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生物学中没有任何东西是有意义的，除非从进化的角度来看。
-狄奥多西斯·多布赞斯基[1]
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生物是科学属于生活特别是地球科学生活系统在其所有时代、现在、过去和未来，以及在其所有表现形式中有机体到生态系统到生物圈; 从人工生命到合成寿命，以及外星生命.[2]生物学家研究地球生命系统的各个方面，包括生命系统起源于能量、非生物物质和信息; 他们的发展和进化; 而且，在它们内部运行的动态过程，以及那些与环境相互作用的过程，所有这些特征都使它们能够发展、生存、认知和繁殖。这些关键过程包括：能量和问题;自组织层次动态的网络以及通过部分通过超分子（非共价）相互作用介导的信息处理的逻辑电路；这个合成身体的亚微观、微观和宏观结构；平衡和体内动态平衡;稳态应变;兴奋; 自我康复损伤; 和繁殖的有机体在文章中描述的许多其他活动中，生活.
神秘的生活系统在整个历史上都吸引了所有人，在每个已知的社会中都存在着对人、动物和植物的物理本质和明显关系的好奇。这种好奇心的一部分来源于控制或影响生命过程的愿望，如在医学中，以及开发自然资源（例如，植物和动物作为食物）的愿望。寻求生物问题的答案导致了对生物的理解，从而稳步提高了我们的生活水平其他问题来自于理解自然的欲望，而不是控制自然；在回答这些问题时，生物调查改变了我们对世界的看法和我们在其中的地位。
这篇介绍性文章重点介绍了作为形式科学生物学家正式使用科学方法和方法理论生物学和系统生物学。他们将多学科的知识和方法融入到工作中，包括数学,生物物理学,化学,进化原理，以及许多其他。
生物学的范围
地球上的生命是如何开始的？什么物理化学特性将活着的东西与死的或无生命的东西区分开来？所有活着的人都有什么物理化学特征？随着时间的推移，从微小的细菌到参天的树木，各种生物是如何改变地球的海洋、大气和地质的，这些变化又是如何随着时间的推移而改变生物的？
作为答案的科学理论常常与宗教教义相冲突。一些宗教领袖谴责这位科学家的自然主义机械论方法，因为它取消了造物主主动干预的要求。作为生物学家，早在公元前5世纪，医生就喜欢Cos的希波克拉底，试图将人类健康和疾病解释为具有自然力学基础。一些现代科学家，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。进化生物学家理查德·道金斯（2006）规定了长期人文主义者中的大小写上帝的错觉.
基于生物学的进展健康科学有助于预防许多致命的传染病，如伤寒的在发达国家。 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丰富和安全。
生物学的发展
- 有关详细信息，请参阅：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（包括“地球上的生命”和新生婴儿的创造），从古希腊一直延续到今天。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。但生物学在从古希腊哲学家开始的几个世纪里有着连续的线索，通常遵循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。[3]科斯的希波克拉底和他的追随者，在他们的自然主义医学方法中，研究了植物和植物产品作为药物的作用。《希波克拉底论著》建议：“大自然是治愈疾病的良药。如果你能用食物治好病人，就把药放在药剂师的锅里。“希波克拉底医学的传统影响了化学和植物学的发展。生物学研究依赖于化学。
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.[4]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婴儿的微型版本，即毛茛属具有讽刺意味的是，我们现在知道，在严格的生物学领域，母亲为孩子提供第一个细胞，其中充满了活细胞的结构和功能组织，即卵母细胞，而父亲只为卵母细胞中已有的细胞提供一组互补的染色体。一些有性繁殖物种，雌性可以在没有雄性染色体的情况下繁殖后代，这一过程称为孤雌生殖.
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。
中世纪欧洲和阿拉伯世界
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
在文艺复兴“经典”作者的权威（例如亚里士多德和加伦)，以及宗教教义（如中世纪天主教会的教义），关于生物本质的问题开始受到实际观察和实验的质疑（科学方法').
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。
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的离散器官是如何由刚刚怀孕的子宫或刚出生的卵子中的无定形物质形成的。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”。[5]
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，并以一种强调身体特征相似性的方式组织它们——基于它们的比较解剖学这一命名系统至今仍在使用，每个已知物种都有一个世界各地生物学家都能识别的独特名称。名称由两部分组成：属和物种。语言为拉丁语，是林奈时代欧洲学者常用的书面语言。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）。[6]
起初，这种分类体系并不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·巴斯德表明了这个共同的概念，自发生成是一种谬论。他的工作细菌学，以及罗伯特·科赫，在建立疾病胚芽学说-人与人之间斗争的关键转折点传染病这导致了越来越多的人死亡。
在英国，查尔斯·达尔文展示了自然选择可以解释非常多样的生物如何共享共同的潜在“身体模式”。他对偏远岛屿上动物生活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旺发达或死亡取决于它们的特征对其特定栖息地的适应程度，并使他考虑到这一不言而喻的事实的必然后果。他意识到，个体之间的差异也会使某些个体在生育后代方面比其他个体更成功。如果这些差异传递给后代，那么使某些个体成功的特征在每一代人中都会变得更常见。从这一观点出发，他大胆地迈出了一大步，意识到如果有足够的时间，新物种可能会出现，不同的新物种可能出现在不同的栖息地。他的理论成为进化，现在生活在地球上的所有物种都是过去物种的后裔，其中大多数已经灭绝。共同祖先的存在解释了为什么植物和动物形成具有相似特征的“群体”：林奈在分类中用来形成其类别的特征。进化论本身并不是什么新鲜事，但很难理解，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通过任何自然机制产生的。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在数千代中通过许多微小的、渐进的变化进化的想法变得合理。通过自然选择机制，古代生命的进化变化被生物学家普遍接受为一种强大而优雅的理论，它解释了生命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的比例，以及遗传学开始。
生物学技术进展
第一次瞥见微观世界
当精子首次在显微镜下观察时，人们认为每个精子都包含一个完美的微型人。这幅由显微镜先驱尼古拉斯·哈特索克绘制的图画显示了他认为精子必须包含的内容，而不是他声称实际看到的内容。
生物思维的进步依赖于交流和技术。印刷机的发明促进了启蒙运动今天，电子通信加快了研究速度。实验技术工具的可用性往往是取得进展的关键。
例如，随着技术进步提供了新的研究方法，人们对植物和动物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。
范列文虎克描述的新景象之一是个体卵子和精子——他将精子细胞描述为“微生物”，他声称可以辨别肌肉和神经[1]-这是一个即使是一位伟大的科学家也能感知到自己期望的例子，而不是真正存在的东西。范·列文虎克是一位创造论者，他对亚里士多德关于生物可以从无生命物质中产生的观点提出了质疑。他认为母亲是从父亲那里继承来的“荷马”的孵化器，荷马包含在精子细胞中（尽管他没有声称在显微镜下看到荷马，这通常是错误的说法）。
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以及随之而来的所有眨眼和偏见的情况下考虑任何假设或分析任何实验结果；无论这位优秀的科学家多么努力地摆脱束缚，保持客观，这种思想都会有意识和无意识地被产生这种思想的文化所压印。
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。[7]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。[8]这项工作的高潮和证据来自细胞遗传学，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。”[9]
20世纪中期，随着电子显微镜，对细胞进行超高功率检查是可能的，细胞生物学领域开始解开细胞的内部结构，发现了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。对细胞结构的进一步检查与通过密度和化学性质分离细胞成分的能力相结合，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。
科学与宗教和政治教条的区别至少在一个主要方面：它的信条不是“神圣的”，但总是要受到质疑和检验。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
在20世纪，一些大分子的性质和作用(大分子)对在生物中发现的细菌进行了检测。蛋白质具有赋予其特殊属性的三维形状。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细胞内外离子和食物的选择性运输，以及免疫细胞识别和攻击外来细菌的能力。
当蛋白质序列在物种之间进行比较时，生物学家对三百年前比较解剖学研究提出的旧主题的新变体表示赞赏。首先，反复出现的解剖模式已经被识别出来，比如蝙蝠翅膀、海豹鳍和男子手臂的骨骼排列；后来，各种蛋白质家族的分子结构和形状被认为是相似的。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.[10]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分子可以作为从这种模板中制造的适配器，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”。[11]
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。到20世纪末聚合酶链反应构思人凯利·穆利斯这使得对微小DNA样本的实验能够非常有效地进行，并且加快了分子生物学的进展。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单元格这些是为电池生产能源的工厂。线粒体有自己的DNA，但其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，[12]但如今已被广泛接受。这些动物细胞产生能量的细胞器并不是发现的唯一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。每个人都是由获得线粒体的细胞及其线粒体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，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，这证实了亚里士多德的一些怀疑，但在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。”[13]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，并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。[14]
继续的故事
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，旨在确定每个人类基因的DNA的核苷酸序列。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。[15]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。[16]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基因支撑着人类&大约只有28000个左右，只支撑着简单的动物，比许多植物的基因数量还要少。
我们已经了解到，仅仅确定DNA中核苷酸的序列不足以揭示人类生命系统的信息构成。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植物和动物，以及“表观遗传”功能和继承机制。系统生物学家，旨在开发整个生物体、其器官系统和更大类别（如物种、生态系统）的模型（或表示），其中单个生物体只是其中的一部分，正变得越来越重要。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。
生物学将需要新的数学来揭示生命系统的工作。"生物学将越来越多地刺激数学新领域的创造。为什么？在生物学中，集合属性浮现在组织的每一个层次上，从该层次上的异质生物单元的相互作用以及组织的较低和较高层次（物理尺度越来越小，时间尺度越来越慢）。将需要新的数学来处理这些集成特性，以及组成各个级别集成的生物单元的异质性。"[17]
可悲的是，随着科学素养的下降美国在20世纪末和21世纪初，生物素养同时下降。引用哈佛大学地球与行星科学系自然史教授安德鲁·诺尔的话说：“如今，普通的美国成年人对生物学的了解比亚马逊河流域平均十岁的人少，也比二百年前的美国人少。”[18]
生物学的未来
随着定量方法不断渗透到邻近领域的生物学家和专业人员的工作流程中，生物学的特征将发生变化。更广泛地使用网状物-基于科学传播学，允许执行越来越多的步骤科学研究在中打开。这包括公众参与以及数据共享的科学文献和背景知识（由提供维基这类文章）、想法、想法和对这一过程的评论，比我们目前看到的要详细得多。
生物学哲学
生物学本身，即使与其他自然科学合作，也无法为科学界和公众头脑中出现的生物本质问题提供答案。[19]科学方法学没有办法回答以下问题：
- 这意味着什么，如果有的话人性?
- 生命只依赖于物理化学过程吗？或者我们必须调用非物理过程吗？如果是，是什么性质的？
- 这意味着什么，如果有的话生命的意义?
- 生物学在回答社会科学家感兴趣的问题中扮演什么角色？
- 为什么生物科学在原则上不能回答生物学产生的所有问题？
在许多其他问题中，生物学的这些问题留给了哲学家，包括那些自己有资格成为生物学家或专攻其他学科的科学家的哲学家。
哲学先于科学，然后将科学作为自然哲学逐渐地，科学学科从哲学中分离出来，留下了问题，激发了新的问题，这些问题仍然是哲学的范畴。[19]
工具书类
