分科和意义

分科

　　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。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。 
　　　　　　　　　　 
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，传统上一直是农学和医学的基础，涉及种植业、畜牧业、渔业、医疗、制药、卫生等等方面。随着生物学理论与方法的不断发展，它的应用领域不断扩大。现在，生物学的影响已突破上述传统的领域，而扩展到食品、化工、环境保护、能源和冶金工业等等方面。如果考虑到仿生学，它还影响到电子技术和信息技术。 
　　人口、食物、环境、能源问题是当前举世瞩目的全球性问题。目前，世界人口每年的增长率约20％，大约每过35年，人口就会增加一倍。地球上的人口正以前所未有的速度激增着。人口问题是一个社会问题，也是一个生态学问题。人们必须对人类及环境的错综复杂的关系进行周密的定量的研究，才能对地球、对人类的命运有一个清醒的认识，从而学会自己控制自己，使人口数量维持在一个合理的数字上。在这方面生物学应该而且可能做出自己的贡献。内分泌学和生殖生物学的成就导致口服避孕药的发明，已促进了计划生育在世界范围内的推广。在人口问题中,除了数量激增以外,遗传病也严重威胁人口质量。一些资料表明，新生儿中各种遗传病患者所占的比例在 3％～10.5％之间。在中国的部分山区，智力不全者占2％～3％，个别地区达10％以上。揭示产生遗传病的原因，找到控制和征服遗传病的途径无疑是生物学又一重要任务。目前，进行家系分析以确定患者是否患有遗传病，对患者提出有益的遗传指导和劝告；通过对胎儿的脱屑细胞进行染色体分析和各种酶的生化分析，以诊断未来的婴儿是否有先天性遗传性疾病。这些方法都能避免或减少患有遗传病婴儿的出生，以减轻家庭和社会的沉重负担。将基因工程应用于遗传病的治疗称为基因治疗，在实验动物上对几种遗传病的基因治疗已取得一些进展。随着基因工程技术的发展，基因治疗将为控制和治疗人类遗传病开辟广阔的前景。 
　　和人口问题密切相关的是食物问题。食物匮乏是发展中国家长期以来未能解决的严重问题，当前世界上有几亿人口处于营养不良状态。从目前到21世纪初，粮食生产至少每年要增长3％～8％才能使食物短缺状况有所改善。人类食物的最终来源是植物的光合作用，但在陆地上扩大农业生产的土地面积是有限的，增加食物产量的主要道路是改进植物本身。过去，在发展科学的农业和“绿色革命”方面，生物学已做出巨大的贡献。今天，人类在一定限度内定向改造植物，用基因工程、细胞工程培育优质、高产、抗旱、抗寒、抗涝、抗盐碱、抗病虫害的优良品种已经不是不切实际的遐想。近年来，植物基因工程的一些关键技术已经有所突破，得到了一些转基因植物。此外，利用富含蛋白质的藻类、细菌或真菌，进行大规模培养，并从中获得单细胞蛋白质。由于成功地利用了基因工程并取得了大规模连续发酵工程的技术经验，单细胞蛋白技术已经取得了重大突破。氨基酸是蛋白质的单体，植物蛋白往往缺少某几种人体必需的氨基酸，如果在食品中添加某种氨基酸，将会大大提高植物蛋白的生物学价值。目前，用微生物发酵、固定化细胞或固定化酶技术生产氨基酸，已经逐步形成比较完整的体系，可以预料，氨基酸生产将在营养不良问题上发挥日益重要的作用。现代生物学成就和食品工业相结合，已使食品工业成为新兴的产业而蓬勃地发展起来。 
　　20世纪生态学关于人与自然关系的研究，唤醒人类重视赖以生存的生态环境。工业废水、废气和固体废物的大量排放，农用杀虫剂、除莠剂的广泛使用，使大面积的土地和水域受到污染，威胁着人类生产和生活。这就要求人们更深入地研究生物圈中物质和能的循环的生态学规律,并在人类的经济生活以及其他社会生活中,正确的运用这些规律，使生物能够更好地为人类服务。现代生物学证明，微生物所具有的生物催化活性是极为广泛的，利用富集培养法几乎可以找到降解任何一种含毒有机化合物的微生物，利用基因工程等技术还可以不断提高它们的降解作用。因此，有降解作用的微生物及其酶制剂就成为消除污染的有力手段。利用微生物防治害虫，以部分代替严重污染的有机杀虫剂也是大有前途的。在农业中尽快使用生物防治、生物固氮等新技术，改变农业过分依赖石油化工的局面，这是关系到恢复自然生态平衡的大事，也是农业发展的大势所趋。大量消耗资源的传统农业必将向以生物科学和技术为基础的生态农业转变 
　　全世界的化工能源（石油、煤等）贮备总是有限的，总有一天会枯竭。因此,自然界中可再生的生物资源(生物量) 又重新被人所重视。自然界中的生物量大多是纤维素、半纤维素、木质素。将化学的、物理的和生物学的方法结合起来加工，就可以把纤维素转化为酒精，用作能源。有人估计，到20世纪末全世界的汽车约有35％将使用生物量（酒精）。沼气是利用生物量开发能源的另一产品。中国和印度利用农村废料进行厌氧发酵产生沼气已作出显著成绩。世界上已经出现了利用固相化细胞技术的工业化沼气厌氧反应器。一些单细胞藻类中含有与原油结构类似的油类，而且可高达总重的70％，这是另一个引人注目的可再生的生物能源。太阳能是人类可以利用的最强大的能源，而生物的光合作用则是将太阳能固定下来的最主要的途径，可以预测，利用生物学的理论和方法解决能源问题是大有希望的。 
　　此外，对人口、食物、环境、能源等问题进行综合研究，开创各种综合解决这些问题的方法的农业生态工程的兴起，最终将发展新的、大规模的近代化农业。 
　　上面的叙述，仅就人口、食物、环境、能源问题和生物学的关系而言，也还是很不充分的。但由此可以看到，生物学的发展和人类的未来息息相关。