生物學概述

生物學是研究生物各個層次的種類、結構、功能、行為、發育和起源進化以及生物與周圍環境的關系的科學。人也是生物的一種，也是生物學的研究對象。

　　20世紀40年代以來，生物學吸收了數學、物理學和化學的成就，逐漸發展成一門精確的、定量的、深入到分子層次的科學。

　　人們已經認識的生命是物質的一種運動狀態。生命的基本單位是細胞，它是由蛋白質、核酸、脂類等生物大分子組成的物質系統。生命現象就是這一復雜系統中物質、能和信息三個量綜合運動與傳遞的表現。

　　生命有許多無生命物質所不具備的特性。比如：生命能夠在常溫常壓下合成多種有機化合物；能夠以遠遠超出機器的效率來利用環境中的物質和制造體內的各種物質；能以極高的效率儲存信息和傳遞信息；具有自我調節功能和自我復制能力；以不可逆的方式進行著個體發育和物種的演化等等。揭示生命過程中的機制具有巨大的理論和實踐意義。

生物學的研究對象

　　地球上現存的生物估計有200萬～450萬種；已經滅絕的種類更多，估計至少也有1500萬種。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結構，它們的生活方式也變化多端。

　　從生物的基本結構單位——細胞的水平來考察，有的生物還不具備細胞形態；在已經具有細胞形態的生物中，有原核細胞構成的、有由真核細胞構成的；從組織結構看，有單細胞生物、多細胞生物。而多細胞生物又根據組織器官的分化和發展而分為多種類型；從營養方式來看，有光和自養、吸收異養、腐蝕性異養、吞食異養；從生物在生態系統的作用看，有生產者、消費者、分解者等等。

　　生物學家根據生物的發展歷史、形態結構特征、營養方式以及它們在生態系統中的作用等，將生物分成若干界。現在比較通行的認識是將地球上的生物界劃分為五界：細菌、藍菌等原核生物是原核生物界；單細胞的真核生物是原生生物界；光和自養的植物界；吸收異養的真菌界；吞食異養的動物界。

　　病毒是一種非細胞生命形態，它由一個核酸長鏈和蛋白質外殼構成，病毒沒有自己的代謝機構，沒有酶系統。因此病毒離開了宿主細胞，就成了沒有任何生命活動、也不能獨立自我繁殖的化學物質。一旦進入宿主細胞后，它就可以利用細胞中的物質和能量以及復制、轉錄和轉譯的能力，按照它自己的核酸所包含的遺傳信息產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，也可以發生突變和重組，因此也是可以演化的。因為病毒沒有獨立的代謝機構，不能獨立的繁殖，因此被認為是一種不完整的生命形態。近年來發現了比病毒還要簡單的類病毒，它是小的RNA分子，沒有蛋白質外殼，但它可以在動物身上造成疾病。這些不完整的生命形態的存在說明無生命與有生命之間沒有不可逾越的鴻溝。

　　原核細胞和真核細胞是細胞的兩大基本形態，它們反映了細胞進化的兩個階段。把具有細胞形態的生物劃分原核生物和真核生物，是現代生物學的一大進展。原核細胞的主要特征是沒有線粒體、質體等模細胞器，染色體只是一個環狀的DNA分子，不含組蛋白及其它蛋白質，沒有核膜。原和生物主要是細菌。

　　真核細胞是結構更為復雜的細胞。它有線粒體等膜細胞器，有包以雙層膜的細胞核把核內的遺傳物質與細胞質分開。DNA是長鏈分子，獄卒蛋白以及其他蛋白合成染色體。這核細胞可以進行有絲分裂和減數分裂，分裂的結果是復制的染色體均等地分配到子細胞中。原生生物是最原始的真核生物。

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

　　植物從單細胞綠藻到被子植物是沿著適應光合作用的的方向發展的。高等植物中發生了植物的根(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，細胞也逐漸分化成專門用于光合作用、輸導和覆蓋等各種組織。大多數植物的通過有性生殖，形成配子體和孢子體世代交替的生活史。植物是生態系統中最主要的生產者，也是地球上氧氣的主要來源。

　　真菌是以吸收為主要營養方式的真核生物。真菌有細胞壁，細胞壁含有幾丁質，也含有纖維素。幾丁質是一種含氨基葡萄糖的多糖，是昆蟲等動物骨骼的主要成分，植物細胞不含幾丁質。真菌沒有質體和光合色素。真菌的繁殖能力很強，繁殖方式多樣，主要是以無性或有性生殖產生的各種孢子作為繁殖單位。真菌分布非常廣泛，在生態系統中，真菌是重要的分解者。

　　動物是以吞食為營養方式的真核生物。吞食異養包括捕獲、吞食、消化和吸收等一些列復雜的過程。動物體的結構是沿著適應吞食異養的方向發展的。單細胞動物吞入食物后形成食物泡。食物在食物泡中被消化，然后透過膜而進入細胞質中，細胞質中溶酶體與之融合，就是細胞內消化。

　　多細胞動物在進化過程中，細胞內消化逐漸為細胞外消化所取代，食物被捕獲后在消化道內由消化腺分泌酶而被消化，消化后的小分子營養物經過消化道吸收，并通過循環系統輸送到身體的各種細胞中。

　　與此相適應，多細胞動物逐步形成了復雜的排泄系統、外呼吸系統以及復雜的感覺系統、神經系統、內分泌系統和運動系統等。在全部生物中，只有動物的身體構造發展到如此復雜的高級水平。在生態系統中，動物是有機食物的消費者。

　　在生命發展的早期，生態系統是由生產者和分解者組成的兩環系統。隨著真核生物特別是動物的產生和發展，兩環生態系統發展成有生產者、分解者和消費者所組成的三環系統。出現了今日豐富多彩的生物世界。

　　從類病毒、病毒到植物、動物，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節，形成連續的譜系。同時由營養方式決定的三大進化方向，在生態系統中呈現出相互作用的空間關系。因而，進化既是時間過程，又是空間發展過程。生物從時間的歷史淵源和空間的生活關系上都是一個整體。

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構和功能，在原則上是相同的。比如各種生物的蛋白質的單體都是氨基酸，種類不過20種左右，它們的功能對所有的生物都是相同的；在不同生物體內基本代謝途徑也是相同的等等。這就是生物化學的同一性。同一性深刻的揭示了生物的統一性。

　　生物具有多層次的結構模式。對于病毒以外的一切生物都是由細胞組成的，細胞是由大量原子和分子所組成的非均質的系統。

　　從結構上看，細胞是由蛋白質、核酸、脂類、多糖等組成的多分子動態體系；從信息論觀點看，細胞是遺傳信息和代謝信息的傳遞系統；從化學觀點看，細胞是由小分子合成的復雜大分子；從熱力學上看，細胞是遠離平衡的開放系統……

　　除細胞外，生物還有其他結構單位。細胞之下有細胞器、分子、原子，細胞之上有組織、器官、器官系統、個體、生態系統、生物圈等等。生物的各種結構單位，按照復雜程度和逐級結合的關系而排列成一系列的等級，這就是結構層次。較高層次上會出現許多較低層次所沒有的性質和規律。

　　其他的還有很多，比如生物的有序性和耗散結構、生物的穩定性，生命的連續性，個體發育，生物的進化，生態系統中的相互關系等等。

　　這些都說明，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基礎，遵循共同的規律。生物就是這樣一個統一而有多樣的物質世界。

　　和其他學科一樣，生物學依據自己所研究的對象，也有一些基本的研究方法——觀察描述的方法、比較的方法、實驗的方法等等，也都具有自己的特點。對于生物學來說，既需要有精確的實驗分析，又需要從整體和系統的角度來觀察生命，生物學積累了大量關于各種層次生命系統及其組成部分的資料。今天對于生命系統的規律作出定量的理論研究已經提到日程上來，系統論方法將作為新的研究方法而受到人們的重視。

生物學的分支

　　早期的生物學主要是對自然的觀察和描述，是關于博物學和形態分類的研究。所以生物學最早是按類群劃分學科的，如植物學、動物學、為生物學等。由于生物種類的多樣性，也由于人們對生物學的了解越來越多，學科的劃分也就越來越細，一門學科往往在劃分為若干學科。

　　按生物類群劃分學科，有利于從各個側面認識某一個自然類群的生物特點和規律性。但無論研究對象是什么，都不外乎分類、形態、生理、生化、生態、遺傳、進化等等。

　　生物在地球歷史中有著很長的發展歷史，大約有1500萬種生物已經滅絕，它們的遺骸保存在地層中形成化石。古生物學專門通過化石研究歷史上的生物；

　　生物的類群是如此的繁多，需要一個專門的學科來研究類群的劃分，就產生了分類學；

　　形態學是生物學中研究動植物的形態結構的學科；隨著顯微鏡的使用，形態學又深入到超微結構的領域，組織學和細胞學也就相應的建立起來了；

　　生理學是研究生物機能的學科，生理學的研究方法是以實驗為主；

　　遺傳學是研究生物性狀的遺傳和變異，闡明其規律的學科；

　　胚胎學是研究生物個體發育的學科；

　　生態學是研究生物與生物之間以及生物與環境之間的關系的學科。研究范圍包括個體、種群、群落、生態系統以及生物圈等層次。揭示生態系統中食物鏈、生產力、能量流動和物質循環的有關規律；

　　生物化學是研究生命物質的化學組成和生物體各種化學過程的學科，是進入20世紀以后迅速發展起來的一門學科。生物化學的成就提高了人們對生命本質的認識。生物化學側重于生命的化學過程、參與這一過程的物質、產品以及酶的作用機制的研究。分子生物學是從研究生物大分子的結構發展起來的，現在更多的仍是研究生物大分子的結構與功能的關系、以及基因的表達、調控等方面的機制；

　　生物物理學是用物理薛的概念和方法研究生物的結構、生命活動的物理和物理化學過程的學科。早期生物物理學的研究是從生物發光、生物電等問題開始的。隨著生物學、物理學的發展，新概念的產生和介入，生物物理的研究范圍和水平不斷加深加寬。產生了量子生物學、生物大分子晶體結構以及生物控制論等小分支；

　　生物數學是數學和生物學結合的產物，它的任務是研究生命過程中的數學規律。

　　生物界是一個多層次的復雜系統，為了揭示某一層次的規律以及和其他層次的關系，出現了按層次劃分的學科并且越來越受人們的重視。比如：分子生物學、細胞生物學、個體生物學、種群生物學等等。

　　總之，生物學中一些新的學科在不斷的分化出來，另一些學科又在走向融合。生物學分可的這種局面，反映了生物學極其豐富的內容，也反映了生物學蓬勃發展的景象。

研究生物學的意義

　　生物與人類生活的許多方面都有著非常密切的關系。生物學作為一門基礎科學，傳統上一直是農業和醫學的基礎，涉及種植業、畜牧業、養殖業、醫療、制藥、衛生等等。隨著生物學理論與方法的不斷進步，它的應用領域也在不斷擴大。現在，生物學的影響已經擴展到食品、化工、環境保護、能源、冶金等方面。如果考慮仿生學的因素，它還影響到了機械、電子技術、信息技術等等諸多領域的發展。