什么是生物学？

【专家解说】：  生物学是自然科学的一个门类。研究生物的结构、功能、发生和发展的规律。以及生物与周围环境的关系等的科学。生物学源自博物学，经历了实验生物学、分子生物学而进入了系统生物学 生物学英文：biology 生物学：是研究生物体的生命现象及其生命活动规律的科学，属于自然科学。生物学家从很多面向研究生物，因此产生很多研究领域。例如：原子和分子面向，分子生物学、生物化学、结构生物学。细胞面向：细胞生物学、微生物学、病毒学。多细胞面向：生理学、发育生物学、组织学。宏观面向：生态学、演化生物学。生物学本身不断的快速发展，与其他学科的关联整合也越来越多。一大原因是分子生物学在近代突飞猛进，终于导致人类基因序列定序完成。由此，为了解读大量的基因资讯，促成了基因组学。为了探究基因和蛋白质的交互作用，开创出蛋白质组学。这些新的研究领域帮助解决疾病、粮食、环境生态等问题。其众多的资讯则需要新的电脑算法来处理。  定义生物学是研究生命系统各个层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系等的科学。研究对象动物学、植物学、微生物学、古生物学等；依研究内容，分为分类学、解剖学、生理学、细胞学、分子生物学、遗传学、进化生物学、生态学、生物进化、学等；从方法论分为实验生物学与系统生物学等体系。生物专业大学生物科学的研究，包括一个基础广泛的的课程和广泛的科学设计准备以及全面的健康护理专业人员的培训。培养学生的书面和口头的沟通技巧，批判性思维和分析能力，并理解和尊重伦理和道德问题 。发展历史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。分类生物分类学是研究生物分类的方法和原理的生物学分支。分类就是遵循分类学原理和方法，对生物的各种类群进行命名和等级划分。瑞典生物学家林奈将生物命名后，而后的生物学家才用域、界 ( Kingdom）、门( Phylum)、纲 (Class)、目 (Order)、科( Family)、属( Genus)、种 (Species)加以分类。最上层的界，由怀塔克所提出的五界，比较多人接受；分别为原核生物界、原生生物界、菌物界、植物界以及动物界。 从最上层的“界”开始到“种”，愈往下层则被归属的生物之间特征愈相近。共有七大类，分别是：界门纲目科属种。科学年表公元前30000年-----前1001年 约公元前15000年在随后的5000年中，法国人在拉斯考克斯（Lascaux）制作了山洞画，这些画表明我 们的祖先已在观察生物世界。这些画上有野牛、鹿和其他动物。 约公元前2650年人们确认，埃及医生伊姆荷太普（Imhotep）从自然现象中寻找疾病的原因。[1] 约公元前2000年在尼罗河流域发现的纸草文献中，已记录了治疗创伤和疾病的信息。 约公元前1750年巴比伦国王汉莫拉比（Hammurabi）制定了与行医相关的法律，并雕刻在石柱上。这些法律详述了有关费用的规定和对于治疗失误的严厉惩罚，如因治疗事故使1位患者死亡而被切掉双手。 约公元前1500年中国人为生产精美的衣服而养蚕。农民将装有蚂蚁的包放在柑橘树上，以保护果实不被昆虫侵害-----这是有关使用生物防治的最早记录。公元前800年------前401年 约公元前802年欧洲首次从亚洲引入和种植玫瑰树。 公元前570年古希腊哲学家阿纳克西曼德（Anaximander）提出，动物最早生产于水中，然后变成陆地动物。 公元前500年爱菲斯（Ephesos，在今土耳其）的赫拉克利特（Heraclitus）提出：对于生命来说，相反力之间的张力是必不可少的。而且，他相信火是基本的元素。 约公元前460年此后的90多年，希腊医生希波克拉底（Hippocrates）在希腊的柯斯（Cos）岛 上生活和教学。研究对象地球上现存的生物估计有200万～450万种；已经灭绝的种类更多，估计至少也有1500万种。从北极到南极，从高山到深海，从冰雪覆盖的冻原到高温的矿泉，都有生物存在。它们具有多种多样的形态结构，它们的生活方式也变化多端。从生物的基本结构单位──细胞的水平来考察，有的生物尚不具备细胞形态，在已具有细胞形态的生物中，有的由原核细胞构成，有的由真核细胞构成。从组织结构水平来看，有的是单生的或群体的单细胞生物，有的是多细胞生物，而多细胞生物又可根据组织器官的分化和发展而分为多种类型。从营养方式来看，有的是光合自养，有的是吸收异养或腐食性异养，有的是吞食异养。从生物在生态系统中的作用来看，有的是有机食物的生产者，有的是消费者，有的是分解者，等等。生物学家根据生物的发展历史、形态结构特征、营养方式以及它们在生态系统中的作用等，将生物分为若干界。当前比较通行的是美国R.H.惠特克于1969年提出的 5界系统。他将细菌、蓝菌等原核生物划为原核生物界，将单细胞的真核生物划为原生生物界，将多细胞的真核生物按营养方式划分为营光合自养的植物界、营吸收异养的真菌界和营吞食异养的动物界。中国生物学家陈世骧于1979年提出 6界系统。这个系统由非细胞总界、原核总界和真核总界3个总界组成，代表生物进化的3个阶段。非细胞总界中只有1界，即病毒界。原核总界分为细菌界和蓝菌界。真核总界包括植物界、真菌界和动物界，它们代表真核生物进化的3条主要路线。生物分类非细胞生命形态病毒不具备细胞形态，一般由一个核酸长链和蛋白质外壳构成（核酸长链包括RNA与DNA,病毒复制时有DNA的直接进行转录,而含有RNA的病毒需要进行逆转录成DNA后再进行复制）。根据组成核酸的核苷酸数目计算，每一病毒颗粒的基因最多不过 300个。寄生于细菌的病毒称为噬菌体。病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统，也不能产生三磷酸腺苷（ATP）。因此病毒离开了寄主细胞，就成了没有任何生命活动，也不能独立地自我繁殖的化学物质。只有在进入寄主细胞之后，它才可以利用活细胞中的物质和能量，以及复制、转录和转译的全套装备，按照它自己的核酸所包含的遗传信息产生和它一样的新一代病毒。病毒基因同其他生物的基因一样，也可以发生突变和重组，因而也是能够演化的。    由于病毒没有独立的代谢机构，也不能独立地繁殖，因而被认为是一种不完整的生命形态。关于病毒的起源，有人认为病毒是由于寄生生活而高度退化的生物；有人认为病毒是从真核细胞脱离下来的一部分核酸和蛋白质颗粒；更多的人认为病毒是细胞形态发生以前的更低级的生命形态。近年发现了比病毒还要简单的类病毒，它是小的RNA 分子，没有蛋白质外壳。另外还发现一类只有蛋白质却没有核酸的朊粒，它可以在哺乳动物身上造成慢性疾病。这些不完整的生命形态的存在缩小了无生命与生命之间的距离，说明无生命与生命之间没有不可逾越的鸿沟。因此，在原核生物之下，另辟一界，即病毒界是比较合理的。 2：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。    有些细菌在生长发育后期，个体缩小、细胞壁增厚，形成芽孢。芽孢是细菌的休眠体，对不良环境有较强的抵抗能力。小而轻的芽孢还可以随风飘散各处，落在适当环境中，又能萌发成细菌。[3]支原体、立克次氏体和衣原体均属细菌。支原体无细胞壁，细胞非常微小，甚至比某些大的病毒粒还小，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。蓝藻（也称蓝细菌）是能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，蓝藻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。但蓝藻细胞有由膜组成的光合片层，这是细菌所没有的。蓝藻含有叶绿素a，这是高等植物也含有的而为细菌所没有的一种叶绿素。蓝藻还含有类胡萝卜素和蓝色色素──藻蓝蛋白（或称之为藻蓝素），某些种类还有红色色素──藻红蛋白，这些光合色素分布于质膜和光合片层上。蓝藻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。 3：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。编辑本段期刊 [4]生物学期刊 Hans Journal of Computational Biology 是汉斯出版社发行的一本关注计算生物学领域最新进展的国际中文期刊，主要刊登运用应用数据分析、理论方法、数学建模、计算机仿真等技术来对生物数据进行提取的相关领域学术论文。本刊支持思想创新、学术创新，倡导科学，繁荣学术，集学术性、思想性为一体，旨在为了给世界范围内的科学家、学者、科研人员提供一个传播、分享和讨论计算生物学领域内不同方向问题与发展的交流平台。生物特征生物不仅具有多样性，而且具有一些共同的特征和属性。人们对这些共同的特征、属性和规律的认识，使内容十分丰富的生物学成为统一的知识体系。生物化学统一性大量实验研究表明，组成生物体生物大分子的结构和功能，在原则上是相同的。例如各种生物的蛋白质的单体都是氨基酸，种类不过20种左右，各种生物的核酸的单体都是核苷酸，种类不过8种，这些单体都以相同的方式组成蛋白质或者核酸的长链，它们的功能对于所有生物都是一样的。在不同的生物体内基本代谢途径也是相同的，甚至在代谢途径中各个不同步骤所需要的酶也是基本相同的。不同生物体在代谢过程中都以 ATP的形式传递能量。生物化学的同一性深刻地揭示了生物的统一性。多层次结构模式 19世纪德国科学家M.J.施莱登和T.A.H.施旺提出细胞学说，认为动、植物都是由相同的基本单位──细胞所组成。这对于病毒以外的一切生物，从细菌到人都是适用的。细胞是由大量原子和分子所组成的非均质的系统。在结构上，细胞是由蛋白质、核酸、脂质、多糖等组成的多分子动态体系；从信息论观点看，细胞是遗传信息和代谢信息的传递系统；从化学观点看，细胞是由小分子合成的复杂大分子，特别是核酸和蛋白质的系统；从热力学观点看，细胞又是远离平衡的开放系统。所有这些，对于原核细胞和真核细胞都是一样的。除细胞外，生物还有其他结构单位。在细胞之下有细胞器、分子和原子，在细胞之上有组织、器官、器官系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈等单位。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。有序性耗散结构生物是由大量分子和原子组成的宏观系统（相对于研究亚原子事件的微观系统而言），它的代谢历程和空间结构都是有序的。热力学第二定律指出，物理的化学的变化导致系统的无序性或随机性(即熵) 的增加。生物无休止的新陈代谢，不可避免地使系统内部的熵增涨，从而干扰和破坏系统的有序性。现代生物学证明，在生物体中同时还存在一种使熵减少的机制。20世纪60年代，I.普里戈任提出耗散结构理论。按此理论，生物体是远离平衡的开放系统，它从环境中吸取以食物形式存在的低熵状态的物质和能，把它们转化为高熵状态后排出体外。这种不对称的交换使生物体和外界熵的交流出现负值，这样就可能抵消系统内熵的增涨。生物有序正是依赖新陈代谢这种能量耗散过程得以产生和维持的。（见耗散结构和生物有序）稳态生物对体内的各种生命过程有良好的调节能力。生物所处的环境是多变的，但生物能够对环境的刺激作出反应，通过自我调节保持自身的稳定。例如，人的体温保持在37℃上下，血液的酸度保持在 pH7.4左右等。这一概念先是由法国生物学家C.贝尔纳提出的。他指出身体内部环境的稳定是自由和独立生活的条件。后来，美国生理学家W.B.坎农揭示内环境稳定是通过一系列调节机制来保证的，并提出“稳态”一词。稳态概念的应用现在已远远超出个体内环境的范围。生物体的生物化学成分、代谢速率等都趋向稳态水平，甚至一个生物群落、生态系统在没有激烈外界因素的影响下，也都处于相对稳定状态。生命的连续性 1855年R.C.菲尔肖提出，所有的细胞都来自原已存在的细胞。这个概念对于现存的所有生物来说是正确的。除了最早的生命是从无生命物质在当时的地球环境条件下发生的以外，生物只能来自已经存在的生物。只能通过繁殖来实现从亲代到子代的延续。因此，遗传是生命的基本属性。 1866年G.J.孟德尔通过豌豆杂交试验发现了遗传因子的分离规律和自由组合规律。20世纪20年代，以T.H.摩尔根为代表的一批科学家提出基因论，证明孟德尔假设的因子就是在染色体上线性排列的基因，补充了一个新的规律，