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生物學

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生物學研究各種生命(順時針從左上角開始) 大腸桿菌蕨類植物瞪羚甲蟲類

生物學英語biology)或稱生物科學biological sciences)、生命科學英語life sciences),是自然科學的一大門類,由經驗主義出發,廣泛研究生命的所有方面,包括生命起源演化、分佈、構造發育、功能、行為、與環境的互動關係,以及生物分類學[1]。現代生物學是一個龐大而兼收並蓄的領域,由許多分支和分支學科組成。然而,儘管生物學的範圍很廣,在它裡面有某些一般和統一概念支配一切的學習和研究,把它整合成單一的,和連貫的領域。在總體上,生物認識到細胞作為生命的基本單位,基因作為遺傳的基本單元,和進化是推動新物種的合成和創建的引擎。今天人們還了解,所有生物體的生存以消耗和轉換能量,調節穩定體內環境為重要條件。

歷史[編輯]

生物學之英語單詞「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,法國博物學拉馬克最早提出這個名詞。

現代生物學基礎[編輯]

現代生物學的五大基礎,也是主要的研究方向:[4]

細胞學說[編輯]

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於間期,所以整個細胞核被標記。在左邊的細胞正在經歷有絲分裂和其DNA已凝聚。

細胞學說認為細胞生物的基本單位,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藉由細胞分裂的方式產生。多細胞生物一開始是從一個受精的單一細胞開始,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.[5]。此外,細胞之間能量轉移英語Energy transfer的現象稱為代謝,而細胞包含的遺傳資訊(DNA),在細胞分裂時也會傳遞給其他的細胞。

進化[編輯]

現代生物學認為生命是從進化而來,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在約35億年前[6]

遺傳學[編輯]

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的基因轉錄為對應的核糖核酸(RNA),然後核醣體將RNA轉譯為一串由胺基酸組成的蛋白質。由RNA轉換為胺基酸的遺傳密碼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]

體內平衡[編輯]

體內平衡(homeostatic):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,都有體內平衡的機制[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[編輯]

一個活的生物體的生存依賴於能量的連續輸入。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,組成食物化學物質分子扮演兩個重要角色。第一,這些分子中有些可以藉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系統的生物被稱為生產者或自養生物。幾乎所有的這些生物體最初都從太陽吸取能量。[9]

研究概況[編輯]

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:

生物學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基本完成。由此,為了解讀巨大數量的基因資訊,促成了基因組學。為了探究基因和蛋白質的交互作用,開創出蛋白質組學。這些新的研究領域幫助解決疾病、糧食、環境生態等問題。其眾多的研究資訊和積累海量研究資料則需要新的電腦演算法來處理。

結構[編輯]

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[10]。該領域與生物學的其他領域重疊,特別是遺傳學生物化學。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。

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,相互作用和環境

解剖學考慮的是宏觀結構的形式,例如器官和器官系統[11]

遺傳學是研究基因遺傳生物體的變異的科學[12][13]

生理[編輯]

演化[編輯]

分類與命名[編輯]

  • 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)[14]

  • 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。

生態和環境[編輯]

研究方法[編輯]

生物學家對於生命現象的研究通常採用觀察實驗的方法,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,再把生物體解剖藉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;有靜態的觀察也有動態的觀察;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係,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,並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世紀前後生物學中出現了最早的一批生物學實驗,如英國生理學家威廉·哈維關於血液循環的實驗,揚·巴普蒂斯塔·范·海爾蒙特關於柳樹生長的實驗等。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,然後是細菌學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遺傳學等學科。

生物學主要分支[編輯]

這些是生物學的主要分支[15][16]

圖集[編輯]

參考文獻[編輯]

引用[編輯]

  1. ^ Aquarena Wetlands Project glossary of terms. Texas State University at San Marcos. (原始內容存檔於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. ^ Bryant, D.A. and Frigaard, N.-U. Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated. Trends Microbiol. 2006, 14 (11): 488–96. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. PMID 16997562. 
  10. ^ Molecular Biology – Definition. biology-online.org. [2013-10-02]. 
  11. ^ Gray, Henry (1918) "Anatomy of the Human Body". 20th edition.
  12. ^ Anthony J. F. Griffiths ... Genetics and the Organism: Introduction. (編) Griffiths, Anthony J. F.; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. An Introduction to Genetic Analysis 7th. New York: W. H. Freeman. 2000. ISBN 0-7167-3520-2. 
  13. ^ Hartl D, Jones E. Genetics: Analysis of Genes and Genomes 6th. Jones & Bartlett. 2005. ISBN 0-7637-1511-5. 
  14. ^ 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
  15. ^ Branches of Biology. Biology-online.org. [2013-10-02]. 
  16. ^ Biology on. Bellaonline.com. [2013-10-02]. 
  17. ^ [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。

書籍[編輯]

  • 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[編輯]

  • 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.

外部連結[編輯]

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維基詞典上的詞義解釋:

參見[編輯]