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1、生物学生物物学是研研究生物物各个层层次的种种类、结结构、功功能、行行为、发发育和起起源进化化以及生生物与周周围环境境的关系系等的科科学。人人是生物物的一种种，也是是生物学学的研究究对象。在自然科学还没有发展的古代，人们对生物的五光十色、绚丽多彩迷惑不解，他们往往把生命和无生命看成是截然不同、没有联系的两个领域，认为生命不服从于无生命物质的运动规律。不少人还将各种生命现象归结为一种非物质的力，即“活力”的作用。这些无根据的臆测，随着生物学的发展而逐渐被抛弃，在现代生物学中已经没有立足之地了。20世纪特别是40年代以来，生物学吸收了数学、物理学和化学等的成就，逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分
2、子层次的科学。人们已经认识到生命是物质的一种运动形态。生命的基本单位是细胞，它是由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。生命有许多为无生命物质所不具备的特性。例如，生命能够在常温、常压下合成多种有机化合物，包括复杂的生物大分子；能够以远远超出机器的生产效率来利用环境中的物质和能制造体内的各种物质，而不排放污染环境的有害物质；能以极高的效率储存信息和传递信息；具有自我调节功能和自我复制能力；以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭露生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。现代生物学是一个有众多分支的庞大的知识体
3、系，本文着重说明生物学研究的对象、分科、方法和意义。关于生命的本质和生物学发展的历史，将分别在“生命”、“生物学史”等条目中阐述。 研究对象象地球球上现存存的生物物估计有有2000万4450万万种；已已经灭绝绝的种类类更多，估估计至少少也有115000万种。从从北极到到南极，从从高山到到深海，从从冰雪覆覆盖的冻冻原到高高温的矿矿泉，都都有生物物存在。它它们具有有多种多多样的形形态结构构，它们们的生活活方式也也变化多多端。从从生物的的基本结结构单位位细细胞的水水平来考考察，有有的生物物尚不具具备细胞胞形态，在在已具有有细胞形形态的生生物中，有有的由原原核细胞胞构成，有有的由真真核细胞胞构成。从从
4、组织结结构水平平来看，有有的是单单生的或或群体的的单细胞胞生物，有有的是多多细胞生生物，而而多细胞胞生物又又可根据据组织器器官的分分化和发发展而分分为多种种类型。从从营养方方式来看看，有的的是光合合自养，有有的是吸吸收异养养或腐食食性异养养，有的的是吞食食异养。从从生物在在生态系系统中的的作用来来看，有有的是有有机食物物的生产产者，有有的是消消费者，有有的是分分解者，等等等。生生物学家家根据生生物的发发展历史史、形态态结构特特征、营营养方式式以及它它们在生生态系统统中的作作用等，将将生物分分为若干干界。当当前比较较通行的的是美国国R.HH.惠特特克于119699年提出出的 55界系统统。他将将
5、细菌、蓝蓝菌等原原核生物物划为原原核生物物界，将将单细胞胞的真核核生物划划为原生生生物界界，将多多细胞的的真核生生物按营营养方式式划分为为营光合合自养的的植物界界、营吸吸收异养养的真菌菌界和营营吞食异异养的动动物界。中中国生物物学家陈陈世骧于于19779年提提出 66界系统统。这个个系统由由非细胞胞总界、原原核总界界和真核核总界33个总界界组成，代代表生物物进化的的3个阶阶段。非非细胞总总界中只只有1界界，即病病毒界。原原核总界界分为细细菌界和和蓝菌界界。真核核总界包包括植物物界、真真菌界和和动物界界，它们们代表真真核生物物进化的的3条主主要路线线。非细胞胞生命形形态病病毒不具具备细胞胞形态，
6、由由一个核核酸长链链和蛋白白质外壳壳构成。根根据组成成核酸的的核苷酸酸数目计计算，每每一病毒毒颗粒的的基因最多多不过 3000个。寄寄生于细细菌的病病毒称为为噬菌体体。病毒毒没有自自己的代代谢机构构，没有有酶系统统，也不不能产生生腺苷三三磷酸（AATP）。因因此病毒毒离开了了寄主细细胞，就就成了没没有任何何生命活活动，也也不能独独立地自自我繁殖殖的化学学物质。只只有在进进入寄主主细胞之之后，它它才可以以利用活活细胞中中的物质质和能，以以及复制制、转录录和转译译的全套套装备，按按照它自自己的核核酸所包包含的遗遗传信息息产生和和它一样样的新一一代病毒毒。病毒毒基因同同其他生生物的基基因一样样，也可
7、可以发生生突变和和重组，因因而也是是能够演演化的。由由于病毒毒没有独独立的代代谢机构构，也不不能独立立地繁殖殖，因而而被认为为是一种种不完整整的生命命形态。关关于病毒毒的起源源，有人人认为病病毒是由由于寄生生生活而而高度退退化的生生物；有有人认为为病毒是是从真核核细胞脱脱离下来来的一部部分核酸酸和蛋白白质颗粒粒；更多多的人认认为病毒毒是细胞胞形态发发生以前前的更低低级的生生命形态态。近年年发现了了比病毒毒还要简简单的类类病毒，它它是小的的RNAA 分子子，没有有蛋白质质外壳。另另外还发发现一类类只有蛋蛋白质却却没有核核酸的朊朊粒，它它可以在在哺乳动动物身上上造成慢慢性疾病病。这些些不完整整的生
8、命命形态的的存在缩缩小了无无生命与与生命之之间的距距离，说说明无生生命与生生命之间间没有不不可逾越越的鸿沟沟。因此此，在原原核生物物之下，另另辟一界界，即病病毒界是是比较合合理的。原核生物原核细胞和真核细胞是细胞的两大基本类型，它们反映细胞进化的两个阶段。把具有细胞形态的生物划分为原核生物和真核生物，是现代生物学的一大进展。原核细胞的主要特征是没有线粒体、质体等膜细胞器，染色体只是一个环状的DNA分子，不含组蛋白及其他蛋白质，没有核膜。原核生物包括细菌和蓝菌，它们都是单生的或群体的单细胞生物。细菌是只有通过显微镜才能看到的原核生物。大多数细菌都有细胞壁，其主要成分是肽聚糖而不是纤维素。细菌的主
9、要营养方式是吸收异养，它分泌水解酶到体外，将大分子的有机物分解为小分子，然后将小分子营养物吸收到体内。细菌在地球上几乎无处不在，它们繁殖得很快，数量极大，在生态系统中是重要的分解者，在自然界的氮素循环和其他元素循环中起着重要作用（见土壤矿物质转化）。有些细菌能使无机物氧化，从中取得能来制造食物；有些细菌含有细菌叶绿素，能进行光合作用。但是细菌光合作用的电子供体不是水而是其他化合物如硫化氢等。所以细菌的光合作用是不产氧的光合作用。细菌的繁殖为无性繁殖，在某些种类中存在两个细胞间交换遗传物质的一种原始的有性过程细菌接合。枝原体、立克次氏体和衣原体均属细菌。枝原体无细胞壁，细胞非常微小，甚至比某些大
10、的病毒粒还小，能通过细菌滤器，是能够独立地进行生长和代谢活动的最小的生命形态。立克次氏体的酶系统不完全，它只能氧化谷氨酸，而不能氧化葡萄糖或有机酸以产生ATP。衣原体没有能量代谢系统，不能制造ATP。大多数立克次氏体和衣原体不能独立地进行代谢活动，被认为是介于细菌和病毒之间的生物。蓝菌是行光合自养的原核生物，是单生的，或群体的，也有多细胞的。和细菌一样，蓝菌细胞壁的主要成分也是肽聚糖，细胞也没有核膜和细胞器，如线粒体、高尔基器、叶绿体等。但蓝菌细胞有由膜组成的光合片层，这是细菌所没有的。蓝菌含有叶绿素a，这是高等植物也含有的而为细菌所没有的一种叶绿素。蓝菌还含有类胡萝卜素和蓝色色素藻蓝蛋白，某
11、些种还有红色色素藻红蛋白，这些光合色素分布于质膜和光合片层上。蓝菌的光合作用和绿色植物的光合作用一样，用于还原CO2产生的H+，因而伴随着有机物的合成还产生分子氧，这和光合细菌的光合作用截然不同。最早的生命是在无游离氧的还原性大气环境中发生的（见生命起源），所以它们应该是厌氧的，又是异养的。从厌氧到好氧，从异养到自养，是进化史上的两个重大突破。蓝菌光合作用使地球大气从缺氧变为有氧，这样就改变了整个生态环境，为好氧生物的发生创造了条件，为生物进化展开了新的前景。在现代地球生态系统中，蓝菌仍然是生产者之一。近年发现的原绿藻，含叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素。从它们的光合色素的组成以及它们的细胞结构
12、来看，很像绿藻和高等植物的叶绿体，因此受到生物学家的重视。真核生物 和原核细胞相比，真核细胞是结构更为复杂的细胞。它有线粒体等各种膜细胞器，有围以双层膜的细胞核，把位于核内的遗传物质与细胞质分开。DNA为长链分子，与组蛋白以及其他蛋白结合而成染色体。真核细胞的分裂为有丝分裂和减数分裂，分裂的结果使复制的染色体均等地分配到子细胞中去。原生生物是最原始的真核生物。原生生物的原始性不但表现在结构水平上，即停留在单细胞或其群体的水平，不分化成组织；也表现在营养方式的多样性上。原生生物有自养的、异养的和混合营养的。例如，眼虫能进行光合作用，也能吸收溶解于水中的有机物。金黄滴虫除自养和腐食性营养外，还能和
13、动物一样吞食有机食物颗粒。所以这些生物还没有明确地分化为动物、植物或真菌。根据这些特性，R.H.惠特克吸收上世纪E.海克尔的意见，将原生生物列为他的5界系统中的1界，即原生生物界。但是有些科学家主张撤销这 1界，他们的理由是原生生物界所包含的生物种类过于庞杂，大部分原生生物显然可以归入动物、植物或者真菌，那些处于中间状态的原生生物也不难使用分类学的分析方法适当地确定归属。植物是以光合自养为主要营养方式的真核生物。典型的植物细胞都含有液泡和以纤维素为主要成分的细胞壁。细胞质中有进行光合作用的细胞器即含有光合色素的质体叶绿体。绿藻和高等植物的叶绿体中除叶绿素a外，还有叶绿素b。多种水生藻类，因辅助
14、光合色素的组成不同，而呈现出不同的颜色。植物的光合作用都是以水为电子供体的，因而都是放氧的。光合自养是植物界的主要营养方式，只有某些低等的单细胞藻类，进行混合营养。少数高等植物是寄生的，行次生的吸收异养，还有很少数高等植物能够捕捉小昆虫，进行吸收异养。植物界从单细胞绿藻到被子植物是沿着适应光合作用的方向发展的。在高等植物中植物体发生了光合器官(叶)、支持器官(茎)以及用于固定和吸收的器官（根）的分化。叶柄和众多分枝的茎支持片状的叶向四面展开，以获得最大的光照和吸收 CO2的面积。细胞也逐步分化形成专门用于光合作用、输导和覆盖等各种组织。大多数植物的生殖是有性生殖，形成配子体和孢子体世代交替的生
15、活史。在高等植物中，孢子体不断发展分化，而配子体则趋于简化。植物是生态系统中最主要的生产者，也是地球上氧气的主要来源。真菌是以吸收为主要营养方式的真核生物。真菌的细胞有细胞壁，至少在生活史的某一阶段是如此。细胞壁多含几丁质，也有含纤维素的。几丁质是一种含氨基葡萄糖的多糖，是昆虫等动物骨骼的主要成分，植物细胞壁从无几丁质。真菌细胞没有质体和光合色素。少数真菌是单细胞的，如酵母菌。多细胞真菌的基本构造是分枝或不分枝的菌丝。一整团菌丝叫菌丝体。有的菌丝以横隔分成多个细胞，每个细胞有一个或多个核，有的菌丝无横隔而成为多核体。菌丝有吸收水分和养料的机能。菌丝体常疏松如蛛网，以扩大吸收面积。真菌的繁殖能力
16、很强，繁殖方式多样，主要是以无性或有性生殖产生的各种孢子作为繁殖单位。真菌分布非常广泛。在生态系统中，真菌是重要的分解者，分解作用的范围也许比细菌还要大一些。粘菌是一种特殊的真菌。它的生活史中有一段是真菌性的，而另一段则是动物性的，其结构、行为和取食方法与变形虫相似。粘菌被认为是介于真菌和动物之间的生物。动物是以吞食为营养方式的真核生物。吞食异养包括捕获、吞食、消化和吸收等一系列复杂的过程。动物体的结构是沿着适应吞食异养的方向发展的。单细胞动物吞入食物后形成食物泡。食物在食物泡中被消化，然后透过膜而进入细胞质中，细胞质中溶酶体与之融合，是为细胞内消化。多细胞动物在进化过程中，细胞内消化逐渐为细
17、胞外消化所取代，食物被捕获后在消化道内由消化腺分泌酶而被消化，消化后的小分子营养物经消化道吸收，并通过循环系统而被输送给身体各部的细胞。与此相适应，多细胞动物逐步形成了复杂的排泄系统、进行气体交换的外呼吸系统以及复杂的感觉器官、神经系统、内分泌系统和运动系统等。神经系统和内分泌系统等组成了复杂的自我调节和自我控制的机构，调节和控制着全部生理过程。在全部生物中，只有动物的身体构造发展到如此复杂的高级水平。在生态系统中，动物是有机食物的消费者。在生命发展的早期，即在地球上只有蓝菌和细菌时，生态系统是由生产者和分解者组成的两环系统。随着真核生物特别是动物的产生和发展，两环生态系统发展成由生产者、分解
18、者和消费者所组成的三环系统。出现了今日丰富多彩的生物世界。从类病毒、病毒到植物、动物，生物拥有众多特征鲜明的类型。各种类型之间又有一系列中间环节，形成连续的谱系。同时由营养方式决定的三大进化方向，在生态系统中呈现出相互作用的空间关系。因而，进化既是时间过程，又是空间发展过程。生物从时间的历史渊源和空间的生活关系来讲，都是一个整体。 生物的特特征生物物不仅具具有多样样性，而而且具有有一些共共同的特特征和属属性。人人们对这这些共同同的特征征、属性性和规律律的认识识，使内内容十分分丰富的的生物学学成为统统一的知知识体系系。生物化化学的同同一性大量量实验研研究表明明，组成成生物体体生物大大分子的的结构
19、和和功能，在在原则上上是相同同的。例例如各种种生物的的蛋白质质的单体体都是氨氨基酸，种种类不过过20种种左右，各各种生物物的核酸酸的单体体都是核核苷酸，种种类不过过8种，这这些单体体都以相相同的方方式组成成蛋白质质或者核核酸的长长链，它它们的功功能对于于所有生生物都是是一样的的。在不不同的生生物体内内基本代代谢途径径也是相相同的，甚甚至在代代谢途径径中各个个不同步步骤所需需要的酶酶也是基基本相同同的。不不同生物物体在代代谢过程程中都以以 ATTP的形形式传递递能量。生生物化学学的同一一性深刻刻地揭示示了生物物的统一一性。多层层次的结结构模式式119世纪纪德国科科学家MM.J.施莱登登和T.AA
20、.H.施万提提出细胞胞学说，认认为动、植植物都是是由相同同的基本本单位细胞胞所组成成。这对对于病毒毒以外的的一切生生物，从从细菌到到人都是是适用的的。细胞胞是由大大量原子子和分子子所组成成的非均均质的系系统。在在结构上上，细胞胞是由蛋蛋白质、核核酸、脂脂质、多多糖等组组成的多多分子动动态体系系；从信信息论观观点看，细细胞是遗遗传信息息和代谢谢信息的的传递系系统；从从化学观观点看，细细胞是由由小分子子合成的的复杂大大分子，特特别是核核酸和蛋蛋白质的的系统；从热力力学观点点看，细细胞又是是远离平平衡的开开放系统统。所有有这些，对对于原核核细胞和和真核细细胞都是是一样的的。除细胞胞外，生生物还有有其
21、他结结构单位位。在细细胞之下下有细胞胞器、分分子和原原子，在在细胞之之上有组组织、器器官、器器官系统统、个体体、种群群、群落落、生态态系统、生物圈等单位（见彩图）。生物的各种结构单位，按照复杂程度和逐级结合的关系而排列成一系列的等级，称为结构层次。在每一个层次上表现出的生命活动不仅取决于它的组成成分的相互作用，而且取决于特定的有序结构，因此在较高层次上可能出现较低的层次所不曾出现的性质和规律。 有序性和和耗散结结构生物是是由大量量分子和和原子组组成的宏宏观系统统（相对对于研究究亚原子子事件的的微观系系统而言言），它它的代谢谢历程和和空间结结构都是是有序的的。热力力学第二二定律指指出，物物理的化
22、化学的变变化导致致系统的的无序性性或随机机性(即即熵) 的增加加。生物物无休止止的新陈陈代谢，不不可避免免地使系系统内部部的熵增增涨，从从而干扰扰和破坏坏系统的的有序性性。现代代生物学学证明，在在生物体体中同时时还存在在一种使使熵减少少的机制制。200世纪660年代代，I.普里戈戈任提出出耗散结结构理论论。按此此理论，生生物体是是远离平平衡的开开放系统统，它从从环境中中吸取以以食物形形式存在在的低熵熵状态的的物质和和能，把把它们转转化为高高熵状态态后排出出体外。这这种不对对称的交交换使生生物体和和外界熵熵的交流流出现负负值，这这样就可可能抵消消系统内内熵的增增涨。生生物有序序正是依依赖新陈陈代
23、谢这这种能量量耗散过过程得以以产生和和维持的的。（见见耗散结结构和生生物有序序）稳态态生生物对体体内的各各种生命命过程有有良好的的调节能能力。生生物所处处的环境境是多变变的，但但生物能能够对环环境的刺刺激作出出反应，通通过自我我调节保保持自身身的稳定定。例如如，人的的体温保保持在337上下，血血液的酸酸度保持持在 ppH7.4左右右等。这这一概念念先是由由法国生生物学家家C.贝贝尔纳提提出的。他他指出身身体内部部环境的的稳定是是自由和和独立生生活的条条件。后后来，美美国生理理学家WW.B.坎农揭揭示内环环境稳定定是通过过一系列列调节机机制来保保证的，并并提出“稳稳态”一一词。稳稳态概念念的应用
24、用现在已已远远超超出个体体内环境境的范围围。生物物体的生生物化学学成分、代代谢速率率等都趋趋向稳态态水平，甚甚至一个个生物群群落、生生态系统统在没有有激烈外外界因素素的影响响下，也也都处于于相对稳稳定状态态。生命的的连续性性 118555年R.C.菲菲尔肖提提出，所所有的细细胞都来来自原已已存在的的细胞。这这个概念念对于现现存的所所有生物物来说是是正确的的。除了了最早的的生命是是从无生生命物质质在当时时的地球球环境条条件下发发生的以以外，生生物只能能来自已已经存在在的生物物。只能能通过繁繁殖来实实现从亲亲代到子子代的延延续。因因此，遗遗传是生生命的基基本属性性。18666年GG.J.孟德尔尔通
25、过豌豌豆杂交交试验发发现了遗遗传因子子的分离离规律和和自由组组合规律律。200世纪220年代代，以TT.H.摩尔根根为代表表的一批批科学家家提出基基因论，证证明孟德德尔假设设的因子子就是在在染色体体上线性性排列的的基因，补补充了一一个新的的规律，即即基因的的连锁和和交换规规律，并并证明这这些规律律在动物物界和植植物界是是普遍适适用的。440年代代，J.莱德伯伯格发现现细菌的的有性杂杂交，MM.德尔尔布吕克克发现了了噬菌体体的交叉叉重组现现象，从从而证明明病毒、原原核生物物和动物物、植物物都遵循循同样的的遗传规规律。分分子生物物学的发发展证明明一切生生物的基基因的化化学实体体都是核核酸（DDNA
26、和和RNAA），遗遗传信息息都是以以核苷酸酸的排列列来编码码的，DDNA以以半保留留复制产产生新的的拷贝。在在分子水水平上，生生命的连连续性首首先表现现在基因因物质DDNA的的连续性性上。个体体发育通常常是指多多细胞生生物从单单个生殖殖细胞到到成熟个个体的成成长过程程。生物物在一生生中，每每个细胞胞、每个个组织、器器官都随随时间而而发展变变化，它它在任何何一个特特定时间间的状态态都是本本身发育育的结果果。生物物个体发发育是按按一定的的生长模模式进行行的稳定定过程。个个体发育育的概念念对单细细胞生物物和病毒毒在原则则上也是是适用的的。单细细胞生物物从一代代到下一一代经历历一定的的细胞周周期，病病
27、毒的发发育也要要经历遗遗传物质质的复制制，结构构蛋白的的合成以以及病毒毒颗粒的的装配过过程。因因此，所所有的生生物都有有各自的的按一定定规律进进行的生生活史。对于个体发育规律的认识，经历了漫长的过程。1797年C.F.沃尔夫发表发生论，对鸡胚的发育过程作了较为详细的描述。19世纪初.M.贝尔提出胚层理论，指出胚胎组织和器官的发生是以内、中、外三个胚层为出发点的。20世纪初，H.施佩曼及其学派通过把胚胎组织从一处移植到另一处能改变其发育过程和方向的实验，证明了胚胎发育是通过各部分的相互作用而完成的，现代生物学证明，个体发育是由遗传信息所控制的，不论是在分子层次上，还是在细胞、组织、个体层次上，发
28、育的基本模式都是由基因决定的。进化1859年C.R.达尔文所著物种起源的出版，创立了以自然选择为基础的生物进化论。进化是普遍的生物学现象。每个细胞、每种生物都有自己的演变历史，都在随着时间的发展而变化，它们目前的状态是它们本身进化演变的结果。进化导致物种的分化，生物不再被认为是一大堆彼此毫无联系的、偶然的、“神造的”不变的物种。生物世界是一个统一的自然谱系，各种生物，归根结底，都来自一个最原始的生命类型。生物不仅有一个复杂的纵深层次（从生物圈到生物大分子），它还具有个体发育历史和种系进化历史，有一个极广阔的历史横幅。生态系统中的相互关系在自然界里，生物的个体总是组成种群，不同的种群彼此相互依赖
29、，相互作用形成群落。群落和它所在的无生命环境组成了生物地理复合体生态系统。在生态系统中，不同的种群具有不同的功能和作用。譬如，绿色植物是生产者，它能利用日光能制造食物；动物包括人在内是消费者；细菌和真菌是分解者。生物彼此之间以及它们和环境之间的相互关系决定了生态系统所具有的性质和特点。任何一个生物，它的外部形态、内部结构和功能，生活习性和行为，同它在生态系统中的作用和地位总是相对适应的。这种适应是长期演变的结果，是自然选择的结果。根据上面这些叙述，不难看到，尽管生物世界存在惊人的多样性，但所有的生物都有共同的物质基础，遵循共同的规律。生物就是这样的一个统一而又多样的物质世界。因而，生物学也就是
30、一个统一而又十分丰富的知识领域。 研究方法法生物物学的一一些基本本研究方方法观察描描述的方方法、比比较的方方法和实实验的方方法等是是在生物物学发展展进程中中逐步形形成的。在在生物学学的发展展史上，这这些方法法依次兴兴起，成成为一定定时期的的主要研研究手段段。现在在，这些些方法综综合而成成现代生生物学研研究方法法体系。观察描述的方法 在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物学的研究方法同物理学研究方法大不相同。物理学研究的是物体可测量的性质，即时间、运动和质量。物理学把数学应用于研究物理现象，发现这些量之间存在着相互关系，并用演绎法推算出这些关系的后果。生物学的研究则是考察那些将不同生物区别开来
31、的、往往是不可测量的性质。生物学用描述的方法来记录这些性质，再用归纳法，将这些不同性质的生物归并成不同的类群。18世纪，由于新大陆的开拓和许多探险家的活动，生物学记录的物种几倍、几十倍地增长，于是生物分类学首先发展起来。生物分类学者搜集物种进行鉴别、整理，描述的方法获得巨大发展。要明确地鉴别不同物种就必须用统一的、规范的术语为物种命名，这又需要对各种各样形态的器官作细致的分类，并制定规范的术语为器官命名。这一繁重的术语制定工作，主要是C.von林奈完成的。人们使用这些比较精确的描述方法收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。比较的方法18世纪下半叶，生物学不仅积累了大量分类学材料，
32、而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下，仅仅作分类研究已经不够了，需要全面地考察物种的各种性状，分析不同物种之间的差异点和共同点，将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物学。运用比较的方法研究生物，是力求从物种之间的类似性找到生物的结构模式、原型甚至某种共同的结构单元。G.居维叶在动物学方面，J.W.von歌德在植物学方面，是用比较方法研究生物学问题的著名学者。用比较的方法研究生物，愈来愈深刻地揭示动物和植物结构上的统一性，势必触及各个不同类型生物的起源问题。19世纪中叶，达尔文的进化论战胜了特创论和物种不变论。进化论的胜利又给比较的方法以巨大的影响。早期的比较，还仅
33、仅是静态的共时的比较，在进化论确立后，比较就成为动态的历史的比较了。现存的任何一个物种以及生物的任何一种形态，都是长期进化的产物，因而用比较的方法，从历史发展的角度去考察，是十分必要的。早期的生物学仅仅是对生物的形态和结构作宏观的描述。1665年英国R.胡克用他自制的复式显微镜，观察软木片，看到软木是由他称为细胞的盒状小室组成的。从此，生物学的观察和描述进入了显微领域。但是在17世纪，人们还不能理解细胞这样的显微结构有何等重要意义。那时的显微镜未能消除使影像失真的色环，因而还不能清楚地辨认细胞结构。19世纪30年代，消色差显微镜问世，使人们得以观察到细胞的内部情况。18381839年施莱登和施
34、万的细胞学说提出：细胞是一切动植物结构的基本单位。比较形态学者和比较解剖学者多年来苦心探求生物的基本结构单元，终于有了结果。细胞的发现和细胞学说的建立是观察和描述深入到显微领域所获得的成果，也是比较方法研究的一个重要成果。实验的方法前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理，但这只是为了更好地观察自然发生的现象，而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象，并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性。实验的方法是自然科学研究中最重要的方法之一。17世纪前后生物学中出现了最早的一批生物学实验，如英国生理学家W.哈维关于血液循环的实验，J.B.v
35、an黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。然而在那时，生物学的实验并没有发展起来，这是因为物理学、化学还没有为生物学实验准备好条件，活力论还占统治地位。很多人甚至认为，用实验的方法研究生物学只能起很小的作用。到了19世纪，物理学、化学比较成熟了，生物学实验就有了坚实的基础，因而首先是生理学，然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性的学科。19世纪80年代，实验方法进一步被应用到了胚胎学，细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代，除了古生物学等少数学科，大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得新进展。实验方法当然包含着对研究对象进行某种处理，然而更重要的则是它的思维方式。用实验的方法研究某一生命
36、过程，要求根据已有事实提出假说，并根据假说推导出一个可以用实验检验的预测，然后进行实验，如果实验结果符合预测，就说明假说是正确的。在这里，假说必须是可以用实验加以验证的，而且只有经过实验的检验，假说才可能上升为学说或理论。实验方法的使用大大加强了研究工作的精确性。19世纪以来，实验方法成为生物学主要的研究方法后，生物学发生巨大变化，成为精确的实验科学。20世纪，实验方法获得巨大发展，然而单纯观察或描述方法，仍然是生物学的基本研究方法。生物体具有多层次的复杂的形态结构。每一个历史时期都有形态描述的任务。20世纪30年代出现了电子显微镜，使观察和描述深入到超微世界。人们通过电子显微镜看到了枝原体和
37、病毒，也看到了细胞器的超微结构。由于细胞是生命的最小单位，是生命活动的最小的系统，因而揭示它构造上的细节，对揭示生命的本质具有重大的意义。比较的方法在20世纪也有新的进展，它已经不限于生物体的宏观形态结构的比较，而是深入到不同属种的蛋白质、核酸等生物大分子化学结构的比较，如不同物种的细胞色素 C的化学结构的测定和比较。根据其差异程度可以对物种的亲缘关系给出定量的估计。生物学实验技术在20世纪突飞猛进。随着现代物理学、化学的发展，生物学新的实验方法纷纷出现。层析、分光光度法、电泳、超速离心、同位素示踪、X 射线衍射分析、示波器、激光、电子计算机等相继应用于生物学研究。细胞培养、细胞融合、基因操作
38、、单克隆抗体、酶和细胞固定化以及连续发酵等新技术纷纷建立，使生物学实验中对条件的控制更为有效、严格，观察和测量更为精密，这就有可能详尽地探索生物体内物质的、能的和信息的动态过程。生物学实验技术的发展使生物学取得一系列辉煌的成就。由新型的实验技术发展而来的生物工程，包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程，已经成为当代新技术革命的重要内容。实验研究往往带有分析的性质。生物学实验分析已经深入到分子的层次，生物大分子本身并不具有生命属性，只有这些生物大分子形成细胞这样复杂的系统，才表现出生命的活动。没有活的分子，只有活的系统。在每一个层次上，新的生物学规律总是作为系统的和整体的规律而出现的。对于生物
39、学来说，既需要有精确的实验分析，又需要从整体和系统的角度来观察生命。19241928年L.von贝塔兰菲提出系统论思想，认为一切生物是时空上有限的具有复杂结构的一种自然系统。19321934年，他提出用数学和数学模型来研究生物学。半个世纪以来，系统论取得了很大发展，涌现出许多定量处理系统问题的数学理论。生物学也积累了大量关于各个层次生命系统及其组成成分的实验资料。今天，对生命系统的规律作出定量的理论研究已经提到日程上来，系统论方法将作为新的研究方法而受到人们的重视。 分科生物物学的分分支学科科各有一一定的研研究内容容而又相相互依赖赖、互相相交叉。此此外，生生命作为为一种物物质运动动形态，有有它
40、自己己的生物物学规律律，同时时又包含含并遵循循物理和和化学的的规律。因因此，生生物学同同物理学学、化学学有着密密切的关关系。生生物分布布于地球球表面，是是构成地地球景观观的重要要因素。因因此，生生物学和和地学也也是互相相渗透、互互相交叉叉的。早期期的生物物学主要要是对自自然的观观察和描描述，是是关于博博物学和和形态分分类的研研究。所所以生物物学最早早是按类类群划分分学科的的，如植植物学、动物学学、微生物物学等。由由于生物物种类的的多样性性，也由由于人们们对生物物学的了了解越来来越多，学学科的划划分也就就越来越越细，一一门学科科往往要要再划分分为若干干学科，例例如植物物学可划划分为藻藻类学、苔苔
41、藓植物物学、蕨蕨类植物物学等；动物学学划分为为原生动动物学、昆昆虫学、鱼鱼类学、鸟鸟类学等等；微生生物不是是一个自自然的生生物类群群，只是是一个人人为的划划分，一一切微小小的生物物如细菌菌以及单单细胞真真菌、藻藻类、原原生动物物都可称称为微生生物，不不具细胞胞形态的的病毒也也可列入入微生物物之中。因因而微生生物学进进一步分分为细菌菌学、真菌学学、病毒毒学等。按生物类群划分学科，有利于从各个侧面认识某一个自然类群的生物特点和规律性。但无论具体对象是什么，研究课题都不外分类、形态、生理、生化、生态、遗传、进化等方面。为了强调按类型划分的学科已经不仅包括形态、分类等比较经典的内容，而且包括其他各个过
42、程和各种层次的内容，人们倾向于把植物学称为植物生物学，把动物学称为动物生物学。生物在地球历史中有着40亿年左右的发展进化历程。大约有1500万种生物已经绝灭，它们的一些遗骸保存在地层中形成化石。古生物学专门通过化石研究地质历史中的生物，早期古生物学多偏重于对化石的分类和描述，近年来生物学领域的各个分支学科被引入古生物学，相继产生古生态学、古生物地理学等分支学科。现在有人建议，以广义的古生物生物学代替原来限于对化石进行分类描述的古生物学。生物的类群是如此的繁多，需要一个专门的学科来研究类群的划分，这个学科就是分类学。林奈时期的分类以物种不变论为指导思想，只是根据某几个鉴别特征来划分门类，习称人为
43、分类。现代的分类是以进化论为指导思想，根据物种在进化上的亲疏远近进行分类，通称自然分类。现代分类学不仅进行形态结构的比较，而且吸收生物化学及分子生物学的成就，进行分子层次的比较，从而更深刻揭示生物在进化中的相互关系。现代分类学可定义为研究生物的系统分类和生物在进化上相互关系的科学。生物学中有很多分支学科是按照生命运动所具有的属性、特征或者生命过程来划分的。形态学是生物学中研究动、植物形态结构的学科。在显微镜发明之前，形态学只限于对动、植物的宏观的观察，如大体解剖学、脊椎动物比较解剖学等。比较解剖学是用比较的和历史的方法研究脊椎动物各门类在结构上的相似与差异，从而找出这些门类的亲缘关系和历史发展
44、。显微镜发明之后，组织学和细胞学也就相应地建立起来，电子显微镜的使用，使形态学又深入到超微结构的领域。但是形态结构的研究不能完全脱离机能的研究，现在的形态学早已跳出单纯描述的圈子，而使用各种先进的实验手段了。生理学是研究生物机能的学科，生理学的研究方法是以实验为主。按研究对象又分为植物生理学、动物生理学和细菌生理学。植物生理学是在农业生产发展过程中建立起来的。生理学也可按生物的结构层次分为细胞生理学、器官生理学、个体生理学等。在早期，植物生理学多以种子植物为研究对象；动物生理学也大多联系医学而以人、狗、兔、蛙等为研究对象；以后才逐渐扩展到低等生物的生理学研究，这样就发展了比较生理学。遗传学是研
45、究生物性状的遗传和变异，阐明其规律的学科。遗传学是在育种实践的推动下发展起来的。1900年孟德尔的遗传定律被重新发现，遗传学开始建立起来。以后，由于T.H.摩尔根等人的工作，建成了完整的细胞遗传学体系。1953年，遗传物质DNA分子的结构被揭示，遗传学深入到分子水平。现在，遗传信息的传递、基因的调控机制已逐渐被了解，遗传学理论和技术在农业、工业和临床医学实践中都在发挥作用，同时在生物学的各分支学科中占有重要的位置。生物学的许多问题，如生物的个体发育和生物进化的机制，物种的形成以及种群概念等都必须应用遗传学的成就来求得更深入的理解。胚胎学是研究生物个体发育的学科，原属形态学范围。1859年达尔文
46、进化论的发表大大推动了胚胎学的研究。19世纪下半叶，胚胎发育以及受精过程的形态学都有了详细精确的描述。此后，动物胚胎学从观察描述发展到用实验方法研究发育的机制，从而建立了实验胚胎学。现在，个体发育的研究采用生物化学方法，吸收分子生物学成就，进一步从分子水平分析发育和性状分化的机制，并把关于发育的研究从胚胎扩展到生物的整个生活史，形成发育生物学。生态学是研究生物与生物之间以及生物与环境之间的关系的学科。研究范围包括个体、种群、群落、生态系统以及生物圈等层次。揭示生态系统中食物链、生产力、能量流动和物质循环的有关规律，不但具有重要的理论意义，而且同人类生活密切相关。生物圈是人类的家园。人类的生产活
47、动不断地消耗天然资源，破坏自然环境。特别是进入20世纪以后，由于人口急剧增长，工业飞速发展，自然环境遭到空前未有的破坏性冲击。保护资源、保持生态平衡是人类当前刻不容缓的任务。生态学是环境科学的一个重要组成成分，所以也可称环境生物学。人类生态学涉及人类社会，它已超越了生物学范围，而同社会科学相关联。生命活动不外物质转化和传递、能的转化和传递以及信息的传递三个方面。因此，用物理的、化学的以及数学的手段研究生命是必要的，也是十分有效的。交叉学科如生物化学、生物物理学、生物数学就是这样产生的。生物化学是研究生命物质的化学组成和生物体各种化学过程的学科，是进入20世纪以后迅速发展起来的一门学科。生物化学
48、的成就提高了人们对生命本质的认识。生物化学和分子生物学的内容有区别，但也有相同之处。一般说来，生物化学侧重于生命的化学过程、参与这一过程的作用物、产品以及酶的作用机制的研究。例如在细胞呼吸、光合作用等过程中物质和能的转换、传递和反馈机制都是生物化学的研究内容。分子生物学是从研究生物大分子的结构发展起来的，现在更多的仍是研究生物大分子的结构与功能的关系、以及基因表达、调控等方面的机制问题。生物物理学是用物理学的概念和方法研究生物的结构和功能、研究生命活动的物理和物理化学过程的学科。早期生物物理学的研究是从生物发光、生物电等问题开始的，此后随着生物学的发展，物理学新概念，如量子物理、信息论等的介入和新技术如 X衍射、光谱、波谱等的使用，生物物理的研究范围和水平不断加宽加深。一些重要的生命现象如光合作用的原初瞬间捕捉光能的反应，生物膜的结构及作用机制等都是生物物理学的研究课题。生物大分子晶体结构、量子生物学以及生物控制论等也都属于生物物理学的范围。生物数学是数学和生物学结合的产物。它的任务是用数学的方法研究生物学问题，研究生命过程的数学规律。早期，人们只是利用统计学、几何学和一些初等的解析方法对生物现象做静止的、定量的分析。20世纪20年代以后