科学史话稳态概念的提出和发展.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/5/15,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/5/15,#,稳态概念的提出和发展,武汉七中 叶梦慈,稳,态是生命科学的一大基本概念,一、“内环境”的提出,贝尔纳是现代生理学的奠基人之一。,其,在生理学上的主要贡献有,:,发现胰腺的消化作用、发现肝脏有生成糖元的功能、发现血管舒缩的神经控制、发现一认化碳和美洲箭毒的毒理作用等，这些发现对以后相关的生理学、生物化学、毒理学和病理学研究开辟了道路。,但贝尔纳最伟大的贡献是提出了“内环境”的概念。,贝尔纳（,1813-1878,）,草履虫,单细胞生物,水螅,简单多细胞生物,这些动物的细胞如何与其生活环境进行物质交流,?,细胞,外界环境（水）,代谢废物,营养物质,细胞外液在生物进化过程中是如何产生的,?,产生的意义何在,?,原始的单细胞生物生活在海水中，并从海水中取得营养，,直接,向海水排送废物。,多细胞生物体内细胞之间的液体就成为体内细胞取得营养和排送废物的,媒介,。,在最早的多细胞生物体内，细胞间的液体可能就是海水本身，在进化过程中，动物逐渐产生了自己的细胞外液来代替海水,体内环境逐渐趋向特殊化。,19,世纪,50,年代末，法国生理学家贝尔纳提出了,内环境概念,，即如果大气是整个人体的外环境，而细胞直接生活的液体环境是细胞外液，贝尔纳把细胞外液称为内环,境,。,内环境的概念：,1774,年英国皇家学会会员,C.Llagden,等人，勇敢地进人室温高达,260 F,（,126,）的热室进行自体试验，证明人的体温能在外界温度有剧烈变动的情况下仍保持稳定,。,著,名英国外科学家、解剖学家,J.Hunter,在,1778,年报告了他在不同情况下测量了鼠、鸡、蛇、鱼,、,蛙,、,鳗等等动物的温度，指出高等动物具有完善的保持恒定体温的能力,。,内环境稳定思想的萌,芽,：,霍乱是一种长久威胁人类的烈性传染病。该病的病因是,:,霍乱杆菌侵人人体后，产生的肠毒素作用到小肠粘膜，使粘膜细胞分泌功能加强，其分泌量很大，超过肠管再吸收的能力，引起不可控制的呕吐和腹泻，造成严重脱水、电解质丢失、酸中毒等内环境紊乱，甚至死亡。,内环境稳定思想的萌,芽,：,1865,年，贝尔纳,的著作,实验医学研究导论,出版，在导论中他对内环境和内环境的恒定进行了解释和论述,：,机,体的外环境经常变化，但内环境基本不变，它为细胞提供了一个比较稳定的物理、化学环境。,贝尔纳的,实验医学研究导论,（商务印书馆，,1996,）,内环境的稳定是自由和独立生活的首要条,件,贝尔纳,所有的生命机制，尽管多种多样，只有一个目标，就是保持内环境中生活条件的稳,定。,贝尔,纳,1878,年,2,月,10,日，贝尔纳卒于巴黎法国为贝尔纳举行了国葬，这是,法国历,史上第一次为一位科学家举,行国葬。,从,科学家贝尔纳,的,故,事,中,，,我们,能得,到什么样的启发？,勇于向权威发出挑战,勇,于创新与实,践,的科学精神和科学态,度,二、稳态概念的提出,坎农（,1871-1945,）,沃,尔特,布拉德福德,坎农,(,Walter Bradford,Cannon),，是美,国天赋极高的生理,学家,，也是,20,世纪贡献最大的生理学家之一。,1935,年曾来华在协和,医学,院工作半年，与林可胜、张锡钧、沈淇等人,通力,合作，为中美学术交流促进中国生理学的,发展,做出了突出贡献。,分析生物学史料，了解内稳态概念提出的背景和过程。,稳态实例一、体温,姓名,上午,6h,上午,10h,中午,12h,下午,2h,傍晚,6h,晚上,9h,王同学,36.5,36.6,36.5,36.7,36.7,36.8,父亲,36.5,36.7,36.8,36.6,36.5,36.9,母亲,37.0,37.1,36.9,37.0,37.1,37.1,一天当中人的体温不是固定不变的，人的体温会在一个范围内变化,不同年龄的人体温是不同的，年龄大的人体温一般会稍微低一些,不同性别的人体温是不同的，女性的体温一般比男性的体温稍微高一些,稳态实例二、血压,姓名,8,：,00,12:00,16:00,20:00,睡前,叶老师,106/71,109/64,103/64,92/55,98/52,吴同学,107/61,118/67,104/55,104/60,101/57,正常范围：,收缩压,90139(mmHg),舒张压,6089(mmHg),稳态实例三、血糖,用高浓度的糖溶液饲喂一只动物，在接下来的,3h,内，每隔,30min,检查该动物血液中葡萄糖的浓度。结果如下表所示。,食用糖后的时间,/min,血液中葡萄糖的浓度,/mg.mL,-1,0,0.75,30,1.25,60,1.10,90,0.90,120,0.75,150,0.75,180,0.75,稳态失调实例一、尿毒症,由于肾脏的衰竭，导致代谢失,常引,起的毒害：人体不能通过肾,脏产,生尿液，无法将体内代谢产,生的,废物和过多的水分排出体外,。从,而引起机体内部生化过程紊乱,而产,生的一系列复杂的综合征。,稳态失调实例二、高原病,到高原后会出现头痛、乏力、心跳加快甚至血压升高等症状，这是因为高原空气稀薄，氧分压低，易造成体内缺氧。,有,机体作,为整,体存在需要一系列十分严酷的内部条件，如,稳定,的血液供应、恒定的血液成分、适当的体温等,，一,旦体内这些条件长期偏离所必需的恒定值，,我们,就毫无例外地看到整体的解体与生命的死亡,。,内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。,三、稳态概念的发展,生物体结构与生命系统的结构层次可分为：,分子细胞器官系统个体种群和群落生态系统生物圈,分子,基因的精确复制与调控,细胞,细胞中结构层次、功能的相对稳定,器官,心脏（心率）,成员,8,：,00,12:00,16:00,20:00,睡前,平均心率,课堂小活动：一分钟时间测量自己的心跳数,个体,各种细胞、组织、器官、机能系统各个层级的相对稳定,种群和群落,种群和群落中个体的出生死亡、迁入迁出，数量的不断变化,生态系统,生态瓶的制作,生态瓶的制作,生态瓶的制作,6,个月之后的生态瓶,生物圈二号,生物圈,2,号（,Biosphere 2,）是美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的一座微型人工生态循环系统,，是人造封闭生态系统。,生物圈,2,号是在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件。,生物圈,2,号有,5,个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区）。圈内共有约,4000,个物种，包括动物、植物和微生物。,物,质上闭环,与地球生物圈类同，生物圈,2,号在物质上闭环，通过工程手段禁止它与外界大气和地下土壤进行物质变换,。,在,能量上开,环,允,许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用，同时引入电能供技术系统操作运转。在信息上也同样开环，通过计算机系统、电话、摄像、电视与外界进行数据信息交换，并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈，还可放映电影和收看商业电视节目,。,生物圈,2,号一年内总的农业生产量（,kg,）：,蔬菜,：菜豆,8,甜菜叶,273,甜菜根,308,胡椒,13,胡萝卜,88,辣椒,63,甘蓝,83,黄瓜,17,茄子,155,羽衣甘蓝,11,生菜,9,洋葱,107,小白菜,12,雪豆,1,南瓜籽,8,西葫芦,287,瑞士甜菜,58,甘薯叶,64,番茄,288,冬瓜,261,粮食,：,淀粉类蔬菜,：,水稻,196,高粱,131,小麦,113,白,薯,198,甘薯,1335,马兰加,84,薯蓣,20,高脂肪豆类,：,低脂肪豆类,：,花生,24,大豆,14,蚕,豆,63,蚕豆,15,水果,：苹果,1,香蕉,1024,无花果,39,番石榴,41,金柑,4,柠,檬,10,酸,橙,4,柑桔,6,番木瓜,639,动物产品,：山羊奶,407,山羊肉,8,猪肉,35,鱼,10,蛋,6,鸡肉,8,总计,6630,生物圈,2,号中的温室环境,生物圈,2,号中研究人员所吃的食物,失败,生物圈,2,号的氧气与二氧化碳的大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈,2,号内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。,这,证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。同时证明：地球目前仍是人类唯一能依赖与信赖的维生系统。,生态系统,生物圈,2,号,生物圈,2,号是在密闭状态下进行生态与环境研究，帮助人类了解地球是如何运作，并研究在仿真地球生态环境的条件。,生物圈,2,号有,5,个野生生物群落（热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠）和两个人工生物群落（集约农业区和居住区）。圈内共有约,4000,个物种，包括动物、植物和微生物。,在,1991,至,1993,年的实验中，由于研究人员发现：生物圈,2,号的氧气与二氧化碳的大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈,2,号内的水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。经广泛讨论，确认“生物圈,2,号”实验失败，未达到原先设计者的预定目标。,这,证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。同时证明：地球目前仍是人类唯一能依赖与信赖的维生系统。,失败,结论,氧气未能顺利循环是导致生物圈二号失败的重要原因。由于细菌在分解土壤中大量有机质的过程中，耗费了大量的氧气；而细菌所释放出的二氧化碳经过化学作用，被生物圈二号的混凝土墙所吸收，又打破了循环，致使氧气含量下降，不足以维持研究者的生命。此外生物圈二号中降雨失控、多数动物灭绝、为植物传播花粉的昆虫全部死亡、还有黑蚂蚁爬满建筑物等也是生物圈二号失败的原因。,种类关系失调,这个实验为什么会失败呢？科学家对此做出了总结：除了二氧化碳多、氧气少、水循环失调等原因以外，生物种类关系的失调也是重要的原因。,原来，设计者虽然在“生物圈,II,号”内模拟了多种生态系统，但引进的生物却主要是生产者，动物、真菌和细菌的种类和数量都较少。传粉的昆虫死去了，有些植物就只开花不结果了。由于动物的种类和数量减少了，植物很少被动物取食，加之缺少细菌和真菌的分解，导致枯枝落叶大量堆积，物质循环不能正常进行。,环境资源与人,比例严重偏小,恐怕还有比例不对的原因,在真的生物圈中平均每人所对应的大气,水,植物等是那么的广阔,而二号呢,?,环境资源与人的比例严重偏小,就那点大气,水,植物等,哪怕就是生活一个人也已严重不够了,更何况是几个人,.,二氧化碳多、氧气少是结果而非原因,二氧化碳多、氧气少是因为植物相对太少了,不足以将人和植物自身产生的那么多二氧化碳转化并释放氧气,.,氧气的消耗速度高于产生速度,而二氧化碳的产生高于消耗,.,人口增长对生态环境的影响,人类不能因为自身的需要或偏好而干扰生态系统，一旦生态系统遭到破坏，损害的最终是人类自身,。,因,此，尊重生态系统自身的运行规律，约束人类的负面行为，关系到人与自然的可持续发展,。,树立,生态观，坚持可持续发展,