生物科学发现史

一、细胞学说的建立过程

1．施莱登和施旺：提出细胞学说，揭示了细胞的统一性和生物体结构的统一性。

2．罗伯特·虎克：细胞的发现者和命名者。

3．列文虎克：用自制显微镜看到了活细胞。

4．魏尔肖：总结出细胞通过分裂产生新细胞。

二、对生物膜的探索历程中的科学家及其做出的贡献

1．19世纪末，欧文顿发现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，提出膜是由脂质组成的。

2．20世纪初，科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，证明了膜的主要成分是脂质和蛋白质。

3．1925年，两位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，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，提出假说，细胞膜中的磷脂是双层的

4．1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，提出：所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，他把生物膜描述为静态的统一结构。

5．1970年，科学家分别用绿色和红色的荧光染料标记小鼠和人两种细胞表面的蛋白质分子，并将两细胞融合，发现两种颜色的荧光均匀分布，这一实验以及相关的其他实验证据表明细胞膜具有流动性

6．1972年，桑格和尼克森提出了细胞膜的流动镶嵌模型。

三、关于酶本质的探索

1．斯帕兰札尼：证明了鹰的胃部除了物理消化还有化学消化。

2．巴斯德：酿酒中的发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精的。

3．李比希：引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

4．毕希纳：他把酵母细胞放在石英砂中研磨，得到不含酵母细胞的提取液，这些汁液可以将葡萄糖酿成酒，他将酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。

5．萨姆纳：用丙酮做溶剂在刀豆种子中提取出了脲酶的结晶，然后用多种方法证明脲酶是蛋白质。

6．切赫和奥特曼：发现少数RNA也具有生物催化功能。

四、光合作用探索历程中的科学家及其贡献

1771年普利斯特利

发现植物能更新空气

1779年英格豪斯

重复前者实验发现只有阳光下绿色植物才能更新空气

梅耶提出能量转化和守恒定律

1864年萨克斯

植物可以吸收阳光将能量转化为化学能储存起来

1881年恩格尔曼

极细光束照射水绵：需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位；

完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他证据得出叶绿体是光合作用的场所。

用透过三棱镜的光照射水绵：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。

1937年希尔

用离体叶绿体做实验使研究水平从细胞水平进入到细胞器水平。他将离体的叶绿体加到电子受体的水溶液中，在无CO2的条件下，给予光照发现有氧气放出。

1941年鲁宾、卡门

用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水

1954年阿尔农

在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随

1957年卡尔文

放射性同位素标记法，用14C标记CO2发现卡尔文循环

五、植物细胞的全能性

1958年斯图尔德：对胡萝卜韧皮部细胞加入植物激素、无机盐和糖类等进行植物组织培养，形成新植株，证实了高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，这就是细胞的全能性。苏教书必修一P125

六、遗传定律的发现

1．孟德尔：利用假说—演绎法得出了基因的分离定律和自由组合定律。

2．约翰逊：给孟德尔的“遗传因子”起了一个新名字叫做“基因”，并提出了表现型和基因型的概念。

3．魏斯曼：预言精子和卵细胞成熟过程中存在染色体数目减半的过程。后来其他科学家在显微镜下观察到减数分裂过程。

4.萨顿：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，提出基因在染色体上的假说。（归纳法）

5．摩尔根：利用假说—演绎法证明了基因在染色体上。说明基因在染色体上呈线性排列。发现连锁互换定律。

6.现代分子生物学技术能用特定的分子与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有标记的物质识别，通过荧光显示将基因定位在染色体上

7.化学家道尔顿第一个发现了色盲症，也是第一个被发现的患者。

七、遗传物质的发现历程

1．1928年，格里菲思：利用肺炎双球菌的体内转化实验得出细菌中存在某种“转化因子”

2．1944年，艾弗里及其同事：利用肺炎双球菌的体外转化实验：证明了DNA是遗传物质，也能证明蛋白质等不是遗传物质。（减法原理）

3．1952年，赫尔希和蔡斯：利用同位素标记法进行噬菌体侵染细菌的实验：用放射性同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA和蛋白质。证明了DNA是遗传物质，但不能说明蛋白质不是遗传物质

4．后来的研究证明：从烟草花叶病毒中提取出来的RNA能使烟草感染病毒，因此还有少数病毒的遗传物质是RNA。

5．因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，所以DNA是主要的遗传物质。

八、DNA双螺旋结构模型的构建及DNA的复制

1．1951年，威尔金斯和富兰克林：展示了一张DNA的X射线衍射图谱。

2．1952年，查哥夫：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。

3．1953年，沃森和克里克：1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型。1962年提出DNA半保留复制的假说。

4．1958年，梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料，利用同位素示踪技术，将15N标记的大肠杆菌转移到14N的培养液中，提取DNA进行密度梯度离心*（氯化铯），记录离心后试管中DNA的位置。证实了DNA的确是以半保留方式复制的。

九、中心法则的提出与发展

1．1957年，克里克：提出中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。

科学家发现少数生物（如一些RNA病毒）的遗传信息可以从RNA流向RNA以及从RNA流向DNA。

2.尼伦伯格和马太采用了蛋白质的体外合成技术破译了第一个遗传密码。他们在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液（包含核糖体以及其他蛋白质合成所需元件），以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结果加入苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。实验结论，与苯丙氨酸对应的密码子应该是UUU。

3.现在已知道，蛋白质翻译时需要核糖体首先识别mRNA的起始密码才可进行随后的翻译，但多聚U不具备这种特征，因此应无法完成翻译，这个事实尼伦伯格在当时并不知情。但巧合的是，尼伦伯格和马特伊应用的无细胞蛋白质合成体系中加入了正常数量两倍的镁离子，后来发现正是这个失误弥补了翻译时核糖体对起始密码的需求，从而使多聚U也可完成翻译、生成多聚苯丙氨酸。

十、现代生物进化理论的形成

1.拉马克进化学说：彻底否定了物种不变论，所有的生物都是由更古老的生物进化来的，各种生物的适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传。

2．达尔文提出了自然选择学说（揭示了生物进化的机制，解释了适应的形成和物种形成的原因）：过度繁殖（基础）、生存斗争（动力）、遗传变异（内因）、适者生存（结果）。

3．现代生物进化理论：（内容4点背）

十一、稳态的调节机制

1．贝尔纳：内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节。

2．坎农：提出稳态维持机制的经典解释：内环境的稳态是在神经调节和体液调节共同作用下，通过机体各种器官、系统分工合作、协调统一而实现的。

3．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。

十二、激素调节的发现历程

1．沃泰默：认为胰腺能够分泌胰液是十分顽固的神经反射。

2．斯他林和贝利斯：将狗的小肠黏膜与稀盐酸混合磨碎的提取液注射到同一条狗的静脉中，能促进胰腺分泌胰液，他们把小肠黏膜分泌的这种化学物质称作促胰液素。（问:促胰液素由什么细胞分泌？促胰液素的靶细胞是？）

3.班廷和贝斯特：结扎狗的胰管，使胰腺萎缩而胰岛不受影响，再用萎缩的胰腺提取液来治疗糖尿病。麦克劳德将胰腺萃取物命名为胰岛素。

十三、植物生长素的发现过程

1．19世纪末，达尔文：通过实验提出植物的向光性是由于胚芽鞘尖端受单侧光刺激后，就向下面的伸长区传递某种“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。

2．1910年，鲍森·詹森：证明了胚芽鞘尖端产生的影响可以通过琼脂片传递给下部。

3．1914年，拜尔：证明了胚芽鞘的弯曲生长，是由于尖端产生的影响在其下部分布不均匀造成的。

4．1928年，温特的实验进一步证明了胚芽鞘的弯曲生长确实是一种化学物质引起的，并命名为生长素。

5．1931年，科学家从人尿中分离出具有生长素效应的化学物质。

6．1946年，荷兰科学家郭葛从高等植物中分离出生长素—吲哚乙酸(IAA)。

十四、种群增长的“S”型曲线

生态学家高斯的草履虫实验证明种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的“S”型增长曲线。

十五、能量流动的特点

美国生态学家林德曼：经过对赛达伯格湖的能量流动进行定量分析得出结论：

(1)生态系统中能量流动是单向的。

(2)能量在流动中逐级递减，能量在相邻两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%。

十六、发酵工程（了解）

1857年，法国微生物学家巴斯德（L.Pasteur，1822—1895）通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的，从而将酵母菌与发酵联系起来。

20世纪40年代，利用发酵工程大规模生产青霉素成为研究的主攻方向。由于青霉素产生菌是需氧型的，科学家在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术，使青霉素的生产实现了产业化。不久，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。

1957年，用微生物生产谷氨酸获得成功。20世纪60年代，科学家通过研究微生物的代谢途径，继续改进发酵技术，通过人工诱变特定微生物，获得了具有更高生产能力的突变类型。之后，酶制剂、多糖、维生素发酵工业相继兴起。

20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等的发展，使发酵工程进入了定向育种的新阶段。例如，运用基因工程可以将动植物的基因转移到微生物中，获得具有特殊生产能力的微生物，大量生产人们所需要的产品，如人胰岛素、干扰素等。

十七、植物细胞工程（了解）

1902年，哈伯兰特（G.Haberlandt，1854—1945）提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。

1958年，斯图尔德（F.C.Steward，1904—1993）等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。

1974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。

十八、动物细胞工程（了解）

1951年，张明觉（1908-1991）等发现了哺乳动物精子的获能现象。试管婴儿之父

1958年，格登（J.Gurdon）用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周等开展了鱼类细胞核移植工作。

1975年，米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术。

1978年，小鼠的桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。

1981年，埃文斯（M.J.Evans，1941—）等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。

1996年，世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。

2006年，山中伸弥（S. Yamanaka，1962）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育出了小鼠。

2014年世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。

2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。

十九、基因工程（了解）

1944年，艾弗里（O. Avery, 1877-1955)等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。

1950年，埃德曼（发明了一种测定氨基酸序列的方法。2年后，桑格首次完成了对胰岛素氨基酸序列的测定。

1958年，梅塞尔森（M. Meselson, 1930-)和斯塔尔（F. W. Stahl,1929-)用实验证明了DNA的半保留复制。

1961年，尼伦伯格（M. W. Nirenberg,1927-2010)和马太（J. H. Matthaei，1929一）破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年，64个密码子均被成功破译。

1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。

1970年，科学家在细菌中发现了第一个限制性内切核酸酶（简称限制酶）

1972年，伯格（P.Berg,1926-)首先在体外进行了DNA改造的研究，成功地构建了第一个体外重组DNA分子。

1984年，我国科学家朱作言（1941-)领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。

1985年，穆里斯（K. Mullis, 1944-2019)等人发明PCR,为获取目的基因提供了有效手段。

1990年，人类基因组计划启动。2003年改计划的测序任务顺利完成

2013年，华人科学家张锋（1982-)及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术－CRISPR

(成簇规律间隔短回文重复）技术编辑了哺乳动物基因组。该技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。

注：国外科学家名字音译可能略有差异，以教材为准。

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