，缪勒（美国）发现，用X射线照射果蝇，后代发生突变的个体数大大增加。同年，又有科学家用X射线和γ射线照射玉米和大麦的种子，也得到了类似的结果。

选修一

内环境与稳态

贝尔纳（法国）：1857年，他提出“内环境”的概念，并推测内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节。
坎农（美国）：1926年，他提出了“稳态”的概念，并提出了稳态维持机制的经典解释：内环境稳态是在神经调节和体液调节的共同作用下，通过机体各种器官、系统分工合作、协调统一而实现的。
目前普遍认为：神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。

促胰液素的发现

在19世纪，学术界普遍认为：胃酸刺激小肠的神经，神经将兴奋传给胰腺，使胰腺分泌胰液，认为胰腺分泌胰液为神经调节。
法国学者沃泰默的论文声称，在小肠和胰腺之间存在着一个顽固的局部反射。实验如下（12，13分别对照）：
- 直接将稀盐酸溶液注入狗的上段小肠时，会引起胰液分泌。
- 直接把稀盐酸溶液注入狗的血液循环，则不能引起胰液分泌。
- 他把实验狗通向该段小肠的神经全部切除，只保留血管。当把稀盐酸溶液输入这段小肠后，仍能引起胰液分泌。但他仍然坚信这个反应是一个顽固的神经反射，因为他认为：小肠的神经是难以切除得干净、彻底的。
1902年1月，英国科学家贝利斯和斯他林看到沃泰默的论文，提出新假设：这可能是“化学调节”。即在盐酸作用下，小肠粘膜可能产生了某种化学物质，当其被吸收入血液后，随着血流被运送到胰腺，引起胰液分泌。
为了证实这一设想，斯他林将狗的另一段空肠剪下，刮下粘膜，加砂子和稀盐酸研碎，制成粗提取液，并注射到同一条狗的静脉中，结果引起了更明显的胰液分泌，证实了他们的推测。这个物质被命名为促胰液素，它是历史上第一个被发现的激素。（无法证明不是神经调节）（P45）
巴甫洛夫（俄国）：现代消化生理学的奠基人。1891年开始研究消化生理，发明了“巴甫洛夫小胃”，揭示了消化系统的基本规律，并因此获得1904年诺贝尔生理学或医学奖。

植物生长素的发现史

19世纪末，达尔文根据实验提出，胚芽鞘的尖端受单侧光刺激后，向下面的伸长区传递了某种“影响”，造成伸长区背光面比向光面生长快，因而使胚芽鞘出现向光性弯曲。（金丝雀虉）
鲍森·詹森（丹麦）：1913年，通过实验证明胚芽鞘顶尖产生的刺激可以透过琼脂片传递给下部。
拜尔（匈牙利）：1918年，通过实验证明胚芽鞘的弯曲生长是因为顶尖产生的影响在下部分布不均匀。
温特（美籍荷兰）：1926年，进一步证明胚芽鞘的弯曲生长确实是由一种化学物质引起的，并将其命名为生长素。
1934年，郭葛（荷兰）等人从植物中提取出吲哚乙酸（IAA），即生长素。

注：苯乙酸（PAA）、吲哚丁酸（IBA）等都属于生长素

生物电的发现（P32）

18世纪，伽尔瓦尼（意大利）意外地发现，当用两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立起回路，肌肉就会收缩。他认为，这种收缩是由肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的。这是人类第一次将电现象与生命活动联系起来。伽尔瓦尼在1791年的论文中，宣称动物的组织可产生生物电。
物理学家伏特重复了伽尔瓦尼的实验，认为这纯属物理现象，因为两种不同的金属间可产生电位差。伏特因此发明了世界上第一个直流电池，即伏特电池。
阐明动作电位原理的英国剑桥大学的生物物理学家霍奇金和他的同事赫胥黎，就是以枪乌贼为实验材料的。枪乌贼具有极粗的神经纤维，可以很好地进行电位和电流的测量活动。

研究激素的方法（P46）

胰岛素的发现

1916年，科学家将胰岛产生的、可能与糖尿病有关的物质命名为胰岛素，但这时没有人能精确地证实它的存在。
1921年，班廷和助手贝斯特先将狗的胰管结扎，使胰腺萎缩；然后摘除了另一只健康狗的胰腺，造成实验性糖尿病；之后，从结扎的狗身上取出萎缩得只剩胰岛的胰腺做成提取液，注入因摘除胰腺而患糖尿病的狗身上。

睾丸分泌雄激素的研究

1849年，德国研究者发现，公鸡被摘除睾丸后，其雄性性征明显消失：鲜红突出的鸡冠逐渐萎缩、不再啼鸣、求偶行为也慢慢消失。如果将睾丸重新移植回去，公鸡的特征又会逐步恢复。

加法原理和减法原理

杂项

美国生物学家平卡斯和美籍华人生物学家张明觉，发明了可抑制妇女排卵的口服避孕药—人工合成的孕激素类药物，用于计划生育、控制人口。（P56）
2006年，人乳头瘤病毒（HPV）疫苗获批上市，该疫苗可以预防由HPV引起的几种子宫颈癌，是世界上第一个预防癌症的疫苗。2018年5月，我国首个DNA疫苗获得新兽药证书，用于预防某个亚型的禽流感。这是新型的基因工程疫苗（P82）
1885年，巴斯德将匀浆注射给一个9岁的被疯狗咬伤的小男孩，连续注射十几天后，小男孩活了下来。这位小男孩就是世界上第一位狂犬病疫苗的注射者。后来，巴斯德制成了狂犬病疫苗，即过期病兔的神经组织匀浆。（P85）

选修二

种群与生态系统研究史

高斯：通过实验发现了草履虫种群数量增长的S型曲线。（”S”形增长）1934年，生态学家高斯选用了两种形态和习性上很接近的草履虫进行了以下实验：取相等数目的双小核草履虫和大草履虫，以一种杆菌为饲料，放在某个容器中培养。
林德曼（美国）：通过对赛达伯格湖的能量流动进行分析，发现了生态系统的能量流动具有单向流动和逐级递减的特点，能量在相邻两个营养级间的传递效率约为10%～20%。

选修三

张明觉（美籍华人）：世界上最早从事试管婴儿和避孕药品研究的科学家之一，被誉为“试管婴儿之父”和“避孕药之父”。
1976年，米尔斯坦（阿根廷）和柯勒（德国）通过细胞融合制备出单克隆抗体，并因此获得1984年诺贝尔生理学或医学奖。
斯图尔德用胡萝卜韧皮部的细胞培养成了胡萝卜植株，证明了高度分化的植物细胞具有全能性。
韦尔穆特等在体外条件下将羊体细胞培养成成熟个体，证明了哺乳动物体细胞核具有全能性。
1951年，张明觉和奥斯汀发现精子获能。
钱嘉韵在黄石国家公园热泉中的嗜热菌分离出耐高温DNA聚合酶，并于1976年在《细菌学杂志》发表论文。大大降低了PCR技术的成本。
1988年，穆里斯等人发明了PCR。
1952年，美国布里格斯将金将豹蛙囊胚细胞的核移植到去核卵中，得到了能够发育的胚胎。
20世纪60年代荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花（原理：植物细胞的全能性）
20世纪70年代，我国科学家运用核移植技术将鲤鱼囊胚细胞的核移植到去核鲤鱼未受精卵中，培养出了鲤鲫移核鱼。
1972年，美国斯坦福大学的伯格首次成功进行DNA重组。
1975年，英国科学家米尔斯坦和德国科学家柯勒制备出单克隆抗体。
1993年，我国批准生产重组人干扰素α-1b（侯云德），它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、丙型肝炎等。
2006年，科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，将它称为诱导多能干细胞（iPS细胞）
注：可借助载体将特定基因导入细胞中，或直接将特定蛋白导入细胞中，或者用小分子化合物来诱导。已分化的T细胞、B细胞等也可以被诱导
2015年11月，第一种用于食用的转基因动物转基因大西洋鲑（三文鱼），在美国获得批准上市