生物学：生命，生态，与生活的未来

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本文节选自《Biology》作者 Kara Rogers
翻译：高妙，麻椒

本文将从生物学简史和现代生物学两部分为大家介绍生物学源起。


一、生物学
生物学是一门研究生物及其生命过程的学科，涉及到生命的所有理化性质。现代跨学科研究的趋势以及不同领域的科学知识和研究的统一，使得生物学领域与其他科学学科出现大量的重叠。化学、医学和物理学等其他领域的现代原理与生物化学、生物医学和生物物理学等领域的生物学原理相结合。
为便研究，生物学被细分为几个独立的分支，但所有的分支都基于基本原理故而相互关联。因此，尽管人们习惯于把对植物的研究（植物学）和对动物的研究（动物学）分开，把对生物结构的研究（形态学）和对生物功能的研究（生理学）分开，但所有生物都有某些共同的生物学现象——例如，繁殖、细胞分裂和遗传物质传递的各种方式。
生物学研究通常是在处理生命基本单位的基础上进行的。例如，在分子生物学的层面上，生命被看作是构成有机体的许多化学成分之间发生的化学和能量转换的一种表现。随着强大而精密的实验仪器和技术的发展，人们不仅能够高精准度地理解和定义生物分子的最基本的理化组织（超微结构），还可以在分子水平上高精准度地理解和定义生命物质繁殖方式。20世纪末和21世纪初基因组学的兴起对上述生物学进展尤为重要。


二、生物学简史
在所有科学的历史中，有两个因素会造成该学科在相对较短的时间内取得显著的进步。一个是有创造力的思想，可以摒弃迄今公认的理论并提出新的假设。另一个就是检验假设的技术工具和能力实验。
以生物学为例，数百年来，人们一直在猜测植物和动物的基本结构，而直到光学仪器得以广泛利用揭示了细胞这个概念后，人们才以出了一个被广泛认可的假设：细胞理论。又比如格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）对豌豆遗传模式的研究的重要性多年来一直被忽略，直到技术进步才让人们能够发现染色体及其在细胞分裂和遗传中的作用并肯定了孟德尔的研究成果。
对于生物学研究的起源时间虽尚不知晓，但早期人类一定是对周围的动植物有一定了解才得以生存下去的。考古记录表示人类早在文明发展之前就已经驯化了几乎所有可驯服的动物并发展出了足够稳定和高效的农业系统。因此，可以肯定的是生物学的历史是早于人类开始书写与记录的时间的。
从伏羲、神农和黄帝的神话与记载中也可以得知，在古代中国人们已经拥有了将动植物应用在种植业，生活和医学上的能力。但是直到公元前4世纪的古希腊时期，随着哲学与物理学的发展，学者们才逐渐将研究导向从超自然世界转向对自然世界的理解。比如早期解剖学家解剖动物不是为了了解它们的结构，而是为了研究它们的器官以求得预测未来的能力。
而后在欧洲近1000年来科学都处于休眠状态。直到9世纪，阿拉伯人的影响力范围一直扩展到西班牙，与其他学科一样，阿拉伯学者成为了科学和生物学的主要推动者。同时，由于中国技术发展的复兴，新的技术发明从那里流向西方。中国人发现了如何做纸和如何用活字印刷，这是对学习产生不可估量影响的两项成就。在此期间也发生的另一个重要进展是从印度将所谓的阿拉伯数字引入欧洲。而后的文艺复兴时期，艺术家们为了研究人体结构进行了大量的解剖工作，同时也极大推动了生物学的发展。
17世纪显微镜被发明了。整个17世纪和18世纪的生物学重点为对生物学的系统化分类，这一时期出现了大量的人体解剖及动植物图鉴巨作。
19世纪是生物学方面的重大进步之一：除了发展进化论的理论外，还建立了细胞理论，奠定了现代胚胎学的基础，并发现了遗传定律。
注：本段对原文进行了概括缩写，完整内容请见
https://www.britannica.com/science/biology


三、20和21世纪的生物学
正如19世纪被认为是细胞生物学的时代，20世纪和21世纪被认为是以分子生物学的发展为主要特征的。
20世纪和21世纪涉及生态系统、环境和保护的生物学领域取得了重大进展。在20世纪，科学家意识到人类和其他动物同样依赖于地球的自然资源，然而，人类不断地对环境造成了破坏，其部分原因是人口压力的增加和某些技术的进步。例如，医学上的进步使人们寿命更长，死亡率大幅下降（主要是在发达国家），从而导致人口爆炸性增长；通过制造业生产过程、杀虫剂、汽车尾气和其他方式进入环境的有害污染物对所有生命形式构成了严重的威胁。因此，生物学家开始更加关注生物之间的关系以及它们的生物和非生物环境。
气候变化及其对生态系统的影响的重要性日益凸显，这不仅推动了生态学的进步，也推动了保护生物学和保护遗传学等领域的发展。在生物学的几乎所有其他领域，分子生物学都发挥着重要的作用，比如利用全基因组测序等技术收集濒危物种群体遗传多样性信息，又比如利用克隆和基因组编辑技术提高灭绝物种复活的可能性（这一过程被称为“反灭绝”）。另外，对大量物种DNA序列的研究也有助于科学家对进化和系统学（研究生物进化关系和生命多样性）的理解。


四、跨学科研究及不断变化的社会和科学价值
生物科学的许多研究领域都跨越了传统意义上划分各个学科的边界。以生物物理学为例，研究人员运用物理学的原理和方法对生物学问题进行研究并寻找解决生物学问题的方法；进化生物学家和古生物学家熟悉地质学原理，甚至可能在确定生物遗骸的年代时会与地质学家有密切合作；人类学家和考古学家也将人类文化和社会的知识应用于生物学的发现上，以便更全面地了解人类；天体生物学是通过关注太空探索的科学家和工程师的活动而产生的。因此，生物学领域从科学学科和人文学科中获益的同时，也为这些学科领域做出了贡献。
20世纪和21世纪，随着生物学与其他科学领域的联系日益紧密，生物学本身便包含了许多学科。在这些学科中，人们认识了许多层次的组织——例如，种群生物学（研究生物种群）和有机体生物学（研究整个有机体）以及细胞生物学和分子生物学。20世纪后半叶，分子生物学产生了更多的学科，基因学的出现导致了复杂的分支学科的出现，如发育基因组学和功能基因组学。遗传学的继续发展导致新领域的产生，如保护遗传学。尽管他们的范围不同，但在21世纪，生物科学的许多领域继续采用共同统一的原则和理念，特别是那些分类学、遗传学和进化论的核心原则和理念。
20世纪和21世纪，生活学家在社会中的角色以及他们在发现和发展新思想方面的道德和伦理责任，导致了其在个体的社会和科学价值体系方面的重新评估。科学家们不能忽视他们科学发现会产生的后果；他们既要关心他们所从事的基本研究，也要关注到他们的研究成果被滥用的可能性。在20世纪，生物学家和所有其他科学家身上出现的社会和政治角色需要其对价值进行权衡，而这种权衡是不能像电子秤那样精准和客观的。作为社会成员，生物学家有必要重新定义他们的社会责任和功能，特别是在对伦理问题做出判断时，例如人类对环境的控制或操纵基因以指导进一步的进化发展的问题上。


五、应对未来问题
基因工程的发展对生物科学产生了特别的影响。在基因缺陷和疾病的情况下，基因工程创造了纠正基因缺陷以恢复正常生理功能的可能性，这很有可能可以改善患者的生活质量。基因疗法是研究人员可能实现这一目标的一种手段。通过这种疗法，即把一个正常基因引入个体的基因组，以修复致病突变。但滥用基因工程的可能性和危害性仍是巨大的。例如，人们对转基因生物，特别是转基因作物及其对人类和环境健康的影响，引起了人们的极大关注。包括体细胞核移植在内的克隆技术的出现也引起了人们的关注。2005年，联合国通过了《联合国关于克隆人的宣言》，呼吁各成员国禁止克隆人，但该宣言仍为治疗性克隆留下了空间。
同样，2015年，开发出基因编辑技术的研究人员呼吁暂停在人类身上应用这些技术。基因编辑技术使科学家能够通过改变生物DNA序列中的特定碱基来定制生物体的基因构成。但基因编辑对人类遗传学的影响尚不清楚，也没有相关规定来指导其使用。
事实上，在缺乏严格监管的情况下，一位中国科学家在人类基因编辑方面取得了进展，他在2018年底宣布，世界上第一批携带经过编辑的基因组的婴儿诞生了。这位科学家声称，他对人类胚胎进行了编辑，使一种通常会有助于艾滋病毒进入细胞的基因失效，这些胚胎随后被植入一名妇女体内，并顺利分娩。与此同时，美国的研究人员试图利用基因编辑来改变人类精子中的基因，从而使经过编辑的基因能够遗传给后代。特别是研究人员试图通过改变某些会增加患癌症风险的基因来降低后代患安正的风险。关于基因编辑的争论重新引发了早前关于基因工程对人类伦理和社会影响的讨论，尤其是在它有可能改变智力和外貌等特征这一方面。
生物学家还面临着一些其他的挑战，包括如何在不影响改善人类生活质量的进程的前提下控制环境污染。造成污染的主要原因是人口过剩，全球人口的增长对土地，特别是粮食生产领域的需求增加，这就需要增加现代工业的运作，而这些工业的肥料又造成了空气、水和土壤的污染。为找到解决全球变暖、污染和其他环境问题的办法，生物学家和社会学家以及其他社会成员共同协作来确定维持一个健康和有生产力的星球所必需的条件。
因为，尽管人类目前和未来的许多问题在本质上似乎主要是社会、政治或者经济问题，但它们都具有可能影响到生命本身存在的生物学后果。

文章标题：Biology
作者：Kara Rogers
网站名称：WorlEncyclopaedia Britannica
发布日期：2019年11月25日
网址：https://www.britannica.com/science/biology
图片来源：https://www.pexels.com/zh-cn/

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