- 另请参见健康科学
生物是科学属于生活.[1]生物学家研究地球生物的各个方面，包括使其能够发展、生存和繁殖的动态过程。这些重要过程包括能量和物质的利用合成构成身体的材料损伤、和繁殖的有机体在许多其他活动中。
历史上，生命的奥秘吸引了所有人，每个已知的社会都存在着对人、动物和植物的物理性质和明显联系的好奇。这种好奇心的一部分来源于控制生命过程和开发自然资源的愿望。对答案的追求导致了对有机体这稳步提高了我们的生活水平其他问题来自于理解自然而非控制自然的愿望；在回答这些问题时，生物调查改变了我们的世界观。
虽然“生物学”一词有时在会话中用于指涉与血肉和生物有关的事项，但这篇介绍性文章将生物学作为形式科学与非科学家学习自然知识不同，生物学家正式使用科学方法、和合并数学,生物物理学,化学并将其他学科融入到他们的工作中。
生物学的范围
地球上的生命是如何开始的？什么特征将活着的东西与死的或无生命的东西区分开来？从微小的细菌到参天大树，生物是如何随着时间的推移改变地球的海洋、大气和地质的？生物学家利用科学来解决这些基本问题，这些问题也涉及哲学家、拉比、伊玛目或牧师，以及每一个保持惊奇感的人。作为答案的科学理论很少与精神学说相一致。一些宗教领袖痛惜这位科学家的机械主义方法，因为它取消了造物主主动干预的要求。一些科学家，例如克里克他们欢迎生物学解释，认为这为世界提供了一个合理的基础，不需要调用超自然力量。[2]其他[3]确定科学和宗教思想所提供的深层见解之间的精神和谐。在这种观点下，数学方程式和先知的语言只是人类表达的两种不同形式，每一种都试图描述一种比普通人类经验更高的维度。
虽然生物学解决了有关生物的基本问题，但它也解决了实际问题。生物学的应用使健康科学才能生效治疗艺术以及世界粮食供应变得更加安全和充足。
许多独立的科学领域化妆生物学。自然历史（对单个物种的研究，如白尾鹿,糖枫树，箱水母和木材狼)是最早开发的领域之一；在自然史中，研究整个有机体是为了弄清自然界的秩序。当考虑植物和动物如何影响彼此及其环境时，生物学家的重点是生态学一些生物学领域关注地球某一领域内的生物及其相互作用，如海洋生物学; 另一些则侧重于生物体的特定方面，如结构(形态学和解剖)或函数(生理学). 动物研究领域动物学而对植物的研究被称为植物学.医学和健康科学应用生物学来了解疾病和改善健康。
生物学的发展
- 有关更多信息，请参阅Citizendium关于生物学史
本文仅探讨了几个选定的主题；这些主题围绕着生命的起源（都是“地球上的生命”和从古希腊到今天，这几个世纪一直在延续。很明显批判性思维，调查方法依赖于经验证据以及的可用性技术工具共同解释了这些想法是如何改变的。生物学的发展涉及到了比这里提到的更多的主题和更大的地理区域。但是，生物学在从古希腊哲学家开始的几个世纪中有一条连续的线索，并且大体上遵循了这里提出的曲折的发展模式。
古代生物学
人们依靠植物和动物来维持生计旧石器时代 洞穴壁画这表明，对猎物进行细致细致的观察已经持续了至少数万年。人类对食物的兴趣并不局限于被动的考虑，因为食物不是原样食用，而是从一个地方带到另一个地方，并以各种方式进行加工。在新石器时代时间，可能在肥沃的地方尼罗河三角洲，与某些植物及其种子的更多“计划”互动导致了农业在许多社会中。当理智思考什么是植物是结合实验来了解它们的生长，然后植物学，植物科学开始了。[4]
解剖学和动物学都可以追溯到至少公元前4世纪，以及古希腊哲学家亚里士多德.[5]亚里士多德在第一本讨论子宫内生命如何开始的书中提出，母亲提供了创造新生命所需的物质，而父亲则为这种基本物质提供了孩子的本质。他认为女性对婴儿的实际身体贡献是她的月经血，而男性的相应贡献是他的精液。亚里士多德运用逻辑和观察得出了他的理论，基本上，2000年后，他的理论仍然被接受。他的结论是，女人的那部分只是男人种子的土壤，男人的捐赠提供了所有基本的人性，这可能受到了（在他的社会中）女人不如男人发达的假设的影响。亚里士多德深思熟虑后产生的一个流行观点是，精子中含有一个完美的新生儿微型模型——荷马属植物.
古罗马人保存并珍视希腊学者的著作，并增加了有关动物和人体结构和功能的文献。其中最具影响力的是加伦他是罗马最著名的医生之一。盖伦公开表演解剖和活体解剖并利用他的发现试图解释人类疾病。他的著作在罗马沦陷后幸存下来，为医学的持续发展奠定了基础。
中世纪欧洲与阿拉伯世界
随着罗马帝国的衰落，许多伟大的希腊和罗马作品在欧洲消失了。只有少数人幸存下来，很少有人能读到它们——文学作品和读者常常以宗教的形式隐居在一起。这个帕多瓦大学是欧洲少数几个继续有组织学习的地方之一，后来，帕多瓦成为启蒙运动相反，阿拉伯作家继续了罗马帝国时期的作品。复制了旧手稿，编写了经验衍生医疗程序和理论的新书。稍后，当摩尔人入侵欧洲后，这些书便可供那里的学者阅读。
欧洲文艺复兴与“科学方法”
- 另请参见科学方法史
文艺复兴时期，“古典”作家（如亚里士多德和盖伦）和宗教教义（如中世纪天主教会的教义）对生物本质的权威开始受到质疑，这是基于实际观察和实验（“科学方法'). 16世纪初，学者们重新开始阅读希腊原文中的盖伦，他们强调盖伦比后来的译员更优越，强调解剖学在他的医学观中的重要性。荷兰医生维萨利乌斯（1514-1564），尽管对盖伦不屑一顾，但遵循他的方法，对人体进行了新的解剖，人体的结构(关于人体的工作). 他常被称为现代人体解剖学的奠基人。[6]
到了17世纪，一些有影响力的作家看到了可靠的经验证据相对于权威意见的优势，例如吉洛拉莫·法布里奇意大利和弗朗西斯·培根英国（谁创造了这个短语知识就是力量). 与其背诵盖伦的文字，或者进行仪式化的解剖，以“向盖伦的发现致敬”，不如开始从全新的方向仔细探索动物的解剖和生理学。早期的欧洲生物学家绘制了神经和静脉在器官之间移动的路径，并分析了他们的发现，试图找到身体组织和功能的一般原则。生物学的理论还很初级，但解释生物秩序的思想证据彻底改变了生物学的思维。
英国人威廉·哈维通过观察鸡蛋和解剖怀孕的鹿和其他哺乳动物，研究了胚胎是如何发育的。他推测，他发现的胎儿形态是从一个发展到另一个的，并设想每个形态都是一个连续过程中的一个阶段。尽管他的其他实验以揭示血液循环而闻名，并将心脏的工作方式确定为泵，但在早期发展阶段，他并没有看到任何合理的解释。他无法理解发育中的胎儿是如何从刚刚怀孕的子宫或刚刚受精的卵子中的无定形物质中形成分立的器官的。他选择了一种精神上的解释，假设新个体的灵魂来自于精子在女性体内的位置，引用了旧亚里士多德论证的要点。尽管如此，他还是修改了亚里士多德的解释，坚持认为男性和女性的贡献同等重要。他驳斥了这样一种观点，即胎儿是由男性贡献的特定物质构成的，而男性是由于女性贡献的独立物质而生长的。相反，他认为“鸡蛋中形成小鸡的物质是在形成的同时产生的”，“它也是由同样的物质产生的，也得到了营养”。[7]
18世纪和19世纪：生命形式之间的联系
随着对动植物物种的详细研究变得越来越普遍，世界上许多不同地区的人们也分享了这些知识，许多不同物种的身体结构也有类似的安排。18世纪，瑞典博物学家林奈提出了一种对所有生物进行系统分类的方法。他的方法给每种植物和动物起了一个独特的名字，并以强调物理特征相似性的方式组织它们——基于它们的比较解剖学。这种命名系统至今仍在使用，每一个已知物种都有一个独特的名字，全世界的生物学家都认可。名称由两部分组成：属和物种是分类方案中最精细的两个类别。语言是拉丁语这是林奈时代欧洲学者的通用文字。人类例如，生物属于物种智人（拉丁文意为“智者”）在家里人类科（大猩猩）。[8]
虽然这种对生物的系统分类已被广泛接受，但起初它并没有包括所有生物都是相关的一百多年后，大多数受过高等教育的思想家都认为复杂的生命形式（甚至老鼠！）可以春意盎然从一堆无生命的物体（如留在黑暗角落的旧抹布和面包屑）中取出。在19世纪，路易斯·巴斯德法国的情况表明，这一普遍概念，自发生成是一种谬论。他一生的工作细菌学以及德国医生后来的工作罗伯特·科赫，在建立疾病胚芽学说这项工作有助于将传统医学引入健康科学为公共卫生领域奠定科学基础。
在英国，查尔斯·达尔文建立在自然选择作为一种解释多样性生物可能具有共同形态的方式。他对偏远岛屿上动物生活的变化的观察使他认识到，鸟类、哺乳动物和爬行动物个体的兴盛或死亡取决于它们的特征“与”其直接栖息地的匹配程度。他意识到，任何物种的个体成员在某些方面也不同，这使得一些物种在生育后代方面比其他物种更成功。如果这些差异传递给后代，那么使一些个体成功的特征将在每一代中变得更加普遍。从这个观点出发，他在理解上进行了大胆的飞跃，认识到也许在足够的时间内，全新的物种可能会出现。他的理论被纳入了进化这表明所有现在的生物都是过去生物的后代。共同祖先的存在将解释后代之间相似的身体形态，并为在动植物群中广泛存在具有非常相似特征的模式提供了可信的依据：林奈（Linnaeus）在分类中使用的模式。这个想法并不完全新鲜，但之前的支持者发现很难理解，在世界被认为存在的几千年里，如此多种多样的生命形式是如何产生的。到达尔文时代地球科学发现了地球数百万年前这使得生物是通过数千代的微小、渐进变化进化而来的这一观点更加可信。生物学家接受了古代生命的进化变化作为一种理论，解释了生命形式的多样性和共同特征的模式.
19世纪末，一位奥地利僧侣，格雷戈·孟德尔他分析了豌豆的性状是如何世代遗传的，并得出结论，即父本和母本的贡献相等。孟德尔看到的不是父母特征的模糊“混合”，而是每个个体的离散特征都是完好无损地遗传下来的，显然是基于编码每个基因质量的等位基因的微粒“二进制系统”。例如，豌豆可能起皱或光滑等位基因每个豌豆的遗传决定了下一代的情况。孟德尔还发现这些等位基因可能是占主导地位的'或'隐性的'. 总之，这些想法使孟德尔能够预测具有每个特征的后代数量，以及遗传学开始。
生物学技术进展
第一次瞥见微观世界
当人们第一次在显微镜下看到精子时，人们认为每个精子都包含一个完美的微型人类
生物思维的进步依赖于这些思想的交流，也依赖于技术。甚至科学中的思想交流也依赖于技术；从某种意义上说，印刷机是一项促进启蒙运动的发明，而今天，电子通信加快了研究速度。实验技术工具的可用性在很大程度上决定了进展的进程。
例如，随着技术进步为研究植物和动物提供了新的方法，人们对它们的特征已经有了完全不同的理解。显微镜，修改人安东尼·范·列文虎克在17世纪，揭示了以前从未被怀疑过的生物体结构细节。如果哈维有放大的优势，作为器官的祖细胞，哈维无法理解的无定形物质在他看来可能具有完全不同的性质。范·列文虎克描述的新景象之一是单个卵子和精子。由于熟悉亚里士多德的理论及其流行的解释，他报告说他实际上可以看见活精子头部的霍蒙克利（homunculi）&即使是一位伟大的科学家也能感知到自己的期望，而不是真正的期望。科学总是受到过去观念的影响。没有一个科学家能够在不使用他或她的头脑的情况下考虑任何假设，或分析任何一组实验结果，以及随之而来的所有眨眼和偏见——无论这位优秀的科学家多么努力地摆脱束缚，保持理性和客观，头脑都会有意识和无意识地被产生它的文化所压印。
显微镜不仅能看到肉和植物的结构有了新的细节，而且还能看到新的类型还发现了种微生物：肉眼无法检测到的微生物。[9]因此，就像生物学中所有重要的技术进步一样，显微镜带来了关于生物的新想法。人们认识到组织是由细胞组成的微生物学诞生了，为疾病的病菌理论奠定了基础，这一理念有助于带来西方的传统实践医学进入…领域健康科学和现代医学。19世纪末，随着进一步的发展，现代复合显微镜出现了，其分辨率更高，可以可视化分裂细胞染色体的核.
细胞生物学开始
细胞生物学始于1900年左右，随着染色体以及对有丝分裂和减数分裂孟德尔遗传基本定律的应用遗传连锁分析允许特定植物或动物性状的相关性排序为基因座在第一张遗传图谱中。[10]这项工作的高潮和来自细胞遗传学，导致了基因作为染色体中具有物理结构的可遗传性状的概念；用…的话来说摩尔根“……有越来越多的信息清楚地指出染色体是孟德尔因子的承载者，闭上眼睛去看这种明显的关系是愚蠢的。”[11]
20世纪中期，随着电子显微镜超高倍细胞检测成为可能，细胞生物学领域开始揭示细胞的内部结构，发现只有在如此高的放大倍数下才能很好地看到的离散细胞器。对细胞结构的更仔细检查与通过密度和化学性质物理分离出细胞整体组分的能力相结合，并使用以下方法分析每个组分生物化学和生物物理学进行此分析的重要技术包括超速离心和凝胶电泳细胞生物学这一新领域的进展证实了生物是由细胞单元组成的，并扩展了对细胞如何执行生命过程的理解。
科学至少在一个主要方面与宗教和政治教条不同——它的信条不是“神圣的”，但总是有待质疑和检验。因此，随着时间的推移，观念发生了变化，许多理论被抛弃或推翻，包括胎儿发育的小人理论。凭借电子显微镜的分辨率，能够以数万倍的放大倍数成像细胞结构，精子内的“小个子”永远消失了。
分子生物学和理解的革命
20世纪，一些大型有机分子的性质和作用(高分子)对在生物中发现的细菌进行了检测。蛋白质，这是一种高分子，具有三维形状，赋予它们特殊的性能。一些蛋白质，称为酶，具有能够催化关键化学反应的专门场所新陈代谢。其他蛋白质充当构成纤维的构件，支持细胞质或赋予皮肤防水等品质(角蛋白)或钢筋束的抗拉强度(胶原蛋白). 蛋白质还提供一个精心配置的信号网络，引导对环境的反应。这些复杂的活动包括离子和食物在细胞内外的选择性运输，以及免疫细胞识别和攻击外来细菌而不是雨水的能力友军火力在身体的其他部位。令人惊讶的是，当蛋白质序列在物种之间进行比较时，生物学家欣赏到了三百年前比较解剖学研究提出的旧主题的新变化。首先，在不同的动物身上，反复出现的解剖模式被识别出来，比如蝙蝠翅膀、海豹鳍和人类手臂上的骨骼排列；后来，各种蛋白质家族的分子结构和形状被认为是类似的重复。蛋白质家族中的氨基酸序列甚至在王国像细菌和动物一样，确认所有生物都是相关的。
DNA的“双螺旋”。沃森和克里克宣称：“我们注意到，这种特殊的配对……暗示了遗传物质可能的复制机制。”DNA动画 到1953年富兰克林允许想象詹姆斯·沃森和克里克抓住…的结构DNA.[12]这个双螺旋线该分子的结构揭示了信息如何被编码并代代相传，通过展示DNA分子如何充当合成自身和相关分子的“模板”，核糖核酸克里克和其他人继续提出，小RNA分子可以作为适配器，用这种模板制造，并用于组装氨基酸以构建蛋白质.
随着有机化学、生物化学和分子生物学的这些进展，对地球上生命形式起源的新观点出现了。“现在人们普遍认为，大约40亿年前，在第一批活细胞出现之前，生命是由自我繁殖的大分子组成的”。[13]
研究RNA和蛋白质的生物化学包括从含有酶的来源中提纯不稳定的化合物，以使其分解。工作进展顺利，但成功的实验需要劳动密集型的操作，这些操作可能需要在冷藏的“冷藏室”中进行几天，步骤之间没有实质性的延迟。因此，解开RNA从细胞核向内质网和核糖体以及精确定位蛋白质如何在细胞中组装的机制，这些都是需要马拉松程序的英雄事业（通常由身穿大衣的科学家执行！）。
注意力转向编码蛋白质的DNA序列，孟德尔在豌豆中观察到的遗传特征被发现与这些序列所提供的基因有物理关联。DNA比RNA和大多数蛋白质更稳定，而DNA化学实验更容易。它们可以在通常的实验室条件下进行，不需要RNA工作所要求的匆忙或连续性。到20世纪末聚合酶链反应构思人凯利·穆利斯通过自动化的反应系统，可以非常有效地对微小DNA样本进行实验，分子生物学的进展也加快了。在不同的生物体中发现了超家族基因，这些基因是在不同组织和不同物种中鉴定出的相关蛋白质家族存在的基础。
线粒体是将有机物质转化为能量的细胞的“动力工厂”。线粒体有自己的DNA，可能是与立克次体细菌 了解细胞的超微结构以及细胞器的化学和物理特性给生物学带来了更多新的想法。线粒体几乎所有的细胞都有微小的细胞器细胞这些是为电池生产能源的工厂。这些线粒体对活细胞至关重要，它们有自己的DNA和核糖体，但它们的形式与细菌而不是哺乳动物细胞。这些观察结果导致林恩·马古利斯提倡一种奇怪的假设，即线粒体起源于被同化到真核细胞中的细菌。她的内共生理论在被“大约十五种科学期刊拒绝”后，最终出版了[14]，但今天被广泛接受。这些动物细胞的能量产生细胞器并不是唯一发现的来源于不同生命形式的细胞器；这个叶绿体植物细胞是另一种。
回到婴儿身上
关于男婴和女婴是如何出生的这个古老的问题发生了同样意想不到的转变。每个人类发育的单个细胞不毕竟，从母亲和父亲那里获得同等的遗传贡献。父母对孩子贡献最大的差异之一是细胞器，特别是线粒体。每个人都是由获得线粒体的细胞和他们的线粒体DNA（mtDNA）完全来自母亲。
即使是生殖细胞核（卵子和精子）中的基因，在新受精的卵子中也不总是起相同的作用。通过向DNA中添加化学修饰物（如甲基），一些基因在生殖细胞中被标记为在新胚胎中处于活性或非活性状态。这个所谓的压印亲本基因的不对称性是另一个未被怀疑的问题。奇怪的是，这毕竟证实了亚里士多德的一些怀疑，但实际上相反的这是古人所想象的。“来自父亲遗传拷贝的基因表达通常会增加对孩子的资源转移，而母亲表达的基因会减少资源转移。”[15]换言之，父亲提供的遗传物质具有向胎儿提供营养的作用，而相同的基因通过母亲遗传时，作用不同。胎盘是从制造婴儿的同一个受精卵中生长出来的，从母亲的子宫中为新生婴儿提供营养——但对胎盘膜成功获得营养更重要的是父亲的基因。这就好像父亲的基因和母亲的基因之间有一场“战争”——就像父亲的基因想要最大的婴儿，而母亲的基因想要一个小婴儿来保护母亲一样。[16]
持续的故事
到了20世纪末，分子生物学的进步导致了人类基因组计划这是一个雄心勃勃的愿景，要对每个人类基因的DNA进行排序。这个庞大的项目吸引了许多不同国家数百名科学家的投入，并已完成向前地计划的。[17]这种出乎意料的速度是技术对生物学的另一个好处。
因此，在2006年，我们可以绘制出染色体是如何跨物种进化的，也可以利用这些基因组资源追溯我们自己的远古祖先，追溯到前一个世界的神秘痕迹。[18]生物学家可能曾经预测，达到这种理解水平将为我们关于生命的一些最深刻的问题提供答案。然而，尽管几个世纪以来取得了种种进步，生物学才刚刚开始阐明生活世界。基因组计划远远没有解决所有的不确定性，而是提出了一系列全新的问题。最大的惊喜之一是意识到很少的制造人类所需的基因大约只有28000个，比制造简单动物所需的数量少不了多少，也比许多植物的基因数量少。
我们已经了解到，仅仅确定DNA序列并不足以揭示生命或人类的“蓝图”。为了揭示遗传密码的重要性，生物学家必须超越DNA序列，开始理解所有基因相互作用的方式在以下级别整体动植物。系统生物学家他们的目标是开发整个有机体、其器官系统和更大类别（例如物种、生态系统）的模型（或表示），其中单个有机体只是其中的一部分，这一点变得越来越重要。因此，我们绕了一个圈子，再次依靠更传统的生物学领域来探索那些仅关注分子信息而不明显的秘密。这条环形路线可能并没有解决生命之谜，但它极大地提高了我们的知识，而不是让我们回到起点。
工具书类
