生物学

图片：DNA（图源：pixabay）

生物学（biology）就是研究生物的生命现象、本质和生活规律的科学。生物学又称生命科学（life science），是自然科学的基础学科之一，研究范畴主要包括生物的形态结构和功能、发育规律、生物的物质与能量代谢、遗传变异和进化、生物多样性、分布规律及其与环境的相互关系等。[1]

一、生物学的分科

（一）根据其研究对象所属的生物类群划分

生物的一些分支学科是根据其研究对象所属的生物类群划分的，如动物学（zoology）、植物学（botany）、微生物学（microbiology）、人类学（anthropology）以及古生物学（paleotology）等，这些学科还可分为更小的分支学科，如由动物学分出昆虫学（entomology）、鱼类学（ichthyology）等，由于生物的高度复杂性，对生命活动的各个方面和各个层次需进行专门研究。[2]

图片：细菌（图源：pixabay）

（二）根据研究方面而划分

可划分为：形态学（morphology）、解剖学（anatomy）、分类学（taxonomy）、胚胎学（embryology）、遗传学（genetics）、生理学（physiology）、病理学（pathology），病毒学（virology）、免疫学（immunology）、神经生物学（neurobiology）、发育生物学（developmental biology）、进化生物学（evolutionary biology）、行为学（ethology）、社会生物学（sociobiology）等。[2]

图片：病毒（图源：pixabay）

（三）根据研究层次划分

主要有：分子生物学（molecular biology）、细胞生物学（cell biology）、组织学（histology）、种群生物学（population biology）、生态学（ecology）等。[2]

（四）根据研究方法划分

主要分支学科主要有：生物化学（biochemistry）、生物物理（biophysics）、生物地理（biogeography）、生物技术（biotechnology）等。上述分支学科又可分解、合并和重组而形成其他分支学科，如植物生理学（plant physiology）、动物胚胎学（animal embryology）、分子遗传学（molecular genetics），分子细胞生物学（molecular cell biology）等。[2]

（五）其他分支学科

随着生物学的迅速发展以及与其他自然科学的相互渗透，新兴分支学科不断涌现，例如，随着人类进入太空，出现了宇宙生物学（astrobiology）这一新学科。

图片：作物学（图源：pixabay）

除了作为一门自然科学的生物学的分支学科的主要格局，生物学同时又是农学（agronomy）、畜牧学（animal husbandry）、食品科学（food science），医学（medicine）和环境科学（environment science）等应用科学的基础科学，从应用研究角度又可分出多种分支学科，如作物学（crop science）、家畜育种学（animal breeding）、食品微生物学（food microbiology）、医学学（medical anatomy）、药用植物学（medico botany）、森林生态学（forest ecology）等。[2]

二、生物学的产生和发展

（一）生物学奠基时期

16世纪以前，人类对生物学的认识主要着重于在生产和医疗中的应用，并没有形成真正的科学体系，但为生命科学的建立奠定了坚实的基础。这时期的成果主要有：记载人体生理学和病理学知识的《内经》；总结我国古代对植物人工选择、人工杂交、嫁接和定向培育的《齐民要术》；对动植物做详细分类的《本草纲目》及亚里士多德在对生命现象进行深入的专题性的研究后所写的《动物志》等。[1][3]

图片：《齐民要术》（图源：blog.sina.com.cn/s/blog_1614ef0f40102xfzv.html）

（二）生物学的建立和发展时期

生命科学的建立可以说是从形态学开始的。1543年，比利时医生维萨里在《人体的结构》一书分别讲述骨骼、肌肉、循环、神经、腹部内脏和生殖、胸部内脏、脑及脑垂体和眼睛的解剖结构。1628年，英国医生哈维发表了他的名著《心血循环论》，他们的工作标志着解剖学和生理学的建立。

1655年，英国胡克用自制显微镜首先发现木栓细胞。1695年，荷兰人列文虎克观察到了细菌的活动，从此开启人类认识微生物世界的大门。18世纪，瑞典科学家林奈创立双名法，结束生物分类的混乱状态。1839年，德国生物学家施莱登和施旺共同提出细胞学说，揭示了所有的生物都是由细胞组成的，它们具有共同的起源。1859年，达尔文发表《物种起源》，确立了生物进化的观点。

图片：列文虎克显微镜（图源：mts.jk51.com/tushuo/10167856.html）

1865年，奥地利学者孟德尔发表《植物杂交试验》的论文，后经得弗里斯、萨顿和约翰逊等人的进一步实验和细胞学观察，逐渐建立了染色体遗传学说。1926年，美同学者摩尔根发表了基因论，阐明遗传和变异的若干规律。1941年，比德尔和塔特姆又提出“一个基因一个酶”的学说，把基因与蛋白质的功能结合起来。1928年，格里菲斯进行了肺炎双球菌实验，并经阿委瑞等人的深入研究，终于在1944年证明DNA是遗传物质。1953年，克里克和沃森提出DNA双螺旋分子结构模型，这直接导致了对生物“DNA-RNA-蛋白质”中心法则的揭示。中心法则的发现是20世纪分子生物学最重大的成就，开创分子生物学的新纪元。

细胞学说、进化论和遗传学奠定了现代生物学的基础，对生物的认识统一到生物的个体发育和系统发育的主线上，推动了人类对生物从细胞一组织器官生长发育规律、从低等生物到高等生物的演化规律的认识，自然分类系统的形成以及生物的形态结构、生长发育和生理代谢等都受制于遗传物质的认识。[1][3][4]

图片：生物进化论（图源：）

（三）现代生命科学时期

20世纪5()年代以来，随着现代物理学、化学、数学、计算机新理论和新方法的快速发展，生命科学研究方法也产生巨大的变革，生命科学已从静态的、定性描述性学科向动态的、精确定量学科转化。把化学和物理学的观念、理论和实验手段引入生物学是现代生物学研究的一个重要特点。早于17～l8世纪，生物学家就尝试用物理和化学规律来解释生命现象。

著名瑞典化学家柏齐里乌斯就用催化作用的概念来阐明叫有机体的生物化学过程。同时，细胞内物质分解、合成以及细胞各种生命活动的发生都伴随着能量的产生、转换和释放，高能化合物——ATP等作为能量代谢储转站的发现，使这些过程都可以从化学变化的角度得到阐述。随着研究的进展，分支越来越多，产生许多分支学科。同时，各学科之间相互渗透，相互融合，相互推动，表现为高度综合。

图片：生物分子（图源：）

现代生命科学在以往研究的基础上有向微观和宏观两极发展的趋势。现代生物科学在微观领域探索的重点是生物分子的结构和功能，这使分子生物学得到了迅猛的发展并带动了整个生物科学的全面发展。20世纪下半叶以来，生命科学是围绕分子生物学的发展而展开的，分子生物学在生命科学中处于主导地位。在宏观方面，现代生物科学对生态系统结构和功能的研究日益关注，对人与生物圈问题特别重视。宏观研究与微观研究紧密结合，推动着生物科学的蓬勃发展。[1][3][4]

三、发展前景

（一）生物工程与生物技术方面

生物工程与生命技术学是生物科学尤其是遗传学与工程技术结合的学科，本学科的研究能扩大生命科学在农学、医学、轻工业、人类健康、环境保护等方面的应用，同时也可以提高生命科学的水平。

图片：转基因食品（图源：）

生物工程中的转基因技术将引起一场农业革命。1983年，美国国际植物研究所将豆科植物的蛋白质基因转入土豆中，培育出富含蛋白质的新型植物“肉土豆”。 1985年，我国著名学者朱作言在国际上首次将小鼠金属硫蛋白(MT)基因的启动子和人生长激素(hGH)基因的融合基因注入金鱼受精卵中，获得了转基因金鱼。中国创世纪公司拥有国家发明专利“编码杀虫蛋白质融合基因和表达载体及其应用”的独占实施权，本专利技术的成功研制使我国成为世界上拥有转基因抗虫棉自主知识产权的两个国家之一。

生物工程在人类健康方面有着广泛的应用。2000年6月26日公布的“人类基因组工作草图”，标志着人类认识自身新纪元的开始。该项成果不仅可以揭示人类生命活动的奥秘，而且有叫能使人类6000多种单基因遗传性疾病和多基因易感染性疾病的致病机埋得以彻底阐明，为诊断、治疗和预防这些疾病奠定了基础。

生物工程中的环境生物技术将是21世纪人们关注的重要领域，生物技术在能源和环境治理方面可以发挥不可替代的作用。在解决能源危机方面，人们对生物技术寄予厚望，如农副产品发酵产生酒精，代替汽油作燃料；1978年美国科学家成功地培育出含油高的植物——石油草来生产燃料用油，科学家们设法研究人工模拟植物光合作用，利用太阳能分解水得到氢燃料，这样就有了用之不竭的可再生能源-开发和利用丰富的微生物资源，是21世纪生命科学的生命力所在。[5]

图片：生物质能源（图源：dnspod.qcloud.com）

（二）生态学

生态学是研究生物与生存环境之间相互关系的科学。20世纪后期，生命科学的宏观研究不仅是传统生态学的范畴，而且扩展到对整个生物圈的研究。2l世纪生态学研究的热点是地球变化和生物多样性。地球变化的研究涉及地球变暖，气候多变，臭氧层破坏，海洋污染，野生物种减少，草原处于严重的退化、盐碱化、沙漠化和石漠化等问题。研究、保护和维持基因，物种和生态系统的平衡，采取克隆技术、生殖工程等可以挽救珍稀濒危动植物，而这些均是化学，物理学等环境治理手段无法比拟的。[5]

四、研究方法

（一）描述法

即对于所观察的事物现象的真实记述，也可加适当的说明，必须以正确的观察作为基础。生物学的每门分科里都有描述的问题，如对生物形态的描述，对某一动物或高等植物胚胎发育过程的说明等。描述法能够为有关的研究提供可靠的科学事实，因而是研究生物科学的一种基本方法。[6]

（二）比较法

是分析各种事物之间的异同和内在联系的一种重要方法，它使人们对生命现象的认识比单纯的描述更深一步。如分类学中各级分类单位的特征概括，来自于对不同生物的系统比较。在解剖学和胚胎学等方面的比较研究，揭示了各类生物之间不同程度的亲缘关系，从而为生物进化论提供了有力证据。[6]

（三）实验法

图片：生物学实验（图源：pixabay）

即在一定的人工控制的条件下，从事对各种生命现象的观察及对生命本质的研究，既可以提供第一手的感性材料，同时又可以检验认识是否正确。如通过对植物细胞、组织或器官的人工离体培养，可以有目的地控制植物生长发育所需要的外界条件等。精密的实验往往能使人们对生命现象的观察更正确、更深刻，有助于揭示生命现象的本质。[6]

（四）历史法

一方面，历史法是指根据现在所观察的生命过程及其规律来推论过去所发生的生命过程。达尔文就是应用历史法获得了巨大成就；另一方面，生命是连续的，各种生物都有自己的发展过程，个别的生物体只不过是整个生命链条中的一个环节，因此只有把它放在整个生命的历史中去考察，才能理解各种生命现象的特点和本质。[6]