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歷史

生物學 之英語單詞“ biology ”(德語、法語“Biologie”)源于希臘文β?ο? ， Bio ，意為生命，以及字尾-λογ?α ， -logia ，意為學問，合并為“研究生命的學問” 。1802年，法國博物學家拉馬克最早提出這個名詞。

現(xiàn)代生物學基礎

現(xiàn)代生物學的五大基礎，也是主要的研究方向：

細胞學說

  人類癌細胞的細胞核（特別是DNA）被染成藍色。中央和右邊的細胞處于間期，所以整個細胞核都被標記。在左邊的細胞正在經(jīng)歷有絲分裂，且其DNA已凝聚。

細胞學說認為細胞是生物的基本單位，而且所有生物都是由一至多個細胞以及細胞分泌的物質組成（例如外骨骼）。所有細胞都是由其他細胞借由細胞分裂的方式產生。多細胞生物一開始是從一個受精卵的單一細胞開始，再漸漸分裂為各個細胞，而細胞也是許多 病理過程 （ 英語 ： pathological process ） 的基本單位. 。此外，細胞之間 能量轉移 （ 英語 ： Energy transfer ） 的現(xiàn)象稱為代謝，而細胞包含的遺傳信息（DNA），在細胞分裂時也會傳遞給其他的細胞。

演化

現(xiàn)代生物學認為生命是從演化而來，所有已知的生物都有一共同起源。進化論假設所有地球上活著及已絕種的生物都是來自一共同起源或一基因庫。所有生物最晚的共同起源約出現(xiàn)在約35億年前 。

遺傳學

 旁氏表描繪2豌豆植物的紫色花（B）和白色花（b）之間的雜合交叉。

基因是生物體遺傳的基本單位，基因對應一特定區(qū)域的DNA，以特定方式影響生物的某一部位或某一機能。從細菌到動物的所有生物體都有同様復制DNA，并依此產生蛋白質的能力。細胞將DNA的基因轉錄為對應的核糖核酸（RNA），然后核糖體將RNA翻譯為一串由氨基酸組成的蛋白質。由RNA轉換為氨基酸的遺傳密碼在大部分生物中是相同的，但有些生物仍有少許差異。例如若將人類對應胰島素的DNA放在植物中，也可以產生胰島素 。

體內平衡

  許多內分泌系統(tǒng)中的荷爾蒙都是由負反饋系統(tǒng)所控制，例如腎上腺分泌的糖皮質激素就是如此。下丘腦分泌促腎上腺皮質素釋放素(CRH)，CRH會使腦下垂體分泌促腎上腺皮質激素(ACTH)，而ACTH會使腎上腺分泌糖皮質激素，如皮質醇。糖皮質激素不但會使身體有對應的反應外，也會使下丘腦和腦下垂體的分泌減少，因此只要糖皮質激素已經(jīng)到達一定的量，就不會再繼續(xù)分泌。

體內平衡( homeostatic )：平衡是一個開放系統(tǒng)可以借由許多彼此相關機制的動態(tài)平衡調整，使得其內在情形維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。所有的生物，不論是單細胞或是多細胞生物，都有體內平衡的機制 。

能量

一個活的生物體的生存依賴于能量的連續(xù)輸入。生物體是靠化學反應來從食物中提取能量，才能維持身體機能，并建立新的細胞。在上述反應中，組成食物化學物質的分子扮演兩個重要角色。第一，這些分子中有些可以借由生物體內的化學反應產生能量。第二，有些則可以組成生物分子中的新的分子結構。

負責引進能量到生態(tài)系統(tǒng)的生物被稱為生產者或自養(yǎng)生物。幾乎所有的這些生物體最初都從太陽吸取能量。

研究概況

生物學家從很多面向研究生物，因此產生很多研究領域。例如：

面向原子和分子：分子生物學、生物化學、結構生物學。

面向細胞：細胞生物學、微生物學、病毒學。

面向多細胞：生理學、發(fā)育生物學、組織學。

面向宏觀：生態(tài)學、演化生物學。

生物學本身不斷的快速發(fā)展，與其他學科的關聯(lián)整合也越來越多。一大原因是分子生物學在近代突飛猛進，終于導致人類基因序列定序基本完成 。由此，為了解讀巨大數(shù)量的基因信息，促成了基因組學。為了探究基因和蛋白質的交互作用，開創(chuàng)出蛋白質組學 。這些新的研究領域幫助解決疾病、糧食、環(huán)境生態(tài)等問題。其眾多的研究信息和積累海量研究數(shù)據(jù)則需要新的電腦算法來處理 。

結構

  描繪的各種細胞器和結構的典型的動物細胞示意圖。

分子生物學是在分子水平的生物學研究 。該領域與生物學的其他領域重疊，特別是遺傳學和生物化學。分子生物學主要關注的是理解一個細胞內的各種系統(tǒng)的相互之間的相互作用 ，包括DNA，RNA和蛋白質的合成和學習這些相互作用如何被調節(jié) 。

細胞生物學研究細胞的結構和生理學特性，包括它們的行為，相互作用和環(huán)境。

解剖學考慮的是宏觀結構的形式，例如器官和器官系統(tǒng) 。

遺傳學是研究基因、遺傳和生物體的變異的科學 。

生理

演化

分類與命名

分類：生物學對物種的分類，由上而下有 8 個層級。任一物種同時在這 8 個層級有其位置和名稱。

它們是域（regio）、界（regnum）、門（divisio 或 phylum）、綱（classis）、目（ordo）、科（familia）、屬（genus）、種（species） 。

命名：所有的物種都有其獨特的一個學名，全球認可共通（除了學術上的分類爭議以外），不因地區(qū)或國家而不同。

雙名法是學名的命名方法，英文為 Binomial Nomenclature。它給每個物種訂立兩個文字，前字是該物種的屬（genus）名，后字是它的種小名 (種加詞)，兩者合為種名。除了前字須首字母大寫，其余字母都要小寫。一般使用拉丁文，或以其他語言詞作語源，再加上拉丁化后綴。例如中國近來發(fā)現(xiàn)的恐龍，有些學名是用中文拼音做語源的。

有些物種因為環(huán)境隔絕或發(fā)生突變，必須再往下細分出亞種（subspecies）。為了方便區(qū)別，科學界給亞種設計一套三名法，英文為 Trinomial Nomenclature。

生態(tài)和環(huán)境

生態(tài)學研究生物與其環(huán)境之間的相互關系的科學 。環(huán)境包括生物環(huán)境和非生物環(huán)境，生物環(huán)境是指生物物種之間和物種內部各個體之間的關系，非生物環(huán)境包括自然環(huán)境：土壤、巖石、水、空氣、溫度、濕度等 。

研究方法

生物學家對于生命現(xiàn)象的研究通常采用觀察和實驗的方法，通常這兩種方法是一起使用的。

觀察是按生物的物理性狀來描述生物的狀況。通常是先對其外形及行為進行觀察和描述，再把生物體解剖借助光學儀器對其內部結構進行觀察。觀察是多種多樣的，有個體的觀察也有群體的觀察；有靜態(tài)的觀察也有動態(tài)的觀察；有相同種類的觀察也有不同種類的對比觀察。

實驗是人為地改變一些條件來觀測生物的變化和反應，以探究生命內在的因果關系，是認識生命活動的方法。

實驗方法是人為地干預、控制所研究的對象，并通過這種干預和控制所造成的效應來研究對象的某種屬性。17世紀前后生物學現(xiàn)了最早的一批生物學實驗，如英國生理學家威廉·哈維關于血液循環(huán)的實驗，揚·巴普蒂斯塔·范·海爾蒙特關于柳樹生長的實驗等。到了19世紀，物理學、化學比較成熟了，生物學實驗就有了堅實的基礎，因而首先是生理學，然后是細菌學和生物化學相繼成為明確的實驗性的學科。19世紀80年代，實驗方法進一步被應用到了胚胎學，細胞學和遺傳學等學科。

系統(tǒng)的方法：系統(tǒng)科學源自對還原論、機械論反省提出的有機體、綜合哲學，從克洛德·貝爾納與 沃爾特·布拉福德·坎農 （ 英語 ： Walter Bradford Cannon ） 揭示生物的穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象、諾伯特·維納與 威廉·羅斯·艾什比 （ 英語 ： William Ross Ashby ） 的控制論到卡爾·維?！ゑT·貝塔郎非的一般系統(tǒng)論，最早建立的是系統(tǒng)心理學，系統(tǒng)生態(tài)學、系統(tǒng)生理學等先后建立與發(fā)展，20世紀70-80年代系統(tǒng)論與生物學、系統(tǒng)生物學等概念發(fā)表。從克勞德·香農的信息論到伊利亞·普里高津的耗散結構理論，將生命看作自組織化系統(tǒng)。細胞生物學、生化與分子生物學發(fā)展，曼弗雷德·艾根提出細胞、分子水平探討的 超循環(huán)(化學) （ 英語 ： Hypercycle (chemistry) ） 理論。

尚未解決的生物學基本問題

盡管我們近幾十年來對于生命的的基本過程的認識取得了的深刻進步，一些基本的問題仍然沒有得到解決。例如，在生物學的主要未解決的問題之一是性別的主要自適應功能，和特別是在真核生物中它的關鍵過程，減數(shù)分裂和同源重組。一種觀點認為，性別主要是發(fā)展成為一個適應增加遺傳多樣性（請參閱參考資料如 ）。另一種觀點認為，性別是一種適應于生殖細胞系DNA促進準確的DNA修復，并且增加遺傳多樣性主要是可能是從長遠來看是有用的一個副產品。 （參見有性生殖的演化）。

在生物學另一個基本未解決的問題是老化的生物學基礎。目前，沒有任何衰老的根本原因共識。各種競爭的理論列在老化#衰老理論 。

生物學主要分支

這些是生物學的主要分支 ：

動物學領域：動物生理學、解剖學、胚胎學、神經(jīng)生物學、發(fā)育生物學、昆蟲學、動物行為學、組織學。

植物學領域：簡單的學門分類可概分為 ：

微生物和免疫學領域：微生物學、免疫學、病毒學。

生物化學領域：生物化學、蛋白質力學、糖類生化學、脂質生化學、代謝生化學。

演化和生態(tài)學領域：古生物學、進化論、演化生物學、社會生物學、分類學、系統(tǒng)分類學、生態(tài)學、生物分布學 。

現(xiàn)代生物技術學領域：生物技術學、基因工程、酵素工程學、生物工程、代謝工程學、基因體學、合成生物學。

細胞和分子生物學領域：細胞學、分子生物學、遺傳學、表觀遺傳學、神經(jīng)生物學。

生物和物理學領域：生物物理學、結構生物學、生醫(yī)光電學、醫(yī)學工程。

生物和醫(yī)學領域：感染性疾病、毒理學、放射生物學、癌生物學。

生物和信息領域：生物信息學、生物數(shù)學、仿生學、系統(tǒng)生物學。

環(huán)境和生物學領域：大氣生物學、生物地理學、海洋生物學、淡水生物學。

圖集

動物 - Bos primigenius taurus牛

植物 - 普通小麥(Triticum)

真菌 - 羊肚菌

Stramenopila/藻類 - 褐藻綱

細菌 - Gemmatimonas aurantiaca (- = 1 微米)

古菌 - 嗜鹽菌

病毒 - 伽瑪噬菌體

參考文獻

來源

林標揚. 2012. 系統(tǒng)生物學 , 第1版. 浙江大學出版社. 368頁. ISBN 978-7-308-09658-4

Will, Horst. 2014. Molekularbiologie kurz und bündig . Berlin: Springer Spektrum. 228 Seiten. ISBN 978-3-642-55109-3

McNeill, J. et al. 2006. International Code of Botanical Nomenclature (Vienna Code). Regnum Vegetabile 146. A.R.G. Gantner Verlag KG. ISBN 0080-0694

Bold, H. C. et al. 1987. Morphology of plants and fungi , 5th ed. NY: HarperCollins Publisher. 912 pp. ISBN 978-0-06-040839-8

延伸閱讀

吳相鈺 (編者)、 陳守良 (編者)、 葛明德 (編者). 2014. 十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材:陳閱增普通生物學 , 第4版. 高等教育出版社. 538頁. ISBN 978-7-04-039631-7

Boujard, Daniel et al. 2012. Biologie cellulaire et moléculaire . Paris: Wiley, 512 pp. ISBN 978-2-10-056425-5

Lynn Margulis: Five Kingdoms: An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth, 3rd ed., St. Martin"s Press, 1997, paperback, ISBN 978-0-8050-7252-5 (There are numerous other editions)

Neil Campbell, Biology: Concepts & Connections (4th edition) , Benjamin-Cummings Publishing Company, 2002, hardcover, 781 pages, ISBN 978-0-8053-6627-3 A college-level textbook.

參見

生物學家列表

諾貝爾生理醫(yī)學獎、諾貝爾化學獎

醫(yī)學

人類學

心理學

農學

AP生物學

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