普通生物學/入門/簡介

普通生物學 | 入門 | 細胞 | 遺傳學 | 分類 | 進化 | 組織和系統 | 附加材料

詞語biology意為“生命科學”，源於希臘語bios，生命，和logos，詞語或知識。因此，生物學是研究生物的科學。這就是生物學有時被稱為生命科學的原因。

這門科學被劃分為許多子學科，例如植物學、細菌學、解剖學、動物學、組織學、真菌學、胚胎學、寄生蟲學、遺傳學、分子生物學、系統學、免疫學、微生物學、生理學、細胞生物學、細胞學、生態學和病毒學。其他科學分支包括或部分包含生物學研究，包括古生物學、分類學、進化、藻類學、土壤學、原生動物學、昆蟲學、生物化學、生物物理學、生物數學、生物工程、生物氣候學和人類學。

生命的特徵

並非所有科學家都同意關於構成生命的定義。各種特徵描述了大多數生物。然而，在下面列出的大多數特徵中，我們可以想到一個或多個例子，似乎打破了規則，一些非生物被歸類為生物，或者一些生物被歸類為非生物。因此，我們必須謹慎，不要在試圖解釋哪些東西是生物或非生物時過於教條化。

生物由以有序方式結構化的物質組成，其中簡單的分子被有序地組合成更大的大分子。

記住這一點的一個簡單方法是GRIMNERD C 所有生物； - Growth（生長）、Respiration（呼吸）、Interaction（相互作用）、Movement（移動）、Nutrients（需要營養）、Excretion（排洩）、Reproduction（繁殖）、Death（死亡）、Cells（由細胞組成）

生物是有敏感性的，這意味著它們能夠對刺激做出反應。
生物能夠生長、發育和繁殖。
生物能夠透過自然選擇的過程隨著時間的推移而適應。
所有已知的生物都使用遺傳分子，DNA。
內部功能是協調和調節的，以便生物的內部環境相對恆定，被稱為穩態。

生物從原子到細胞在微觀水平上是組織起來的。原子排列成分子，然後排列成大分子，構成細胞器，它們共同作用形成細胞。除此之外，細胞在更高的層次上組織起來形成完整的多細胞生物。細胞聚集在一起形成組織，構成器官，器官是器官系統的組成部分，器官系統共同作用形成完整的生物體。當然，除此之外，生物形成種群，構成生態系統的部分。地球上所有的生態系統共同構成了地球上多樣化的環境。

例如：

亞原子、原子、分子、細胞、組織、器官、器官系統、生物體、種群、群落、生態系統、生物圈

湧現特性體現在生物從亞原子水平到整個生物圈的生命組織中。湧現特性並非生命所獨有，但生物系統更為複雜，這使得生命的湧現特性難以研究。

系統生物學是一個基於生物學的跨學科研究領域，它側重於生物系統中複雜的相互作用，採用整體方法。

生物學家利用還原論方法和整體方法研究生命的特性。

科學的本質

科學是一種方法論，用於瞭解世界。它涉及應用知識。

科學方法涉及系統調查、可重複結果、假設的形成和檢驗以及推理。

推理可以分為兩類，歸納（使用特定資料來發展概括性觀察或結論）和演繹（一般資訊導致特定結論）。科學中的大多數推理都是透過歸納完成的。

我們現在所知的科學是在 17 世紀作為一門學科出現的。

科學方法

科學方法不是一個循序漸進的線性過程。它是一個直覺過程，一種透過應用知識來了解世界的 методология。科學家必須能夠對真理有一個“富有想象力的預想”。科學家通常會觀察，然後假設現象發生的原因。他們利用他們所有的知識和一些想象力，努力揭示可能真實的真相。一個典型的科學研究可能會像這樣進行

你觀察到一個房間看起來很暗，並且你思考為什麼房間很暗。為了找到解釋這個好奇心的答案，你的思維會解開幾個不同的假設。一個假設可能是燈關了。另一個直覺可能是房間的燈泡燒壞了。最糟糕的是，你可能要失明瞭。為了發現真相，你實驗。你在房間裡摸索，找到一個開關並開啟它。沒有光。你重複實驗，反覆開關。仍然沒有。這意味著你的初始假設，房間很暗是因為燈關了，已經被拒絕。你設計更多實驗來檢驗你的假設，使用手電筒來證明你確實沒有失明。為了接受你最後剩下的假設作為真相，你可以預測更換燈泡將解決問題。如果你的所有預測都成功了，那麼最初的假設就是有效的，被接受。然而，在某些情況下，你的預測不會發生，這時你必須重新開始。也許是電源關閉了。

科學家首先進行觀察，提出一個特定的問題。為了解釋觀察到的現象，他們提出了一些可能的解釋，即假設。這是科學的歸納部分，觀察和構建關於事件發生原因的合理論據。然後使用實驗來消除一個或多個可能的假設，直到只剩下一個假設。利用演繹，科學家利用他們假設的原理進行預測，然後進行檢驗以確保他們的預測得到證實。經過多次試驗（可重複性）和所有預測都得到證實後，假設就可以成為理論。

快速定義

觀察 - 對世界的定量和定性測量。

推論 - 基於舊知識推匯出新知識。

假設 - 一種建議的解釋。

拒絕假設 - 透過實驗被排除的一種解釋。

接受假設 - 透過過度實驗沒有被排除的一種解釋，並且做出可驗證的、真實的預測。

實驗 - 用於排除假設或驗證已知事物的測試。

科學方法 - 科學研究的過程。

理論 - 經受時間考驗並被廣泛接受的假設。經常被測試，通常不被否定。

科學方法主要基於透過實驗檢驗假設。這涉及一個對照，即沒有經過該過程的物件。科學家還會努力將變數限制在一個或多個非常小的數量，單個或最少數量的變數。程式是形成一個關於你相信或期望看到什麼的假設或預測，然後盡一切努力違反它，或證偽假設。雖然這可能看起來不直觀，但該過程有助於更堅定地確立什麼是真的，什麼是不真實的。

科學中的一個基本原則是不存在絕對真理：公認的解釋是最可能的，也是進一步假設和證偽的基礎。所有知識都具有相對的不確定性。

理論是經受住反覆證偽嘗試的假設。常見的理論包括自然選擇進化論和所有生物都由細胞組成的觀點。科學界認為，這兩個觀點的支援證據遠多於矛盾證據。

查爾斯·達爾文

查爾斯·達爾文最廣為人知的是他提出的自然選擇進化論。

這一理論的種子是在達爾文乘坐“貝格爾號”船進行為期五年的新世界航行中觀察到的。在那裡，他研究了化石和地質記錄、生物的地理分佈、島嶼生命形式的獨特性和相關性，以及島嶼生命形式與大陸生命形式的親緣關係。

回到英國後，達爾文思考了他的觀察結果，並得出結論認為進化必須透過自然選擇發生。然而，由於其具有爭議性，他拒絕發表他的作品。然而，當另一位科學家華萊士得出了類似的結論時，達爾文相信他應該在 1859 年發表他的觀察結果。他的假設徹底改變了生物學，並且還沒有被主流科學家收集的經驗資料證偽。

達爾文之後

自達爾文時代以來，科學家們積累了更加完整的化石記錄，包括微生物和化學化石。這些化石支援了達爾文的理論並增加了其細節。然而，地球的年齡現在被認為比達爾文認為的要古老得多。研究人員還揭開了遺傳機制的一些初步謎團，這些機制透過遺傳學和DNA 進行，而這些領域是達爾文所不知道的。另一個不斷發展的領域是比較解剖學，包括同源性和同功性。

今天，我們可以在胚胎髮育中看到一些進化史的痕跡，因為某些（雖然不是所有）發育方面重現了進化史。

對緩慢突變基因的分子生物學研究揭示了與化石和解剖記錄一致的相當多的進化歷史。

對達爾文的挑戰

達爾文和他的理論在過去 150 年中多次受到挑戰。挑戰主要基於宗教，源於對神創論預設概念的衝突。許多挑戰達爾文的人都是年輕地球假說的信徒，他們認為地球只有大約 6000 年的歷史，並且所有物種都是由神單獨創造的。這些理論的一些支持者認為，今天存在的化學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，這些理論要麼無法用科學方法進行檢驗，超出了生物學領域的研究範圍，要麼已被一個或多個科學領域反駁。

參考文獻

本文基於克利夫蘭州立大學的保羅·多德博士 (Dr. Paul Doerder, Ph.D.) 慷慨提供的筆記。