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经典遗传学关于基因的概念范文1
【关键词】： 植物分子；群体；遗传学；研究
中图分类号：Q37 文献标识码：E文章编号：1006-0510(2008)09091-04
分子群体遗传学是在经典群体遗传的基础上发展起来的，它利用大分子主要是DNA序列的变异式样来研究群体的遗传结构及引起群体遗传变化的因素与群体遗传结构的关系，从而使得遗传学家能够从数量上精确地推知群体的进化演变，不仅克服了经典的群体遗传学通常只能研究群体遗传结构短期变化的局限性，而且可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时，对群体中分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以"自然选择"为核心的进化学说。到目前为止，分子群体遗传学已经取得长足的发展，阐明了许多重要的科学问题，如一些重要农作物的DNA多态性式样、连锁不平衡水平及其影响因素、种群的变迁历史、基因进化的遗传学动力等，更为重要的是，在分子群体遗传学基础上建立起来的新兴的学科如分子系统地理学等也得到了迅速的发展。文中综述了植物分子群体遗传研究的内容及最新成果。
1. 理论分子群体遗传学的发展简史
经典群体遗传学最早起源于英国数学家哈迪和德国医学家温伯格于1908年提出的遗传平衡定律。以后，英国数学家费希尔、遗传学家霍尔丹(Haldane JBS)和美国遗传学家赖特(Wright S)等建立了群体遗传学的数学基础及相关计算方法，从而初步形成了群体遗传学理论体系，群体遗传学也逐步发展成为一门独立的学科。群体遗传学是研究生物群体的遗传结构和遗传结构变化规律的科学，它应用数学和统计学的原理和方法研究生物群体中基因频率和基因型频率的变化，以及影响这些变化的环境选择效应、遗传突变作用、迁移及遗传漂变等因素与遗传结构的关系，由此来探讨生物进化的机制并为育种工作提供理论基础。从某种意义上来说， 生物进化就是群体遗传结构持续变化和演变的过程， 因此群体遗传学理论在生物进化机制特别是种内进化机制的研究中有着重要作用。
在20世纪60年代以前， 群体遗传学主要还只涉及到群体遗传结构短期的变化，这是由于人们的寿命与进化时间相比极为短暂，以至于没有办法探测经过长期进化后群体遗传的遗传变化或者基因的进化变异，只好简单地用短期变化的延续来推测长期进化的过程。而利用大分子序列特别是DNA序列变异来进行群体遗传学研究后，人们可以从数量上精确地推知群体的进化演变， 并可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时， 对生物群体中同源大分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以"自然选择"为核心的生物进化学说。20世纪60年代末、70年代初，Kimura、King和Jukes相继提出了中性突变的随机漂变学说: 认为多数大分子的进化变异是选择性中性突变随机固定的结果。此后，分子进化的中性学说得到进一步完善，如Ohno关于复制在进化中的作用假说: 认为进化的发生主要是重复基因获得了新的功能，自然选择只不过是保持基因原有功能的机制；最近Britten甚至推断几乎所有的人类基因都来自于古老的复制事件。尽管中性学说也存在理论和实验方法的缺陷， 但是它为分子进化的非中性检测提供了必要的理论基础。目前， "选择学说"和"中性进化学说"仍然是分子群体遗传学界讨论的焦点。
1971年，Kimura最先明确地提出了分子群体遗传学这一新的学说。其后， Nei从理论上对分子群体遗传学进行了比较系统的阐述。1975年， Watterson估算了基于替代模型下的DNA多态性的参数Theta(θ)值和期望方差。1982年， 英国数学家Kingman构建了"溯祖"原理的基本框架， 从而使得以少量的样本来代表整个群体进行群体遗传结构的研究成为可能， 并可以进一步推断影响遗传结构形成的各种演化因素。溯祖原理的"回溯"分析使得对群体进化历史的推测更加合理和可信。1983年， Tajima推导了核甘酸多样度参数Pi(π)的数学期望值和方差值。此后， 随着中性平衡的相关测验方法等的相继提出， 分子群体遗传学的理论及分析方法日趋完善。
近20年来， 在分子群体遗传学的基础上， 又衍生出一些新兴学科分支， 如分子系统地理学(molecular phylogeography)等。系统地理学的概念于1987年由Avise提出， 其强调的是一个物种的基因系谱当前地理分布方式的历史成因， 同时对物种扩散、迁移等微进化历史等进行有效的推测。
2. 实验植物分子群体遗传研究内容及进展
基于DNA序列变异检测手段的实验分子群体遗传学研究始于1983年， 以Kreitman发表的"黑腹果蝇的乙醇脱氢酶基因位点的核苷酸多态性"一文为标志。以植物为研究对象的实验分子群体遗传学论文最早发表于20世纪90年代初期， 但是由于当时DNA测序费用昂贵等原因， 植物分子群体遗传学最初发展比较缓慢， 随着DNA测序逐渐成为实验室常规的实验技术之一以及基于溯祖理论的各种计算机软件分析程序的开发和应用， 实验分子群体遗传学近10年来得到了迅速的发展， 相关研究论文逐年增多， 研究的植物对象主要集中在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)及重要的农作物如玉米(Zea mays L.)、大麦(Hordeum vulgare L.)， 水稻(Orazy sativa L.)、高粱(Sorghum bicolor L.)、向日葵(Helianthus annuus L.)等上。其研究内容涵盖了群体遗传结构(同源DNA分化式样)、各种进化力量如突变， 重组， 连锁不平衡、选择等对遗传结构的影响、群体内基因进化方式(中性或者适应性进化)、群体间的遗传分化及基因流等。同时， 通过对栽培物种与野生祖先种或野生近缘种的DNA多态性比较研究， 分子群体遗传学在研究作物驯化的遗传学原因及结果等也取得了重要的进展， 如作物驯化的遗传瓶颈， 人工选择对"驯化基因"核苷酸多态性的选择性清除(selective sweep)作用等等。
2.1 植物基因或基因组DNA多态性
分子群体遗传学的研究基础是DNA序列变异。同源DNA序列的遗传分化程度是衡量群体遗传结构的主要指标， 其分化式样则是理解群体遗传结构产生和维持的进化内在驱动力诸如遗传突变、重组、基因转换的前提。随着DNA测序越来越快捷便利及分子生物学技术的飞速发展， 越来越多的全基因组序列或者基因序列的测序结果被发表， 基因在物种或群体中的DNA多态性式样也越来越多地被阐明。
植物中， 对拟南芥和玉米基因组的DNA多态性的调查最为系统， 研究报道也较多。例如， Nordborg等对96个样本组成的拟南芥群体中的876个同源基因片段(0.48 Mbp)的序列单核苷酸多态性进行了调查， 共检测到17 000多个SNP， 大约平均每30 bp就存在1个SNP位点。而Schmid等的研究结果显示: 拟南芥基因组核甘酸多态性平均为0.007( W)。Tenaillon等对22个玉米植株的1号染色体上21个基因共14 420 bp序列的分析结果显示玉米具有较高的DNA多态性(1SNP/27.6 bp、 =0.0096)。Ching等研究显示: 36份玉米优系的18个基因位点的非编码区平均核苷酸多态性为1SNP/31 bp， 编码区平均为1SNP/124 bp， 位点缺矢和插入则主要出现在非编码区。此外， 其他物种如向日葵、马铃薯(Solanum tuberosum)、高粱、火矩松(Pinus taeda L.)、花旗松(Douglas fir)等中部分基因位点的DNA多态性也得到调查， 结果表明不同的物种的DNA多态性存在较大的差异。
繁育方式是显著影响植物基因组的DNA多态性重要因素之一。通常来说， 自交物种往往比异交物种的遗传多态性低， 这已经被一些亲缘关系相近但繁育方式不同的物种如Lycopersicon属植物和Leavenworthia属植物的种间比较研究所证实。但是在拟南芥属中则不然， Savolainen等比较了不同繁育方式的两个近缘种Arabidopsis thaliana(自交种)和Arabidopsis lyrata(异交种)的乙醇脱氢酶基因(Alcohol Dehydrogenase)的核苷酸多态性， 结果发现A. thaliana的核苷酸多态性参数Pi值为0.0069， 远高于A. lyrata的核苷酸多态性(Pi=0.0038)。
2.2 连锁不平衡
不同位点的等位基因在遗传上不总是独立的， 其连锁不平衡程度在构建遗传图谱进行分子育种及图位克隆等方面具有重要的参考价值。Rafalski和Morgante等在比较玉米和人类群体的连锁不平衡和重组的异同时对连锁不平衡的影响因素做了全面的阐述， 这些因素包括繁育系统、重组率、群体遗传隔离、居群亚结构、选择作用、群体大小、遗传突变率、基因组重排以及其他随机因素等。物种的繁育系统对连锁不平衡程度具有决定性的影响， 通常来说， 自交物种的连锁不平衡水平较高， 而异交物种的连锁不平衡水平相对较低。但是也有例外， 如野生大麦属于自交物种， 然而它的连锁不平衡水平极低。
拟南芥是典型的自交植物， 研究表明: 拟南芥组基因大多数位点的连锁不平衡存在于15～25 kb左右的基因组距离内， 但是在特定位点如控制开花时间的基因及邻接区域， 连锁不平衡达到250 kb的距离。拟南芥基因组高度变异区段同样具有较强的连锁不平衡。这些研究结果说明拟南芥非常适合构建连锁图谱， 因为用少量的样本就可以组成一个有效的作图群体。除拟南芥外， 其它自交物种大多表现出较高的连锁不平衡水平， 如大豆的连锁不平衡大于50 kb； 栽培高粱的连锁不平衡大于15 kb； 水稻的Xa位点连锁不平衡可以达到100 kb以上。
与大多数自交物种相比， 异交物种的连锁不平衡程度则要低得多。例如， 玉米的1号染色体的体连锁不平衡衰退十分迅速，大约200 bp距离就变得十分微弱， 但是在特定的玉米群体如遗传狭窄的群体或者特定基因位点如受到人工选择的位点， 连锁不平衡水平会有所增强。野生向日葵中， 连锁不平衡超过200 bp的距离就很难检测到(r=0.10)， 而栽培向日葵群体连锁不平衡程度则可能够达到约1 100 bp的距离(r=0.10)。马铃薯的连锁不平衡在短距离内下降迅速(1 kb降到r2=0.2左右)， 但在1Kb以外下降却十分缓慢(10 cM降到r2=0.1)。此外， 异交繁育类型的森林树种如火矩松、花旗松等同样显示出低水平的连锁不平衡。
2.3 基因组重组对DNA多态性的影响
基因组的遗传重组是指二倍体或者多倍体植物或者动物减数分裂时发生的同源染色体之间的交换或者转换。它通过打破遗传连锁而影响群体的DNA多态性式样， 其在基因组具点发生的概率与该位点的结构有很大的关系， 基因组上往往存在重组热点区域， 如玉米的bronze(bz)位点， 其重组率高于基因组平均水平100倍以上； 并且重组主要发生在染色体上的基因区域， 而不是基因间隔区。同时， 在基因密度高的染色体区段比基因密度低的染色体区段发生重组的频率也要高得多； 在不同的物种中， 基因组重组率平均水平也有很大的差异。如大麦群体基因组的重组率为 =7～8×10-3，高于拟南芥( =2×10-4)40倍， 但只有玉米( =12～14×10-3)的一半左右。
目前有很多关于重组和DNA多态性之间的相关关系的研究， 但是没有得到一致的结论。部分研究显示重组对DNA多态性具有较强的影响。如Tenaillon等研究显示玉米1号染色体的DNA多态性高低与重组率具有较高的相关性(r=0.65， P=0.007)， 野生玉米群体、大麦及野生番茄也都存在同样的现象。而在拟南芥中， 重组对DNA多态性的贡献率就非常低。Schmid等用大量的基因位点对拟南芥群体的核苷酸多态性进行调查后发现: 重组率与核苷酸多态性相关关系不显著； Wright等调查了拟南芥1号和2号染色体的6个自然群体序列变异式样， 结果显示， 在着丝粒附近重组被抑制的染色体区域， 核苷酸多态性并没有随之降低。说明了拟南芥基因组的重组率与DNA多态性并没有必然的相关关系。Baudry等对番茄属内5个种进行了比较研究， 结果也显示重组对种群间的DNA多态性的影响也不明显。
2.4 基因进化方式(中性进化或适应性进化)
分子群体遗传学有两种关于分子进化的观点: 一种是新达尔文主义的自然选择学说， 认为在适应性进化过程中， 自然选择在分子进化起重要作用， 突变起着次要的作用。新达尔文主义的主要观点包括: 任何自然群体中经常均存在足够的遗传变异， 以对付任何选择压力； 就功能来说， 突变是随机的； 进化几乎完全取决于环境变化和自然选择； 一个自然群体的遗传结构往往对它生存的环境处于或者接近于最适合状态； 在环境没有发生改变的情况下， 新突变均是有害的。另一种是日本学者Kimura为代表的中性学说， 认为在分子水平上， 种内的遗传变异(蛋白质或者DNA序列多态性)为选择中性或者近中性， 种内的遗传结构通过注入突变和随机漂变之间的平衡来维持， 生物的进化则是通过选择性突变的随机固定(有限群体的随机样本漂移)来实现， 即认为遗传漂变是进化的主要原因， 选择不占主导地位。这两种学说， 在实验植物分子群体遗传学的研究中都能得到一定的支持。
对植物基因在种内进化方式的研究主要集中在拟南芥菜、玉米、大麦等农作物及少数森林树种。Wright和Gaut对2005以前发表的相关文章进行详细的统计， 结果显示: 拟南芥中大约有30%的基因表现为适应性进化； 玉米中大约有24%的基因表现为非中性进化； 大麦的9个基因中， 有4个受到了选择作用的影响。
选择作用主要包括正向选择、平衡选择、背景选择及稳定选择， 它们单独或者联合对特定基因的进化方式产生影响。如花旗松中的控制木材质量和冷硬性状的基因、火炬松的耐旱基因、欧洲山杨(European aspen)的食草动物诱导的蛋白酶抑制基因(Herbivore-induced Protease Inhibitor)等， 经检测在各自的群体受到了正向选择、平衡选择、背景选择单独或者多重影响。植物抗性基因(R基因)是研究得比较深入的一类基因， 大部分研究结果显示抗性基因具有高度的多态性， 并经受了复杂的选择作用。Liu和Burke对栽培大麦和野生大麦群体中9个基因在调查显示其中的8个基因受到稳定选择。Simko等对47份马铃薯66个基因位点调查表明， 大部分基因位点在马铃薯群体进化过程中受到了直接选择或者分化选择作用。以上对不同物种的不同基因位点的研究都强调了分子进化的非中性的结果， 这说明选择在基因的进化过程中具有非常重要的作用； 另一方面， 中性进化的结果报道较少， 或被有意或者无意地忽略， 事实上即使在强调选择作用的研究文献中， 仍然有相当一部分基因表现为中性进化， 说明在种内微观进化的过程中， 选择作用和中性漂变作用可能单独或者联合影响了物种内不同的基因位点， 共同促进了物种的进化。
2.5 群体遗传分化
分子群体遗传学一个重要的研究内容是阐明物种不同群体之间甚至不同物种群体之间(通常近缘种， 如栽培种及其近缘种或祖先野生种)遗传结构的差异即遗传分化， 并推测形成这种差异的原因， 从而使人能够更好地理解种群动态。
经典遗传学关于基因的概念范文2
一、“假说――演绎法”概述
1.“假说―演绎法”的基本内涵
“假说―演绎法”是现代科学研究中常用的一种科学方法，它是在观察分析的基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解决问题的假说，根据假说进行演绎推理（形成推论），再通过实验检验演绎推理的结论（推论）。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的；反之，则证明假说是错误的。
科学假说是科学理论发展的思维形式，是人们根据已知的科学事实，以已经掌握的科学原理为指导，对未知的自然现象及其规律性，经过一系列的思维过程（往往要运用分析和综合、归纳和演绎、类比及想象等思维方法和研究方法，对已有的经验材料进行加工），预先在自己头脑中作出的假定性解释。就其组成而言，包含已知事实和推测性假定两种基本成分。假设通过这两种成分的搭配明确问题解决途径，在条件与结果之间建构设想。
假说是通向科学理论的必要环节。科学研究和科学理论的主要任务是试探性地对已有的经验和事实作出解释，并对未来的经验和事实提出预测。作为一种正确的假说，不仅能够解释已有的实验结果，还应必须能够预测另一些实验结果。即除了解释性条件，还必须有预见性条件。如果由假说作出的科学预见得到实际的证实，那么就标志着假说已经转化为理论。就假说能否解释已知事实与能否预见未知事实相比而言，后者是假说具有真理性的更有力的证明，当然更能作为假说是否能转化为理论的鲜明标志。假说必须经过科学实践的检验才能发展为科学理论。观察、实验所检验的常常不是假说本身，而是假说的推论，即从该假说中逻辑地推导（演绎）出来的描述个别现象或事件的推论。当然，对假说的实践检验过程是很复杂的，不能单靠一两个实验来说明问题。
2.“假说――演绎法”的作用
就思维过程的方法论而言，观察――归纳和假说――演绎都是重要的科学思维方法，从近代科学到现代科学，以观察（实验）――归纳为主的方法逐渐让位给以假说―演绎为主的方法。这是因为现代科学从总体上来说，已经不是处在经验材料的收集阶段，而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。由于数学、计算机科学等工具学科的发展，人们能够凭借这些工具提出假说，然后演绎出理论体系或具体推论，再通过观察和实验来检验。“假说――演绎法”被认为是构造科学理论的理想方法，也被一些人看做科学知识增长的基本模式。牛顿创立光的颜色理论的过程、爱因斯坦的广义相对论的提出和验证的过程、凯库勒提出苯分子的环状结构等，都是“假说――演绎法”的典型案例。
二、“遗传与进化”模块中“假说――演绎法”的教学素材
“假说――演绎法”的典型性教学素材是孟德尔用豌豆做一对相对性状的杂交实验。通过实验，他观察到了F1代并没有像人们预期的那种表现出两个亲本的性状，而只是表现出一个亲本的性状，但F2代中表现为性状分离。孟德尔正是观察到F2代出现性状的分离，并且比例为3:1，他提出了显性性状和隐性性状的概念，并且提出了显性遗传因子和隐性遗传因子的假设，用以解释产生性状分离现象的原因。孟德尔提出的遗传因子假说的构成如图1所示。
图1 遗传因子假说的构成
在当时条件下，孟德尔不可能用显微观察法直接证明他的假设，只能借助于实验法证明由假说演绎出的推论。孟德尔根据遗传因子假说进行演绎推理，并设计测交实验对推理过程及结果进行验证见图2。
图2 假说的演绎推理与验证
测交实验不能直接验证遗传因子假说本身，而是验证由遗传因子假说演绎出的推论，即如果遗传因子决定生物性状的假说是成立的，那么根据假说可以对测交实验结果进行理论推导和预测。然后，将实验获得的数据与理论推导值进行比较，如果二者一致说明假说正确的，如果不一致则证明假说是错误的。
当然，对假说的实践检验过程是很复杂的，不能单靠一两个实验来说明问题。事实上，孟德尔做了很多实验都得到了相似的结果，后来又有数位科学家做了许多与孟德尔相似的观察，大量的实验都验证了孟德尔假说的真实性之后，孟德尔假说最终发展为遗传学的经典理论。
“遗传与进化”模块中“假说――演绎法”的教学素材还包括：基因与染色体关系的探究历程；DNA分子结构、复制方式及中心法则的提出与证实；遗传密码的破译等等。
“假说――演绎法”不仅是经典遗传学研究的一种重要方法，而且在现代遗传学的发展历程中发挥了重要的作用。因此，高中生物课标准在生物2“遗传和进化”模块中要求学生领悟“假说――演译法”是十分正确的。
三、“假说――演绎法”的教学策略
孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。现以孟德尔一对相对性状的杂交实验为例，对“假说――演译法”的教学提几点建议。
1.模拟孟德尔的实验过程，理解“假说”内涵
很多教师在孟德尔的豌豆杂交实验的教学时，往往喜欢单刀直入，直接深入基因分离定律的本质，即减数分裂中基因随染色体的分离而分离，这种讲授方式确实能促进学生对基因的分离定律的本质的认识和理解，但学生分析问题、形成假说和进行推理的能力并没有得到训练和提高，特别是“假说――演绎”的科学方法没有得到学习和训练。
通过“模拟性状分离的杂交实验”，帮助学生认识和理解等位基因的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系，促进对孟德尔提出的“假说”的理解。本模拟实验的教学关键是做好两件事：（1）确保实验操作规范以得到合理的结果；（2）引导学生分析认识模拟实验结果与孟德尔解释的关系，认同孟德尔解释的合理性。关于确保实验操作的规范性问题，主要是教师对教学的组织，以及采用各小组实验数据汇总的方式，就可以得到合理的实验结果；关于引导学生分析模拟实验结果与孟德尔解释的关系问题，需要在教学中抓住以下四个关键问题:物品模拟的是什么?操作模拟什么?随机取出并组合代表着配子的随机结合；对模拟实验结果的统计结果与孟德尔单因子杂交实验结果进行对比等。
通过模拟孟德尔的提出问题、进行分析、形成假说、演绎推理、设计测交实验，这是对科学发现史的再现，既是思维能力和科学方法的训练，也是深入理解科学知识的一种重要途径。
2.剖析孟德尔的科学研究思路
表3孟德尔的研究过程与“假说――演绎法”思路的对应关系
通过表3帮助学生理清孟德尔的科学研究思路。同时，引导学生剖析假说的构想过程。例如，孟德尔提出遗传因子在生物的体细胞中是成对存在的，并且显性遗传因子对隐性遗传因子具有显性作用，是基于哪些实验现象做出的假设?控制隐性性状的遗传因子在F1代体细胞中消失了吗?为什么子二代中隐性性状又出现了?学生自然会联想到F1自交后代中出现了隐性性状，所以在Fl体细胞中必然含有隐性遗传因子；而Fl表现的是显性性状，因此F1体细胞中的遗传因子应该是Dd，并且显性遗传因子对隐性遗传因子具有显性作用。隐性状之所以在子二代又出现了，是因为在F1细胞中D与d保持各自的独立性，没有相互混杂和融合；当F1产生配子时成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中，当含有d的雌雄配子相遇时就会出现隐性性状。如此剖析假说的构想过程有利于学生思维的磨炼、智慧的增长，消除了他们对假说的神秘感。
3.分析“测交”实验，认识“演绎”本质
演绎是在假说的基础上所做的一种逻辑推理，让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎则是教学中的难点。
教学时首先介绍孟德尔选用F1与隐性纯合子进行的测交实验，再让学生根据孟德尔的假说进行演绎推理，对测交实验结果作出预测，并画出相应的遗传图解。然后向学生呈现孟德尔的测交实验结果，引导学生尝试根据测交后代的表现型及其比例，推知F1的配子种类及其比例，进而推知F1的基因组合方式及其遗传行为，从而掌握科学的测交验证方法，并明确孟德尔设计的测交实验实际上检验的是推论，即根据假说对测交实验所进行演绎得到的：杂合子生成配子时具有相对性状关系的遗传因子（等位基因）分离这一论题；也就是教材中提到的测交实验结果所要证实的推论：F1究竟是不是杂合体（Dd）如果是杂合体，生成配子时具有相对性状关系的遗传因子（等位基因）果真分离吗?
4.留给学生更多思考的时间与空间
经典遗传学关于基因的概念范文3
关键词: 高中生物 遗传与进化 STS教育
自20世纪80年代以来,STS的理念和教育模式作为科学教育领域内的一种新的尝试得到了世界众多国家的认同,成为世界科学教育改革的一个重要方向。STS是“Science,Technology and Society”(科学、技术和社会)的英文缩写,是研究科学、技术与社会的相互关系,以及科学技术服务于社会生产、生活及发展的科学教育思想,它要求学生懂得科学知识的应用,知道科学技术与社会之间的相互影响和作用,培养学生关注社会的意识,并能以正确的价值观和方法解决科技发展所带来的社会问题。
《普通高中生物课程标准(实验)》在课程性质部分明确指出:“高中生物课程将在义务教育基础上,进一步提高学生的生物学素养。尤其是发展学生的科学探究能力,帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系,增强学生对自然和社会的责任感,促进学生形成正确的世界观和价值观。”
“遗传与进化”是高中生物必修模块,它是生物学的一个基础和核心内容,也是生物科学与社会、个人生活关系最密切的领域,在本部分内容里包含遗传的细胞基础、分子基础、遗传的基本规律、生物的变异、人类遗传病、生物的进化六部分,该模块主要从细胞水平和分子水平阐述生命的延续性及生物进化的过程和原因。本文以该模块为切入点,对STS教育在生物学中的渗透进行探讨。
一、系统化生物学知识,在教学中贯穿STS教育
生物具有严整的结构,通过代谢表现为生长、繁殖等生命现象,具有应激性,能够适应并影响环境,因此生物学的基本概念和原理不是孤立的,而是彼此有着一定关联。在教学中,教师应心中有STS理念,在有意识地引导学生在学习生物学知识、技能的同时,建立起生物科技与社会的教育观念。
例如:学习细胞分裂知识后,分析细胞分裂中DNA、染色体变化规律,推导DNA与生物的遗传相关,通过“Avery实验、噬菌体侵染细菌实验”证明“DNA是主要的遗传物质”,继续追问思考:作为遗传物质应该具备什么条件?为什么DNA可以作为遗传物质?通过了解沃森和克里克成功的奥秘引出DNA结构、功能、中心法则这些遗传学的基本知识,由此引导学生关注:人类基因组计划、中国超级杂交水稻基因组计划、亲子鉴定、基因诊断与治疗、生物技术制药和研制疫苗、艾滋病病毒的遗传机理、基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、转基因食品、害虫和病原体抗药性形成、干细胞的应用、克隆技术、人体器官移植、组织培养、朊病毒等,这些都是极好的STS教育素材,教师只要随心巧用,必可达到良好的STS教育效果。
可遗传的变异为生物的进化提供选择的材料,在生存斗争过程中适者生存,不适者淘汰,有利变异不断积累和加强,推进了生物的进化,学生沿着达尔文的思路,能了解达尔文的自然选择学说模型,教师提示学生达尔文进化学说的局限,能激发学生深入探究了解现代生物进化学说。不同的物种之间,生物和环境之间,在相互影响中不断进化和发展,即共同进化。至此,又很自然地把生物与环境的相关知识水到渠成的联系起来,在生物与环境里,生物性污染、生物净化、生物资源合理利用、绿色消费等又是渗透STS教育的良好素材。
以上的知识梳理只是一个示例,在任何一个模块的学习中,任何一个生物学的基本概念和规律的拓展,均可以作为主线将STS生物学知识框架建构。教师心中应有生物整体的概念,善于从不同角度把STS教育落实于生物教学实践中。
二、穿插应用生物科学史,渗透STS教育
生物科学史是一部科学发展的历史,它揭示了人类生命科学的发展规律,蕴含着丰富的STS教育材料。如孟德尔、摩尔根在经典遗传学上的贡献、我国首次人工合成结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转运核糖核酸、袁隆平两系杂交水稻法、DNA双螺旋结构提出、《寂静的春天》带来的环保革命等,生物科学史为我们展示了生物科学事实、概念、原理、方法,以及技术发明的历史背景、发展历程、现实应用,对于学生深入了解生物学原理、生物学实验设计的基本思路、掌握科学研究的一般方法,提供了极好的范例,同时,从生命科学的发展史来看,每一项成就的获得无一不是生物学家们不断思考、不断探索,甚至是不断失败后反复实验而获得的成功,因此生物科学史在教学中的融合,既有助于学生理解知识和概念,培养科学思维,形成良好的知识结构,理解科学研究方法,掌握生物科学概念原理,又有利于培养学生科学态度和形成正确的价值观。
例如,“基因的分离定律”可以采用以下教学步骤:(1)问题引导,设疑激趣:简单解释“融合遗传”的观点,预测孟德尔豌豆杂交实验F1会是什么样颜色?实际结果F1紫色,与“融合理论”不符合,怎么解释?(2)设问:在孟德尔豌豆杂交实验里为什么F1全是高茎?矮茎消失了吗?F2为什么会出现3∶1这样的结果?是偶然的吗?怎么解释孟德尔的发现?(3)带着疑问,引导学生思考孟德尔对该实验现象的解释;它与“融合理论”的本质区别是什么?孟德尔的解释是否合理呢?怎么检验它的正确性?(4)介绍“假说―演绎法”,指导学生绘制一对相对性状的遗传图解,理解测交实验过程,预测测交实验结果,领悟“假说―演绎法”在科学实验研究中的价值。(5)师生共同归纳总结孟德尔基因分离定律的实质,并组织模拟性状分离比实验,体会模型意义。(6)介绍孟德尔定律在生产实践上的应用。通过设疑探究模拟孟德尔关于基因分离定律的过程,再现生物学家的实验设计和操作,让学生亲身体验和感受科学探究过程,学生能够较好理解基因的分离定律实质,理解“生物―技术―社会”之间的关系,并对“观察、发现问题―分析问题、假设―实验设计、验证―归纳总结”的一般研究过程有了真实的体验,实现知识(分离定律)、技能(科学研究方法)目标的达成。
三、情境创设、课堂引导,落实STS教育
建构主义观点认为:知识是从情境和活动中来的,学习是在真实的活动和社会性的互动里发生的,情境教学是教学研究中的一个重要问题,所谓“情境教学”,就是“从情与境、情与辞、情与理,情与全面发展的辩证关系出发,创设典型的场景,激起儿童热烈的情绪,把情感活动和认识活动结合起来,所创建的一种教学模式”,即“情境教学”指的是教师人为“创设”的情境中所进行的教学。[1]创设情境的目的或激发学习兴趣,或启迪思维,总的来说是为实现有效的教学服务,因此创设恰当的教学情境,开展STS教育活动,是生物教师的基本素质和能力体现。如学习“性别决定和伴性遗传”的内容时,我先给学生展示一位男明星和一位女明星的照片,设问:人都是由受精卵发育而来,为什么有的发育成雄性,有点发育成雌性?再讲述“色盲的发现”“月亮的女儿”的故事,提问:色盲和白化病的患病人群有什么不同?为什么会出现这样的情形呢?面对可能出现的不同的遗传病,如果你是一个遗传咨询师,你怎么给一个怀孕的母亲进行遗传咨询?在这样创设的提问情境,学生产生了价值取向,注意力集中,认真思考,为相关知识的学习做好了准备。随着一个个问题的解决,学生较好掌握了知识,同时在假设的情景里应用所学习知识分析问题,解决问题,“科学、技术、社会”的意识也自然地融入在教学活动中。
四、活动延伸,课外拓展STS教育
课堂教学的时间是有限的,因此教师在做好课堂教学的活动的同时,应充分组织学生围绕与生物学有关的科学、技术及社会问题开展以学生为主体,以实践性、趣味性为主要特征的活动课,对生物学课堂教予以必要延伸和拓展补充。如举办“基因工程和转基因技术”“克隆技术与人类未来”“人类基因组计划”等专题讲座,进行“生物与人类未来”“环境污染”“健康与生命”“健康与营养”等专题调查,推荐适合中学生的科普读物,收集报刊杂志上最新科技发展动态,开展阅读竞赛活动,进行小制作、小发明、小实验等丰富多彩的活动。学生通过活动的参与,能巩固已学的生物学知识,学和合作与分享,认识体会生物学科学的重要性,养成关注与生物学有关的社会问题的习惯,自觉运用生物学的相关知识解决人类面临的社会问题。
当今世界,生命科学日新月异,生物工程、克隆技术、转基因技术、人类基因组计划的研究在环境保护、医药生产和疾病预治等方面发挥巨大作用的背景下,在新课程理念的指导下,生物教学与STS教育相结合,把知识与应用、科技进步与社会发展,价值观与关注社会的理念融于教学过程中,能使生物教学的内容更趋于完整。教师应立足于社会生活中的实际情况和问题,利用好教材,使学生能够积极思考,理解生物科学与技术在社会中的作用及反作用,作出判断和决策,主动学习,寻求当今社会发展中的生物科学、技术运用的最佳方案,培养科学的价值观,具有对社会问题进行预测、判断、决策和解决的能力,使生物学科教学真正着眼于每个学生的全面发展和终身发展的需要,真正全面提高学生的生物科学素养。
参考文献:
经典遗传学关于基因的概念范文4
【关键词】基因组学 教学 改革
【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project， and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students’ knowledge system and cultivating students’ innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice， from the teaching content， teaching methods to make a reasonable improvement， in order to improve the quality of teaching， and strive to cultivate high？鄄quality professionals.
【Key words】Genomics； education； innovation
【基金项目】湖南农业大学课程质量标准建设遴选项目《基因组学》和湖南农业大学教改项目B2015021资助。
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0233-02
伴随人类基因组计划，一门新兴的生命科学前沿学科基因组学（ Genomics）应运而生。不同于以往的分子遗传学以“单个”基因为研究对象的思路，基因组学从物种的整个基因组入手来研究基因的结构、功能和进化[1]。经过近20年的迅速发展，基础基因组学研究已经形成了结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学三个不同的领域[1-3]，还衍生出了转录物组、蛋白质组、代谢组、甲基化组等一系列组学研究的分支，引发了生物科学研究的系统观热潮[2]。
目前，基因组学已成为高校生物学课程体系中的重要组成部分，越来越多的高校都将其设为生物学相关专业的必修课或选修课。课程的开设不仅有利于学生了解生命科学发展的前沿，还能为学生研究生阶段开展相关课题提供研究思路和背景知识。然而，基因组学发展迅速，如何使教学紧跟学科发展的步伐，让学生在有限的课堂教学中既能掌握基因组学的基础知识，又能及时了解最新的基因组学发展技术，成为教学中的难点。因此，教师需要不断更新教学内容，紧跟学科发展的步伐，以增强学生的学习兴趣，提高学习的主动性。此外，基因组学与其他学科具有很强的交叉性，教师授课过程中既要避免内容的重复，又要能深入浅出地把内容抽象、过程复杂的研究方法条理清晰、简单明了地传授给学生。针对基因组学课程的上述特点以及这几年的教学实践，笔者从基因组学教学内容和教学手段进行了调整和优化，探索了适合本门课程的教学方法和模式，以期提高基因组学的教学效果，以适应新形势下素质教育的需要。
一、选择合适的教材
我国许多高校的生物信息、生物技术等相关专业课程设置中都将基因组学设为专业课或选修课，如华中科技大学、暨南大学、扬州大学等。我校也在学生先修遗传学、分子生物学和生物信息学的基础上，开设基因组学课程作为生物信息学的一门专业课，共设置40课时。经过了解，国内广泛使用的基因组学教材主要有两本，即国内复旦大学杨金水教授编著的《基因组学》（2002年第一版，2007年第二版，2013年第三版）和英国曼彻斯特大学理工学院TA.Brown教授编著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。根据课程需要和课时数，我校自2005年生物信息学专业开设以来一直选择结构体系比较完整、内容相对简洁的杨金水编著的《基因组学》系列版本为主要教材。同时选用袁建刚等翻译的、BrownTA编著的《基因组》及其英文版原著作为参考，补充杨金水编著的《基因组学》，部分内容叙述不够详尽的不足。该教材和参考书都更新及时，每隔数年就会补充基因组学研究领域的新成果和新技术然后再版，便于跟踪学科前沿，掌握最新研究动态。参考书中英文对应，可方便学生对专业名词的理解和把握，也有助于学生提高对英文文献的阅读能力。
二、构建系统的教学内容
基因组学教学内容与遗传学、分组生物学和生物信息学课程的内容相互联系、相互渗透。因此课程内容既要避免与现行课程中重复的部分，又突出本学科的特有内容，为此我们在与其他相关课程教师充分沟通的情况下进行了授课内容的安排。基因组学的知识结构可以分为结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学三部分。结构基因组学是基因组研究的前提，是功能基因组学和比较基因组学内容理解和掌握的基础，其主要目标是通过基因组测序获得基因组序列。而基因组测序的前提是对基因组的基本结构和组成进行了解，然后在此基础上进行基因组作图，包括遗传图谱、物理图谱的制作，最后进行基因组的测序与序列组装。这部分属于基因组学课程重点学习的内容，安排20个课时，主要涉及选用教材的前四章内容[4]。功能基因组学，被称为后基因组学，它利用结构基因组学研究所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能。这部分内容是目前发展最快的研究重点[5]，涉及很多关于研究基因功能的实验方法，因此也是课程的难点。研究内容包括基因组序列中基因功能的发现、单个基因功能的确定、基因表达分析及突变检测和基因与基因之间的相互作用。本门课程中安排12课时学习该部分内容，主要涉及教材的第五章、第六章、第十章。教材的第七章和第十一章关于基因组的复制与转录调控的内容，分子生物学中有过讲述，在基因组学的课程中不再重复。第八章和第九章关于转录组和蛋白组的内容另开设有相关的课程，也不在基因组学课程的讲述范围内。比较基因组学是基于结构基因组的基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。通过对不同亲缘关系物种的基因组序列进行比较，能够鉴定出编码序列、非编码调控序列及给定物种独有的序列。而基因组范围之内的序列比对，可以了解不同物种在核苷酸组成、同线性关系和基因顺序方面的异同，进而得到基因分析预测与定位、生物系统发生进化关系等方面的信息。这部分内容安排6课时，主要涉及教材的第十二至十四章的内容。这样合理安排授课内容，使学生在头脑中建立起一个从结构基因组学研究到功能基因组学研究再到比较基因组学研究的完善的知识体系。
此外，基因组学发展迅速，除了三大部分基本内容外还在课堂上及时补充和完善一些最新的研究成果。比如可以通过查询Science、Nature 和Cell等顶级期刊，了解基因组学的最新研究进展和方法，使学生及时把握学科发展脉络和方向，把基因组学课程真正建设成为一门开阔学生视野的课程。另外，课堂上可以讨论一些社会上的热点话题或者普及一些与生活息息相关的知识，如精准医疗等。还可以讲述一些相关的故事，如诺贝尔奖得主的一些鲜为人知的故事。一些相关知识的应用，比如如何利用分子标记进行亲子鉴定及法医鉴定等也可以再课堂上适时的插入。这些内容可以极大地激发学生的兴趣，拓宽学生的视野，提高学生学习的积极性。
三、多媒体与板书相结合教学
多媒体教学具有图文并茂的效果，可以把抽象、微观、枯燥、复杂的内容形象的展示出来。但多媒体课件播放比板书讲解速度快，如果学生的思维无法跟上，则会大大地降低教学效果。传统的板书教学则可以将知识更加系统地呈现给学生，更利于师生间的交流[6]。但板书教学比较耗时，尤其对于高等教育中较多的授课内容，完全采用板书会影响教学进度。此外，对于图像和图形的呈现，板书教学也无法胜任。因此，可采用“多媒体+板书”相结合的授课方式。授课提纲板书在黑板上，使学生整堂课都可以看见，让学生对学习内容有整体的印象。多媒体课件解释不清的问题，及时用板书补充。重点难点内容，也要结合板书详细讲解，同时借助多媒体手段将所需要的图片、动画和视频插入课件，按照课程的需要播放，提高课堂教学效果。
四、组织学生参与科学研究
基因组学课程内容涉及许多研究方法和技术，部分经典的实验技术在分子生物学与遗传学中有过介绍，但一些新发展起来的技术上述课程学习的过程中没有涉及。有些技术原理深奥、抽象，难以理解，最好的方法是让学生亲自参与实验[7-9]。教师可组建基因组学科研兴趣小组，让学生利用课外时间参与老师的科研课题。学生通过亲自参与基因组学相关实验，可以深刻理解这些技术的原理，并掌握具体操作技术，将理论知识与实践相结合，在帮助教师完成科研工作的同时培养了学生对科研工作的热情，为学生进一步考研深造打下基础。
五、应用灵活多样的考核方式
科学、合理的考核方式有助于提高教学质量、培养创新型和应用型人才。传统的考核方式主要是闭卷考试，容易使学生把考试当成最终的学习目标，不利于培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。因此，改革教学考核方式的非常重要。考核除了对学生进行基本理论知识考试外，在成绩评定标准上适当加大对学生动手能力和综合技能的考核比重，增加平时成绩的考核，条件允许的话还可以设置一些小实验在实验课的课堂上让学生进行计算机模拟分析，充分激发学生的学习兴趣。此外，还可以把科研过程中的一些小项目交给学生，让学生查阅资料后根据所学内容进行试验设计，教师进行指导修改后再反馈给学生。学生的平时成绩最终按30%的比例计入最终成绩。科学合理地应用上述方法可以很大程度改变学生的学习目标和学习方式，培养学生的创新能力和实践能力。
经过几年的实践，我们的教学改革获得了大多数学生的好评与认可。在今后的教学中，随着教师教学经验的积累和教学水平的进一步提高，将会不断完善基因组学教学工作。基因组学发展迅速，如今已经渗透到生命科学研究的各个领域，尤其是近几年基因组学研究领域的重大成果层出不穷，对生命科学的发展产生了极大的推动作用。针对基因组学教学过程中存在的主要问题[10，11]，在构建系统课程内容体系的同时，还应根据农林院校的专业特点，不断改革和探索课程的教学方法，加强教师队伍建设，不断完善理论与实践相结合的教学模式，为推进和实现高素质的创新型和应用型人才培养目标奠定基础。
参考文献：
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经典遗传学关于基因的概念范文5
［关键词］西方科学；科学创新；文化因素
科学的生命力在于创新。科学创新推动了科学的进步和发展。纵观科学发展史，每一次重大的科学创新都导致了科学理论体系和结构的重新建构，使科学前所未有地迅速发展。而科学又转变为一种改变世界面貌的强大的物质力量，推动了经济乃至整个社会的变革和进步。
什么是科学创新？科学创新是人们在科学活动中的一种精神劳动。它体现在科学研究人员的创新思想、创新精神、创新能力等方面，也包括科学活动中的整个环境，即创新的氛围。科学创新的成果是知识、概念、原理、假说和理论等。这些都与文化有着密切的关系。
从文化的深层次层面，也即文化的狭义方面理解，文化是一种精神活动，它由人们的思维方式，信仰信念，价值取向等思想观念因素组成。这些因素是文化的核心，是文化“进化”的“基因”［1］。
众所周知，文化有强烈的民族性，不同的民族有不同的文化。“科学是一种文化过程”［2］，“作为一种文化现象，科学同其他文化一样，也表现出强烈的民族性”［3］。不同民族或国家有着不同的文化，有着不同的科学。“西方科学几乎是唯一存留到今天的科学形态，取得了深刻影响人类社会生活的卓越成就，并展现了发展的远景”［3］。为什么只有西方科学能够如此呢?这无疑是由于西方科学携带了西方文化的全套基因，并在这种文化基因的“遗传”下生存竞争，在创新中持续发展。
西方科学的发展实际上是科学创新的过程。表现在科学家身上是他们具有强烈的创新意识和创新精神，表现在西方国家则是他们有着良好的创新氛围，而这些都与文化息息相关。一年一度的诺贝尔科学奖就是一个最好的证明，至今获奖的科学家已经有几百位了，他们当中大多数是西方科学家。华裔科学家只有杨振宁等六人获得［4］，而他们都不是在中国本土成长的或成就科学事业的，中国本土至今未曾有一人获得。这说明，每个做出重大科学创新的科学家都受到西方文化的熏陶，思想观念上打上了西方文化的烙印。
西方科学是在西方文化的滋润下发展起来的，并造就了西方国家的国富民强。本文试图以西方传统文化为切入点，探讨科学创新中的西方文化因素，分析这些文化因素在科学创新中所起的作用，以及我国传统文化对科学创新的影响。
一、热衷于探索自然界的奥秘是科学创新的初衷和源泉
西方科学和西方文化都起源于古希腊的自然哲学，这种哲学同时也是科学。古希腊自然哲学是西方科学的萌芽，古希腊的哲学家几乎全是自然哲学家。
古希腊哲学家热衷于探索自然界的奥秘。他们探索自然界主要集中在三个方面。第一，探索自然界的本原是什么。第二，探索常见的自然现象。第三，热衷于几何学研究。如亚里士多德研究小鸡发育，准备了21只鸡蛋，每天打破一个鸡蛋，详细记录小鸡坯胎的发育过程。又比如阿里斯塔克对太阳、月亮和地球三个星球进行深入的研究，得出《太阳和月亮的大小与距离》。再比如欧几里得由5个公设、5个公理、23个定义，推导出467个命题，得出欧氏几何定理。
古希腊哲学家思考自然问题到了痴迷的境界。关于这一点，泰勒思掉进土坑的传说很能说明问题。泰勒思成天思考天体问题，连走路也在思考。一天掉进土坑里，被一名色雷斯妇女看见。这位妇人笑他说：你眼前的路都看不清，还去研究天上的事情［5］63。
古希腊人热衷于探索自然界的奥秘使西方科学得以诞生，成为科学创新的初衷和源泉。与之相反的是，中国古代哲学属于道德哲学，儒家文化占主导地位，古代哲人对研究自然界兴趣不大，因为他们认为“天道渊微，非人力所能窥测”［6］，而更多关注和研究人与人之间的关系，因此无科学创新的初衷和源泉。
二、为了求知和摆脱愚昧是科学创新的本意和目的所在
古希腊人思考自然，研究自然，他们把这看做是人类最有意义，最有价值的学术活动。这是由他们的价值取向决定的。正如亚里士多德所说：“他们探索哲理只是为摆脱愚蠢，显然，他们是为了求知而从事学术，并无任何实用目的”。在他看来，“求知是人类的本性”
［7］。古希腊人的这种仅仅为了“求知”，为了“摆脱愚蠢”而从事自由学术研究，并不赋予其任何实用目的的价值取向为整个西方文化所继承。
在探索自然的目的这一点上，古代东方各民族与古希腊人是有显著区别的。比如古代埃及有比较发达的几何学，但埃及人之所以重视这门学科，是因为丈量土地的需要。又比如古代中国人的天文学发达，但中国的天文学主要是为王朝政治服务的，同占星术密不可分。
在科学史上，法拉第花了11年时间研究磁生电的方法，并最终得到磁感应原理。他绝没有想到他的这一原理会成为未来改变整个世界面貌的电气技术的基础；麦克斯韦也绝不是为了今天的无线电通讯技术才把法拉第的电磁学理论抽象化、数学化，并预言电磁波存在的；普朗克也绝不是为了今天的量子计算机、激光技术和超导技术才提出量子假说的；孟德尔、韦斯曼、摩尔根更不是为了今天的转基因技术才去研究生物的遗传现象的。事实上，西方科学的几乎所有重大成果的获得都与实用目的无关。当然，其中许多成果后来都变成了技术，有了实用价值，但那只是科学的“副产品”。
对此，科学史家丹皮尔有过一段发人深省的话：“不幸，科学主要是为了发展经济的观念，传播到许多别的国家，科学研究的自由又遭到了危险。科学主要是追求纯粹知识的自由研究活动。如果实际利益随之而来，那是副产品，纵然它们是由于政府资助而获得的发现。如果自由的、纯粹的科学遭到忽略，应用科学迟早也会枯萎而死的。”［8］
三、注重探寻自然现象背后的原因使科学创新的源泉永不枯竭
西方科学的本质在于它是对自然现象背后原因的猜测或揭示［9］，而这正是古希腊理智的一个鲜明特征，并作为西方文化的一个主要传统沿传至今。
看一看古希腊自然哲学家的思想，我们可以深刻地体会到这一文化因素的内涵。赫拉克利特认为，“自然界喜欢躲藏起来”［10］26。留基伯首先提出“没有什么事情无缘无故而发生，一切事情的发生都有原因和必然性”［10］133。德谟克利特宁肯找到一个因果的说明，也不愿获得一个波斯王位。亚里士多德更把认识自然现象背后的原因看做是哲学探索的基本任务。他明确指出：“认识是我们研究的目标；人们在掌握一样东西的为什么(即根本原因)之前，是不会认为自己认识了它的”［10］58。“智慧就是有关某些原理与原因的知识”［7］。所以，“我们必须求取原因的知识，因为我们只能在认明一事物的基本原因后，才能说知道了这事物。”［7］古希腊人的这种注重探寻自然现象背后的原因以统一地解释某类现象的传统，经过文艺复兴后又进一步得到了发扬光大，并不断推动科学的进步。大自然的无限，从宏观世界的广垠宇宙，到微观世界的原子、质子；从生物界的人、动物到遗传基因、染色体，这些自然现象背后的原因成为科学创新素材的宝库，是科学创新源源不断的河流。正是西方人这种热衷于探索自然现象背后原因，才使得新的科学理论层出不穷，科学创新的源泉永不枯竭。
值得比较的是，中国没有这种文化因素，所以中国传统科学不具备探索自然现象背后原因的本质。中国传统科学偏重于对自然现象的忠实描述和经验总结。纵观中国科学史，人们不难发现，中国传统科学的经典著作,诸如《墨经》、《徐霞客游记》、《齐民要术》、《农政全书》、《伤寒杂病论》、《梦溪笔谈》等，几乎无一不是对自然现象的描述或经验总结，而对这些自然现象为什么会产生，这些经验是如何获得的，则从不加以深入探讨［11］。
四、具有强烈的怀疑和批判精神使得科学创新永无止境
科学的发展需要创新，而创新需要怀疑和批判。没有怀疑和批判，就意味着科学生命的终结。西方科学之所以能持续向前发展，不断出现旧理论的淘汰和新理论的诞生，一个根本原因就是西方文化中渗透着强烈的怀疑和批判精神。
西方文化中的怀疑和批判精神起源于公元前3世纪皮浪的怀疑主义。怀疑主义作为一种哲学流派在古希腊罗马时期持续了500多年时间，对古希腊罗马时期人们的思想产生了不可忽视的影响。皮浪认为,“没有一件事情可以固定下来当作教训，因此我们对任何一个命题都可以说出相反的命题来。”皮浪及其之后的怀疑主义思想不仅代表了希腊罗马时期的一种哲学思潮，同时也反映了这一时期学术界的实际情况。
当时的学术界确实几乎不存在任何权威，每一位哲学家除了相信自己外，不相信其他任何人，包括自己的老师。亚里士多德的“吾爱吾师,吾更爱真理”的名言不仅是他自己离开老师，独立门户的充分理由，也是后来所有学生在学术上与老师分道扬镳的理由。
从科学史也可以看出，怀疑和批判精神是推动科学进步的决定因素。试想，如果哥白尼对“地心说”深信不疑，他会创立“日心说”吗？如果达尔文对物种不变论深信不疑，他会创立生物进化论吗？如果爱因斯坦对绝对时空观深信不疑，他会创立相对论吗？所以说，科学上的怀疑、批判精神与创造精神是一对孪生兄弟；没有怀疑和批判就没有创造；没有创造，也不需要怀疑和批判。
勇敢地怀疑和批判，大胆地标新立异、自创理论，循着这条创新的路走下去，才有可能攀登上科学的一座又一座高峰。西方文化中的这种怀疑和批判精神在中国传统文化中是非常缺乏的。中国传统文化是儒家文化，崇尚的是中庸之道，打击的是标新立异。诸如“人怕出名猪怕壮”，“枪打出头鸟”等俗语人人皆知。这与西方文化的怀疑和批判精神形成鲜明对比。西方人认为科学是“可错的”，中国认为真理神圣不可侵犯；西方人尊重自己的老师，但“吾爱吾师,吾更爱真理”，中国学生极力维护自己老师的学说，不敢越雷池一步。
五、重视个人自由和人与人之间的平等是形成科学创新良好氛围的前提
西方的民主传统是自古就有的［5］235。经过声势浩大的文艺复兴运动的洗礼后，西方文化中又增添了所谓的自由、人权、民主、平等的思想，在这种思想基础上建构起的社会政治体制从制度上保证了学术的自由和繁荣，从而大大地推动了科学的进步。
谁也不能否认，近代以来自由、人权、民主、平等思想已经逐渐成为西方人的一种根深蒂固的观念，成了西方文化的一块不可动摇的基石。无论是英国资产阶级革命、法国启蒙运动、法国大革命，还是美国独立革命、南北战争都直接与这些思想密切相关。不言而喻，西方文化中的这种尊重人的自由权利，强调人与人之间的相互平等的思想极大地促进了学术研究的自由化、多样化和不同学术观点之间的平等争鸣。这种自由化、多元化和平等争鸣的风气对科学的“进化”(发展)而言，无疑起了一种“优胜劣汰，适者生存”的作用。
实际上，不同学术观点之间的争鸣非常类似于生物的生存竞争。按照达尔文的进化论和孟德尔、摩尔根遗传学［12］［13］可知，生物在进化过程中必须进行生存斗争（竞争）。包括同一种群内部的斗争，不同种群之间的斗争以及生物与自然界无机环境之间的斗争。生物种群通过生存竞争，自然选择，适者生存。在生物进化过程中，多样性（即生物个体之间存在差异）是必备条件。如果生物的多样性遭到破坏，生物进化就会停滞不前，最终会被淘汰。同样道理，如果某一学科只允许或规定一种理论存在，那么这种理论也肯定不会得到发展，其结果当然就是该学科的停滞不前。可见，个人自由和人与人之间的平等是形成科学创新良好氛围的前提。
总之，科学创新与文化是密切相关的。科学家的创新思想、创新意识、创新精神、创新能力，即他们的创新素质，总会打上文化的烙印。人的创新素质不是一句口号、一个大力提倡就能培养起来的，非要经过文化的洗礼和熏陶。西方文化对西方科学的影响是积极的、深远的，对西方科学的发展起了非常关键的作用超级秘书网：
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经典遗传学关于基因的概念范文6
关键词：突现论；心身问题；意识。
自心身问题产生以来，人们对其一直孜孜以求，但因其复杂性和抽象性，至今仍然莫衷一是，形成了关于心身问题的多种理论学说。针对复杂性科学研究而出现的"突现论"提出了意识的反作用问题，阐释了意识活动的本质，对于人们正确认识心身问题有一定的借鉴意义。
一、突现论的产生及含义
突现论的诞生，源于关于物种起源与进化的渐进论和突变论之争。按照达尔文的观点，自然界没有飞跃，物种主要是通过微小变异逐渐产生新种并进化的。与此同时，生物学也获得了长足的发展，不断产生出以实验进行研究的专门领域，如细胞学、遗传学等。围绕进化模式问题，遗传学家和博物学家各抒己见。遗传学家通过对细胞、基因的研究，强调进化是跳跃的、非连续的；博物学家则通过对生物群体、物种的演进分析，认为进化是渐进的、连续的。这样进化是渐进的还是跳跃的问题就成为两大阵营的主要冲突。生物突变论的创立者德弗里斯用月见草、罂粟等几十个植物品种做杂交试验，探究物种的变异与起源问题。经过十六年的实验，到1901--1903年，德弗里斯撰写了二卷本的《突变论》（DieMutationstheoric），集中阐述了他的生物突变论思想，解释了达尔文自然选择学说无法解释的各种疑问。例如反进化论者开尔文爵士针对达尔文关于物种是通过微小变异进化的观点，提出地球的年龄远没有足够时间允许如此繁多的动植物缓慢进化。而根据突变论的观点，大量物种在科学家估算的地球年龄之内出现，就容易得到解释了。由于德弗里斯的努力，从1900年到1910年，突变论统治了生物界的思想，并且影响着哲学家。他们从哲学的角度出发，吸取了突变论的合理营养，使其成为解决大量哲学问题的科学基础和方法论原则，渐而演变成哲学上的突现论。
现代意义上的"突现"概念100多年前由英国哲学家刘易斯（G·H·Lewes）提出，意为"出现"、"突然发生"。1956年，艾什比在《控制论导论》一书中对突现作了如下说明：
"突现这一概念从来没有人明确下过定义,但以下例子也许可以作为讨论的基础:(1)氨是气体，HCL也是气体。这两种气体混合在一起,结果得到固体--这是两种反应物原来都没有的性质。(2)碳、氢、氧几乎都是无味的,但它们的一种特定化合物糖却具有一种甜味，是三者都没有的。(3)细菌体内20种左右的氨基酸都没有繁殖的性质，但它们合在一起(再加上一些别的物质)之后,却具有了这种性质。"[1]
后来，邦格对突现概念下了较为明确的定义：
"设x为一具有A组成的CA(x)系统，p为x的属性，则有
（1）P是A组合(resultant)(或相对于层次A的组合)，当且仅当X的每一A分量(component)都具有P。
（2）不然的话,即如果X的任一A都不具有P，则P是A的突现(或相对于层次A突现)"。[2]
突现强调的是系统从无到有的创生过程，是一系统新质（未曾有过的结构或其子系统都不具有的功能）作为整体的突然出现的过程，是事物形成发展过程中的一种普遍模式，说明了进化具有不可预见性、整体性、新奇性和不可还原性。高层次的事物或属性是从低层次的事物或属性的整体中穿刺出来的，但不能还原为低层次的事物或属性。同时，突现现象既不能从其组成部分中预测和推论，也不能还原为其组成部分。
二、突现论的心身观
针对自然界中最令人困惑的突变现象而兴起的突现论属于复杂性研究中的热点问题，对许多复杂现象具有巨大的解释力。而心身关系问题就是长期困扰人类的复杂现象之一。自中世纪以来，围绕心身问题曾出现过几种较有系统和影响的理论。除明显的唯心论和典型的心身二元论外，其余几种论点似乎都以不同形式企图克服二元论，但终因受传统的心身二元论影响较深，其实质仍为心身二元论的不同表现形式。20世纪中叶后，由于脑科学和突现论的发展，并由于哲学在心身问题上的正确观点，逐渐出现了一些用突现论来解释心身关系的理论，使心身理论朝唯物一元论的方向发展。其代表人物是美国神经心理学家R·W·.斯佩里和加拿大当代著名心灵哲学马利奥·邦格(MarioBunge)，这里主要介绍斯佩里在心身问题上提出的"突现论的相互作用论"。
斯佩里是美国当代著名的脑科学专家，以研究裂脑人著称。他通过割裂脑手术对大脑两半球功能分工这一神经心理学方面的精细研究，终于发现胼胝体切断以后，左、右半球便独立地进行活动。这种情况下所进行的心理学实验表明，绝大多数右利手患者对于呈现到左半球的语词可以认知，而对呈现在右半球的却不能认知。另外的实验表明，病人的左手保持了绘画的能力但丧失了书写技能，右手的情况则正好相反。病人可以说出右手内物体的名称却说不出左手内的，但可以用左手指出曾经握过的物体。左右脑的功能分立就是通过这些行为实验被证实的。在意识活动的本质问题上，斯佩里强调用突现论加以解释，提出了著名的"突现论的相互作用理论"。它主要包括两个假定：①大脑虽然是由物理的、化学的、生物的等各种因素相互作用组成的有机整体，但是意识活动与大脑神经的运动是不同的，意识是整个脑活动所突现的一种新的特性，是"高水平的脑过程的动力系统的特性"，[3]而非脑的任何局部的或诸局部总和的特性。它是脑兴奋的一种功能的、操作的、动态的和新突现出的特性。意识不同于并多于它据以建立的神经－物理－化学诸事件的总和，具有物理、生理过程所不具有的新的性质，并可反过来影响到物理、生理事件。神经事件由许多事件组成，其中包括神经冲动的传递、生理和其下的化学事件，以及各种亚原子规律和高能物理现象等，但这些只是神经事件的原材料，它们本身并不是意识现象。②意识与脑生理活动具有相互作用。由于意识位于脑系统内物质活动诸层系的最高层系，故对其下包括脑生理层系在内的诸层系具有因果的决定作用。他认为这一决定作用具有关键意义，为其理论中的创新成分："较高层次的精神模式和程序一旦从神经事件中产生出来之后，即有了自身的主动特性和进展，并以其自身的、不能还原成神经生理学的因果律和原则运行着和相互作用着，与生理过程相比，意识事件更具有整体性，精神实体超越生理"。[4]70年代后，他进而将其理论由心脑关系扩大到广泛的心物关系中，而且认为在外界事物或人的环境中最主要的是社会事物或社会环境，从而使以脑为中介的心物关系具有丰富而深刻的社会价值含义，且以此来探索人性或人的特点问题。
心身关系问题以其特有的复杂性引起无数哲人和科学家的探索兴趣，不具穿透力的空间事物如何能与非空间事物相联系？非时间的事物如何能与时间性的事物相联系？机械地引发的事物如何能与有目的的行为相联系……等等问题，在生物科技高度发达的今天仍然未能给出令人满意的答案。突现论的心身观在总结了现代自然科学有关成果的基础上，从神经生理学的角度，用突现论原理提出了解释心身问题的一条较为能够让人接受的途径。坚持和发展了意识是人脑的机能这一基本原则。使我们更清楚地认识到意识活动与心理活动的本质。斯佩里认为，意识是"高水平的脑过程的动力系统的特性"。说明了意识活动对大脑的依赖性和意识活动的本质特征，对我们正确理解心身关系问题有一定的借鉴意义。但是，在意思的反作用问题上，唯物主义认为，意识作为人脑的机能不是无用的副现象，而是对大脑和外部环境具有能动反作用的。而突现论对此却持有异议，认为作用和反作用是以物质能量的消耗和转化为前提的，作为人脑机能的意识本身不具有物质，能量属性，怎么能动地反作用于物质客体呢。这一观点对于揭示意识发挥反作用机制的原理问题富有启发意义，遗憾的是，"突现论的心身说并没有真正解答人脑意识的反作用问题，斯佩里认为意识能以独立的形式发挥反作用，邦格又简单地归结为大脑的某一或某些子系统对身体其它部分的作用"。[5]另外，从哲学基本原理以及有关自然科学的最新成果来看，还存在很多不尽人意之处。
三、结语
基于心身问题的特殊性和目前人类思维范式及科技水平的局限性，人类现今可能还无法完全揭示心身问题的全部奥秘。针对这一问题的研究出现的两大范式--二元论和唯物论心身观各执一端却又各有欠缺：如果说心是非空间性的和持续的经验，而分子是具有空间性却无延续性且没有经验的东西，那么心何以对分子产生影响，或者，分子何以对心产生影响？二元论者没法回答。如果我只是物质，那么我如何能坚持认为物质不存在经验、感知和内部实在这些从外部观察不明显的东西？唯物论者也无言以对。"二元论有根有据地指出，唯物论如若不能公开地借鉴二元论，便不能够驾驭经验的事实，特别是对经验本身的经验。而唯物论也正确地坚持认为，如果心和身被理解为毫不相同的事物，那么它们的关系便是不可理喻的。"[6]如果心和身被理解为相互关联的事物，那么它们之间的关联何在？现代科技对物质的研究在微观层次上虽然已经深入到层子和夸克的层次，但是在心身关系问题上仍然没有取得突破性的进展。这也从一个方面说明了还原论方法在研究心身关系问题上的局限性。就目前情况而言，或许突现论心身观是人类最明智和无奈的选择。不管怎样，人们仍然坚信心和身之间必然存在着紧密的关联，只是这种联系目前尚未被发现而已。相信随着科技的进步，心身关系问题终会得到彻底的唯物论解释。
参考文献：
［1］庞正元、李建华：系统论、控制论、信息论经典文献选编[M]求实出版社，1989，第474页。
［2］M·邦格：科学的唯物主义[M]，上海译文出版社，1989，第27页。
［3］[美]斯佩里：科学和价值的桥梁--一种精神和脑的统一观点[J]世界科学，1982（5），第54页。
［4］[美]斯佩里：脑--精神相互作用[J]自然科学哲学问题，1981（4），第27页。
