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科学的种子4/动手做系列

  • 书名: 科学的种子4
  • 编著:大卫·威尔让布斯  
  • 出版社:人民教育出版社
  • 出版时间:2009年12月1日
  • 丛书:动手做系列
  • 开本:32
  • ISBN:9787107226267
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目录

序言

波浪

脊椎动物的发育

大气物理学

废物

引力

聚合物

生物的分类

词汇表

内容介绍

为了让教师或家长能够带着孩子在科学世界里轻松邀游,三十位小学教师和七位科学家合作编写了《科学的种子》第四册。阅读《科学的种子4》不需要事先具备什么科学知识,书中给出了一些学习科学的方法,可以引领所有对科学充满好奇的人(包括学生、教师和家长)一起去探索科学。

在本册中,七位科学家将邀请您共同探索他们研究领域内的一些主题。马克·拉博为我们讲述了波浪的一生:从海面上悄无声息地产生,到岸边惊心动魄地消亡。娜蒂尼。贝伊雷阿斯通过追踪细胞的变化向我们揭示了器官是如何在胚胎中渐渐形成的。让一路易·杜弗洛斯内通过解释地球大气中的各种现象,帮助我们了解大气的存在条件。吉斯兰·德·马尔西里为我们敲响了垃圾危害的警钟。皮埃尔·比纳特罗带着我们进行了一次时问和空间的奇异旅行,来揭开造成苹果下落和影响宇宙的神秘力量一一万有引力。贝尔纳·席隆让我们对塑料这种无处不在的材料的特性和用途有了进一步的了解。纪约姆·勒古安特为我们重现了生物分类学发展的几个重要时期,并展示了如何通过进化这个概念来理解动物之间的亲缘关系。

通过这七个主题,我们的家长、科学教师,还有充满好奇心的小读者们会发现,只要以通俗易懂的语言来表述,再辅之以简单易行的实验,科学并非像我们想象的那般晦涩难懂。

“动手做”系列丛书是一套生动的科普读物,适用于小学备个阶段的学生和对科学感兴趣的所有读者。“动手做”是一顶由法国科学院倡导,法国教育部颁布的科学教育革新计划,自2000年起在法国全国范围内推行,并通过了法国科学院委员会的质量认证。

作者简介

 

精彩书摘

应该如何来描述脊椎动物的发育过程,或更通俗地说,如何来描述生命体的发育过程呢?

单看个体出生时的模样,很难说出他在出生前所经历的各个阶段的情况。在个体出生前发生了什么呢?我们对子宫内生命体的发育是如何描述的?通过超声波图像,我们可以看到一个有脑袋和四肢的小人。但我们并不能就此得出结论:子宫内的胚胎发育过程就只是一个单纯的生长过程。

胚胎发育的研究向我们描绘了受精卵(由来自母体的卵子和来自父体的精子结合而成)是如何从一个单细胞发育成一个完整的生命体的。因为我们对发育现象观察的范围存在不同,所以描绘的情况也有所区别。如果是肉眼可见的细胞,那么观察它只需要使用放大镜一类的工具。借助这些工具,我们可以看到约10微米(1微米等于一百万分之一米)大小的细胞。今天,我们尝试从分子层面来解释细胞的活动。观察细胞体内的分子结构,需要借助十分先进的仪器才能进行,因为它们的大小仅以纳米(1纳米等于十亿分之一米)计算。通过观察,我们才能对这些分子间的相互作用进行解释。

在分子层面,基因被赋予了特殊的地位。基因是脱氧核糖核酸(DNA)大分子上具有遗传效应的片段,而DNA位于染色体内,所以染色体就构成了人体的基因库。基因所代表的遗传信息通过两性繁殖,代代相传。基因控制细胞内蛋白质的合成,因而对受精卵的发育起着关键作用。

现代生物发育学的研究正试图从组织、细胞、分子和基因等不同层面,对胚胎的发育现象进行观察、描述和解释。但是我们每个人对于如何表述生物个体的真实存在都有不同,因为我们从生活中获得的认知经验各异,而且随着生活阅历的增加,个人的理解深度也不一样。要想对胚胎发育进行描述,就需要进一步熟知胚胎的观察过程,所以要学会使用科学家在胚胎发育过程中所采用的观察步骤和手段。

实验模型的选择

我们可以用不同的方式来观察脊椎动物的发育。对哺乳动物的发育进行观察,其子宫构成了一道难以逾越的关卡。鸟类受精卵的大小比较适合观察,但需要对它实施一次复杂的“外科手术”才能进行。而两栖类或鱼类胚胎的发育则借助放大镜就可以直接观察,因而我们选择它们作为观察对象。

硬骨鱼,也称斑马鱼,可以作为理想的胚胎发育观察模型。颇受养鱼爱好者青睐的斑马鱼饲养起来并不费事(见图2-1)。

为什么选择这种鱼作为研究对象呢?在胚胎发育研究中,选择一个研究模型生命体有什么重要意义呢?

斑马鱼卵有许多特点,其中它非常适合活体内细胞分裂研究的特点,引起了生物学家们的注意。透明的鱼卵大大方便了对胚胎发育过程中每一个阶段的观察,借助高清晰度的显微摄像机可以对细胞分裂活动进行记录和分析,以此来重现我们以前从未质疑过的生命现象。

在生物发育的研究中,每一位科学家对任何一种研究模型的研究成果都能够作为强有力的证据。最近二十年中,对基因在胚胎发育中所起的作用的研究,让我们对生命世界的个体有了全新的概念。例如,在苍蝇体内参与胸腹位置不同部分形成的基因组,几乎与人体内参与胸椎和腰椎形成的基因组一模一样!在人类发育的分子学研究方面,我们在果蝇发育的研究中获得了甚至比在人类自身进行的研究还要多的信息!退一万步来说,即便大家只对在人类身上进行的研究感兴趣,仍然有理由相信,研究那些外表和人类相去甚远的生物体将是非常有意义的工作。在这样的背景下,生物学家们不断地寻找一种外形比果蝇更加接近人类的生物,同时它也具备和果蝇一样便于对参与胚胎发育的基因进行系统研究的特点。

斑马鱼体型小,而且可以同时饲养成千上万的研究样本。这种鱼从出生到性成熟的时间是3个月,繁育的后代数量众多(在理想条件下,每条雌性斑马鱼的产卵数量可达300枚,而且每周都可以进行交配)。斑马鱼胚胎发育速度快,在受精完成后,幼体孵化的时间为48小时。斑马鱼的这些特点让我们可以从偶然携带突变基因的鱼群身上来研究影响个体特征的基因缺陷。这种研究方案涉及基因及其突变影响的精深知识,其中会涉及斑马鱼的基因组序列。我们稍后再讨论基因组序列的形成和带给我们的科学知识,以及它在人类基因学领域的应用。

图书插画

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