【1、进化】
达尔文进化论的影响超越生物学界，他提供了一种全新的世界观、生命观、宇宙观和方法论，波及了几乎所有的科学与人文领域。
达尔文进化论的核心观点：共同祖先、自然选择。
达尔文的自然选择学说强调个体变异的重要性，将之视为自然选择的基础，变异以及选择作用成了研究进化论问题的核心问题。
摩尔根对果蝇的研究发现，基因突变才是产生新性状的唯一来源。突变压力趋势生物体朝着某个特定的方向突变以系统地产生新的性状。自然选择不是对个体变异发挥作用，而是在突变产生后，决定它们是否能生存下去，还是被淘汰掉。进化的动力不是自然选择，而是突变压力。
基因突变极少导致生物形态出现重大变化，而且这种大突变几乎都是有害的。更常见的突变是温和而细微的，只能使性状出现细小的变异。如果没有自然选择，这些细小的变异难以累积下来、传播开去。
基因突变是按一定速率随机出现的，即使这些突变没有优势，也会以低频率持续在群体中出现、流通。在环境变化时，这些原来没有优势的突变有可能变得具有优势，而被自然选择所利用。因此，保持遗传多样性就有利于一个群体长期的生存。
在分子生物学诞生以前，对遗传变异的研究只限于对形态变异的观察，无法精确地知道有多少基因的参与才导致了所观察到的形态变异，而那些不显著的微小变异则根本无法观察到。分子生物学揭示了生物界在分子水平上的一致性，在所有的生物中遗传密码以及基本的分子机制都是相同的，证明了进化论关于“所有的生物由同一祖先进化而来”的命题。
发育遗传学的研究表明，生物胚胎的发育，是一个基因调控的过程，不同的基因依次被打开、关闭。由于这是一个信号逐级放大的过程，越早表达的基因，对后续发育的影响，也将越来越大。因此，能够保留的突变一般发生在胚胎发育的晚期，因为如果突变发生在发育的早期，其结果往往是灾难性的。这样，那些较早表达的基因，往往是在进化史上较为古老的祖先基因，较晚表达的基因则是后来逐渐加入的。
Hox基因就是最早表达基因之一，在发育过程中控制身体各部分形成的位置。如果该基因发生突变，会导致动物某一部位的器官变成其他部位的器官。
*发育生物学的这些发现，甚至使人类能在实验室中模拟生物的大进化现象。比如，把斑马鱼的Hox基因表达速度变慢，结果鱼鳍细胞层层堆积变成了骨头，最后又长出了趾头（鱼鳍-->四肢）。
*“寒武纪物质大爆发”因此也能得到解释：寒武纪时，基因结构、发育过程都较简单，Hox基因的突变容易被保留，结果导致了身体结构的多姿多彩。
胚胎发育时调控基因的微小突变，可以导致成体的巨大变化，生物新类型的产生可能是生物在胚胎发育过程中基因突变的结果。一个生物体既是在发育过程中，它的基因相互作用以及基因与环境相互作用的产物；也是一个历史进化过程中，突变与自然选择的产物。
【2、基因】
以前研究生物遗传的学者，在比较子代和亲代异同时，是把亲代作为一个整体，子代作为一个整体进行比较的。他们相信的是，亲代存在一种“本质”，子代存在另一种“本质”，遗传就是这种本质的传递和变化。子代内部的变异被看做是应该忽略不计的偏差，只有其平均的性质才有研究价值。但是孟德尔做豌豆实验时，将子代群体看做是由一个个不尽相同的个体变异组成的，每一个个体都是有价值的，值得研究的，个体变异并不是偏差，而恰恰是遗传的表现。因此，别的植物学家只停留于对现象的概括描述，而孟德尔却挨个挨个去数豌豆种子。在当时统计学的数学方法还未确立，无法检验统计的显著性，他只有加大样本来减小偏差。在此前，遗传学家认为每一个性状都是由无数颗粒（如达尔文的“微芽”）决定的，而孟德尔天才的将其简化为一对性状，通过数量关系来探究遗传方式。
在显微镜发明之后，另一批人沿着另一条路逐渐逼近遗传的本质。德国细胞学家弗莱明得益于德国的染料业、光学工业的发展，首次详尽地描述了有丝分裂。魏斯曼完整地提出了以细胞核物质为遗传基础的学说，在理论上彻底否定了后天获得性遗传的观念。
1900年，孟德尔遗传定律被重新发现，标志着遗传学的诞生。英国生物学界贝特森对孟德尔遗传学贡献颇大，是他将孟德尔的工作首次介绍到英语世界，随后也做了大量的动植物杂交试验，不仅证明了孟德尔定律的正确性，同时也发现了他的局限性，包括发现遗传的半显性（并非总有显隐性之分）、多基因（一个性状不总是只由一对基因控制，往往会有两对甚至多对基因共同作用）、连锁（两对性状不分离）等。他还为遗传学发明了一系列沿用至今的术语，并在1905年为遗传学命名，甚至可以说他才是遗传学真正的创始人。
1909年开始，摩尔根在纽约哥伦比亚大学培养果蝇。因为他没能申请到培养哺乳动物的经费，结果无意中发现了一种最好的实验动物。果蝇繁殖周期短，又可以用香蕉喂养，费用很低。据说，最早的一批果蝇是摩尔根实验室窗口的一个菠萝上采集的，而饲养果蝇的牛奶瓶是摩尔根上班路上从居民家门口偷来的。
摩尔根起初是“孟德尔规律”和“染色体作为遗传物质”理论的坚定反对者。令他改变立场的，是果蝇中的一个自发突变：一只雄性白眼果蝇。通过与正常的红眼雌性果蝇交配、并使F1自交后，发现了白眼基因在X染色体上，即染色体就是基因的载体。
此外，他还发现同源染色体之间有片段交换现象，并提出假说：基因在染色体上有固定的位置，而且是线性排列的。如果假定交换可以在染色体的任意位置发生，那么在染色体上的任一片段内部发生交换的几率，将取决于它的长度。这样，就可以根据一对基因发生不连锁的频率，来推算他们之间在染色体上的距离，从而确定他们在染色体上的相对位置，而在考虑了同一条染色体上的多种基因之后，又可以确定各个基因在染色体上的绝对位置。
此后，摩尔根的学生缪勒发现了X射线能诱发基因突变，为遗传学开拓了一个全新的领域。他坚信基因是一种决定遗传的超显微的化学分子。他对基因的化学本质的探讨，不仅构建了遗传学研究的概念框架，确定了实验方法，更提出了新的问题，指明了未来的研究方向。
在孟德尔定律重新发现之后，英国医生加罗德第一次将遗传因子（基因）和酶（蛋白质）的作用联系起来，间接证明了基因和性状并不存在直接的对应关系，而跟可能是基因通过代谢途径中的酶而起作用，即“一个基因对应一个酶”的假说。（黑尿病：遗传病，患者体内由于缺少降解苯环的酶，导致尿黑酸积累）
遗传学与生物化学的结合，标志着遗传学的研究开始进入分子时代。格里菲斯和艾弗里的肺炎双球菌试验，以及“噬菌体小组”德布吕克的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验，确定了DNA为遗传物质，而非蛋白质。
最终，沃森与克里克确定了DNA的分子结构。但与此同时，另外两个实验室（伦敦国王学院的威尔金斯、弗兰克林；加州理工学院的鲍林）也在研究DNA的分子模型。他们没能最终获胜的原因很大程度因为只有沃森是遗传学家，其他几位是从化学以及物理学改行的生物学家。因为第二次世界大战是一场科技战争，其间大批的物理学、数学家被征召为军方服务，战争结束后，很多物理学家面临改行，在大物理学家波尔和薛定谔的激励下，投入生物学研究，尤其薛定谔的《生命是什么？》一书，号召物理学家通过研究生命现象来发现新的物理定律。但他们不了解DNA的生物学功能，而沃森和克里克坚信DNA是遗传物质，并且理解遗传物质应该有什么样的特性，才能根据很少的数据，做出重大的发现。
沃森-克里克的DNA双螺旋结构解释了：
1）遗传物质的自我复制（半保留复制）；
2）遗传物质携带遗传信息的方法（碱基序列）；
3）基因突变的方式（碱基序列的变化）。
克里克提出的两个假说，奠定了分子遗传学的理论基础：
1）“序列假说”：蛋白质的氨基酸序列决定了蛋白质的三维结构；
2）“中心发则”：遗传信息只能从核酸到蛋白质，而不能从蛋白质到蛋白质或核酸。
尼伦伯格实验室破译了大肠杆菌的密码子后，相继破译了蛙和仓鼠的遗传密码，证明了遗传密码的普适性。密码子在所有生物中都是基本相同的，也可作为生物来自同一个祖先的证据之一。
莫诺和雅克布的”β-半乳糖苷酶操纵子模型”首次揭示了基因有着不同的种类：有编码酶或结构蛋白的“结构基因”，还有控制其他基因的“调节基因”。这个发现为分子遗传学的研究指明了新的方向：如果要知道基因是如何影响生物的遗传、发育和生理的，就必须研究基因的表达和调控，因此，控制基因表达和调控的调节基因及其产物就应该成为研究的核心。
沃森、克里克双螺旋结构的提出，象征着生物学、化学和物理学的统一，分子遗传学就是一门综合了遗传学、生物化学、生物物理学的的新生学科，主宰了生物学所有学科的研究。DNA双螺旋结构模型以及中心发则的发现，是20世纪最为重大的发现，也是生物学历史上唯一可以与达尔文进化论相比的发现，与自然选择一样，统一了生物学的大概念。同时，分子遗传学的但是也宣告了经典遗传学作为前沿学科的终结。
真核生物断裂基因（内含子）的发现加深了我们对基因、遗传和进化的认识。绝大部分内含子不具有功能，是所谓的“垃圾基因”。基因组中还存在“假基因”，在结构上类似于基因，但是不具有功能，也是一种垃圾DNA。此外，真核基因组中还有大量的“重复序列”，通常是一些相当短的简单序列重复了许多次，有的高度重复序列达到上百万次重复。这些重复序列不被转录，也不传递遗传信息。这些垃圾DNA多是以前基因由于突变丧失了功能后遗留下来的分子化石，内含子一般也被认为是从前在进化过程中起过重要作用的序列的残余物。高等真核生物的基因组大部分都是垃圾DNA。
内含子很可能在原核生物与真核生物分离之前的生物进化早期就已经出现，通过外显子混合可能是一种产生新基因的方式。而对于原核生物以及简单的真核生物来说，内含子太过累赘，不利于细胞的快速分裂，便在自然选择的作用下被剔除了。而细胞快速分裂对于高等真核生物没有太大优势，因此内含子在其基因组中保留了下来。从这个意义上来说，今天的细菌是进化最完全的生物，已经清除了基因组中绝大部分的垃圾。
核酶（有催化能力的RNA）的发现改变了人们对酶的定义，也有助于理解生命的起源，RNA可能是最早出现的生物大分子，不需要借助蛋白质就可以自我催化，在生命的早期，可能有一个“RNA世界”。
限制性酶的发现，使人们能够定向切割和拼接特定的DNA片段，开启了遗传工程的领域。美国生物学家纳善斯用三种限制性内切酶切割猿猴病毒SV40后，把得到的DNA片段进行排列组合，组成了SV40 基因组的图谱，是人类首次用化学方法获得的基因组图谱。第一次遗传工程在斯坦福大学伯格实验室完成，他用SV40 和λ噬菌体的DNA片段获得了一个重组DNA分子。这个重组分子由于含有哺乳动物病毒序列，有可能被结合进哺乳动物细胞的染色体中；又由于含有λ噬菌体序列，有可能在细菌中扩增。该实验为未来的遗传工程绘制了蓝图：用细菌扩增重组DNA，并把重组DNA引入生物体中。
使用质粒作为载体，大大改进了重组DNA技术，一旦进入细菌细胞中，就能自动大量的复制并表达重组基因。遗传工程的应用包括：将人的基因重组进细菌质粒，让细菌大量地生产具有医疗价值的生物制剂，例如人胰岛素、生长激素或干扰素；改良农作物，使其能够抵抗病虫害等。在美国市场上，大约60~70%的食品含有转基因成分。转基因动植物的应用，引起了大规模的争议甚至恐慌，已经大大超出了生物学领域了。
有了遗传工程，生物学成了一门分子水平的实验科学。研究者不仅可以根据蛋白质的序列和结构推测其功能，而且可以用遗传工程的方法改变其序列和结构，以验证这种推测是否正确。还可以将某个基因删除、用同源基因取代或改变基因的表达水平后，研究有机体发生的变化。有了遗传工程，在分子水平上研究生物发育，才成为了可能。
【3、生命】
- 进化是什么？
对于达尔文来说，进化只意味着有变更的传代；对今天的生物学家来说，进化只意味着基因频率的改变。所有生存过的物种中，99%以上都已经灭绝了，进化是一个不断试错的过程。没有方向，也没有终点。人类也并不是进化的必然产物，而是跟其他生物一样，是无数次偶然事件的结果。
这不一定是一个由简单到复杂的过程。生物进化的起点是一些最简单的生物，但进化是无方向性、随机的，变异程度的增加导致了平均复杂程度的增加。也不一定是一个由低级到高级的发展过程。新物种适应改变后的环境，但将新旧物种进行比较毫无意义。
自然选择并不一定是你死我活的生存问题，更为常见的是繁殖能力的问题。一个劣者可能能够生存下来，但是无法找到配偶，或者虽有配偶但是繁殖能力不强，或者后代虽多但竞争力很弱，最终被淘汰。自然选择在突变和选择强度之间必须有一定的平衡。生物适应性的形成，是通过一点点地修饰、改造而来的，并不是十全十美的，甚至有时存在明显缺陷。
- 基因是什么？
DNA序列和表现型并非是简单的一对多的对应关系。基因的表达受到许多因素的影响，在从DNA序列到蛋白质生产的每一个步骤都受到调控。细胞分裂时，不仅把基因组传给了子细胞，也把调控模式传递了下去。
基因上随机产生的新变异绝大多数都是有害的，但偶然地也会出现有利于生存的新变异，特别是在环境改变时，原来的不利变异或中性变异就有可能更好地适应新的环境，留下更多的后代，甚至占据绝对优势。
- 生命是什么？
1）有自我组织的能力。有明确的边界、自身具有复杂而有序的结构。
2）遗传和繁殖的能力。
3）新陈代谢的能力。生物体作为一个开放系统，不断从外界吸收利用能源和物质，释放能量和排泄废物。
4）应激和自我调节的能力。使内环境处于平衡稳态。
5）生长和分化的能力。
6）进化的能力。
2017.3.22.
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