生物学的起源
近代生物学的两大源流——博物学与生命科学。
人们通常认为,以包括人类在内的所有生物为研究对象的生物学,应该是最为古老的一门学科,然而生物学的历史其实并不像人们所以为的那样悠久。实际上直到18世纪末19世纪初,德国医学家特雷维拉努斯和法国生物学家拉马克才几乎同时提出了“生物学(Biology)”这一术语。
虽然人类自古就对各种各样的生物表现出了浓厚的兴趣,但无论是古代、中世纪还是文艺复兴时期,人们研究生物的方法也是形形色色,且相互之间缺乏交流。
从整体上来看,生物学复杂的源流可大致分为两大类——博物学与生命科学。博物学关注的是生物的多样性,热衷于描述自然界中各种各样的生物。
博物学的创始人是古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多德在实际观察和调查的基础上,撰写了《动物志》一书,对各类动物的特点进行了分门别类的描述。亚里士多德的博物学研究在之后的罗马时代得到了极大的继承和发展。公元77年,博物学的集大成者普林尼发表了著作《博物志》。
亚里士多德的生物研究实际上是以对生命的思考为出发点的。亚里士多德将生命与灵魂联系在一起,认为生物的本质是“灵魂(Psyche)”,并且将灵魂划分为三个等级,而他的博物学研究实际上就是为了证明这一“灵魂三等级说”而展开的。
生命科学则主要研究各种生命现象所共有的活动规律。在生命科学的发展过程中,逐渐形成了解剖学和生理学等学科,因此从宏观的角度而言,生命科学的发展推动了整个医学学科的发展。
生命科学的创始人包括阿尔克迈翁和希波克拉底等人。阿尔克迈翁被誉为“解剖学和生理学的先驱”,他采用解剖的方式,对脑、视神经以及眼球之间的关系进行研究,提出了有关视觉的理论。被誉为“医学之父”的希波克拉底则提出了“体液病理学说”,认为疾病是体液不平衡所致。总之,生命科学家所探索的都是生命的物质结构及其发展规律。
生物学的确立
生物学的确立与发展
以进化论为标志走向成熟的博物学,与生命科学相融合,促进了生物学的确立与发展。
从近代化的观点来看,基督教神学统治下的中世纪无疑是各学科发展的停滞时期,直到文艺复兴时期(14—16世纪)才逐渐摆脱了宗教的束缚,出现了合理性自然观。在哥白尼、开普勒、伽利略以及牛顿等优秀的科学家们所提出的机械自然观的影响下,哲学家笛卡尔和《人是机器》一书的作者拉美特利将机械论推广至生命理论中,提出了“机械论生命观”,认为生物也是机械,并把生物的生理活动归结为机械运动。
机械论生命观的萌芽自然离不开各类研究仪器的技术性发展,值得一提的是,这种技术性进步促使博物学也开始进入了新的发展阶段,尤其是显微镜的运用使人们观察到了微观世界。
列文虎克等显微镜学家们的微生物观察,对分类学的诞生产生了极为深远的影响。毛细血管的发现者马尔比基、细胞的发现者胡克、被誉为“现代昆虫学的奠基人”的斯瓦姆默丹等显微镜学家为生物学的发展做出了不可磨灭的贡献。
18世纪时,《自然系统》一书的作者林奈和《自然史》一书的作者布丰两位伟大的博物学家奠定了分类学这一近代学科的基础。进入19世纪,分类学在居维叶的发展下日臻完善。
18世纪至19世纪既是博物学发展的鼎盛时期,也是欧洲各国积极探索新大陆的大航海时代。在此背景之下,以博物学家的身份参与了环球探险的达尔文提出了著名的“进化论”学说。该学说不仅对生物学界甚至对社会思想整体都产生了极为深远的影响。
“生物学”这一名称之所以诞生于19世纪,实际上是源于当时的一种试图以科学方法将各个分支学科的生命研究统一起来的尝试。这种尝试具体而言就是从观察性研究方法向实验性研究方法的转变,其中最具代表性的生物学家包括“遗传定律”的发现者孟德尔和为微生物研究做出了巨大贡献的巴斯德二人。
近代生物学是博物学和生命科学相融合的产物,然而自进入20世纪以来,生物学的发展重点实际上已经逐渐偏向了生命科学。
生物学门类
生物学的现状
分子生物学的发展颠覆了以往的生命观,进一步揭示了生命现象的本质。
第二次世界大战后,生物学进入了分子生物学这一全新的发展阶段。虽然“分子生物学”一词最早是由韦弗于1938年提出的,但该学科真正实现飞跃性发展则是在第二次世界大战之后。
第二次世界大战期间,物理学和化学均实现了突飞猛进的发展。第二次世界大战后,生物学这一尚未成熟的领域受到了人们的关注,众多物理学家开始研究起了生物学问题,并由此发展出了分子生物学这一全新的生物学科学。可以说,分子生物学的诞生在很大程度上必须归功于物理学家。
分子生物学是一门通过对蛋白质、核酸等生物大分子结构、功能进行研究,探索生命现象本质的学科。因此该学科的学科基础是对核酸和蛋白质的研究。
此外,电子显微镜为人类展示了细胞的超微结构世界,细胞科学的研究也取得了极大的进展。
1953年,弗朗西斯·克里克与詹姆斯·杜威·沃森合作提出了“DNA双螺旋结构模型”,开辟了分子生物学的新纪元。随后,克里克在双螺旋结构学说的基础上,进一步提出了遗传信息传递方向的基本规律(中心法则),即遗传信息从DNA→mRNA→蛋白质的转录和翻译过程,极大地提高了人类对于基因的认知。DNA 双螺旋结构和围绕该结构建立起来的中心法则是足以与达尔文的进化论相提并论的重大发现。
除了物理学和化学之外,信息论和系统论也为分子生物学的发展做出了巨大的贡献。生物学以信息论为媒介与工程学相结合,形成了遗传工程学和生物工程学。
数学家维纳将动物和机器的某些机制加以类比,认为一切生物与机器系统在结构功能上具有共同的特征和本质上的统一,并提出了控制论的思想,为生物信息学的发展奠定了理论基础。以研究生命现象为核心的生命科学,广泛借鉴物理、化学、医学、药学等学科成果,形成了综合性的研究领域。
此外,随着研究技术和研究设备的进步,一方面,将生物和生命现象转化为生产力的生物工程学,与IT 产业并称为“21世纪的中心产业”;另一方面,现代生物学在发展中也面临着众多难题,包括器官移植和体外受精所带来的伦理问题,以及基因技术的潜在威胁所引发的争议。
入门者须知
博物学家(naturalist)
博物学家是一群在生物学发展史上做出过巨大贡献的学者们。18—19世纪期间涌现出了众多伟大的博物学家,包括《塞尔伯恩博物志》的作者怀特,近代地理学的奠基人亚历山大·冯·洪堡,鸟类图鉴《美洲鸟类》的作者美国画家奥杜邦,《瓦尔登湖》的作者梭罗以及《昆虫记》的作者法布尔等人。
解剖学与生理学
解剖学和生理学在生物学的发展史上占据着极为重要的地位。在博物学和生命科学这两种大的分类中,解剖学和生理学均属于生命科学。这两个学科既是医学的理论基础,同时也是生物学中研究生命活动规律的重要学科。尤其是解剖学因文艺复兴时期达·芬奇的解剖图和维萨里的著作《人体的构造》而广为人知。
生理学的代表人物威廉·哈维提出了血液循环学说,为研究实验医学和实验生理学奠定了基础。
生机论与机械论
对于生命本质的探索是生物学的起点。亚里士多德将生命这种特殊现象的原理与灵魂(Psyche)联系在一起,这种根据有机体所独有的“灵魂”或“生命力”去解释生命现象的理论就是生机论。
而笛卡尔和拉美特利等人的机械论生命观则认为生命现象都是物质机械运动的表现。
进化论
虽然早在古希腊的自然哲学中就已经出现了生物进化的思想,但我们如今所说的进化论一般是指形成于18世纪下半叶的进化论。进化论的先驱者主要包括法国的布丰、狄德罗、霍尔巴赫。英国的斯宾塞也曾提出过社会进化论的观点。由达尔文正式确立的生物进化论学说,对生物学和整个人类社会思想的发展都产生了极为深远的影响。
描述生物学
以生物分类为目的、对生物的主要形态特征进行描述的生物学分支学科。现代生物分类学的创立者林奈曾根据植物的形态特征建立起了完整的分类系统。某个新种或新属第一次被记载在分类群中的资料称为原始描述,目前,对植物名进行记载时必须使用拉丁语,动物名则可以使用拉丁语以外的语言。
生态学(Ecology)
研究生物之间及生物与环境之间相互关系的学科。1866年,德国生物学家海克尔第一次提出了“生态学”的学科定义。日本于明治时代开始将“Ecology”翻译成“生态学”。
生态学按研究对象和研究方法可细分为种群生态学、动物生态学、水生生态学、实验生态学等分支学科。由于与环境问题的解决有着极为密切的关系,生态学已成为当代最活跃的前沿学科之一。
寒武纪生物大爆发
地球上最早出现生物的时间大约是在30亿年前。学者们曾普遍认为目前的生物是由单细胞生物向多细胞生物逐渐演化而来的,但最近开始出现了一种新的观点,认为大约在距今6亿年前的寒武纪初期,出现过一次飞跃性的生物进化大爆发。
之所以出现这种新的说法,主要是因为人们在寒武纪时期的化石中发现了许多之前从未见过的奇特生物。
线粒体夏娃说
一种单一起源说。与将“尼安德特人”或“北京猿人”作为人类祖先的多地区进化说相反,该学说认为人类有着共同的祖先,是生活于约20万年前的一位女性。
目前,根据对线粒体中的 DNA 和MHC 抗原的研究,“线粒体夏娃说”已经成为一种十分有力的假说。
电子显微镜
以电子束代替可见光的一种显微镜,其分辨能力和放大倍数远远大于光学显微镜。