生物学

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生物学或稱生命科學生物科學,是一門由經驗主義出發,廣泛的研究生命的所有面向之自然科學,內容包括生命起源演化、分佈、构造发育、功能、行为、与环境的互動关系,以及生物分類學[1]生物學之英文「Biology」源於希臘文βίοςBio,意為生命,以及字尾-λογία-logia,意為學問,合併為“研究生命的學問”[2][3]。1802年,法国博物学拉马克最早提出这個名词。生物学內各領域之間彼此高度連結,與其它學科亦有密切關係。

历史[编辑]

现代生物学基础[编辑]

现代生物学的五大基础,也是主要的研究方向:[4]

  • 基因论基因是生物體遺傳的基本單位,基因對應一特定區域的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複製DNA,並依此產生蛋白質的能力。細胞將DNA的基因转录為對應的核糖核酸(RNA),然後核糖体將RNA轉譯為一串由胺基酸組成的蛋白質。由RNA轉換為胺基酸的遗传密码在大部份生物中是相同的,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[7]
  • 体内平衡:平衡是一個開放系統可以藉由許多彼此相關機制的動態平衡調整,使得其內在情形維持在穩定的狀態。所有的生物,不論是單細胞或是多細胞生物,都有体内平衡的機制[8]
一系統若要維持動態平衡,並且有效的進行調整,需要有能力偵測擾動,並且針對擾動進行回應。生物系統在偵測到擾動後,一般會利用負回授的方式回應。也就是藉由調整系統的條件,設法降低擾動的影響。就像若動物體內血糖濃度過低時,會釋放胰高血糖素增加血糖一様。
  • 能量:生物的生命存續取決於是否有持續的能量輸入。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,並建立新的細胞。在上述反應中,食物的組成分子扮演重要角色。這些分子中有些可以藉由生物體內的化學反應產生能量,有些則可以組成生物體中的其他分子。

研究概况[编辑]

生物学家從很多面向研究生物,因此產生很多研究領域。例如:

生物学本身不斷的快速發展,與其他學科的關聯整合也越來越多。一大原因是分子生物學在近代突飛猛進,終於導致人類基因序列定序完成。由此,為了解讀大量的基因資訊,促成了基因组學。為了探究基因和蛋白質的交互作用,開創出蛋白質组學。這些新的研究領域幫助解決疾病、糧食、環境生態等問題。其眾多的資訊則需要新的電腦演算法來處理。

结构[编辑]

生理[编辑]

演化[编辑]

分類與命名[编辑]

  • 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(Domain)、(Kingdom)、(phylum)、(class)、(order)、(family)、(genus)、(species)[9]

  • 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,後字是它的種小名 (種加詞),兩者合為種名。除了前字須首字母大寫,其餘字母都要小寫。一般使用拉丁文,或以其他語言詞作語源,再加上拉丁化後綴。例如中國近來發現的恐龍,有些學名是用中文拼音做語源的。

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

环境[编辑]

研究方法[编辑]

生物学家对于生命现象的研究通常采用观察实验的方法,通常这两种方法是一起使用的。

  • 观察是按生物的物理性状来描述生物的状况。通常是先对其外形及行为进行观察和描述,再把生物体解剖借助光学仪器对其内部结构进行观察。观察是多种多样的,有个体的观察也有群体的观察;有静态的观察也有动态的观察;有相同种类的观察也有不同种类的对比观察。
  • 实验是人为地改变一些条件来观测生物的变化和反应,以探究生命内在的因果关系,是认识生命活动的方法。

实验方法是人为地干预、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。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.van黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。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遗传学等学科。

  • 系统的方法 系统科学源自对还原论、机械论反省提出的有机体、综合哲学,从C.贝尔纳W.B.坎农揭示生物的稳态现象、维纳艾什比的控制论到贝塔郎菲的一般系统论,最早建立的是系统心理学系统生态学系统生理学等先后建立与发展,20世纪70-80年代系统论与生物学、系统生物学等概念发表。从香农信息论到I.普里戈津的耗散结构理论,将生命看作自组织化系统。细胞生物学、生化与分子生物学发展,艾根提出细胞、分子水平探讨的超循环理论,20世纪90年代中科院曾邦哲的系统遗传学及系统医药学、系统生物工程概念发表。随着基因组计划、生物信息学发展,高通量生物技术、生物计算软件设计的应用,带来系统生物学新的时期,国际、国内系统生物学研究机构建立而进入系统生物学时代。[原創研究?]

生物学主要分支[编辑]

參考文獻[编辑]

引用[编辑]

  1. ^ Aquarena Wetlands Project glossary of terms. Texas State University at San Marcos. (原始内容存档于2004-06-08). 
  2. ^ Who coined the term biology?. Info.com. [2012-06-03]. 
  3. ^ biology. Online Etymology Dictionary. 
  4. ^ Avila, Vernon L. Biology: investigating life on earth. Boston: Jones and Bartlett. 1995: 11—18. ISBN 0-86720-942-9. 
  5. ^ Mazzarello, P. A unifying concept: the history of cell theory. Nature Cell Biology. 1999, 1 (1): E13–E15. doi:10.1038/8964. PMID 10559875. 
  6. ^ De Duve, Christian. Life Evolving: Molecules, Mind, and Meaning. New York: Oxford University Press. 2002. 44. ISBN 0-19-515605-6. 
  7. ^ From SemBiosys, A New Kind Of Insulin INSIDE WALL STREET By Gene G. Marcial(AUGUST 13, 2007)
  8. ^ Kelvin Rodolfo, Explanation of Homeostasis on scientificamerican.com. Retrieved Oct. 16, 2009
  9. ^ Vienna Code, 2006.,Article 3,此處補注階層的拉丁名,括弧內前者為拉丁文,後為英文,相同者不另列出:界 (regnum, kingdom), 門(divisio or phylum, division or phylum), 綱 (classis, class), 目 (ordo, order), 科 (familia, family), 屬 (genus), 種 (species)。參閱國際植物命名法規
  10. ^ [Bold, H. C. et al. 1987.],p. 2. 此處或有與其他學門重複,且Bold強調,這些學門很難完全地分開,研究者屬於純科學或應用科學,可能會因時間不同而有不同程度的轉變。

书籍[编辑]

  • 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 0-06-040839-1

延伸閱讀[编辑]

  • Lynn Margulis: Five Kingdoms: An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth, 3rd ed., St. Martin's Press, 1997, paperback, ISBN 0-8050-7252-7 (There are numerous other editions)
  • Neil Campbell, Biology: Concepts & Connections (4th edition), Benjamin-Cummings Publishing Company, 2002, hardcover, 781 pages, ISBN 0-8053-6627-X A college-level textbook.

外部链接[编辑]

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参见[编辑]