“生物學(xué)”簡(jiǎn)介、含義、起源、歷史與發(fā)展

生物學(xué)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)系等的科學(xué)。人是生物的一種，也是生物學(xué)的研究對(duì)象。在自然科學(xué)還沒有發(fā)展的古代，人們對(duì)生物的五光十色、絢麗多彩迷惑不解，他們往往把生命和無生命看成是截然不同、沒有聯(lián)系的兩個(gè)領(lǐng)域，認(rèn)為生命不服從于無生命物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。不少人還將各種生命現(xiàn)象歸結(jié)為一種非物質(zhì)的力，即“活力”的作用。這些無根據(jù)的臆測(cè)，隨著生物學(xué)的發(fā)展而逐漸被拋棄，在現(xiàn)代生物學(xué)中已經(jīng)沒有立足之地了。20世紀(jì)特別是40年代以來，生物學(xué)吸收了數(shù)學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)等的成就，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)到生命是物質(zhì)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。生命的基本單位是細(xì)胞，它是由蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)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)。生命有許多為無生命物質(zhì)所不具備的特性。例如，生命能夠在常溫、常壓下合成多種有機(jī)化合物，包括復(fù)雜的生物大分子；能夠以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機(jī)器的生產(chǎn)效率來利用環(huán)境中的物質(zhì)和能制造體內(nèi)的各種物質(zhì)，而不排放污染環(huán)境的有害物質(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。揭露生命過程中的機(jī)制具有巨大的理論和實(shí)踐意義?，F(xiàn)代生物學(xué)是一個(gè)有眾多分支的龐大的知識(shí)體系，本文著重說明生物學(xué)研究的對(duì)象、分科、方法和意義。關(guān)于生命的本質(zhì)和生物學(xué)發(fā)展的歷史，將分別在“生命”、“生物學(xué)史”等條目中闡述。研究對(duì)象地球上現(xiàn)存的生物估計(jì)有200萬450萬種；已經(jīng)滅絕的種類更多，估計(jì)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)胞的水平來考察，有的生物尚不具備細(xì)胞形態(tài)，在已具有細(xì)胞形態(tài)的生物中，有的由原核細(xì)胞構(gòu)成，有的由真核細(xì)胞構(gòu)成。從組織結(jié)構(gòu)水平來看，有的是單生的或群體的單細(xì)胞生物，有的是多細(xì)胞生物，而多細(xì)胞生物又可根據(jù)組織器官的分化和發(fā)展而分為多種類型。從營(yíng)養(yǎng)方式來看，有的是光合自養(yǎng)，有的是吸收異養(yǎng)或腐食性異養(yǎng)，有的是吞食異養(yǎng)。從生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用來看，有的是有機(jī)食物的生產(chǎn)者，有的是消費(fèi)者，有的是分解者，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，將生物分為若干界。當(dāng)前比較通行的是美國(guó)RH惠特克于1969年提出的5界系統(tǒng)。他將細(xì)菌、藍(lán)菌等原核生物劃為原核生物界，將單細(xì)胞的真核生物劃為原生生物界，將多細(xì)胞的真核生物按營(yíng)養(yǎng)方式劃分為營(yíng)光合自養(yǎng)的植物界、營(yíng)吸收異養(yǎng)的真菌界和營(yíng)吞食異養(yǎng)的動(dòng)物界。中國(guó)生物學(xué)家陳世驤于1979年提出6界系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)由非細(xì)胞總界、原核總界和真核總界3個(gè)總界組成，代表生物進(jìn)化的3個(gè)階段。非細(xì)胞總界中只有1界，即病毒界。原核總界分為細(xì)菌界和藍(lán)菌界。真核總界包括植物界、真菌界和動(dòng)物界，它們代表真核生物進(jìn)化的3條主要路線。非細(xì)胞生命形態(tài)病毒不具備細(xì)胞形態(tài)，由一個(gè)核酸長(zhǎng)鏈和蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成。根據(jù)組成核酸的核苷酸數(shù)目計(jì)算，每一病毒顆粒的基因最多不過300個(gè)。寄生于細(xì)菌的病毒稱為噬菌體。病毒沒有自己的代謝機(jī)構(gòu)，沒有酶系統(tǒng)，也不能產(chǎn)生腺苷三磷酸（ATP）。因此病毒離開了寄主細(xì)胞，就成了沒有任何生命活動(dòng)，也不能獨(dú)立地自我繁殖的化學(xué)物質(zhì)。只有在進(jìn)入寄主細(xì)胞之后，它才可以利用活細(xì)胞中的物質(zhì)和能，以及復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的全套裝備，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，因而也是能夠演化的。由于病毒沒有獨(dú)立的代謝機(jī)構(gòu)，也不能獨(dú)立地繁殖，因而被認(rèn)為是一種不完整的生命形態(tài)。關(guān)于病毒的起源，有人認(rèn)為病毒是由于寄生生活而高度退化的生物；有人認(rèn)為病毒是從真核細(xì)胞脫離下來的一部分核酸和蛋白質(zhì)顆粒；更多的人認(rèn)為病毒是細(xì)胞形態(tài)發(fā)生以前的更低級(jí)的生命形態(tài)。近年發(fā)現(xiàn)了比病毒還要簡(jiǎn)單的類病毒，它是小的RNA分子，沒有蛋白質(zhì)外殼。另外還發(fā)現(xiàn)一類只有蛋白質(zhì)卻沒有核酸的朊粒，它可以在哺乳動(dòng)物身上造成慢性疾病。這些不完整的生命形態(tài)的存在縮小了無生命與生命之間的距離，說明無生命與生命之間沒有不可逾越的鴻溝。因此，在原核生物之下，另辟一界，即病毒界是比較合理的。原核生物原核細(xì)胞和真核細(xì)胞是細(xì)胞的兩大基本類型，它們反映細(xì)胞進(jìn)化的兩個(gè)階段。把具有細(xì)胞形態(tài)的生物劃分為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)胞的主要特征是沒有線粒體、質(zhì)體等膜細(xì)胞器，染色體只是一個(gè)環(huán)狀的DNA分子，不含組蛋白及其他蛋白質(zhì)，沒有核膜。原核生物包括細(xì)菌和藍(lán)菌，它們都是單生的或群體的單細(xì)胞生物。細(xì)菌是只有通過顯微鏡才能看到的原核生物。大多數(shù)細(xì)菌都有細(xì)胞壁，其主要成分是肽聚糖而不是纖維素。細(xì)菌的主要營(yíng)養(yǎng)方式是吸收異養(yǎng)，它分泌水解酶到體外，將大分子的有機(jī)物分解為小分子，然后將小分子營(yíng)養(yǎng)物吸收到體內(nèi)。細(xì)菌在地球上幾乎無處不在，它們繁殖得很快，數(shù)量極大，在生態(tài)系統(tǒng)中是重要的分解者，在自然界的氮素循環(huán)和其他元素循環(huán)中起著重要作用（見土壤礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化）。有些細(xì)菌能使無機(jī)物氧化，從中取得能來制造食物；有些細(xì)菌含有細(xì)菌葉綠素，能進(jìn)行光合作用。但是細(xì)菌光合作用的電子供體不是水而是其他化合物如硫化氫等。所以細(xì)菌的光合作用是不產(chǎn)氧的光合作用。細(xì)菌的繁殖為無性繁殖，在某些種類中存在兩個(gè)細(xì)胞間交換遺傳物質(zhì)的一種原始的有性過程細(xì)菌接合。枝原體、立克次氏體和衣原體均屬細(xì)菌。枝原體無細(xì)胞壁，細(xì)胞非常微小，甚至比某些大的病毒粒還小，能通過細(xì)菌濾器，是能夠獨(dú)立地進(jìn)行生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)的最小的生命形態(tài)。立克次氏體的酶系統(tǒng)不完全，它只能氧化谷氨酸，而不能氧化葡萄糖或有機(jī)酸以產(chǎn)生ATP。衣原體沒有能量代謝系統(tǒng)，不能制造ATP。大多數(shù)立克次氏體和衣原體不能獨(dú)立地進(jìn)行代謝活動(dòng)，被認(rèn)為是介于細(xì)菌和病毒之間的生物。藍(lán)菌是行光合自養(yǎng)的原核生物，是單生的，或群體的，也有多細(xì)胞的。和細(xì)菌一樣，藍(lán)菌細(xì)胞壁的主要成分也是肽聚糖，細(xì)胞也沒有核膜和細(xì)胞器，如線粒體、高爾基器、葉綠體等。但藍(lán)菌細(xì)胞有由膜組成的光合片層，這是細(xì)菌所沒有的。藍(lán)菌含有葉綠素A，這是高等植物也含有的而為細(xì)菌所沒有的一種葉綠素。藍(lán)菌還含有類胡蘿卜素和藍(lán)色色素藻藍(lán)蛋白，某些種還有紅色色素藻紅蛋白，這些光合色素分布于質(zhì)膜和光合片層上。藍(lán)菌的光合作用和綠色植物的光合作用一樣，用于還原CO2產(chǎn)生的H，因而伴隨著有機(jī)物的合成還產(chǎn)生分子氧，這和光合細(xì)菌的光合作用截然不同。最早的生命是在無游離氧的還原性大氣環(huán)境中發(fā)生的（見生命起源），所以它們應(yīng)該是厭氧的，又是異養(yǎng)的。從厭氧到好氧，從異養(yǎng)到自養(yǎng)，是進(jìn)化史上的兩個(gè)重大突破。藍(lán)菌光合作用使地球大氣從缺氧變?yōu)橛醒酰@樣就改變了整個(gè)生態(tài)環(huán)境，為好氧生物的發(fā)生創(chuàng)造了條件，為生物進(jìn)化展開了新的前景。在現(xiàn)代地球生態(tài)系統(tǒng)中，藍(lán)菌仍然是生產(chǎn)者之一。近年發(fā)現(xiàn)的原綠藻，含葉綠素A、葉綠素B和類胡蘿卜素。從它們的光合色素的組成以及它們的細(xì)胞結(jié)構(gòu)來看，很像綠藻和高等植物的葉綠體，因此受到生物學(xué)家的重視。真核生物和原核細(xì)胞相比，真核細(xì)胞是結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的細(xì)胞。它有線粒體等各種膜細(xì)胞器，有圍以雙層膜的細(xì)胞核，把位于核內(nèi)的遺傳物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)分開。DNA為長(zhǎng)鏈分子，與組蛋白以及其他蛋白結(jié)合而成染色體。真核細(xì)胞的分裂為有絲分裂和減數(shù)分裂，分裂的結(jié)果使復(fù)制的染色體均等地分配到子細(xì)胞中去。原生生物是最原始的真核生物。原生生物的原始性不但表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)水平上，即停留在單細(xì)胞或其群體的水平，不分化成組織；也表現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)方式的多樣性上。原生生物有自養(yǎng)的、異養(yǎng)的和混合營(yíng)養(yǎng)的。例如，眼蟲能進(jìn)行光合作用，也能吸收溶解于水中的有機(jī)物。金黃滴蟲除自養(yǎng)和腐食性營(yíng)養(yǎng)外，還能和動(dòng)物一樣吞食有機(jī)食物顆粒。所以這些生物還沒有明確地分化為動(dòng)物、植物或真菌。根據(jù)這些特性，RH惠特克吸收上世紀(jì)E?？藸柕囊庖姡瑢⒃锪袨樗?界系統(tǒng)中的1界，即原生生物界。但是有些科學(xué)家主張撤銷這1界，他們的理由是原生生物界所包含的生物種類過于龐雜，大部分原生生物顯然可以歸入動(dòng)物、植物或者真菌，那些處于中間狀態(tài)的原生生物也不難使用分類學(xué)的分析方法適當(dāng)?shù)卮_定歸屬。植物是以光合自養(yǎng)為主要營(yíng)養(yǎng)方式的真核生物。典型的植物細(xì)胞都含有液泡和以纖維素為主要成分的細(xì)胞壁。細(xì)胞質(zhì)中有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器即含有光合色素的質(zhì)體葉綠體。綠藻和高等植物的葉綠體中除葉綠素A外，還有葉綠素B。多種水生藻類，因輔助光合色素的組成不同，而呈現(xiàn)出不同的顏色。植物的光合作用都是以水為電子供體的，因而都是放氧的。光合自養(yǎng)是植物界的主要營(yíng)養(yǎng)方式，只有某些低等的單細(xì)胞藻類，進(jìn)行混合營(yíng)養(yǎng)。少數(shù)高等植物是寄生的，行次生的吸收異養(yǎng)，還有很少數(shù)高等植物能夠捕捉小昆蟲，進(jìn)行吸收異養(yǎng)。植物界從單細(xì)胞綠藻到被子植物是沿著適應(yīng)光合作用的方向發(fā)展的。在高等植物中植物體發(fā)生了光合器官葉、支持器官莖以及用于固定和吸收的器官（根）的分化。葉柄和眾多分枝的莖支持片狀的葉向四面展開，以獲得最大的光照和吸收CO2的面積。細(xì)胞也逐步分化形成專門用于光合作用、輸導(dǎo)和覆蓋等各種組織。大多數(shù)植物的生殖是有性生殖，形成配子體和孢子體世代交替的生活史。在高等植物中，孢子體不斷發(fā)展分化，而配子體則趨于簡(jiǎn)化。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源。真菌是以吸收為主要營(yíng)養(yǎng)方式的真核生物。真菌的細(xì)胞有細(xì)胞壁，至少在生活史的某一階段是如此。細(xì)胞壁多含幾丁質(zhì)，也有含纖維素的。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)胞壁從無幾丁質(zhì)。真菌細(xì)胞沒有質(zhì)體和光合色素。少數(shù)真菌是單細(xì)胞的，如酵母菌。多細(xì)胞真菌的基本構(gòu)造是分枝或不分枝的菌絲。一整團(tuán)菌絲叫菌絲體。有的菌絲以橫隔分成多個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞有一個(gè)或多個(gè)核，有的菌絲無橫隔而成為多核體。菌絲有吸收水分和養(yǎng)料的機(jī)能。菌絲體常疏松如蛛網(wǎng)，以擴(kuò)大吸收面積。真菌的繁殖能力很強(qiáng)，繁殖方式多樣，主要是以無性或有性生殖產(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，分解作用的范圍也許比細(xì)菌還要大一些。粘菌是一種特殊的真菌。它的生活史中有一段是真菌性的，而另一段則是動(dòng)物性的，其結(jié)構(gòu)、行為和取食方法與變形蟲相似。粘菌被認(rèn)為是介于真菌和動(dòng)物之間的生物。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、消化和吸收等一系列復(fù)雜的過程。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，然后透過膜而進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞質(zhì)中溶酶體與之融合，是為細(xì)胞內(nèi)消化。多細(xì)胞動(dòng)物在進(jìn)化過程中，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)消化道吸收，并通過循環(huán)系統(tǒng)而被輸送給身體各部的細(xì)胞。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)、進(jìn)行氣體交換的外呼吸系統(tǒng)以及復(fù)雜的感覺器官、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等組成了復(fù)雜的自我調(diào)節(jié)和自我控制的機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)和控制著全部生理過程。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，即在地球上只有藍(lán)菌和細(xì)菌時(shí)，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)展成由生產(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)間過程，又是空間發(fā)展過程。生物從時(shí)間的歷史淵源和空間的生活關(guān)系來講，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。人們對(duì)這些共同的特征、屬性和規(guī)律的認(rèn)識(shí)，使內(nèi)容十分豐富的生物學(xué)成為統(tǒng)一的知識(shí)體系。生物化學(xué)的同一性大量實(shí)驗(yàn)研究表明，組成生物體生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，在原則上是相同的。例如各種生物的蛋白質(zhì)的單體都是氨基酸，種類不過20種左右，各種生物的核酸的單體都是核苷酸，種類不過8種，這些單體都以相同的方式組成蛋白質(zhì)或者核酸的長(zhǎng)鏈，它們的功能對(duì)于所有生物都是一樣的。在不同的生物體內(nèi)基本代謝途徑也是相同的，甚至在代謝途徑中各個(gè)不同步驟所需要的酶也是基本相同的。不同生物體在代謝過程中都以ATP的形式傳遞能量。生物化學(xué)的同一性深刻地揭示了生物的統(tǒng)一性。多層次的結(jié)構(gòu)模式19世紀(jì)德國(guó)科學(xué)家MJ施萊登和TAH施萬提出細(xì)胞學(xué)說，認(rèn)為動(dòng)、植物都是由相同的基本單位細(xì)胞所組成。這對(duì)于病毒以外的一切生物，從細(xì)菌到人都是適用的。細(xì)胞是由大量原子和分子所組成的非均質(zhì)的系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)上，細(xì)胞是由蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、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，特別是核酸和蛋白質(zhì)的系統(tǒng)；從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，細(xì)胞又是遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)。所有這些，對(duì)于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞都是一樣的。除細(xì)胞外，生物還有其他結(jié)構(gòu)單位。在細(xì)胞之下有細(xì)胞器、分子和原子，在細(xì)胞之上有組織、器官、器官系統(tǒng)、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、生物圈等單位（見彩圖）。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)，稱為結(jié)構(gòu)層次。在每一個(gè)層次上表現(xiàn)出的生命活動(dòng)不僅取決于它的組成成分的相互作用，而且取決于特定的有序結(jié)構(gòu)，因此在較高層次上可能出現(xiàn)較低的層次所不曾出現(xiàn)的性質(zhì)和規(guī)律。有序性和耗散結(jié)構(gòu)生物是由大量分子和原子組成的宏觀系統(tǒng)（相對(duì)于研究亞原子事件的微觀系統(tǒng)而言），它的代謝歷程和空間結(jié)構(gòu)都是有序的。熱力學(xué)第二定律指出，物理的化學(xué)的變化導(dǎo)致系統(tǒng)的無序性或隨機(jī)性即熵的增加。生物無休止的新陳代謝，不可避免地使系統(tǒng)內(nèi)部的熵增漲，從而干擾和破壞系統(tǒng)的有序性。現(xiàn)代生物學(xué)證明，在生物體中同時(shí)還存在一種使熵減少的機(jī)制。20世紀(jì)60年代，I普里戈任提出耗散結(jié)構(gòu)理論。按此理論，生物體是遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，它從環(huán)境中吸取以食物形式存在的低熵狀態(tài)的物質(zhì)和能，把它們轉(zhuǎn)化為高熵狀態(tài)后排出體外。這種不對(duì)稱的交換使生物體和外界熵的交流出現(xiàn)負(fù)值，這樣就可能抵消系統(tǒng)內(nèi)熵的增漲。生物有序正是依賴新陳代謝這種能量耗散過程得以產(chǎn)生和維持的。（見耗散結(jié)構(gòu)和生物有序）穩(wěn)態(tài)生物對(duì)體內(nèi)的各種生命過程有良好的調(diào)節(jié)能力。生物所處的環(huán)境是多變的，但生物能夠?qū)Νh(huán)境的刺激作出反應(yīng)，通過自我調(diào)節(jié)保持自身的穩(wěn)定。例如，人的體溫保持在37上下，血液的酸度保持在PH74左右等。這一概念先是由法國(guó)生物學(xué)家C貝爾納提出的。他指出身體內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定是自由和獨(dú)立生活的條件。后來，美國(guó)生理學(xué)家WB坎農(nóng)揭示內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定是通過一系列調(diào)節(jié)機(jī)制來保證的，并提出“穩(wěn)態(tài)”一詞。穩(wěn)態(tài)概念的應(yīng)用現(xiàn)在已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出個(gè)體內(nèi)環(huán)境的范圍。生物體的生物化學(xué)成分、代謝速率等都趨向穩(wěn)態(tài)水平，甚至一個(gè)生物群落、生態(tài)系統(tǒng)在沒有激烈外界因素的影響下，也都處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。生命的連續(xù)性1855年RC菲爾肖提出，所有的細(xì)胞都來自原已存在的細(xì)胞。這個(gè)概念對(duì)于現(xiàn)存的所有生物來說是正確的。除了最早的生命是從無生命物質(zhì)在當(dāng)時(shí)的地球環(huán)境條件下發(fā)生的以外，生物只能來自已經(jīng)存在的生物。只能通過繁殖來實(shí)現(xiàn)從親代到子代的延續(xù)。因此，遺傳是生命的基本屬性。1866年GJ孟德爾通過豌豆雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了遺傳因子的分離規(guī)律和自由組合規(guī)律。20世紀(jì)20年代，以TH摩爾根為代表的一批科學(xué)家提出基因論，證明孟德爾假設(shè)的因子就是在染色體上線性排列的基因，補(bǔ)充了一個(gè)新的規(guī)律，即基因的連鎖和交換規(guī)律，并證明這些規(guī)律在動(dòng)物界和植物界是普遍適用的。40年代，J萊德伯格發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的有性雜交，M德爾布呂克發(fā)現(xiàn)了噬菌體的交叉重組現(xiàn)象，從而證明病毒、原核生物和動(dòng)物、植物都遵循同樣的遺傳規(guī)律。分子生物學(xué)的發(fā)展證明一切生物的基因的化學(xué)實(shí)體都是核酸（DNA和RNA），遺傳信息都是以核苷酸的排列來編碼的，DNA以半保留復(fù)制產(chǎn)生新的拷貝。在分子水平上，生命的連續(xù)性首先表現(xiàn)在基因物質(zhì)DNA的連續(xù)性上。個(gè)體發(fā)育通常是指多細(xì)胞生物從單個(gè)生殖細(xì)胞到成熟個(gè)體的成長(zhǎng)過程。生物在一生中，每個(gè)細(xì)胞、每個(gè)組織、器官都隨時(shí)間而發(fā)展變化，它在任何一個(gè)特定時(shí)間的狀態(tài)都是本身發(fā)育的結(jié)果。生物個(gè)體發(fā)育是按一定的生長(zhǎng)模式進(jìn)行的穩(wěn)定過程。個(gè)體發(fā)育的概念對(duì)單細(xì)胞生物和病毒在原則上也是適用的。單細(xì)胞生物從一代到下一代經(jīng)歷一定的細(xì)胞周期，病毒的發(fā)育也要經(jīng)歷遺傳物質(zhì)的復(fù)制，結(jié)構(gòu)蛋白的合成以及病毒顆粒的裝配過程。因此，所有的生物都有各自的按一定規(guī)律進(jìn)行的生活史。對(duì)于個(gè)體發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程。1797年CF沃爾夫發(fā)表發(fā)生論，對(duì)雞胚的發(fā)育過程作了較為詳細(xì)的描述。19世紀(jì)初M貝爾提出胚層理論，指出胚胎組織和器官的發(fā)生是以內(nèi)、中、外三個(gè)胚層為出發(fā)點(diǎn)的。20世紀(jì)初，H施佩曼及其學(xué)派通過把胚胎組織從一處移植到另一處能改變其發(fā)育過程和方向的實(shí)驗(yàn)，證明了胚胎發(fā)育是通過各部分的相互作用而完成的，現(xiàn)代生物學(xué)證明，個(gè)體發(fā)育是由遺傳信息所控制的，不論是在分子層次上，還是在細(xì)胞、組織、個(gè)體層次上，發(fā)育的基本模式都是由基因決定的。進(jìn)化1859年CR達(dá)爾文所著物種起源的出版，創(chuàng)立了以自然選擇為基礎(chǔ)的生物進(jìn)化論。進(jìn)化是普遍的生物學(xué)現(xiàn)象。每個(gè)細(xì)胞、每種生物都有自己的演變歷史，都在隨著時(shí)間的發(fā)展而變化，它們目前的狀態(tài)是它們本身進(jìn)化演變的結(jié)果。進(jìn)化導(dǎo)致物種的分化，生物不再被認(rèn)為是一大堆彼此毫無聯(lián)系的、偶然的、“神造的”不變的物種。生物世界是一個(gè)統(tǒng)一的自然譜系，各種生物，歸根結(jié)底，都來自一個(gè)最原始的生命類型。生物不僅有一個(gè)復(fù)雜的縱深層次（從生物圈到生物大分子），它還具有個(gè)體發(fā)育歷史和種系進(jìn)化歷史，有一個(gè)極廣闊的歷史橫幅。生態(tài)系統(tǒng)中的相互關(guān)系在自然界里，生物的個(gè)體總是組成種群，不同的種群彼此相互依賴，相互作用形成群落。群落和它所在的無生命環(huán)境組成了生物地理復(fù)合體生態(tài)系統(tǒng)。在生態(tài)系統(tǒng)中，不同的種群具有不同的功能和作用。譬如，綠色植物是生產(chǎn)者，它能利用日光能制造食物；動(dòng)物包括人在內(nèi)是消費(fèi)者；細(xì)菌和真菌是分解者。生物彼此之間以及它們和環(huán)境之間的相互關(guān)系決定了生態(tài)系統(tǒng)所具有的性質(zhì)和特點(diǎn)。任何一個(gè)生物，它的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，生活習(xí)性和行為，同它在生態(tài)系統(tǒng)中的作用和地位總是相對(duì)適應(yīng)的。這種適應(yīng)是長(zhǎng)期演變的結(jié)果，是自然選擇的結(jié)果。根據(jù)上面這些敘述，不難看到，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。生物就是這樣的一個(gè)統(tǒng)一而又多樣的物質(zhì)世界。因而，生物學(xué)也就是一個(gè)統(tǒng)一而又十分豐富的知識(shí)領(lǐng)域。研究方法生物學(xué)的一些基本研究方法觀察描述的方法、比較的方法和實(shí)驗(yàn)的方法等是在生物學(xué)發(fā)展進(jìn)程中逐步形成的。在生物學(xué)的發(fā)展史上，這些方法依次興起，成為一定時(shí)期的主要研究手段?，F(xiàn)在，這些方法綜合而成現(xiàn)代生物學(xué)研究方法體系。觀察描述的方法在17世紀(jì)，近代自然科學(xué)發(fā)展的早期，生物學(xué)的研究方法同物理學(xué)研究方法大不相同。物理學(xué)研究的是物體可測(cè)量的性質(zhì)，即時(shí)間、運(yùn)動(dòng)和質(zhì)量。物理學(xué)把數(shù)學(xué)應(yīng)用于研究物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這些量之間存在著相互關(guān)系，并用演繹法推算出這些關(guān)系的后果。生物學(xué)的研究則是考察那些將不同生物區(qū)別開來的、往往是不可測(cè)量的性質(zhì)。生物學(xué)用描述的方法來記錄這些性質(zhì)，再用歸納法，將這些不同性質(zhì)的生物歸并成不同的類群。18世紀(jì)，由于新大陸的開拓和許多探險(xiǎn)家的活動(dòng)，生物學(xué)記錄的物種幾倍、幾十倍地增長(zhǎng)，于是生物分類學(xué)首先發(fā)展起來。生物分類學(xué)者搜集物種進(jìn)行鑒別、整理，描述的方法獲得巨大發(fā)展。要明確地鑒別不同物種就必須用統(tǒng)一的、規(guī)范的術(shù)語為物種命名，這又需要對(duì)各種各樣形態(tài)的器官作細(xì)致的分類，并制定規(guī)范的術(shù)語為器官命名。這一繁重的術(shù)語制定工作，主要是CVON林奈完成的。人們使用這些比較精確的描述方法收集了大量動(dòng)、植物分類學(xué)材料及形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)的材料。比較的方法18世紀(jì)下半葉，生物學(xué)不僅積累了大量分類學(xué)材料，而且積累了許多形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)的材料。在這種情況下，僅僅作分類研究已經(jīng)不夠了，需要全面地考察物種的各種性狀，分析不同物種之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)，將它們歸并成自然的類群。比較的方法便被應(yīng)用于生物學(xué)。運(yùn)用比較的方法研究生物，是力求從物種之間的類似性找到生物的結(jié)構(gòu)模式、原型甚至某種共同的結(jié)構(gòu)單元。G居維葉在動(dòng)物學(xué)方面，JWVON歌德在植物學(xué)方面，是用比較方法研究生物學(xué)問題的著名學(xué)者。用比較的方法研究生物，愈來愈深刻地揭示動(dòng)物和植物結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性，勢(shì)必觸及各個(gè)不同類型生物的起源問題。19世紀(jì)中葉，達(dá)爾文的進(jìn)化論戰(zhàn)勝了特創(chuàng)論和物種不變論。進(jìn)化論的勝利又給比較的方法以巨大的影響。早期的比較，還僅僅是靜態(tài)的共時(shí)的比較，在進(jìn)化論確立后，比較就成為動(dòng)態(tài)的歷史的比較了?，F(xiàn)存的任何一個(gè)物種以及生物的任何一種形態(tài)，都是長(zhǎng)期進(jìn)化的產(chǎn)物，因而用比較的方法，從歷史發(fā)展的角度去考察，是十分必要的。早期的生物學(xué)僅僅是對(duì)生物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)作宏觀的描述。1665年英國(guó)R胡克用他自制的復(fù)式顯微鏡，觀察軟木片，看到軟木是由他稱為細(xì)胞的盒狀小室組成的。從此，生物學(xué)的觀察和描述進(jìn)入了顯微領(lǐng)域。但是在17世紀(jì)，人們還不能理解細(xì)胞這樣的顯微結(jié)構(gòu)有何等重要意義。那時(shí)的顯微鏡未能消除使影像失真的色環(huán)，因而還不能清楚地辨認(rèn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)。19世紀(jì)30年代，消色差顯微鏡問世，使人們得以觀察到細(xì)胞的內(nèi)部情況。18381839年施萊登和施萬的細(xì)胞學(xué)說提出細(xì)胞是一切動(dòng)植物結(jié)構(gòu)的基本單位。比較形態(tài)學(xué)者和比較解剖學(xué)者多年來苦心探求生物的基本結(jié)構(gòu)單元，終于有了結(jié)果。細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞學(xué)說的建立是觀察和描述深入到顯微領(lǐng)域所獲得的成果，也是比較方法研究的一個(gè)重要成果。實(shí)驗(yàn)的方法前面提到的觀察和描述的方法有時(shí)也要對(duì)研究對(duì)象作某些處理，但這只是為了更好地觀察自然發(fā)生的現(xiàn)象，而不是要考察這種處理所引起的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)方法則是人為地干預(yù)、控制所研究的對(duì)象，并通過這種干預(yù)和控制所造成的效應(yīng)來研究對(duì)象的某種屬性。實(shí)驗(yàn)的方法是自然科學(xué)研究中最重要的方法之一。17世紀(jì)前后生物學(xué)中出現(xiàn)了最早的一批生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，如英國(guó)生理學(xué)家W哈維關(guān)于血液循環(huán)的實(shí)驗(yàn)，JBVAN黑爾蒙特關(guān)于柳樹生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)等。然而在那時(shí)，生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)并沒有發(fā)展起來，這是因?yàn)槲锢韺W(xué)、化學(xué)還沒有為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備好條件，活力論還占統(tǒng)治地位。很多人甚至認(rèn)為，用實(shí)驗(yàn)的方法研究生物學(xué)只能起很小的作用。到了19世紀(jì)，物理學(xué)、化學(xué)比較成熟了，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)就有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因而首先是生理學(xué)，然后是細(xì)菌學(xué)和生物化學(xué)相繼成為明確的實(shí)驗(yàn)性的學(xué)科。19世紀(jì)80年代，實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)一步被應(yīng)用到了胚胎學(xué)，細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)等學(xué)科。到了20世紀(jì)30年代，除了古生物學(xué)等少數(shù)學(xué)科，大多數(shù)的生物學(xué)領(lǐng)域都因?yàn)閼?yīng)用了實(shí)驗(yàn)方法而取得新進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)方法當(dāng)然包含著對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行某種處理，然而更重要的則是它的思維方式。用實(shí)驗(yàn)的方法研究某一生命過程，要求根據(jù)已有事實(shí)提出假說，并根據(jù)假說推導(dǎo)出一個(gè)可以用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)測(cè)，就說明假說是正確的。在這里，假說必須是可以用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證的，而且只有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，假說才可能上升為學(xué)說或理論。實(shí)驗(yàn)方法的使用大大加強(qiáng)了研究工作的精確性。19世紀(jì)以來，實(shí)驗(yàn)方法成為生物學(xué)主要的研究方法后，生物學(xué)發(fā)生巨大變化，成為精確的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。20世紀(jì)，實(shí)驗(yàn)方法獲得巨大發(fā)展，然而單純觀察或描述方法，仍然是生物學(xué)的基本研究方法。生物體具有多層次的復(fù)雜的形態(tài)結(jié)構(gòu)。每一個(gè)歷史時(shí)期都有形態(tài)描述的任務(wù)。20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了電子顯微鏡，使觀察和描述深入到超微世界。人們通過電子顯微鏡看到了枝原體和病毒，也看到了細(xì)胞器的超微結(jié)構(gòu)。由于細(xì)胞是生命的最小單位，是生命活動(dòng)的最小的系統(tǒng)，因而揭示它構(gòu)造上的細(xì)節(jié)，對(duì)揭示生命的本質(zhì)具有重大的意義。比較的方法在20世紀(jì)也有新的進(jìn)展，它已經(jīng)不限于生物體的宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的比較，而是深入到不同屬種的蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的比較，如不同物種的細(xì)胞色素C的化學(xué)結(jié)構(gòu)的測(cè)定和比較。根據(jù)其差異程度可以對(duì)物種的親緣關(guān)系給出定量的估計(jì)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在20世紀(jì)突飛猛進(jìn)。隨著現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)的發(fā)展，生物學(xué)新的實(shí)驗(yàn)方法紛紛出現(xiàn)。層析、分光光度法、電泳、超速離心、同位素示蹤、X射線衍射分析、示波器、激光、電子計(jì)算機(jī)等相繼應(yīng)用于生物學(xué)研究。細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、基因操作、單克隆抗體、酶和細(xì)胞固定化以及連續(xù)發(fā)酵等新技術(shù)紛紛建立，使生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)條件的控制更為有效、嚴(yán)格，觀察和測(cè)量更為精密，這就有可能詳盡地探索生物體內(nèi)物質(zhì)的、能的和信息的動(dòng)態(tài)過程。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展使生物學(xué)取得一系列輝煌的成就。由新型的實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展而來的生物工程，包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程，已經(jīng)成為當(dāng)代新技術(shù)革命的重要內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)研究往往帶有分析的性質(zhì)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)分析已經(jīng)深入到分子的層次，生物大分子本身并不具有生命屬性，只有這些生物大分子形成細(xì)胞這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，才表現(xiàn)出生命的活動(dòng)。沒有活的分子，只有活的系統(tǒng)。在每一個(gè)層次上，新的生物學(xué)規(guī)律總是作為系統(tǒng)的和整體的規(guī)律而出現(xiàn)的。對(duì)于生物學(xué)來說，既需要有精確的實(shí)驗(yàn)分析，又需要從整體和系統(tǒng)的角度來觀察生命。19241928年LVON貝塔蘭菲提出系統(tǒng)論思想，認(rèn)為一切生物是時(shí)空上有限的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一種自然系統(tǒng)。19321934年，他提出用數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)模型來研究生物學(xué)。半個(gè)世紀(jì)以來，系統(tǒng)論取得了很大發(fā)展，涌現(xiàn)出許多定量處理系統(tǒng)問題的數(shù)學(xué)理論。生物學(xué)也積累了大量關(guān)于各個(gè)層次生命系統(tǒng)及其組成成分的實(shí)驗(yàn)資料。今天，對(duì)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，系統(tǒng)論方法將作為新的研究方法而受到人們的重視。分科生物學(xué)的分支學(xué)科各有一定的研究?jī)?nèi)容而又相互依賴、互相交叉。此外，生命作為一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)，有它自己的生物學(xué)規(guī)律，同時(shí)又包含并遵循物理和化學(xué)的規(guī)律。因此，生物學(xué)同物理學(xué)、化學(xué)有著密切的關(guān)系。生物分布于地球表面，是構(gòu)成地球景觀的重要因素。因此，生物學(xué)和地學(xué)也是互相滲透、互相交叉的。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)、微生物學(xué)等。由于生物種類的多樣性，也由于人們對(duì)生物學(xué)的了解越來越多，學(xué)科的劃分也就越來越細(xì)，一門學(xué)科往往要再劃分為若干學(xué)科，例如植物學(xué)可劃分為藻類學(xué)、苔蘚植物學(xué)、蕨類植物學(xué)等；動(dòng)物學(xué)劃分為原生動(dòng)物學(xué)、昆蟲學(xué)、魚類學(xué)、鳥類學(xué)等；微生物不是一個(gè)自然的生物類群，只是一個(gè)人為的劃分，一切微小的生物如細(xì)菌以及單細(xì)胞真菌、藻類、原生動(dòng)物都可稱為微生物，不具細(xì)胞形態(tài)的病毒也可列入微生物之中。因而微生物學(xué)進(jìn)一步分為細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、病毒學(xué)等。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。但無論具體對(duì)象是什么，研究課題都不外分類、形態(tài)、生理、生化、生態(tài)、遺傳、進(jìn)化等方面。為了強(qiáng)調(diào)按類型劃分的學(xué)科已經(jīng)不僅包括形態(tài)、分類等比較經(jīng)典的內(nèi)容，而且包括其他各個(gè)過程和各種層次的內(nèi)容，人們傾向于把植物學(xué)稱為植物生物學(xué)，把動(dòng)物學(xué)稱為動(dòng)物生物學(xué)。生物在地球歷史中有著40億年左右的發(fā)展進(jìn)化歷程。大約有1500萬種生物已經(jīng)絕滅，它們的一些遺骸保存在地層中形成化石。古生物學(xué)專門通過化石研究地質(zhì)歷史中的生物，早期古生物學(xué)多偏重于對(duì)化石的分類和描述，近年來生物學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)分支學(xué)科被引入古生物學(xué)，相繼產(chǎn)生古生態(tài)學(xué)、古生物地理學(xué)等分支學(xué)科?，F(xiàn)在有人建議，以廣義的古生物生物學(xué)代替原來限于對(duì)化石進(jìn)行分類描述的古生物學(xué)。生物的類群是如此的繁多，需要一個(gè)專門的學(xué)科來研究類群的劃分，這個(gè)學(xué)科就是分類學(xué)。林奈時(shí)期的分類以物種不變論為指導(dǎo)思想，只是根據(jù)某幾個(gè)鑒別特征來劃分門類，習(xí)稱人為分類?，F(xiàn)代的分類是以進(jìn)化論為指導(dǎo)思想，根據(jù)物種在進(jìn)化上的親疏遠(yuǎn)近進(jìn)行分類，通稱自然分類?，F(xiàn)代分類學(xué)不僅進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)的比較，而且吸收生物化學(xué)及分子生物學(xué)的成就，進(jìn)行分子層次的比較，從而更深刻揭示生物在進(jìn)化中的相互關(guān)系?，F(xiàn)代分類學(xué)可定義為研究生物的系統(tǒng)分類和生物在進(jìn)化上相互關(guān)系的科學(xué)。生物學(xué)中有很多分支學(xué)科是按照生命運(yùn)動(dòng)所具有的屬性、特征或者生命過程來劃分的。形態(tài)學(xué)是生物學(xué)中研究動(dòng)、植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的學(xué)科。在顯微鏡發(fā)明之前，形態(tài)學(xué)只限于對(duì)動(dòng)、植物的宏觀的觀察，如大體解剖學(xué)、脊椎動(dòng)物比較解剖學(xué)等。比較解剖學(xué)是用比較的和歷史的方法研究脊椎動(dòng)物各門類在結(jié)構(gòu)上的相似與差異，從而找出這些門類的親緣關(guān)系和歷史發(fā)展。顯微鏡發(fā)明之后，組織學(xué)和細(xì)胞學(xué)也就相應(yīng)地建立起來，電子顯微鏡的使用，使形態(tài)學(xué)又深入到超微結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。但是形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究不能完全脫離機(jī)能的研究，現(xiàn)在的形態(tài)學(xué)早已跳出單純描述的圈子，而使用各種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段了。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。按研究對(duì)象又分為植物生理學(xué)、動(dòng)物生理學(xué)和細(xì)菌生理學(xué)。植物生理學(xué)是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中建立起來的。生理學(xué)也可按生物的結(jié)構(gòu)層次分為細(xì)胞生理學(xué)、器官生理學(xué)、個(gè)體生理學(xué)等。在早期，植物生理學(xué)多以種子植物為研究對(duì)象；動(dòng)物生理學(xué)也大多聯(lián)系醫(yī)學(xué)而以人、狗、兔、蛙等為研究對(duì)象；以后才逐漸擴(kuò)展到低等生物的生理學(xué)研究，這樣就發(fā)展了比較生理學(xué)。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。遺傳學(xué)是在育種實(shí)踐的推動(dòng)下發(fā)展起來的。1900年孟德爾的遺傳定律被重新發(fā)現(xiàn)，遺傳學(xué)開始建立起來。以后，由于TH摩爾根等人的工作，建成了完整的細(xì)胞遺傳學(xué)體系。1953年，遺傳物質(zhì)DNA分子的結(jié)構(gòu)被揭示，遺傳學(xué)深入到分子水平?，F(xiàn)在，遺傳信息的傳遞、基因的調(diào)控機(jī)制已逐漸被了解，遺傳學(xué)理論和技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐中都在發(fā)揮作用，同時(shí)在生物學(xué)的各分支學(xué)科中占有重要的位置。生物學(xué)的許多問題，如生物的個(gè)體發(fā)育和生物進(jìn)化的機(jī)制，物種的形成以及種群概念等都必須應(yīng)用遺傳學(xué)的成就來求得更深入的理解。胚胎學(xué)是研究生物個(gè)體發(fā)育的學(xué)科，原屬形態(tài)學(xué)范圍。1859年達(dá)爾文進(jìn)化論的發(fā)表大大推動(dòng)了胚胎學(xué)的研究。19世紀(jì)下半葉，胚胎發(fā)育以及受精過程的形態(tài)學(xué)都有了詳細(xì)精確的描述。此后，動(dòng)物胚胎學(xué)從觀察描述發(fā)展到用實(shí)驗(yàn)方法研究發(fā)育的機(jī)制，從而建立了實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)。現(xiàn)在，個(gè)體發(fā)育的研究采用生物化學(xué)方法，吸收分子生物學(xué)成就，進(jìn)一步從分子水平分析發(fā)育和性狀分化的機(jī)制，并把關(guān)于發(fā)育的研究從胚胎擴(kuò)展到生物的整個(gè)生活史，形成發(fā)育生物學(xué)。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，不但具有重要的理論意義，而且同人類生活密切相關(guān)。生物圈是人類的家園。人類的生產(chǎn)活動(dòng)不斷地消耗天然資源，破壞自然環(huán)境。特別是進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于人口急劇增長(zhǎng)，工業(yè)飛速發(fā)展，自然環(huán)境遭到空前未有的破壞性沖擊。保護(hù)資源、保持生態(tài)平衡是人類當(dāng)前刻不容緩的任務(wù)。生態(tài)學(xué)是環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要組成成分，所以也可稱環(huán)境生物學(xué)。人類生態(tài)學(xué)涉及人類社會(huì)，它已超越了生物學(xué)范圍，而同社會(huì)科學(xué)相關(guān)聯(lián)。生命活動(dòng)不外物質(zhì)轉(zhuǎn)化和傳遞、能的轉(zhuǎn)化和傳遞以及信息的傳遞三個(gè)方面。因此，用物理的、化學(xué)的以及數(shù)學(xué)的手段研究生命是必要的，也是十分有效的。交叉學(xué)科如生物化學(xué)、生物物理學(xué)、生物數(shù)學(xué)就是這樣產(chǎn)生的。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)過程的學(xué)科，是進(jìn)入20世紀(jì)以后迅速發(fā)展起來的一門學(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)和分子生物學(xué)的內(nèi)容有區(qū)別，但也有相同之處。一般說來，生物化學(xué)側(cè)重于生命的化學(xué)過程、參與這一過程的作用物、產(chǎn)品以及酶的作用機(jī)制的研究。例如在細(xì)胞呼吸、光合作用等過程中物質(zhì)和能的轉(zhuǎn)換、傳遞和反饋機(jī)制都是生物化學(xué)的研究?jī)?nèi)容。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、以及基因表達(dá)、調(diào)控等方面的機(jī)制問題。生物物理學(xué)是用物理學(xué)的概念和方法研究生物的結(jié)構(gòu)和功能、研究生命活動(dòng)的物理和物理化學(xué)過程的學(xué)科。早期生物物理學(xué)的研究是從生物發(fā)光、生物電等問題開始的，此后隨著生物學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)新概念，如量子物理、信息論等的介入和新技術(shù)如X衍射、光譜、波譜等的使用，生物物理的研究范圍和水平不斷加寬加深。一些重要的生命現(xiàn)象如光合作用的原初瞬間捕捉光能的反應(yīng)，生物膜的結(jié)構(gòu)及作用機(jī)制等都是生物物理學(xué)的研究課題。生物大分子晶體結(jié)構(gòu)、量子生物學(xué)以及生物控制論等也都屬于生物物理學(xué)的范圍。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)是用數(shù)學(xué)的方法研究生物學(xué)問題，研究生命過程的數(shù)學(xué)規(guī)律。早期，人們只是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、幾何學(xué)和一些初等的解析方法對(duì)生物現(xiàn)象做靜止的、定量的分析。20世紀(jì)20年代以后，人們開始建立數(shù)學(xué)模型，模擬各種生命過程?，F(xiàn)在生物數(shù)學(xué)在生物學(xué)各領(lǐng)域如生理學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、分類學(xué)等領(lǐng)域中都起著重要的作用，使這些領(lǐng)域的研究水平迅速提高，另一方面，生物數(shù)學(xué)本身也在解決生物學(xué)問題中發(fā)展成一獨(dú)立的學(xué)科。有少數(shù)生物學(xué)科是按方法來劃分的，如描述胚胎學(xué)、比較解剖學(xué)、實(shí)驗(yàn)形態(tài)學(xué)等。按方法劃分的學(xué)科，往往作為更低一級(jí)的分支學(xué)科，被包括在上述按屬性和類型劃分的學(xué)科中。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)科并且愈來愈受人們的重視。分子生物學(xué)是研究分子層次的生命過程的學(xué)科。它的任務(wù)在于從分子的結(jié)構(gòu)與功能以及分子之間的相互作用去揭示各種生命過程的物質(zhì)基礎(chǔ)。現(xiàn)代分子生物學(xué)的一個(gè)主要分科是分子遺傳學(xué)，它研究遺傳物質(zhì)的復(fù)制、遺傳信息的傳遞、表達(dá)及其調(diào)節(jié)控制問題等。細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞層次生命過程的學(xué)科，早期稱細(xì)胞學(xué)是以形態(tài)描述為主的。以后，細(xì)胞學(xué)吸收了分子生物學(xué)的成就，深入到超微結(jié)構(gòu)的水平，主要研究細(xì)胞的生長(zhǎng)、代謝和遺傳等生物學(xué)過程，細(xì)胞學(xué)也就發(fā)展成細(xì)胞生物學(xué)了。個(gè)體生物學(xué)是研究個(gè)體層次生命過程的學(xué)科。在復(fù)式顯微鏡發(fā)明之前，生物學(xué)大都是以個(gè)體和器官系統(tǒng)為研究對(duì)象的。研究個(gè)體的過程有必要分析組成這一過程的器官系統(tǒng)過程、細(xì)胞過程和分子過程。但是個(gè)體的過程又不同于器官系統(tǒng)過程、細(xì)胞過程或分子過程的簡(jiǎn)單相加。個(gè)體的過程存在著自我調(diào)節(jié)控制的機(jī)制，通過這一機(jī)制，高度復(fù)雜的有機(jī)體整合為高度協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體，以協(xié)調(diào)一致的行為反應(yīng)于外界因素的刺激。個(gè)體生物學(xué)建立得很早，直到現(xiàn)在，仍是十分重要的。種群生物學(xué)是研究生物種群的結(jié)構(gòu)、種群中個(gè)體間的相互關(guān)系、種群與環(huán)境的關(guān)系以及種群的自我調(diào)節(jié)和遺傳機(jī)制等。種群生物學(xué)和生態(tài)學(xué)是有很大重疊的，實(shí)際上種群生物學(xué)可以說是生態(tài)學(xué)的一個(gè)基本部分。以上所述，還僅僅是當(dāng)前生物學(xué)分科的主要格局，實(shí)際的學(xué)科比上述的還要多。例如，隨著人類的進(jìn)入太空，宇宙生物學(xué)已在發(fā)展之中。又如隨著實(shí)驗(yàn)精確度的不斷提高，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的要求也越來越嚴(yán)，研究無菌生物和悉生態(tài)的悉生生物學(xué)也由于需要而建立起來。總之，一些新的學(xué)科不斷地分化出來，一些學(xué)科又在走向融合。生物學(xué)分科的這種局面，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。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)學(xué)和醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)，涉及種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)、醫(yī)療、制藥、衛(wèi)生等等方面。隨著生物學(xué)理論與方法的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在，生物學(xué)的影響已突破上述傳統(tǒng)的領(lǐng)域，而擴(kuò)展到食品、化工、環(huán)境保護(hù)、能源和冶金工業(yè)等等方面。如果考慮到仿生學(xué)，它還影響到電子技術(shù)和信息技術(shù)。人口、食物、環(huán)境、能源問題是當(dāng)前舉世矚目的全球性問題。目前，世界人口每年的增長(zhǎng)率約20，大約每過35年，人口就會(huì)增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增著。人口問題是一個(gè)社會(huì)問題，也是一個(gè)生態(tài)學(xué)問題。人們必須對(duì)人類及環(huán)境的錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系進(jìn)行周密的定量的研究，才能對(duì)地球、對(duì)人類的命運(yùn)有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，從而學(xué)會(huì)自己控制自己，使人口數(shù)量維持在一個(gè)合理的數(shù)字上。在這方面生物學(xué)應(yīng)該而且可能做出自己的貢獻(xiàn)。內(nèi)分泌學(xué)和生殖生物學(xué)的成就導(dǎo)致口服避孕藥的發(fā)明，已促進(jìn)了計(jì)劃生育在世界范圍內(nèi)的推廣。在人口問題中，除了數(shù)量激增以外，遺傳病也嚴(yán)重威脅人口質(zhì)量。一些資料表明，新生兒中各種遺傳病患者所占的比例在3105之間。在中國(guó)的部分山區(qū)，智力不全者占23，個(gè)別地區(qū)達(dá)10以上。揭示產(chǎn)生遺傳病的原因，找到控制和征服遺傳病的途徑無疑是生物學(xué)又一重要任務(wù)。