Ⅰ 史前生物的发展历史
地球上最初并没有生命。那么生命是如何产生的呢?来自地球内部甚或来自撞击地球的小行星和彗星的化学物质是构成早期生命的一部分。地球上生命的扩散和发展经历了漫长的时间。在几十亿年的时间里,单细胞的海洋生物一直是地球上仅有的生物。到目前为止所发现的最早的生命遗迹是超过40亿年的化石菌类,人们只能在显微镜下才能看得见它们。而后,大约在6亿年前,海洋里的细胞开始分裂并连接在一起形成了更大、更复杂的生命形式。
前寒武纪末期,更复杂的生命形式漂流在乎静的古代海洋里,其中包括7.5~20厘米长的盘状的伊迪卡拉水母和5~12.5厘米长的椭团形的狄更逊水母。因为没有捕食动物, 它们的世界是和平的。 寒武纪时期,成千上万种新生物在海底诞生。最早出现的是形状像香槟酒杯一样的动物和生活在管状和角状结构里的动物。随后,长有硬壳的草食动物和最早的捕食动物出现。这——时期的许多动物看上去很奇怪,因为它们没有现生的近亲。但另外的一些生物则是今天的蠕虫、有壳动物和脊椎动物的祖先。海洋中含氧量的增加可能是这一时期新的生命形式大量出现的一个原因。这个名字的词源是“离奇的白日梦”。但是对于科学家来说,搞清楚它到底长得什么样却真的是一场噩梦。本世纪初当它的化石在加拿大布尔吉斯页岩矿坑被发现的时候,它看起来好像带刺毛的蠕虫。后来,一位科学家认为这种动物的身体是管状的,以7对长腿站立,背上长有触手,并将它命名为怪诞虫。科学家在中国发现了保存完好的怪诞虫的近亲。这些动物并没有长腿。给它命名的那位科学家所认为的长腿实际上是它背上的刺,他认为的触手却是肉足。但这种动物到底哪端朝前哪端向后,却仍然是一个难解之谜。寻找化石的科学家偶尔会发现这样的地点:矿物质细粒迅速覆盖古代动物的整个身体,将它们的软体部分连同外壳或骨骼一起保存下来。在这种罕见的情况下,可以看到千百万年前的动物非常漂亮的细节,看起来就像它们活着的时候一样。
位于加拿大的布尔吉斯页岩矿坑就是这样的神奇地点之一。在那里的岩层中发现了100多种 5.3亿年前的不同动物,有些像水母一样是软体的,有些像螃蟹一样是硬体的。当崩塌的海底陆架所产生的泥浆将它们轻轻覆盖时,这些动物就被保存下来了。 侏罗纪时,恐龙主宰大地。在超过5500万年的时间内,它们发展成为植食性和肉食性恐龙,小的像鸡那么大,大的像座高楼。同时,地球上单一的大陆分解为两个大陆,植物和气候变得更加多样。但地球上仍然很温暖,而且没有草或开花植物。鸟臀类耻骨指向后方。鸟臀类恐龙包括了从小型的棱齿龙类到大家熟悉的大型植食性恐龙,例如剑龙。它还包括了下一个恐龙时期——白垩纪的角龙类和鸭嘴龙类。在德国,有一个矿山,那里1.45亿年前的石灰岩完美地保存了死于含有毒水体的古代泻湖中或其附近的动物。在发现于这个采石场的许多精美化石中,有8件身长30厘米的鸟类化石。这是迄今发现的最古老的鸟类。它的名字叫做始祖鸟(意为“古代长羽毛的翅膀”)。陆地上行走的最大动物出现于这个时代,它们是蜥脚类。这些四足行走、以植物为食的动物头很小,而身体却非常巨大。它们用勺状或锥状的牙齿咬断植物,并借助吞下的石块在巨大的胃中消化这些植物。
蜥脚类是从原蜥脚类进化而来的。后者最早出现于三叠纪,体长接近9米。蜥脚类又分成许多类群,它们在大小和体形上变化很大。粱龙类是所有蜥脚类当中最长的,具有一条鞭子一样的尾巴。震龙是一种体长超过36米的梁龙,有四辆大巴士那么长!
但所有侏罗纪蜥脚类中最大的是腕龙类,它具有高的像长颈鹿一样的胸膛和宽大的身体。一些腕龙有6层楼那么高,体重相当于50头大象。尽管它们如此巨大,它们仍然可能被巨大的肉食性恐龙捕食,如体长接近12米的异龙。这种绝灭已久的动物不同于几乎所有的现代鸟类。它有牙齿,翅膀上有爪,还有一条长长的骨质尾巴。这些都是恐龙和其他爬行动物的特点。但它像鸟一样也有羽毛。除了羽毛之外,它看起来很像一个小型的肉食性恐龙,以至于有一只始祖鸟在发现其骨骼周围岩石上不清楚的羽毛印痕之前,一直被认为是一只恐龙。
过去恐龙时代的鸟类化石稀少,但始祖鸟显示出许多肉食性恐龙的特征,因而大多数科学家认为它是由恐龙进化而来的。龙进化成为两个截然不同的类群,它们的区别就在于髋部结构。蜥臀类髋部的耻骨指向下方。蜥臀类包括植食性的巨型蜥脚类和所有肉食性恐龙——兽脚类。在中国,新的发现显示小型肉食性恐龙具有看起来像绒毛或羽毛的结构。近二十年来,在我国内蒙古、辽宁和河北等地发现大量带羽毛和绒毛的恐龙化石,从部分尾棕骨、前肢羽到全身绒羽、全身丝羽等各种不同类型的化石都有发现。这些恐龙化石有些部分和始祖鸟化石生活在同一个时代,有些是较晚的白垩纪。在同一个化石地点,同时也发现大量的鸟类化石,如孔子鸟、热河鸟等。这些新发现的化石证据,大大改变了过去对恐龙和鸟类之间的关系,也证实了现代鸟类的祖先是蜥臀类而不是鸟臀类恐龙,虽然它们的读音容易使人混淆。新发现的恐龙羽毛结构很多与后来的鸟类羽毛化石已经非常相似,这改变了把羽毛作为鸟类的分类学证据传统认识。而恐龙羽毛结构是怎么演化出来的呢?目前有两种认识,一种是滑翔说,认为这些小型恐龙原来是生活在树上,在从树到陆地的滑翔过程中逐渐演化出羽毛结构;于此对立的是奔跑说,认为小型恐龙在捕食昆虫的过程中逐渐演化出羽毛的结构。这两种学说的争议,都有其证据,但恐龙羽毛如何演化出来。 1946年,一位科学家在散步的时候在6亿多年前的岩石中发现了一些奇怪的浅碟形化石。从那以后,更多的这样奇怪的古老化石相继在世界各地发现。它们被一起命名为“文德动物”。最初,科学家认为文德动物是诸如水母、海鸡冠和蠕虫等现代海洋动物的祖先的遗迹。后来一位科学家指出,它们是按一定的图案拼合在一起,没有头和尾,不同于任何现代动物。科学家仍在争论文德动物究竟是什么。
Ⅱ 2000年以来生物学的发展历程。
恶性肿瘤。在中国境内申报并通过农业生物基因工程安全委员会批准的农业重组微生物在40例以上?生物技术药物由仿制逐步向创新转变,是继美。此外。首先在急性早幼粒白血病的致病基因克隆和功能研究方面取得突破,已申请一批国内外专利?生命科学基础性研究的优先发展领域。此外。2000-2001年超级杂交稻累计推广300万亩。人工血液代用品技术转让成功、二期临床的有21种,中国科学院在水稻基因组研究中取得重大进展;基因工程乙肝抗原-抗体复合物即将进入临床试验?在动物生物技术研究与开发方面也取得了可喜的成绩,所取得的成就已受到各国科学家的广泛关注,其生产水平已达到国际先进:血源性乙肝抗原-抗体复合物已获特殊临床试验批文。中国的生物技术产品销售额已从1986年的2:中国科学家充分发挥人类遗传资源优势。 :在诸如生物化学和分子生物学。 生物技术研究与开发重点领域、法,列世界第四位;证明了东亚人群的基因组与其他现代人群一样起源于非洲、动植物区系的系统演化与协同进化、以植物遗传转化为主的中游部分和以生物技术育种为主的下游部分的研究体系。应用基因表达谱和生物芯片:高产优质农作物的遗传育种。在植物基因工程研究开发方面;克隆了功能新基因的全长cDNA800多条,例如α1b干扰素国内市场占有率已达60%,迄今已完成了钩端螺旋体等6个微生物的全基因组测序、生物芯片和干细胞研究等取得了一系列突破与重要进展,连续多批产品达到质控标准:转基因鱼研究达到了国际领先水平,首次观察到植物防止自交的一种新的繁育机制等,进入一:基因组和功能基因组学。在系统发育和动植物区系演化方面。 、转基因技术和动物克隆、种类最多和研究范围最广的国家;获得了山羊,处于临床前开发的有35种?其他前沿领域,批准上市的产品有18种?医药生物技术、组织工程、日。中国在微生物基因组测序方面也已成为主要的参加国。 ,最近发现了一批与原发性肝癌发病、牛等一大批克隆动物.6亿元人民币上升到2000年的200亿元人民币,并有20余种转基因植物进入环境释放阶段、进化生物学等方面。 ,目前正在开展三重复合物新型疫苗研制,为今后抗体产品的产业化奠定了基础,部分畜禽基因工程疫苗已经达到了商业化生产的阶段、重大疾病相关基因的识别。 ;肿瘤免疫治疗。最近,继而克隆了耳聋,中国已经有转基因耐贮藏番茄,成果已获中国和国际专利、德后成为正式参加国际人类基因组合作项目的第六个国家。产品市场占有率不断提高、抗病、分子生物学与生物化学,中国能生产八种、北方人类基因组研究中心。2000年中国转基因作物(主要是转基因棉花)种植面积达到50万公顷,包括杀虫、《动物志》、基因治疗等、生物反应器。目前中国是世界上农业重组微生物环境释放面积最大、抗病毒甜椒、神经生物学、短指(趾)等一批单基因疾病的致病基因:经多年努力。优质小麦品种业已得到推广、抗病毒番茄,近年来取得了疾病致病基因定位,完成了255卷的《植物志》?农业微生物基因工程研究,这些工作均得到国际同行的高度评价、神经生物学,在世界前十种销量最大的品种中。治疗性乙型肝炎疫苗初露端倪。中国科学家承担了人类基因组1%的测序。 ,并在参加水稻基因组完成序列图测定的国际合作中率先完成了第四号染色体的工作?农业生物技术,基因工程药物产业初具规模?疾病相关基因研究?,中国开始走向世界,其中包括以基因研究为主的上游部分,转查尔酮合成□基因矮牵牛、原发性高血压和鼻咽癌的基因、揭示了果蝇有与高等动物类似的认知行为、生物信息学等、基因和蛋白质工程疫苗及药物;建成了南,共增产优质稻谷3-4亿公斤、梗塞性外周血管病等五种治疗方案进入临床试验。通过产学研的结合。 ,已建成中试规模基地;遗传病的基因诊断技术达到国际先进水平、克隆的一系列进展,较好地实现了杂种优势与理想株型的结合,也是惟一加入该计划的发展中国家,已选育出一批两系法亚种间杂交稻新组合,发现了与精子成熟和保护有关的抗菌胜基因??。 ,B型血友病?,近来又定位了II型糖尿病,已经发表了水稻基因组的框架序列?,中国基因工程制药业具备一定生产能力的企业已有60多家?基因组研究,中国转基因植物的研究体系和安全评价体系也基本建立起来。同时、《中国隐花植物志》,近年来中国生命科学界也取得了不少国际一流成果;获得了生产人药用蛋白的转基因动物、发展相关的基因和基因标志;基因治疗的关键技术实现突破:中国在超级杂交稻研究与组合应用上处于世界领先地位、抗虫棉花等5种自主研制的转基因植物通过了国家商品化生产许可:在基因组这一前沿领域??。育成的超级杂交稻组合比现在生产上应用的杂交稻组合增产15%-25%、抗血管治疗、英。例如,应用于诊断或导向药物的单抗和单抗衍生物的研究进展顺利、共生和联合固氮等微生物的遗传改造和应用取得良好进展、细胞和发育生物学
Ⅲ 生物发展史
这不是生物的进化史吗???
化学进化论 主张从物质的运动变化规律来研究生命的起源。认为在原始地球的条件下,无机物可以转变为有机物,有机物可以发展为生物大分子和多分子体系直到最后出现原始的生命体。1924年苏联学者A.N.奥帕林首先提出了这种看法;1929年英国学者J.B.S.霍尔丹也发表过类似的观点。他们都认为地球上的生命是由非生命物质经过长期演化而来的;这一过程被称为化学进化,以别于生物体出现以后的生物进化。1936年出版的奥帕林的《地球上生命的起源》一书,是世界上第一部全面论述生命起源问题的专著。他认为原始地球上无游离氧的还原性大气在短波紫外线等能源作用下能生成简单有机物(生物小分子),简单有机物可生成复杂有机物(生物大分子)并在原始海洋中形成多分子体系的团聚体,后者经过长期的演变和“自然选择”,终于出现了原始生命即原生体。化学进化论的实验证据越来越多己为绝大多数科学家所接受。(好像有点难懂)
http://ke..com/view/2413.htm
http://ke..com/view/8970.htm
和这两个结合,就差不多了。
Ⅳ 生物学及其发展历程
生物学
即生命科学(life science/biology),概括地说,生物是研究生命现象和生命活动规律的科学。作为继物理、化学之后又一高速发展的学科,正朝着宏观和微观两个方向发展。宏观观方面已经发展到全球生态系统的研究;微观方面则向着分子方向发展。生物学与众多科学结合形成了种类繁多的边缘科学,呈辐射状发展。
生物学从最开始就有2个学派,一个叫博物学派,一个是实验学派。博物学派以生态学为代表,实验学派以遗传学和分子生物学为代表。
目前国内外尚无明确一致的生命科学的定义。特别是对生命科学的范畴,即生命科学包括哪些学科没有明确一致的说法。但一般认为,生命科学是将生命世界(living world)作为一个整体来研究的一个科学分支,研究活着的生物(living organisms)和生命过程(life processes),包括生物科学(biological science)--即生物学(biology)及其分支即医药学、农林牧渔业、人类学、社会学等。生物学的分支有动物学、植物学、微生物学、解剖学、生理学、生物物理学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、神经生物学、发育生物学、社会生物学等。生命科学中生物学及其分支是生物科学的基础科学(basic science)或纯科学(pure science),医药学和农林牧渔业等是生物科学的应用科学(applied science);很显然,生物科学属于自然科学,而人类学和社会学则属于人文社会科学。所以生命科学的范畴是比较大的,包括了自然科学和社会科学两大科学领域。但是,我国教育部1998年颁布的新的高等学校本科专业目录的理工科部分中与上述生命科学自然科学部分有关的专业有生物学、生物学技术、医学、药学、农学等等,分别属于基础生物科学或应用生物科学范畴。
生物学是研究生物各个层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的科学。人也是生物的一种,也是生物学的研究对象。
20世纪40年代以来,生物学吸收了数学、物理学和化学的成就,逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学。
人们已经认识的生命是物质的一种运动状态。生命的基本单位是细胞,它是由蛋白质、核酸、脂类等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。
生命有许多无生命物质所不具备的特性。比如:生命能够在常温常压下合成多种有机化合物;能够以远远超出机器的效率来利用环境中的物质和制造体内的各种物质;能以极高的效率储存信息和传递信息;具有自我调节功能和自我复制能力;以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭示生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。
生物学的研究对象
地球上现存的生物估计有200万~450万种;已经灭绝的种类更多,估计至少也有1500万种。从北极到南极,从高山到深海,从冰雪覆盖的冻原到高温的矿泉,都有生物的存在。它们具有多种多样的形态结构,它们的生活方式也变化多端。
从生物的基本结构单位——细胞的水平来考察,有的生物还不具备细胞形态;在已经具有细胞形态的生物中,有原核细胞构成的、有由真核细胞构成的;从组织结构看,有单细胞生物、多细胞生物。而多细胞生物又根据组织器官的分化和发展而分为多种类型;从营养方式来看,有光和自养、吸收异养、腐蚀性异养、吞食异养;从生物在生态系统的作用看,有生产者、消费者、分解者等等。
生物学家根据生物的发展历史、形态结构特征、营养方式以及它们在生态系统中的作用等,将生物分成若干界。现在比较通行的认识是将地球上的生物界划分为五界:细菌、蓝菌等原核生物是原核生物界;单细胞的真核生物是原生生物界;光和自养的植物界;吸收异养的真菌界;吞食异养的动物界。
病毒是一种非细胞生命形态,它由一个核酸长链和蛋白质外壳构成,病毒没有自己的代谢机构,没有酶系统。因此病毒离开了宿主细胞,就成了没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。一旦进入宿主细胞后,它就可以利用细胞中的物质和能量以及复制、转录和转译的能力,按照它自己的核酸所包含的遗传信息产生和它一样的新一代病毒。
病毒基因同其他生物的基因一样,也可以发生突变和重组,因此也是可以演化的。因为病毒没有独立的代谢机构,不能独立的繁殖,因此被认为是一种不完整的生命形态。近年来发现了比病毒还要简单的类病毒,它是小的RNA分子,没有蛋白质外壳,但它可以在动物身上造成疾病。这些不完整的生命形态的存在说明无生命与有生命之间没有不可逾越的鸿沟。
原核细胞和真核细胞是细胞的两大基本形态,它们反映了细胞进化的两个阶段。把具有细胞形态的生物划分原核生物和真核生物,是现代生物学的一大进展。原核细胞的主要特征是没有线粒体、质体等模细胞器,染色体只是一个环状的DNA分子,不含组蛋白及其它蛋白质,没有核膜。原和生物主要是细菌。
真核细胞是结构更为复杂的细胞。它有线粒体等膜细胞器,有包以双层膜的细胞核把核内的遗传物质与细胞质分开。DNA是长链分子,狱卒蛋白以及其他蛋白合成染色体。这核细胞可以进行有丝分裂和减数分裂,分裂的结果是复制的染色体均等地分配到子细胞中。原生生物是最原始的真核生物。
植物是以光和自养为主要营养方式的真核生物。典型植物细胞都含有液泡核以纤维素为主要成分的细胞壁。细胞质中由进行光合作用的细胞器—叶绿体。植物的光合作用都是以水为电子供体的,光合自养是植物的主要营养方式,少数的高等植物是寄生的,还有更少数的植物能够捕捉小昆虫,进行异养吸收。
植物从单细胞绿藻到被子植物是沿着适应光合作用的的方向发展的。高等植物中发生了植物的根(固定和吸收器官)、茎(支持器官)、叶(光和器官)的分化。叶柄和众多分支的茎支持片状的叶向四面展开,以获得最大的光照和吸收面积,细胞也逐渐分化成专门用于光合作用、输导和覆盖等各种组织。大多数植物的通过有性生殖,形成配子体和孢子体世代交替的生活史。植物是生态系统中最主要的生产者,也是地球上氧气的主要来源。
真菌是以吸收为主要营养方式的真核生物。真菌有细胞壁,细胞壁含有几丁质,也含有纤维素。几丁质是一种含氨基葡萄糖的多糖,是昆虫等动物骨骼的主要成分,植物细胞不含几丁质。真菌没有质体和光合色素。真菌的繁殖能力很强,繁殖方式多样,主要是以无性或有性生殖产生的各种孢子作为繁殖单位。真菌分布非常广泛,在生态系统中,真菌是重要的分解者。
动物是以吞食为营养方式的真核生物。吞食异养包括捕获、吞食、消化和吸收等一些列复杂的过程。动物体的结构是沿着适应吞食异养的方向发展的。单细胞动物吞入食物后形成食物泡。食物在食物泡中被消化,然后透过膜而进入细胞质中,细胞质中溶酶体与之融合,就是细胞内消化。
多细胞动物在进化过程中,细胞内消化逐渐为细胞外消化所取代,食物被捕获后在消化道内由消化腺分泌酶而被消化,消化后的小分子营养物经过消化道吸收,并通过环系循统输送到身体的各种细胞中。
与此相适应,多细胞动物逐步形成了复杂的排泄系统、外呼吸系统以及复杂的感觉系统、神经系统、内分泌系统和运动系统等。在全部生物中,只有动物的身体构造发展到如此复杂的高级水平。在生态系统中,动物是有机食物的消费者。
在生命发展的早期,生态系统是由生产者和分解者组成的两环系统。随着真核生物特别是动物的产生和发展,两环生态系统发展成有生产者、分解者和消费者所组成的三环系统。出现了今日丰富多彩的生物世界。
从类病毒、病毒到植物、动物,生物拥有众多特征鲜明的类型。各种类型之间又有一系列的中间环节,形成连续的谱系。同时由营养方式决定的三大进化方向,在生态系统中呈现出相互作用的空间关系。因而,进化既是时间过程,又是空间发展过程。生物从时间的历史渊源和空间的生活关系上都是一个整体。
生物的特征
生物不仅具有多样性,而且具有一些共同的特征和属性。
组成生物体的生物大分子的结构和功能,在原则上是相同的。比如各种生物的蛋白质的单体都是氨基酸,种类不过20种左右,它们的功能对所有的生物都是相同的;在不同生物体内基本代谢途径也是相同的等等。这就是生物化学的同一性。同一性深刻的揭示了生物的统一性。
生物具有多层次的结构模式。对于病毒以外的一切生物都是由细胞组成的,细胞是由大量原子和分子所组成的非均质的系统。
从结构上看,细胞是由蛋白质、核酸、脂类、多糖等组成的多分子动态体系;从信息论观点看,细胞是遗传信息和代谢信息的传递系统;从化学观点看,细胞是由小分子合成的复杂大分子;从热力学上看,细胞是远离平衡的开放系统……
除细胞外,生物还有其他结构单位。细胞之下有细胞器、分子、原子,细胞之上有组织、器官、器官系统、个体、生态系统、生物圈等等。生物的各种结构单位,按照复杂程度和逐级结合的关系而排列成一系列的等级,这就是结构层次。较高层次上会出现许多较低层次所没有的性质和规律。
其他的还有很多,比如生物的有序性和耗散结构、生物的稳定性,生命的连续性,个体发育,生物的进化,生态系统中的相互关系等等。
这些都说明,尽管生物世界存在惊人的多样性,但所有的生物都有共同的物质基础,遵循共同的规律。生物就是这样一个统一而有多样的物质世界。
和其他学科一样,生物学依据自己所研究的对象,也有一些基本的研究方法——观察描述的方法、比较的方法、实验的方法等等,也都具有自己的特点。对于生物学来说,既需要有精确的实验分析,又需要从整体和系统的角度来观察生命,生物学积累了大量关于各种层次生命系统及其组成部分的资料。今天对于生命系统的规律作出定量的理论研究已经提到日程上来,系统论方法将作为新的研究方法而受到人们的重视。
生物学的分支
早期的生物学主要是对自然的观察和描述,是关于博物学和形态分类的研究。所以生物学最早是按类群划分学科的,如植物学、动物学、为生物学等。由于生物种类的多样性,也由于人们对生物学的了解越来越多,学科的划分也就越来越细,一门学科往往在划分为若干学科。
按生物类群划分学科,有利于从各个侧面认识某一个自然类群的生物特点和规律性。但无论研究对象是什么,都不外乎分类、形态、生理、生化、生态、遗传、进化等等。
生物在地球历史中有着很长的发展历史,大约有1500万种生物已经灭绝,它们的遗骸保存在地层中形成化石。古生物学专门通过化石研究历史上的生物;
生物的类群是如此的繁多,需要一个专门的学科来研究类群的划分,就产生了分类学;
形态学是生物学中研究动植物的形态结构的学科;随着显微镜的使用,形态学又深入到超微结构的领域,组织学和细胞学也就相应的建立起来了;
生理学是研究生物机能的学科,生理学的研究方法是以实验为主;
遗传学是研究生物性状的遗传和变异,阐明其规律的学科;
胚胎学是研究生物个体发育的学科;
生态学是研究生物与生物之间以及生物与环境之间的关系的学科。研究范围包括个体、种群、群落、生态系统以及生物圈等层次。揭示生态系统中食物链、生产力、能量流动和物质循环的有关规律;
生物化学是研究生命物质的化学组成和生物体各种化学过程的学科,是进入20世纪以后迅速发展起来的一门学科。生物化学的成就提高了人们对生命本质的认识。生物化学侧重于生命的化学过程、参与这一过程的物质、产品以及酶的作用机制的研究。分子生物学是从研究生物大分子的结构发展起来的,现在更多的仍是研究生物大分子的结构与功能的关系、以及基因的表达、调控等方面的机制;
生物物理学是用物理薛的概念和方法研究生物的结构、生命活动的物理和物理化学过程的学科。早期生物物理学的研究是从生物发光、生物电等问题开始的。随着生物学、物理学的发展,新概念的产生和介入,生物物理的研究范围和水平不断加深加宽。产生了量子生物学、生物大分子晶体结构以及生物控制论等小分支;
生物数学是数学和生物学结合的产物,它的任务是研究生命过程中的数学规律。
生物界是一个多层次的复杂系统,为了揭示某一层次的规律以及和其他层次的关系,出现了按层次划分的学科并且越来越受人们的重视。比如:分子生物学、细胞生物学、个体生物学、种群生物学等等。
总之,生物学中一些新的学科在不断的分化出来,另一些学科又在走向融合。生物学分可的这种局面,反映了生物学极其丰富的内容,也反映了生物学蓬勃发展的景象。
研究生物学的意义
生物与人类生活的许多方面都有着非常密切的关系。生物学作为一门基础科学,传统上一直是农业和医学的基础,涉及种植业、畜牧业、养殖业、医疗、制药、卫生等等。随着生物学理论与方法的不断进步,它的应用领域也在不断扩大。现在,生物学的影响已经扩展到食品、化工、环境保护、能源、冶金等方面。如果考虑仿生学的因素,它还影响到了机械、电子技术、信息技术等等诸多领域的发展。
生物学分支学科
植物学、孢粉学、动物学、微生物学、细胞生物学、分子生物学、生物分类学、习性学、生理学、细菌学、微生物生理学、微生物遗传学、土壤微生物学、细胞学、细胞化学、细胞遗传学、免疫学、胚胎学、优生学、悉生生物学、遗传学、分子遗传学、生态学、仿生学、生物物理学、生物力学、生物力能学、生物声学、生物化学、生物数学
与生物学相关的基础学科:化学,自然地理学,物理学,数学
Ⅳ 生物进化史
最早是寒武纪;原始人部落出现在新生代第四纪;恐龙出现始于中生代三叠纪。
地质时代分类
冥古宙:开始于4567.17±0.7百万年,结束于3800百万年,无生命状态。
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太古宙:开始于3800百万年,结束于2500百万年,原始生命出现及生物演化的初级阶段,地质形成。
古太古代
中太古代
新太古代
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元古宙:距今约25亿年~距今约5.7亿年,元古宙时藻类和细菌开始繁盛,是由原核生物向真核生物演化、从单细胞原生动物到多细胞后生动物演化的重要阶段。
古元古代
中元古代
新元古代
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显生宙:从距今大约5.7亿年前延续至今。寒武纪始,生物逐渐向较高级的发展阶段进化,动物已具有外壳和清晰的骨骼结构,故称显生宙。
古生代
中生代
新生代
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生命起源:古生代---中生代---新生代
古生代:
1.寒武纪(Cambrian 距今5.4~5.1亿年)-海洋无脊椎动物大发展
奥陶纪(Ordovician Period,Ordovician)-原始的脊椎动物出现,开始于距今5亿年,延续了6500万年。
2.志留纪(Silurianperiod)-笔石的时代、陆生植物和有颌类出现,始于距今4.38亿年,延续了2500万年。
3.泥盆纪(Devonian period)-鱼类的时代,约开始于4.1亿年前,结束于3.5亿年前,持续约5000万年。
4.石炭纪(Carboniferous period)-植物世界的繁盛,两栖动物的时代,开始于距今约3.55亿年至2.95亿年,延续了6500万年。
5.二叠纪(Permian period)-脊椎动物大发展时代距今约2.9亿年,延至2.5亿年,共经历了4500万年。
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中生代:
1.三叠纪(恐龙诞生)(Triassic period)是爬行动物和裸子植物的崛起时代,始于距今2.5亿年至2.03亿年,延续了约4500万年。
2.侏罗纪(Jurassic Period) 距今约2.05亿年~距今1.44亿年,爬行动物和裸子植物的时代。
3.白垩纪(Cretaceous Period)约1亿4550万年前至6550万年前,恐龙灭绝。
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新生代:
1.古近纪(Paleogene)大约距今6500万年,结束于23.03±0.05M,延续了约4247万年,哺乳动物演化时代。
2.新近纪 距今2300万年,一直延续了2140万年,哺乳动物大发展时代。
3.第四纪(人类起源,原始部落形成)(Quaternary Period)距今约160万年,人类出世并迅速发展时代,人类的发展经历了以下主要阶段:
1)早期猿人阶段(2百万年-1百75万年前):能人(Homo hails)在东非坦桑尼亚出现,这可能是早期的直立猿人(Homo erectus);
2)晚期猿人阶段(1百万年前):直立猿人(homo erectus)从非洲扩散到中国、爪哇,最著名的代表是北京猿人和爪哇猿人;
3)早期智人阶段(50万年前):智人(Homo sapiens)在非洲出现并迁移到欧洲。
4)晚期智人(新人)阶段(25万年-3万5千年前):现代人(Homo sapiens sapiens)在非洲南部出现,约5万年前,现代人类分布到中东地区,到3万5千年前,现代人类分布到达欧洲-克罗麦昂人(Cro-Magnon);
5)在更新世晚期,大约3万-2万年前,现代人类通过白令陆桥进入北美洲并向南迁移。进入全新世后,现代人的分布到除南极洲以外的各个大陆,并且成为唯一生存至今的人科动物(hominids)。
6)2004年出版的国际地层表已取消了第四纪作为“纪”一级地质年代的地位,但是在国际第四纪学界引起了轩然大波,后又予以恢复。
Ⅵ 生物学的发展历程
1859年 Charles Darwin 出版《物种起源》:提出了“过度繁殖、生存竞争、自然选择、适者生存”的进化论。书中的大量证据对相传了几个世纪的西洋文化和“科学”——宗教的看法发起了挑战。该书首版发行的第一天就一售而空,达尔文也因此成为“英格兰最危险的人物”。但正如达尔文的朋友兼工作伙伴T.H. Huxley所说:“不了解(书中的)这些观点实在太愚蠢了。”
1865年基因时代的起点:Gregor Mendel 通过研究豌豆的遗传特征,总结出了至今仍适用于所有生物体的遗传规律。遗憾的是,在其后的35年中孟德尔关于“遗传因子”(基因)的发现都没能得到其他科学家的认同。
1910年染色体学说提出:Thomas Hunt Morgan 通过著名的“果蝇实验”证明并发展了孟德尔的遗传学理论。他认为染色体是遗传性状传递机理的物质基础,而基因是组成染色体的遗传单位。基因的突变会导致生物体遗传特性发生变化。摩尔根因此获得了1933年诺贝尔医学奖。
1941年“一个基因,一种酶”: George Beadle 和 Edward Tatum 发现,一个基因控制生成一种酶或蛋白质,他们因此获得了1958年诺贝尔医学奖。
1952年“搅拌机实验”:Martha Chase 和 Alfred Hershey 使用普通的厨房器具将病毒的蛋白质外壳和内在DNA分离开,并证明了亲代是通过DNA将遗传特征传递到子代的。Hershey 因此获得了1969年诺贝尔奖。
1953年拆开双螺旋:James Watson 和 Francis Crick 从理论上推论出DNA的分子结构—一种双螺旋。他们在此之前并没有做任何具体单一的试验工作,而是直接向Nature杂志提交了一份报告。他们的推理得到了1962年诺贝尔奖医学奖的肯定。
1967年破译遗传密码:Har Khorana, Robert Holley 和 Marshall Nirenberg 因成功解释DNA翻译成蛋白质的机制而获得了1968年诺贝尔医学奖。
1968年: Stanley Cohen 通过研究微生物导致的疾病,认识到微生物携带的抗抗生素基因在质粒(一种染色体外的环状DNA)上,并成功纯化质粒,将其插入到其他的微生物细胞内,实现了抗药性的转导。
1970年限制性酶的发现:UCSF科学家 Herb Boyer 在研究抗生素的过程中发现,某些微生物能够产生特异性的酶地切掉噬菌体的DNA。Herb Boyer分离出了“Big Dad”的限制性酶——EcoR1,在随后的几年,人们又发现了上百个限制性核酸内切酶能够特异性地作用于DNA的特殊位点。早期的研究者 Hamilton Othanel Smith因分离出新的限制性内切酶HindII而获得了1978年诺贝尔医学奖。
1972年基因重组技术:Paul Berg 将SV40病毒和大肠杆菌DNA碎片的钝性末端接合在一起,制造了重组的DNA。他与 Walter Gilbert 和 Fred Sanger 一起获得了1980年诺贝尔医学奖。
1972年“从腌牛肉到克隆”:Cohen 和 Boyer 一起研究一种方法将可以产生某种特异蛋白质的DNA片段插入微生物的质粒中,通过搅拌(发酵)促进微生物生长的同时生成需要的蛋白质——这就是生物技术工业化的基础。
1974年第一个基因重组试验:Stan Cohen, Annie Chang 和 Herb Boyer 将属于青蛙的一段DNA成功放入大肠杆菌染色体中。从此,大肠杆菌就象生物实验室中的实验小鼠一样,成为DNA重组试验的经典素材。
1975年Asilomar会议: Paul Berg 组织发起一个国际性会议召集世界著名的100多位科学家一起交流对重组DNA技术的认识,并建立一个“指南”避免其他科学家重复无谓的研究。
1975年DNA测序的发展: 哈佛大学和剑桥大学的 Walter Gilbert 和 Allan Maxam 几乎在同时发明两种技术可以用来测量基因的最基本的序列。他们和 Paul Berg 一起获得了1980 诺贝尔奖 。
1975年 Cesar Milstein,Georges Kohler 和 Niels Jerne 提出了抗体形成的“天然”选择学说。即最初进入动物体内的抗原,有选择性地与“天生”就存在于体内的“天然”抗体结合,然后一起进入细胞,并给细胞以一信号,是其产生更多的相同抗体。
1976年生物技术的突破:把细胞当作“厂房”来生产特定的激素和蛋白开始成为现实。29岁的硅谷冒险资本家 Robert Swanson 和 Herb Boyer 一起组建了Genentech 公司,目标是克隆人胰岛素。该公司1980年10月14日上市。
1978年克隆成功人胰岛素:Genentech的科学家用大肠杆菌克隆了人胰岛素,并把该技术转让给Eli Lilly公司。1982年人胰岛素成为FDA批准生产的第一种基因药物。
1985年Genentech成为世界上第一个拥有自己的生物产品的生物技术公司,其产品ProTropin能给缺乏生长激素儿童和青少年提供生长激素。
1986年聚合酶链式反应(PCR):Kary Mullis 利用一种热稳定DNA聚合酶——Tap聚合酶,使DNA片段在几小时内复制扩增了上百万倍。虽然 Kary Mullis 在这项研究中所做的贡献因为某些原因没有得到科学界的承认,但是 Kary Mullis 终于凭着自己不懈的努力,发明人工合成DNA的“寡聚核苷酸定点诱变法”,最终获得了1993年的诺贝尔化学奖。而发生在Hoffman-LaRoche和 Promega Biotech 两者之间的PCR 技术和关键酶Taq 聚合酶的所有权之争,直到1999年才告结束。
1989年人类基因组计划的发起:该计划的目的是在2005年以前完成人类100,000个基因的图谱、序列,促进生物学研究的进步。计划投入30亿美元。
1990年首次使用基因疗法:4岁的小女孩 Ashanti DiSilva 成为第一个接受基因疗法的病人。William French Anderson 和NIH的同事在 Ashanti DiSilva 的T细胞中插入一个正常的 ADA 基因,将其注入她的血液系统。正常的T细胞以每月增长25%的速度生长,改善了她的免疫功能,Ashanti DiSilva 终于能象正常孩子一样生活。
1994 年4月18日,美国FDA宣布 Calgene's FlavrSavr 公司的西红柿——世界上第一个转基因食物将被摆放在超市的货架上售卖。FlavrSavr 公司整整花费了十二年时间和5.25亿美元的研究投入,最终获得了FDA的安全认证。但是,由于售价过高以及来自各方面的市场抵制,负债累累的 FlavrSavr 于1997年宣布破产。
1997年首个由成年动物细胞克隆的动物—— Dolly 诞生: 1997年2月,Ian Wilmut 及同僚宣布克隆羊Dolly诞生。Dolly是由一只6岁大的成年绵羊的乳腺细胞在另一只绵羊子宫内孕育而成的。
1996年基因芯片技术的产生:基因芯片无疑是基因表达和DNA测序技术的一个重大突破。一枚纤小的玻璃或硅制的微芯片,却能包含成千上万个独立的、能同时进行检测的基因。基因芯片技术从此成为制造业、探通术、成像技术和规模化分析测量的重要手段并带动新兴工业的发展。
1997年克隆鼠诞生:1997年10月3日,Dolly又增添了几位克隆伙伴——Cumulina 及其22位同胞,其中包括通过“Honolulu“ 技术进行核移植,由克隆鼠克隆而得的小鼠。它们的主人 Teruhiko Wakayama 认为,种种迹象表明,用成年哺乳动物肌肉细胞进行克隆,可以得到完整的新个体。
1997年第一个人类的人造染色体:科学家利用自然化合物合成了人造染色体——“基因盒子(Genetic cassette)”,以用于特定的基因治疗。该染色体上的基因在细胞内可以持续复制和表达达6个月之久。
1998年5月与基因组计划赛跑:J. Craig Venter 和 Perkin Elmer 合伙创建Celera 基因公司,其目的是要在比“人类基因组计划”花费更少的经费投入和时间的前提下,提前绘制出人类的全部基因序列。该公司拥有强大的测序能力和仅次于五角大楼的计算能力。
1998年11月人类基因组计划宣布将加快研究进度:DOE和NIH宣布新的5年目标是在2003年完成测序, 2001年实现基因草图的绘制。
1998年11月,James Thompson 和 John Gearhart 领导的两个研究小组分别成功地培养出了人胚胎干细胞。科学杂志把胚胎干细胞的研究列为1999年科技突破之一。这两个小组的项研究都是由 Geron Corporation公司支持的。 [August 23, 2000: NIH Publishes Final Guidelines for Stem Cell Research]
1999年9月9日:Celera 宣布已完成果蝇的基因测序,并马上开始人类基因组测序。有学者指出,Celera 将无法完成所有基因序列的检测,而且也不会将研究成果公布于众。但是还没有证据可以证明这种说法。Science 杂志有全文报道。
2000年6月26日,人类基因组计划的完成:它将给科学家免费提供90%以上的基因图谱,虽然其中难免有遗漏和错误,但是这高质量的基因序列表将帮助人类了解遗传疾病的发生原理和机制,以寻求新的治疗途径。
2001年2月15/16日,人类基因组初步分析结果发表:HGP和Celera科学家们分别将他们的初步分析结果发表在2月15日的Nature和2月16日的Science上。
Ⅶ 生物学有哪些发展历程
“生物学”一词是由法国博物学家拉马克和德国博物学家特来维拉纳斯于1802年分别提出的。经过近200年的发展,生物学经历了一个从形态到结构、从现象到本质、从定性到定量、从简单到复杂的发展过程,而形成了一个具有多层次、多分支、多学科,系统而完整的科学体系。
现代生物学在不同层次(分子、细胞、个体和群体)上研究一切生物体的结构、功能、发生和发展的规律,及其与环境间的相互关系。生物学的研究,其目的在于阐明生命的本质,有效地控制生命活动和能动地加以改造、利用,使之为人类服务。由于生命科学的发展,特别是分子生物学、细胞遗传学、生物化学等基础研究,使生物学结束了描述阶段,而进入了模拟和试验技术的发展阶段,以帮助我们理解最基本的生命过程,在现代技术设备条件下,生物学取得了许多重大突破,从而为生物技术的发展奠定了坚实的基础。生物技术的发展,又推进了生命科学基础研究的进程,使生命科学从单纯说明和利用自然,跃上了改造和创造生命物质的新阶段。
生物工程的发展
(1)创建发酵原理:微生物学奠基人巴斯德在1857年提出的“在化学上不同的发酵是由生理上不同的生物所引起的”重要论断,为发酵技术的发展提供了坚实的理论基础;
(2)发明纯种培养技术:1881年,德国细菌学家科赫发明了营养明胶上划线以分离细菌纯种的方法,后在助手夫人的建议下改用更实用的琼脂来取代明胶,有力地推动了纯种分离技术的发展;1882年,丹麦的汉逊纯化了酵母菌,并把它广泛应用于酿酒行业上;
(3)发现酶及其催化功能:1897年,德国化学家布赫纳用磨碎酵母菌的细胞汁对葡萄糖进行酒精发酵获得成功,并由此开创了微生物生物化学和酶学研究的新纪元。
(4)建立深层通气培养技术:1942年,由于第二次世界大战中救护伤员的迫切需要,推动了青霉素深层液体发酵技术的发展,并导致在发酵工程中建立具有革命性和普遍意义的生物反应器技术;
(5)体外基因重组技术的问世:1973年,美国斯坦福大学医学院的科恩等人和旧金山大学医学院的博耶等人将大肠杆菌中两种不同特性的质粒片段用内切酶和连接酶进行剪切和拼接,获得了第一个重组质粒,然后通过转化技术将它引入大肠杆菌细胞中进行复制,并发现它能表达原先两个亲本质粒的遗传信息,从而开创了遗传工程的新纪元;
(6)固定化酶和固定化细胞技术的出现:日本的千畑一郎等于1969年首先将固定化氨基酰化酶应用于DL氨基酸的拆分工作,1973年,他又进一步利用固定化细胞连续生产L天冬氨酸,开创了固定化酶和固定化细胞工业应用的新局面;
(7)细胞和原生质体融合技术的建立:1962年,日本的冈田善雄利用仙台病毒的促融作用,首次诱导了艾氏腹水瘤细胞的融合,1974年,高国楠利用OEG(聚乙二醇)完成了植物细胞原生质体融合的实验,1979年,生达利用操作简便、快速和无毒的电脉冲技术完成了植物细胞原生质体的融合,从此,这类新兴的细胞融合技术就在动、植物和各种微生物新种的培育过程中发挥着越来越重要的作用。
Ⅷ 生物历史
发展历史
在自然科学还没有发展的古代,人们对生物的五光十色、绚丽多彩迷惑不解,他们往往把生命和无生命看成是截然不同、没有联系的两个领域,认为生命不服从于无生命物质的运动规律。不少人还将各种生命现象归结为一种非物质的力,即“活力”的作用。这些无根据的臆测,随着生物学的发展而逐渐被抛弃,在现代生物学中已经没有立足之地了。
20世纪特别是40年代以来,生物学吸收了数学、物理学和化学等的成就,逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学。人们已经认识到生命是物质的一种运动形态。生命的基本单位是细胞,它是由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。生命有许多为无生命物质所不具备的特性。例如,生命能够在常温、常压下合成多种有机化合物,包括复杂的生物大分子;能够以远远超出机器的生产效率来利用环境中的物质和能制造体内的各种物质,而不排放污染环境的有害物质;能以极高的效率储存信息和传递信息;具有自我调节功能和自我复制能力;以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭露生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。 现代生物学是一个有众多分支的庞大的知识体系,本文着重说明生物学研究的对象、分科、方法和意义。关于生命的本质和生物学发展的历史,将分别在“生命”、“生物学史”等条目中阐述。
生物学的分支学科各有一定的研究内容而又相互依赖、互相交叉。此外,生命作为一种物质运动形态,有它自己的生物学规律,同时又包含并遵循物理和化学的规律。因此,生物学同物理学、化学有着密切的关系。生物分布于地球表面,是构成地球景观的重要因素。因此,生物学和地学也是互相渗透、互相交叉的。
早期的生物学
主要是对自然的观察和描述,是关于博物学和形态分类的研究。所以生物学最早是按类群划分学科的,如植物学、动物学、微生物学等。由于生物种类的多样性,也由于人们对生物学的了解越来越多,学科的划分也就越来越细,一门学科往往要再划分为若干学科,例如植物学可划分为藻类学、苔藓植物学、蕨类植物学等;动物学划分为原生动物学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等;微生物不是一个自然的生物类群,只是一个人为的划分,一切微小的生物如细菌以及单细胞真菌、藻类、原生动物都可称为微生物,不具细胞形态的病毒也可列入微生物之中。因而微生物学进一步分为细菌学、真菌学、病毒学等。 按生物类群划分学科,有利于从各个侧面认识某一个自然类群的生物特点和规律性。但无论具体对象是什么,研究课题都不外分类、形态、生理、生化、生态、遗传、进化等方面。为了强调按类型划分的学科已经不仅包括形态、分类等比较经典的内容,而且包括其他各个过程和各种层次的内容,人们倾向于把植物学称为植物生物学,把动物学称为动物生物学。 生物在地球历史中有着40亿年左右的发展进化历程。大约有1500万种生物已经绝灭,它们的一些遗骸保存在地层中形成化石。古生物学专门通过化石研究地质历史中的生物,早期古生物学多偏重于对化石的分类和描述,近年来生物学领域的各个分支学科被引入古生物学,相继产生古生态学、古生物地理学等分支学科。现在有人建议,以广义的古生物生物学代替原来限于对化石进行分类描述的古生物学。 生物的类群是如此的繁多,需要一个专门的学科来研究类群的划分,这个学科就是分类学。林奈时期的分类以物种不变论为指导思想,只是根据某几个鉴别特征来划分门类,习称人为分类。现代的分类是以进化论为指导思想,根据物种在进化上的亲疏远近进行分类,通称自然分类。现代分类学不仅进行形态结构的比较,而且吸收生物化学及分子生物学的成就,进行分子层次的比较,从而更深刻揭示生物在进化中的相互关系。现代分类学可定义为研究生物的系统分类和生物在进化上相互关系的科学。 生物学中有很多分支学科是按照生命运动所具有的属性、特征或者生命过程来划分的。 形态学是生物学中研究动、植物形态结构的学科。在显微镜发明之前,形态学只限于对动、植物的宏观的观察,如大体解剖学、脊椎动物比较解剖学等。比较解剖学是用比较的和历史的方法研究脊椎动物各门类在结构上的相似与差异,从而找出这些门类的亲缘关系和历史发展。显微镜发明之后,组织学和细胞学也就相应地建立起来,电子显微镜的使用,使形态学又深入到超微结构的领域。但是形态结构的研究不能完全脱离机能的研究,现在的形态学早已跳出单纯描述的圈子,而使用各种先进的实验手段了。 生理学是研究生物机能的学科,生理学的研究方法是以实验为主。按研究对象又分为植物生理学、动物生理学和细菌生理学。植物生理学是在农业生产发展过程中建立起来的。生理学也可按生物的结构层次分为细胞生理学、器官生理学、个体生理学等。在早期,植物生理学多以种子植物为研究对象;动物生理学也大多联系医学而以人、狗、兔、蛙等为研究对象;以后才逐渐扩展到低等生物的生理学研究,这样就发展了比较生理学。
遗传学
是研究生物性状的遗传和变异,阐明其规律的学科。遗传学是在育种实践的推动下发展起来的。1900年孟德尔的遗传定律被重新发现,遗传学开始建立起来。以后,由于T.H.摩尔根等人的工作,建成了完整的细胞遗传学体系。1953年,遗传物质DNA分子的结构被揭示,遗传学深入到分子水平。基因组计划的进展,从基因组、蛋白质组到代谢组的遗传信息传递,以及细胞信号传导、基因表达调控网络的研究,1994年系统遗传学的概念、词汇与原理于中科院提出与发表。现在,遗传信息的传递、基因的调控机制已逐渐被了解,遗传学理论和技术在农业、工业和临床医学实践中都在发挥作用,同时在生物学的各分支学科中占有重要的位置。生物学的许多问题,如生物的个体发育和生物进化的机制,物种的形成以及种群概念等都必须应用遗传学的成就来求得更深入的理解。
胚胎学
是研究生物个体发育的学科,原属形态学范围。1859年达尔文进化论的发表大大推动了胚胎学的研究。19世纪下半叶,胚胎发育以及受精过程的形态学都有了详细精确的描述。此后,动物胚胎学从观察描述发展到用实验方法研究发育的机制,从而建立了实验胚胎学。现在,个体发育的研究采用生物化学方法,吸收分子生物学成就,进一步从分子水平分析发育和性状分化的机制,并把关于发育的研究从胚胎扩展到生物的整个生活史,形成发育生物学。
生态学
是研究生物与生物之间以及生物与环境之间的关系的学科。研究范围包括个体、种群、群落、生态系统以及生物圈等层次。揭示生态系统中食物链、生产力、能量流动和物质循环的有关规律,不但具有重要的理论意义,而且同人类生活密切相关。生物圈是人类的家园。人类的生产活动不断地消耗天然资源,破坏自然环境。特别是进入20世纪以后,由于人口急剧增长,工业飞速发展,自然环境遭到空前未有的破坏性冲击。保护资源、保持生态平衡是人类当前刻不容缓的任务。生态学是环境科学的一个重要组成成分,所以也可称环境生物学。人类生态学涉及人类社会,它已超越了生物学范围,而同社会科学相关联。 生命活动不外物质转化和传递、能的转化和传递以及信息的传递三个方面。因此,用物理的、化学的以及数学的手段研究生命是必要的,也是十分有效的。交叉学科如生物化学、生物物理学、生物数学就是这样产生的。 生物化学是研究生命物质的化学组成和生物体各种化学过程的学科,是进入20世纪以后迅速发展起来的一门学科。生物化学的成就提高了人们对生命本质的认识。生物化学和分子生物学的内容有区别,但也有相同之处。一般说来,生物化学侧重于生命的化学过程、参与这一过程的作用物、产品以及酶的作用机制的研究。例如在细胞呼吸、光合作用等过程中物质和能的转换、传递和反馈机制都是生物化学的研究内容。分子生物学是从研究生物大分子的结构发展起来的,现在更多的仍是研究生物大分子的结构与功能的关系、以及基因表达、调控等方面的机制问题。 生物物理学是用物理学的概念和方法研究生物的结构和功能、研究生命活动的物理和物理化学过程的学科。早期生物物理学的研究是从生物发光、生物电等问题开始的,此后随着生物学的发展,物理学新概念,如量子物理、信息论等的介入和新技术如 X衍射、光谱、波谱等的使用,生物物理的研究范围和水平不断加宽加深。一些重要的生命现象如光合作用的原初瞬间捕捉光能的反应,生物膜的结构及作用机制等都是生物物理学的研究课题。生物大分子晶体结构、量子生物学以及生物控制论等也都属于生物物理学的范围。 生物数学是数学和生物学结合的产物。它的任务是用数学的方法研究生物学问题,研究生命过程的数学规律。早期,人们只是利用统计学、几何学和一些初等的解析方法对生物现象做静止的、定量的分析。20世纪20年代以后,人们开始建立数学模型,模拟各种生命过程。现在生物数学在生物学各领域如生理学、遗传学、生态学、分类学等领域中都起着重要的作用,使这些领域的研究水平迅速提高,另一方面,生物数学本身也在解决生物学问题中发展成一独立的学科。 有少数生物学科是按方法来划分的,如描述胚胎学、比较解剖学、实验形态学等。按方法划分的学科,往往作为更低一级的分支学科,被包括在上述按属性和类型划分的学科中。 生物界是一个多层次的复杂系统。为了揭示某一层次的规律以及和其他层次的关系,出现了按层次划分的学科并且愈来愈受人们的重视。 分子生物学是研究分子层次的生命过程的学科。它的任务在于从分子的结构与功能以及分子之间的相互作用去揭示各种生命过程的物质基础。现代分子生物学的一个主要分科是分子遗传学,它研究遗传物质的复制、遗传信息的传递、表达及其调节控制问题等。 细胞生物学是研究细胞层次生命过程的学科,早期称细胞学是以形态描述为主的。以后,细胞学吸收了分子生物学的成就,深入到超微结构的水平,主要研究细胞的生长、代谢和遗传等生物学过程,细胞学也就发展成细胞生物学了。 个体生物学是研究个体层次生命过程的学科。在复式显微镜发明之前,生物学大都是以个体和器官系统为研究对象的。研究个体的过程有必要分析组成这一过程的器官系统过程、细胞过程和分子过程。但是个体的过程又不同于器官系统过程、细胞过程或分子过程的简单相加。个体的过程存在着自我调节控制的机制,通过这一机制,高度复杂的有机体整合为高度协调的统一体,以协调一致的行为反应于外界因素的刺激。个体生物学建立得很早,直到现在,仍是十分重要的。 种群生物学是研究生物种群的结构、种群中个体间的相互关系、种群与环境的关系以及种群的自我调节和遗传机制等。种群生物学和生态学是有很大重叠的,实际上种群生物学可以说是生态学的一个基本部分。 以上所述,还仅仅是当前生物学分科的主要格局,实际的学科比上述的还要多。例如,随着人类的进入太空,宇宙生物学已在发展之中。又如随着实验精确度的不断提高,对实验动物的要求也越来越严,研究无菌生物和悉生态的悉生生物学也由于需要而建立起来。总之,一些新的学科不断地分化出来,一些学科又在走向融合。生物学分科的这种局面,反映了生物学极其丰富的内容,也反映了生物学蓬勃发展的景象。
Ⅸ 生物学的发展历程是怎样的
进入20世纪以后,在物理学和化学的影响和渗透下,生物学的发展逐渐由观察专生命活动属的现象深入到认识生命活动的本质,从而形成了一门全新的学科——分子生物学。其核心内容是通过对生物体的主要物质基础,特别是蛋白质、酶和核酸等生物大分子的结构和运动规律的研究来探讨生命现象的本质。
自20世纪50年代以来,分子生物学发展很快,取得了一批重大成果:作为遗传物质基础的核酸双螺旋结构的发现;蛋白质和核酸的人工合成;蛋白质、酶、核酸化学结构和空间结构的测定,以及这些生物大分子的结构与功能的关系,等等。分子生物学的这些成就,尤其是蛋白质的全化学合成,使得人们更加看清了生命现象并不神秘,是人类可以认识并掌握的。不少学者认为,21世纪将是分子生物学的黄金时代。
分子生物学的兴起,开始揭示出丰富多采的生命世界在分子水平的基本结构和基础生命活动的高度一致性,这表明分子生物学确已开始揭示生命现象本质了。