普通生物学/入门/简介

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词语biology意为“生命科学”，源于希腊语bios，生命，和logos，词语或知识。因此，生物学是研究生物的科学。这就是生物学有时被称为生命科学的原因。

这门科学被划分为许多子学科，例如植物学、细菌学、解剖学、动物学、组织学、真菌学、胚胎学、寄生虫学、遗传学、分子生物学、系统学、免疫学、微生物学、生理学、细胞生物学、细胞学、生态学和病毒学。其他科学分支包括或部分包含生物学研究，包括古生物学、分类学、进化、藻类学、土壤学、原生动物学、昆虫学、生物化学、生物物理学、生物数学、生物工程、生物气候学和人类学。

生命的特征

并非所有科学家都同意关于构成生命的定义。各种特征描述了大多数生物。然而，在下面列出的大多数特征中，我们可以想到一个或多个例子，似乎打破了规则，一些非生物被归类为生物，或者一些生物被归类为非生物。因此，我们必须谨慎，不要在试图解释哪些东西是生物或非生物时过于教条化。

生物由以有序方式结构化的物质组成，其中简单的分子被有序地组合成更大的大分子。

记住这一点的一个简单方法是GRIMNERD C 所有生物； - Growth（生长）、Respiration（呼吸）、Interaction（相互作用）、Movement（移动）、Nutrients（需要营养）、Excretion（排泄）、Reproduction（繁殖）、Death（死亡）、Cells（由细胞组成）

生物是有敏感性的，这意味着它们能够对刺激做出反应。
生物能够生长、发育和繁殖。
生物能够通过自然选择的过程随着时间的推移而适应。
所有已知的生物都使用遗传分子，DNA。
内部功能是协调和调节的，以便生物的内部环境相对恒定，被称为稳态。

生物从原子到细胞在微观水平上是组织起来的。原子排列成分子，然后排列成大分子，构成细胞器，它们共同作用形成细胞。除此之外，细胞在更高的层次上组织起来形成完整的多细胞生物。细胞聚集在一起形成组织，构成器官，器官是器官系统的组成部分，器官系统共同作用形成完整的生物体。当然，除此之外，生物形成种群，构成生态系统的部分。地球上所有的生态系统共同构成了地球上多样化的环境。

例如：

亚原子、原子、分子、细胞、组织、器官、器官系统、生物体、种群、群落、生态系统、生物圈

涌现特性体现在生物从亚原子水平到整个生物圈的生命组织中。涌现特性并非生命所独有，但生物系统更为复杂，这使得生命的涌现特性难以研究。

系统生物学是一个基于生物学的跨学科研究领域，它侧重于生物系统中复杂的相互作用，采用整体方法。

生物学家利用还原论方法和整体方法研究生命的特性。

科学的本质

科学是一种方法论，用于了解世界。它涉及应用知识。

科学方法涉及系统调查、可重复结果、假设的形成和检验以及推理。

推理可以分为两类，归纳（使用特定数据来发展概括性观察或结论）和演绎（一般信息导致特定结论）。科学中的大多数推理都是通过归纳完成的。

我们现在所知的科学是在 17 世纪作为一门学科出现的。

科学方法

科学方法不是一个循序渐进的线性过程。它是一个直觉过程，一种通过应用知识来了解世界的 методология。科学家必须能够对真理有一个“富有想象力的预想”。科学家通常会观察，然后假设现象发生的原因。他们利用他们所有的知识和一些想象力，努力揭示可能真实的真相。一个典型的科学研究可能会像这样进行

你观察到一个房间看起来很暗，并且你思考为什么房间很暗。为了找到解释这个好奇心的答案，你的思维会解开几个不同的假设。一个假设可能是灯关了。另一个直觉可能是房间的灯泡烧坏了。最糟糕的是，你可能要失明了。为了发现真相，你实验。你在房间里摸索，找到一个开关并打开它。没有光。你重复实验，反复开关。仍然没有。这意味着你的初始假设，房间很暗是因为灯关了，已经被拒绝。你设计更多实验来检验你的假设，使用手电筒来证明你确实没有失明。为了接受你最后剩下的假设作为真相，你可以预测更换灯泡将解决问题。如果你的所有预测都成功了，那么最初的假设就是有效的，被接受。然而，在某些情况下，你的预测不会发生，这时你必须重新开始。也许是电源关闭了。

科学家首先进行观察，提出一个特定的问题。为了解释观察到的现象，他们提出了一些可能的解释，即假设。这是科学的归纳部分，观察和构建关于事件发生原因的合理论据。然后使用实验来消除一个或多个可能的假设，直到只剩下一个假设。利用演绎，科学家利用他们假设的原理进行预测，然后进行检验以确保他们的预测得到证实。经过多次试验（可重复性）和所有预测都得到证实后，假设就可以成为理论。

快速定义

观察 - 对世界的定量和定性测量。

推论 - 基于旧知识推导出新知识。

假设 - 一种建议的解释。

拒绝假设 - 通过实验被排除的一种解释。

接受假设 - 通过过度实验没有被排除的一种解释，并且做出可验证的、真实的预测。

实验 - 用于排除假设或验证已知事物的测试。

科学方法 - 科学研究的过程。

理论 - 经受时间考验并被广泛接受的假设。经常被测试，通常不被否定。

科学方法主要基于通过实验检验假设。这涉及一个对照，即没有经过该过程的对象。科学家还会努力将变量限制在一个或多个非常小的数量，单个或最少数量的变量。程序是形成一个关于你相信或期望看到什么的假设或预测，然后尽一切努力违反它，或证伪假设。虽然这可能看起来不直观，但该过程有助于更坚定地确立什么是真的，什么是不真实的。

科学中的一个基本原则是不存在绝对真理：公认的解释是最可能的，也是进一步假设和证伪的基础。所有知识都具有相对的不确定性。

理论是经受住反复证伪尝试的假设。常见的理论包括自然选择进化论和所有生物都由细胞组成的观点。科学界认为，这两个观点的支持证据远多于矛盾证据。

查尔斯·达尔文

查尔斯·达尔文最广为人知的是他提出的自然选择进化论。

这一理论的种子是在达尔文乘坐“贝格尔号”船进行为期五年的新世界航行中观察到的。在那里，他研究了化石和地质记录、生物的地理分布、岛屿生命形式的独特性和相关性，以及岛屿生命形式与大陆生命形式的亲缘关系。

回到英国后，达尔文思考了他的观察结果，并得出结论认为进化必须通过自然选择发生。然而，由于其具有争议性，他拒绝发表他的作品。然而，当另一位科学家华莱士得出了类似的结论时，达尔文相信他应该在 1859 年发表他的观察结果。他的假设彻底改变了生物学，并且还没有被主流科学家收集的经验数据证伪。

达尔文之后

自达尔文时代以来，科学家们积累了更加完整的化石记录，包括微生物和化学化石。这些化石支持了达尔文的理论并增加了其细节。然而，地球的年龄现在被认为比达尔文认为的要古老得多。研究人员还揭开了遗传机制的一些初步谜团，这些机制通过遗传学和DNA 进行，而这些领域是达尔文所不知道的。另一个不断发展的领域是比较解剖学，包括同源性和同功性。

今天，我们可以在胚胎发育中看到一些进化史的痕迹，因为某些（虽然不是所有）发育方面重现了进化史。

对缓慢突变基因的分子生物学研究揭示了与化石和解剖记录一致的相当多的进化历史。

对达尔文的挑战

达尔文和他的理论在过去 150 年中多次受到挑战。挑战主要基于宗教，源于对神创论预设概念的冲突。许多挑战达尔文的人都是年轻地球假说的信徒，他们认为地球只有大约 6000 年的历史，并且所有物种都是由神单独创造的。这些理论的一些支持者认为，今天存在的化学和物理定律在早期年代是不同的或不存在的。然而，在很大程度上，这些理论要么无法用科学方法进行检验，超出了生物学领域的研究范围，要么已被一个或多个科学领域反驳。

参考文献

本文基于克利夫兰州立大学的保罗·多德博士 (Dr. Paul Doerder, Ph.D.) 慷慨提供的笔记。