生物學(xué)概述

生物學(xué)是研究生物各個(gè)層次的種類、結(jié)構(gòu)、功能、行為、發(fā)育和起源進(jìn)化以及生物與周圍環(huán)境的關(guān)系的科學(xué)。人也是生物的一種，也是生物學(xué)的研究對(duì)象。

　　20世紀(jì)40年代以來(lái)，生物學(xué)吸收了數(shù)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)的成就，逐漸發(fā)展成一門精確的、定量的、深入到分子層次的科學(xué)。

　　人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)的生命是物質(zhì)的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。生命的基本單位是細(xì)胞，它是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類等生物大分子組成的物質(zhì)系統(tǒng)。生命現(xiàn)象就是這一復(fù)雜系統(tǒng)中物質(zhì)、能和信息三個(gè)量綜合運(yùn)動(dòng)與傳遞的表現(xiàn)。

　　生命有許多無(wú)生命物質(zhì)所不具備的特性。比如：生命能夠在常溫常壓下合成多種有機(jī)化合物；能夠以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機(jī)器的效率來(lái)利用環(huán)境中的物質(zhì)和制造體內(nèi)的各種物質(zhì)；能以極高的效率儲(chǔ)存信息和傳遞信息；具有自我調(diào)節(jié)功能和自我復(fù)制能力；以不可逆的方式進(jìn)行著個(gè)體發(fā)育和物種的演化等等。揭示生命過(guò)程中的機(jī)制具有巨大的理論和實(shí)踐意義。

生物學(xué)的研究對(duì)象

　　地球上現(xiàn)存的生物估計(jì)有200萬(wàn)～450萬(wàn)種；已經(jīng)滅絕的種類更多，估計(jì)至少也有1500萬(wàn)種。從北極到南極，從高山到深海，從冰雪覆蓋的凍原到高溫的礦泉，都有生物的存在。它們具有多種多樣的形態(tài)結(jié)構(gòu)，它們的生活方式也變化多端。

　　從生物的基本結(jié)構(gòu)單位——細(xì)胞的水平來(lái)考察，有的生物還不具備細(xì)胞形態(tài)；在已經(jīng)具有細(xì)胞形態(tài)的生物中，有原核細(xì)胞構(gòu)成的、有由真核細(xì)胞構(gòu)成的；從組織結(jié)構(gòu)看，有單細(xì)胞生物、多細(xì)胞生物。而多細(xì)胞生物又根據(jù)組織器官的分化和發(fā)展而分為多種類型；從營(yíng)養(yǎng)方式來(lái)看，有光和自養(yǎng)、吸收異養(yǎng)、腐蝕性異養(yǎng)、吞食異養(yǎng)；從生物在生態(tài)系統(tǒng)的作用看，有生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者等等。

　　生物學(xué)家根據(jù)生物的發(fā)展歷史、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、營(yíng)養(yǎng)方式以及它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中的作用等，將生物分成若干界。現(xiàn)在比較通行的認(rèn)識(shí)是將地球上的生物界劃分為五界：細(xì)菌、藍(lán)菌等原核生物是原核生物界；單細(xì)胞的真核生物是原生生物界；光和自養(yǎng)的植物界；吸收異養(yǎng)的真菌界；吞食異養(yǎng)的動(dòng)物界。

　　病毒是一種非細(xì)胞生命形態(tài)，它由一個(gè)核酸長(zhǎng)鏈和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成，病毒沒(méi)有自己的代謝機(jī)構(gòu)，沒(méi)有酶系統(tǒng)。因此病毒離開了宿主細(xì)胞，就成了沒(méi)有任何生命活動(dòng)、也不能獨(dú)立自我繁殖的化學(xué)物質(zhì)。一旦進(jìn)入宿主細(xì)胞后，它就可以利用細(xì)胞中的物質(zhì)和能量以及復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的能力，按照它自己的核酸所包含的遺傳信息產(chǎn)生和它一樣的新一代病毒。

　　病毒基因同其他生物的基因一樣，也可以發(fā)生突變和重組，因此也是可以演化的。因?yàn)椴《緵](méi)有獨(dú)立的代謝機(jī)構(gòu)，不能獨(dú)立的繁殖，因此被認(rèn)為是一種不完整的生命形態(tài)。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)了比病毒還要簡(jiǎn)單的類病毒，它是小的RNA分子，沒(méi)有蛋白質(zhì)外殼，但它可以在動(dòng)物身上造成疾病。這些不完整的生命形態(tài)的存在說(shuō)明無(wú)生命與有生命之間沒(méi)有不可逾越的鴻溝。

　　原核細(xì)胞和真核細(xì)胞是細(xì)胞的兩大基本形態(tài)，它們反映了細(xì)胞進(jìn)化的兩個(gè)階段。把具有細(xì)胞形態(tài)的生物劃分原核生物和真核生物，是現(xiàn)代生物學(xué)的一大進(jìn)展。原核細(xì)胞的主要特征是沒(méi)有線粒體、質(zhì)體等模細(xì)胞器，染色體只是一個(gè)環(huán)狀的DNA分子，不含組蛋白及其它蛋白質(zhì)，沒(méi)有核膜。原和生物主要是細(xì)菌。

　　真核細(xì)胞是結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的細(xì)胞。它有線粒體等膜細(xì)胞器，有包以雙層膜的細(xì)胞核把核內(nèi)的遺傳物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)分開。DNA是長(zhǎng)鏈分子，獄卒蛋白以及其他蛋白合成染色體。這核細(xì)胞可以進(jìn)行有絲分裂和減數(shù)分裂，分裂的結(jié)果是復(fù)制的染色體均等地分配到子細(xì)胞中。原生生物是最原始的真核生物。

　　植物是以光和自養(yǎng)為主要營(yíng)養(yǎng)方式的真核生物。典型植物細(xì)胞都含有液泡核以纖維素為主要成分的細(xì)胞壁。細(xì)胞質(zhì)中由進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器—葉綠體。植物的光合作用都是以水為電子供體的，光合自養(yǎng)是植物的主要營(yíng)養(yǎng)方式，少數(shù)的高等植物是寄生的，還有更少數(shù)的植物能夠捕捉小昆蟲，進(jìn)行異養(yǎng)吸收。

　　植物從單細(xì)胞綠藻到被子植物是沿著適應(yīng)光合作用的的方向發(fā)展的。高等植物中發(fā)生了植物的根(固定和吸收器官)、莖(支持器官)、葉(光和器官)的分化。葉柄和眾多分支的莖支持片狀的葉向四面展開，以獲得最大的光照和吸收面積，細(xì)胞也逐漸分化成專門用于光合作用、輸導(dǎo)和覆蓋等各種組織。大多數(shù)植物的通過(guò)有性生殖，形成配子體和孢子體世代交替的生活史。植物是生態(tài)系統(tǒng)中最主要的生產(chǎn)者，也是地球上氧氣的主要來(lái)源。

　　真菌是以吸收為主要營(yíng)養(yǎng)方式的真核生物。真菌有細(xì)胞壁，細(xì)胞壁含有幾丁質(zhì)，也含有纖維素。幾丁質(zhì)是一種含氨基葡萄糖的多糖，是昆蟲等動(dòng)物骨骼的主要成分，植物細(xì)胞不含幾丁質(zhì)。真菌沒(méi)有質(zhì)體和光合色素。真菌的繁殖能力很強(qiáng)，繁殖方式多樣，主要是以無(wú)性或有性生殖產(chǎn)生的各種孢子作為繁殖單位。真菌分布非常廣泛，在生態(tài)系統(tǒng)中，真菌是重要的分解者。

　　動(dòng)物是以吞食為營(yíng)養(yǎng)方式的真核生物。吞食異養(yǎng)包括捕獲、吞食、消化和吸收等一些列復(fù)雜的過(guò)程。動(dòng)物體的結(jié)構(gòu)是沿著適應(yīng)吞食異養(yǎng)的方向發(fā)展的。單細(xì)胞動(dòng)物吞入食物后形成食物泡。食物在食物泡中被消化，然后透過(guò)膜而進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞質(zhì)中溶酶體與之融合，就是細(xì)胞內(nèi)消化。

　　多細(xì)胞動(dòng)物在進(jìn)化過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)消化逐漸為細(xì)胞外消化所取代，食物被捕獲后在消化道內(nèi)由消化腺分泌酶而被消化，消化后的小分子營(yíng)養(yǎng)物經(jīng)過(guò)消化道吸收，并通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)輸送到身體的各種細(xì)胞中。

　　與此相適應(yīng)，多細(xì)胞動(dòng)物逐步形成了復(fù)雜的排泄系統(tǒng)、外呼吸系統(tǒng)以及復(fù)雜的感覺(jué)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。在全部生物中，只有動(dòng)物的身體構(gòu)造發(fā)展到如此復(fù)雜的高級(jí)水平。在生態(tài)系統(tǒng)中，動(dòng)物是有機(jī)食物的消費(fèi)者。

　　在生命發(fā)展的早期，生態(tài)系統(tǒng)是由生產(chǎn)者和分解者組成的兩環(huán)系統(tǒng)。隨著真核生物特別是動(dòng)物的產(chǎn)生和發(fā)展，兩環(huán)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展成有生產(chǎn)者、分解者和消費(fèi)者所組成的三環(huán)系統(tǒng)。出現(xiàn)了今日豐富多彩的生物世界。

　　從類病毒、病毒到植物、動(dòng)物，生物擁有眾多特征鮮明的類型。各種類型之間又有一系列的中間環(huán)節(jié)，形成連續(xù)的譜系。同時(shí)由營(yíng)養(yǎng)方式?jīng)Q定的三大進(jìn)化方向，在生態(tài)系統(tǒng)中呈現(xiàn)出相互作用的空間關(guān)系。因而，進(jìn)化既是時(shí)間過(guò)程，又是空間發(fā)展過(guò)程。生物從時(shí)間的歷史淵源和空間的生活關(guān)系上都是一個(gè)整體。

生物的特征

　　生物不僅具有多樣性，而且具有一些共同的特征和屬性。

　　組成生物體的生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，在原則上是相同的。比如各種生物的蛋白質(zhì)的單體都是氨基酸，種類不過(guò)20種左右，它們的功能對(duì)所有的生物都是相同的；在不同生物體內(nèi)基本代謝途徑也是相同的等等。這就是生物化學(xué)的同一性。同一性深刻的揭示了生物的統(tǒng)一性。

　　生物具有多層次的結(jié)構(gòu)模式。對(duì)于病毒以外的一切生物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是由大量原子和分子所組成的非均質(zhì)的系統(tǒng)。

　　從結(jié)構(gòu)上看，細(xì)胞是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類、多糖等組成的多分子動(dòng)態(tài)體系；從信息論觀點(diǎn)看，細(xì)胞是遺傳信息和代謝信息的傳遞系統(tǒng)；從化學(xué)觀點(diǎn)看，細(xì)胞是由小分子合成的復(fù)雜大分子；從熱力學(xué)上看，細(xì)胞是遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)……

　　除細(xì)胞外，生物還有其他結(jié)構(gòu)單位。細(xì)胞之下有細(xì)胞器、分子、原子，細(xì)胞之上有組織、器官、器官系統(tǒng)、個(gè)體、生態(tài)系統(tǒng)、生物圈等等。生物的各種結(jié)構(gòu)單位，按照復(fù)雜程度和逐級(jí)結(jié)合的關(guān)系而排列成一系列的等級(jí)，這就是結(jié)構(gòu)層次。較高層次上會(huì)出現(xiàn)許多較低層次所沒(méi)有的性質(zhì)和規(guī)律。

　　其他的還有很多，比如生物的有序性和耗散結(jié)構(gòu)、生物的穩(wěn)定性，生命的連續(xù)性，個(gè)體發(fā)育，生物的進(jìn)化，生態(tài)系統(tǒng)中的相互關(guān)系等等。

　　這些都說(shuō)明，盡管生物世界存在驚人的多樣性，但所有的生物都有共同的物質(zhì)基礎(chǔ)，遵循共同的規(guī)律。生物就是這樣一個(gè)統(tǒng)一而有多樣的物質(zhì)世界。

　　和其他學(xué)科一樣，生物學(xué)依據(jù)自己所研究的對(duì)象，也有一些基本的研究方法——觀察描述的方法、比較的方法、實(shí)驗(yàn)的方法等等，也都具有自己的特點(diǎn)。對(duì)于生物學(xué)來(lái)說(shuō)，既需要有精確的實(shí)驗(yàn)分析，又需要從整體和系統(tǒng)的角度來(lái)觀察生命，生物學(xué)積累了大量關(guān)于各種層次生命系統(tǒng)及其組成部分的資料。今天對(duì)于生命系統(tǒng)的規(guī)律作出定量的理論研究已經(jīng)提到日程上來(lái)，系統(tǒng)論方法將作為新的研究方法而受到人們的重視。

生物學(xué)的分支

　　早期的生物學(xué)主要是對(duì)自然的觀察和描述，是關(guān)于博物學(xué)和形態(tài)分類的研究。所以生物學(xué)最早是按類群劃分學(xué)科的，如植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、為生物學(xué)等。由于生物種類的多樣性，也由于人們對(duì)生物學(xué)的了解越來(lái)越多，學(xué)科的劃分也就越來(lái)越細(xì)，一門學(xué)科往往在劃分為若干學(xué)科。

　　按生物類群劃分學(xué)科，有利于從各個(gè)側(cè)面認(rèn)識(shí)某一個(gè)自然類群的生物特點(diǎn)和規(guī)律性。但無(wú)論研究對(duì)象是什么，都不外乎分類、形態(tài)、生理、生化、生態(tài)、遺傳、進(jìn)化等等。

　　生物在地球歷史中有著很長(zhǎng)的發(fā)展歷史，大約有1500萬(wàn)種生物已經(jīng)滅絕，它們的遺骸保存在地層中形成化石。古生物學(xué)專門通過(guò)化石研究歷史上的生物；

　　生物的類群是如此的繁多，需要一個(gè)專門的學(xué)科來(lái)研究類群的劃分，就產(chǎn)生了分類學(xué)；

　　形態(tài)學(xué)是生物學(xué)中研究動(dòng)植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)的學(xué)科；隨著顯微鏡的使用，形態(tài)學(xué)又深入到超微結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域，組織學(xué)和細(xì)胞學(xué)也就相應(yīng)的建立起來(lái)了；

　　生理學(xué)是研究生物機(jī)能的學(xué)科，生理學(xué)的研究方法是以實(shí)驗(yàn)為主；

　　遺傳學(xué)是研究生物性狀的遺傳和變異，闡明其規(guī)律的學(xué)科；

　　胚胎學(xué)是研究生物個(gè)體發(fā)育的學(xué)科；

　　生態(tài)學(xué)是研究生物與生物之間以及生物與環(huán)境之間的關(guān)系的學(xué)科。研究范圍包括個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)以及生物圈等層次。揭示生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈、生產(chǎn)力、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的有關(guān)規(guī)律；

　　生物化學(xué)是研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成和生物體各種化學(xué)過(guò)程的學(xué)科，是進(jìn)入20世紀(jì)以后迅速發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科。生物化學(xué)的成就提高了人們對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。生物化學(xué)側(cè)重于生命的化學(xué)過(guò)程、參與這一過(guò)程的物質(zhì)、產(chǎn)品以及酶的作用機(jī)制的研究。分子生物學(xué)是從研究生物大分子的結(jié)構(gòu)發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)在更多的仍是研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、以及基因的表達(dá)、調(diào)控等方面的機(jī)制；

　　生物物理學(xué)是用物理薛的概念和方法研究生物的結(jié)構(gòu)、生命活動(dòng)的物理和物理化學(xué)過(guò)程的學(xué)科。早期生物物理學(xué)的研究是從生物發(fā)光、生物電等問(wèn)題開始的。隨著生物學(xué)、物理學(xué)的發(fā)展，新概念的產(chǎn)生和介入，生物物理的研究范圍和水平不斷加深加寬。產(chǎn)生了量子生物學(xué)、生物大分子晶體結(jié)構(gòu)以及生物控制論等小分支；

　　生物數(shù)學(xué)是數(shù)學(xué)和生物學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，它的任務(wù)是研究生命過(guò)程中的數(shù)學(xué)規(guī)律。

　　生物界是一個(gè)多層次的復(fù)雜系統(tǒng)，為了揭示某一層次的規(guī)律以及和其他層次的關(guān)系，出現(xiàn)了按層次劃分的學(xué)科并且越來(lái)越受人們的重視。比如：分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、個(gè)體生物學(xué)、種群生物學(xué)等等。

　　總之，生物學(xué)中一些新的學(xué)科在不斷的分化出來(lái)，另一些學(xué)科又在走向融合。生物學(xué)分可的這種局面，反映了生物學(xué)極其豐富的內(nèi)容，也反映了生物學(xué)蓬勃發(fā)展的景象。

研究生物學(xué)的意義

　　生物與人類生活的許多方面都有著非常密切的關(guān)系。生物學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，傳統(tǒng)上一直是農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)，涉及種植業(yè)、畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、醫(yī)療、制藥、衛(wèi)生等等。隨著生物學(xué)理論與方法的不斷進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。現(xiàn)在，生物學(xué)的影響已經(jīng)擴(kuò)展到食品、化工、環(huán)境保護(hù)、能源、冶金等方面。如果考慮仿生學(xué)的因素，它還影響到了機(jī)械、電子技術(shù)、信息技術(shù)等等諸多領(lǐng)域的發(fā)展。