普通生物学.txt

一、细胞和原生质
1、细胞的发现和细胞学说
①、细胞的发现
自16世纪末、17世纪初发明了显微镜，人们才开始了对微观世界的探索。1665年，英国人胡克(R．Hooke，1635年一1703年)用他自制的显微镜，发现软木是由密排的蜂窝状小室所组成。他把这些小室定名为“细胞”(cell，此字原意为小室、隔间)。荷兰人列文虎克(AntonivanLeeuwenhoek，1632年一1723年)也用他自制的显微镜观察污水、牙垢等。他首次发现了细菌以及污水中其他许多“小动物”，主要就是现在所称的原生动物。胡克发现的细胞虽然只是死细胞的外壳(细胞壁)，但他和列文虎克的工作使人类的认识进入到微观的世界。
②、细胞学说
最早认识到活细胞各结构作用的是布朗(R．Brown)。他研究兰科和萝摩科植物细胞，发现了细胞核。于1833年指出，细胞核是植物细胞的重要调节部分。德国植物学家施莱登(M．Schleiden)于1838年发表了著名论文“论植物的发生”，指出细胞是一切植物结构的基本单位。1893年，另一位德国人施旺(T．Schwann)发表了名为“显微研究”的论文，明确指出，动物及植物结构的基本单位都是细胞。他说：“生物体尽管各不相同，其主要部分的发育则遵循着一个统一的原则，这一原则就是细胞的生成。”这些就是有名的细胞学说的主要内容。施莱登和施旺提出细胞理论以后，1858年，德国医生和细胞学家微耳和(R．Virchow，1821年一1902年) 提出：“细胞来自细胞”这一名言，也就是说，细胞只能来自细胞，而不能从无生命的物质自然发生。这是细胞学说的一个重要发展，也是对生命的自然发生学说的否定。1880年，魏斯曼(A．Weissmann，1834年一1914年)更进一步指出，所有现在的细胞都可以追溯到远古时代的一个共同祖先，这就是说，细胞是有连续的，历史的，是进化而来的。至此，一个完整的细胞学说就建成了。
这一学说概括起来有以下几点：①所有生物都是由细胞和细胞产物所构成；②新细胞只能由原来的细胞经分裂而产生；⑧所有细胞都具有基本上相同的化学组成和代谢活性；④生物体总的活性可以看成是组成生物体的各相关细胞的相互作用和集体活动的总和。
2、细胞的大小和形态
细菌类的支原体是最小的细胞，直径只有100nm。鸟类的卵细胞最大，是肉眼可见的细胞(鸡蛋的蛋黄就是一个卵细胞)。棉花纤维和麻的纤维都是单个细胞。棉花纤维长可达
3cm一4cm，麻纤维甚至可长达10cm。成熟西瓜瓤和番茄果实内有亮晶晶小粒果肉，用放大镜可看到，它们乃是圆粒状的细胞。细胞的大小和细胞的机能是适应的。举例来说，神经细胞的细胞体，直径不过o．1 mm，但从细胞体伸

出的神经纤维可长到1 m以上，这和神经的传导机能一致。鸟卵之所以大，是由于细胞质中含有大量营养物质。鸟类是卵生的，卵细胞中积存大量卵黄才能满足胚胎发育之需。一般说来，生物体积的加大，不是由细胞体积的加大，而是由于细胞数目的增多。参天大树和丛生灌木在细胞的大小上并无差别；鲸的细胞也不一定比蚂蚁的细胞大。细胞大了，其表面积就相对地小了。细胞靠表面接受外界信息，和外界交换物质。表面积太小，这些任务就难以完成了。
单细胞生物，如衣藻、草履虫，全身只是一个细胞。一般说来，多细胞生物的细胞数目和生物体的大小成比例。因此，根据生物体或其某一器官的体积以及构成他们的细胞的一般体积，就可约略估计出该生物体或器官的细胞数目。按照这一方法估计，新生婴儿的细胞数约为2X1012。常见的形态有园形、柱形、椭圆形、梭形等。
3、细胞结构
细胞有原核细胞和真核细胞之分，这里讲的主要是真核细胞的结构。
(1)、细胞膜和细胞壁
①、细胞膜
细胞膜又称质膜(plasmamembrane)，是细胞表面的膜。它的厚度通常为7nm～8nm。细胞膜最重要的特性之一是半透性(semipermeability)或选择性透性，即有选择地允许物质通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞，从而保证细胞正常代谢的进行。此外，大多质膜上还存在激素的受体、抗原结合点以及其他有关细胞识别的位点，所以质膜在激素作用，免疫反应和细胞通讯等过程中起着重要作用。
②、细胞壁
是植物细胞细胞膜之外的无生命的结构，其组成成分如纤维素等，都是细胞分泌的产物。细胞壁的功能是支持和保护，同时还能防止细胞吸涨而破裂，保持细胞正常形态。
植物细胞最初生成的细胞壁都是很簿要成分是一种多糖，即果胶。初生细胞壁簿而有弹性，能随着细胞的生长而延伸。待到细胞长大，在初生细胞壁的内侧长出另一层细胞壁，即次生细胞壁。次生细胞壁或厚或簿，其硬度与色泽随不同植物、不同组织而不同。相邻细胞的细胞壁上有小孔，细胞质通过小孔而彼此相通，这种细胞质的连接称胞间连丝(plasmodesma)。
木材是死细胞遗留的细胞壁所组成的。但木材不是纯的纤维素，在细胞壁纤维素的间隙中充满一种芳香醇类的多聚化合物——木质素(1ignin)。它的作用是使细胞壁坚固耐压，其含量可达木材的50％以上。
细菌也有细胞壁，一些单细胞生物的表面有由细胞分泌产生的保护性外壳，如有孔虫的石灰质外壳，但它们均不含纤维素。
(2)、细胞核
一切真核细胞都有完整的细胞核。哺乳动物血液中的红细胞、维管植物的筛管细胞等没有细胞核

，但它们最初也是有核的，后来在发育过程中消失了。有些细胞是多核的，大多数细胞则是单核的。遗传物质(基因)主要是位于核中的，所以细胞核可说是细胞的控制中心。
细胞核包括核被膜、核质、染色质和核仁等部分。
①、核被膜
核被膜包在核的外面，结构很复杂，包括核膜和核纤层两部分。核膜由两层膜组成，厚7nm—8nm。两膜之间为核周腔宽约10nm—50nm, 在很多种细胞中，外膜延伸而与细胞质中糙面内质网相连，外膜上附有许多核糖体颗粒，因而可知，外膜实为围核的内质网部分。
核膜内面有纤维质的核纤层，其厚薄随不同的细胞而异。核纤层的成分是一种纤维蛋白，称核纤层蛋白(1amin)。
核膜上有小孔，称核孔(nuclearpores，)，直径约50nm～100nm，数目不定，一般均有几千个。在大的细胞，如两栖类卵母细胞，核孔可达百万。核孔构造复杂，含100种以上蛋白质，并与核纤层紧密结合，成为核孔复合体。
②、染色质
定义：
利用固定染色的技术，如用苏木精染色，可在光镜下看到细胞核中许多或粗或细的长丝交织成网，网上还有较粗大、染色更深的团块。这些就是染色质(chromatin)。细丝状的部分称常染色质(euchromatin)，较大的深染团块是异染色质(heterochromatin)。异染色质常附着在核膜内面。
主要成分
真核细胞染色质的主要成分是DNA和蛋白质，也含少量RNA。常染色质是DNA长链分子展开的部分，非常纤细，染色也较淡。异染色质是DNA长链分子紧缩盘绕的部分，所以成较大的、深染团块。

同一生物体的各种细胞中，DNA的含量是一样的。DNA是遗传物质，而同一生物的各种细胞虽然形态和机能各有不同，但它们的遗传潜能则是一样的。
染色质中的蛋白质分组蛋白和非组蛋白，组蛋白富含赖氨酸和精氨酸，两者都是碱性氨基酸，所以组蛋白是碱性的，能和带负电荷(磷酸基团)的DNA结合。染色质中组蛋白和DNA含量的比例一般为1：1。组蛋白分为H：、H：A、H2B、H，和H：共5种，它们各有不同的功能。非组蛋白种类很多，一些有关DNA复制和转录的酶，如DNA聚合酶和RNA聚和酶等都属非组蛋白。
将细胞核用实验手段涨破，使其中染色质流出，铺开，在电子显微镜下可看到染色质成串珠状的细丝(图2—8)。小珠称为核小体(nucleosomes)，其直径约为10nm。核小体之间以1．5 nm～2．5 nm的细丝相连。核小体的核心部分由8个或4对组蛋白分子所构成(H2A、H2B、H3和H4各2个)，DNA分子链缠绕在核小体核心的外周。各核小体之间也是由这同一DNA分子连接起来，连接核小体的部分称为连接DNA(1inkerDNA)。一个核小体上的DNA
加上一段连接DNA共有200个碱基对，构成染色质丝

的一个单位。连接DNA上也有组蛋白，即H1组蛋白，它的功能可能是促进各核小体的聚拢。
细胞分裂时，染色质进一步浓缩而成光学显微镜下可以看见的染色体。
③、核仁(nucleolus)
核仁细胞核中圆形或椭圆形的颗粒状结构，没有外膜。由某一个或几个特定染色体的一定片段构成的，这一片段称为核仁组织区(nucleolusorganizer)。核仁就是位于染色体的核仁组织区的周围的。如果将核仁中的rRNA和蛋白质溶解，即可显示出核仁组织区的DNA分子，这一部分的DNA正是转录rRNA的基因，即rDNA所在之处。人的核仁组织区位于10个(5对)染色体的一端，所以新生的核仁共有10个，但很小，很快融合而成一个大核仁。
④、核基质(nuclearmatrix)
过去认为核基质是富含蛋白质的透明液体，因而又称为核液(nuclearsap)。染色质和核仁等都浸浮其中。现在已知，核基质不是无结构的液体，而是成纤维状的网，布满于细胞核中，网孔中充以液体。网的成分是蛋白质。核基质是核的支架，并为染色质提供附着的场所。
(3)、细胞质和细胞器
除细胞核外，细胞的其余部分均属细胞质(cytoplasm)。细胞质的外围是质膜，即细胞的外表面。在质膜与细胞核之间是透明、粘稠、并且时刻流动着的物质，即胞质溶胶(cytos01)，各种细胞器均浴于其中。主要的细胞器有：
①、内质网和核糖体
细胞质内有一列囊腔和细管，彼此相通，形成一个隔离于细胞溶质的管道系统，即是内质网(endoplasmicreticulum)。内质网膜向内与核被膜的外膜相通，核周腔实际就是内质网腔的一部分。内质网膜的结构和核膜、质膜等一样，也是以脂类双分子层为基础的，内质网分为光面和糙面的两种类型。
光面内质网(smooth ER)的膜上没有核糖体颗粒。比较少见，但在与脂类代谢有关的细胞中却很多。功能：在睾丸和肾上腺细胞主要是合成固(甾)醇；在肌细胞是贮存钙，调节钙的代谢，参与肌肉收缩；在肝细胞是制造脂蛋白所含的脂类和解毒作用。此外，光面内质网还有合成脂肪、磷脂等功能。
糙面内质网(roughER)膜上附有颗粒状核糖体。核糖体是细胞合成蛋白质的场所，功能是合成并运输蛋白质。
光面内质网和糙面内质网是相通的，因此管腔中的蛋白质和脂类能够相遇而产生脂蛋白。管腔中的各种分泌物质都逐步被运送到光面内质网，然后内质网膜围裹这些物质，从内质网上断开而成小泡，移向高尔基体，由高尔基体加工、排放。
除附着在内质网膜上的核糖体外，细胞溶质中还有游离的核糖体。每一细胞中核糖体可达数百万个之多。这两种核糖体在合成蛋白质时有所分工，输出细胞外的蛋白质，如分泌粒等都是

在内质网上的核糖体上合成；留存在细胞质中的蛋白质，如各种膜中的结构蛋白在游离的核糖体上合成。
②、高尔基体(高尔基复合体)
意大利人高尔基(CamitloGolgi)于1898年在神经细胞中首先观察到的细胞器，所以称为高尔基体(Golgiapparatus)。除红细胞外，几乎所有动、植物细胞中都有这一种细胞器。动物细胞的高尔基体通常定位于细胞核的一侧，植物细胞高尔基体常分散于整个细胞中。高尔基体的形态很典型，在电镜照片上很容易识别，它是由一系列扁平小囊和小泡所组成。分泌旺盛的细胞，如唾腺细胞等，高尔基体也发达。
高尔基体是细胞分泌物的最后加工和包装的场所。从内质网断下来的分泌小泡移至高尔基区与高尔基体融合。小泡中的分泌物在这里加工后，围以外膜而成分泌泡。分泌泡脱离高尔基体向细胞外周移动。最后，分泌泡外膜与细胞膜愈合而将分泌物排出细胞之外(外排作用)。
高尔基体没有合成蛋白质的功能，但能合在多糖如粘液等。植物细胞的各种细胞外多糖就是高尔基体分泌产生的。植物细胞分裂时，新的细胞膜和细胞壁形成，都与高尔基体的活动有关。动物细胞分裂时，横缢的产生以及新细胞膜的形成，也是由高尔基体提供材料的。
③、溶酶体
动物、真菌和一些植物细胞中有一些单层膜包裹的小泡，数目可多可少，大小也颇多变异，这就是溶酶体(1ysosomes)。溶酶体是由高尔基体断裂产生的，内含40种以上水解酶，可催化蛋白质、多糖、脂类以及DNA和RNA等大分子的降解。
溶酶体的功能是消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的碎渣。多种细胞都能从周围环境中吞入食物等颗粒，这些颗粒由细胞膜包围，落入细胞中而成食物泡。食物泡和高尔基体产生的溶酶体，即初级溶酶体融合而成次级溶酶体。在次级溶酶体中，水解酶将食物颗粒消化成小分子物质。这些小分子可穿过溶酶体膜而进入细胞质中。完成消化作用的次级溶酶体移向细胞表面，与质膜融合而将残余的不能利用的物质排到细胞外面去。溶酶体不但能消化从外界摄入的食物，还能分解细胞中受到损伤或失去功能的细胞结构的碎片，使组成这些结构的物质重新被细胞所利用。细胞中各种结构经常在去旧更新，溶酶体的这种作用也经常地在进行。溶酶体是酸性的，它通过膜上的H+泵使氢离子从细胞溶质进入溶酶体内，使其pH保持在4、8或更低的水平。溶酶体的各种酶只有在酸性环境中才有活性。它们如果漏出而进入中性的细胞溶质中(pH7、0--7．3)，则会失去活性。
④、线粒体
在光学显微镜下，线粒体成颗粒状或短杆状，横径约0．2flm～1flm，长约2um～8um，相

当于一个细菌的大小。线粒体的数目随不同细胞而不同。分泌细胞中线粒体多，大鼠肝细胞中线粒体可多到800多个。反之，某些鞭毛虫细胞只有一个线粒体。
线粒体的结构，由内外两层膜包裹的囊状细胞器，囊内充以液态的基质。内外两膜间有腔。外膜平整无折叠，内膜向内折入而形成浴于基质中的嵴。嵴也是双层膜的。嵴的存在大大增加了内膜的表面积，有利于生物化学反应的进行。用电镜可以看到，内膜面上有许多带柄的、直经约为8．5 nm的小球，称为ATP合成酶复合体。线粒体是细胞呼吸及能量代谢的中心，含有细胞呼吸所需要的各种酶和电子传递载体。细胞呼吸中的电子传递过程就发生在内膜的表面，而ATP合成酶复合体则是ATP合成所在之处。此外，线粒体基质中还含有DNA分子和核糖体。DNA是遗传物质，能指导蛋白质的合成，核糖体则是蛋白质合成的场所。所以，线粒体有自己的一套遗传系统，能按照自己的DNA的信息编码合成一些蛋白质。组成线粒体的蛋白质约有10％就是由线粒体本身的DNA编码合成的。
⑤、质体
质体(plastid)是植物细胞的细胞器，分白色体(1eucoplast)和有色体(chromoplast)两种。
白色体主要存在于分生组织以及不见光的细胞中。各种白色体可含有淀粉(如马铃薯的块茎中)，也可含有蛋白质或油类。菜豆的白色体既含有淀粉又含有蛋白质。
有色体含有各种色素。有些有色体含有类胡萝卜素，花、成熟水果以及秋天落叶的颜色主要是这种质体所致。西红柿的红色来自一种含有特殊的类胡萝卜素和番茄红素的质体。
叶绿体(chloroplast)　叶绿体的形状、数目和大小随不同植物和不同细胞而不同。藻类一般每个细胞只有一个、两个或少数几个叶绿体。高等植物细胞中叶绿体通常呈椭圆形，数目较多，少者20个，多者可达100个。叶绿体在细胞中的分布与光照有关。
叶绿体的表面和线粒体一样有两层膜。叶绿体内部是一个悬浮在电子密度较低的基质之中的复杂的膜系统。这一膜系统由一系列排列整齐的扁平囊组成。这些扁平囊称为类囊体(thylakoids)。有些类囊体有规律地重叠在一起称为基粒(grana)。每一基粒中类囊体的数目少者不足10个，多者可达50个以上。光合作用的色素和电子传递系统都位于类囊体膜上。在各基粒之间还有埋藏于基质中的基质类囊体(stromathylakoids)，与基粒类囊体相连，从而使各类囊体的腔彼此相通。
⑥、微体
细胞中还有一种和溶酶体很相似的小体，也成单层膜泡状，但所含的酶却和溶酶体不同。这种小体称为微体(micro—bodies)。
一种微体称过氧化物酶体(per-oxisomes)，是动、植物细胞都有的微体。过氧

化物酶体中含有氧化酶，细胞中大约有20％的脂肪酸是在过氧化物酶体中被氧化分解的。氧化反应的结果产生对细胞有毒的H202。但过氧化物酶体中存在着一些酶，如过氧化氢酶等，它们能使H202分解，生成H20和O2，从而起解毒作用。有些细胞，如肝、肾细胞中过氧化物酶体的过氧化氢酶还能利用H202来解毒，即通过过氧化氢酶的作用使酚、甲酸、甲醛和乙醇等毒物氧化、排出。人们饮入的酒精，有25％以上是在过氧化物酶体中被氧化的。
另一种微体称乙醛酸循环体(glyoxisome)，这是只存在于植物细胞中的一种微体。在种子萌发生成幼苗的细胞中，乙醛酸循环体特别丰富，细胞中脂类转化为糖的过程就发生在这种微体中。动物细胞没有乙醛酸循环体，不能将脂类转化为糖。
⑦、液泡
这是在细胞质中由单层膜包围的充满水液的泡，是普遍存在于植物细胞中的一种细胞器。原生动物的伸缩泡也是一种液泡。植物细胞中的液泡有其发生发展过程。年幼的细胞只有很少的、分散的小液泡，而在成长的细胞中?这些小液泡就逐渐合并而发展成一个大液泡，占据细胞中央很大部分，而将细胞质和细胞核挤到细胞的周缘。
植物液泡中的液体称为细胞液(cellsap)，其中溶有无机盐、氨基酸、糖类以及各种色素，特别是花青素(anthocyanin)等。细胞液是高渗的，所以植物细胞才能经常处于吸涨饱满的状态。细胞液中的花青素与植物颜色有关，花、果实和叶的紫色、深红色都是决定于花青素的。此外，液泡还是植物代谢废物屯集的场所，这些废物以晶体的状态沉积于液泡中。
⑧、细胞骨架
包围在各细胞器外面的细胞溶质不是简单的均质液体，而是含有一个由3种蛋白质纤维构成的支架，即细胞骨架(cytoskeleton)。这3种蛋白质纤维是微管、肌动蛋白丝和中间丝(中间纤维)。
微管(microtubules)是宽约24am的中空长管状纤维(图2—17)。除红细胞外，真核细胞都有微管。细胞分裂时纺锤体、鞭毛、纤毛等都是微管构成的。
构成微管的蛋白质称微管蛋白(tubulin)。微管蛋白分子含两个十分相似的亚基，α和β，两者的相对分子质量均为55 000左右。双体分子按螺旋排列，盘绕而成一层分子的微管管壁。微管或成束存在，或分散于细胞质中。在细胞四周较多，有支持的作用。
一种植物碱，秋水仙素(colchicine)，能和α和β双体结合，因而能阻止α和β双体互相连接而成微管。用秋水仙素处理正在分裂的细胞，细胞不能生成纺锤，只能停在分裂中期，不能继续发展，因此常可导致染色体数目加倍，形成多倍体细胞。
长春花碱(vinblastine)和秋水仙素有类似的功能，它的抗癌功能在于它破坏纺

锤体后，使癌细胞死亡。
肌动蛋白丝(actinfilament)又称微丝，是实心纤维，宽约4nm～7nm。它的成分是另一种球蛋白，名肌动蛋白(actin)。肌动蛋白的单体是哑铃形的。单体相连成串，两串以右手螺旋形式扭缠成束，即成肌动蛋白丝。肌动蛋白丝分布普遍，动、植物细胞中都有。
横纹肌中的细肌丝就是肌动蛋白丝，在纤维细胞和肠微绒毛中也有丰富的肌动蛋白丝。肌动蛋白丝很容易解聚而成单体，单体也很容易重新聚合再成细丝，所以肌动蛋白丝有运动的功能。动、植物细胞的细胞质流动就是在微丝的作用下实现的。成纤维细胞和变形虫的伪足生成都和微丝的活动有关。有一种来自真菌的试剂，细胞松弛素B(cytocha—lasin　B)能使肌动蛋白丝解聚。另有一类来自一种毒菌的蛋白，鬼笔环肽(phalloidins)，能防止肌动蛋白丝解聚。两者相反的作用都能引起细胞变形，使细胞骨架发生变化。
构成中间纤维的蛋白质有5种之多，常见的有角蛋白(keratin)，是构成上皮细胞中的中间纤维；波形蛋白(vimentin)，构成成纤维细胞中的中间纤维；层粘连蛋白(1aminin)，是上皮组织基础膜的主要成分，细胞核膜下面的核纤层也是这种中间纤维构成的。
⑨、鞭毛、纤毛和中心粒
鞭毛(flagellum)和纤毛(cilium)是细胞表面的附属物，它们的功能是运动。鞭毛和纤毛的基本结构相同，两者的区别主要在于长度和数量。鞭毛较长，一个细胞常只有一根或少数几根。纤毛很短，但很多，常覆盖细胞全部表面。鞭毛和纤毛的基本结构成分都是微管。在鞭毛或纤毛的横切面上可以看到四周有9束微管，每束由两根微管组成，称为二体微管，中央是两个单体微管，这种结构模式称为9(2)+2排列。鞭毛和纤毛的基部与埋藏在细胞质中的基粒相连。
基粒也是由9束微粒管构成，不过每束微管是由3根微管组成的，称为三体微管；并且基粒的中央是没有微管的。基粒的这种结构模式称为9(3)+o排列。许多单细胞藻类、原生动物以及各种生物的精子都有鞭毛或纤毛。多细胞动物的一些上皮细胞，如人气管上皮细胞表面，也密生纤毛。鞭毛和纤毛的摆动可使细胞实现移位的运动，如草履虫、眼虫的游泳运动；或是使细胞周围的液体或颗粒移动，如气管内表面的上皮细胞的纤毛摆动，可将气管内的尘埃等异物移开。
中心粒(centrioles)是另一类由微管构成的细胞器，存在于大部分真核细胞中，但种子植物和某些原生动物细胞中没有中心粒。通常一个细胞中有两个中心粒，彼此成直角排列：每个中心粒是由排列成圆筒状的9束三体微管组成的，中央没有微管，与鞭毛的基粒相似，两者是同源的器官。中心粒是埋

藏在一团特殊的细胞质，即中心体(centrosome)之中的，中心体又称微管组织中心，因为许多微管都是从这里放身状地伸向细胞质中的。细胞分裂时纺锤体微丝(极微丝)，都是从中心体伸出的。中心粒对于纺锤体的生成似乎没有什么作用，因为种子植物和一些原生动物都没有中心粒，却能正常分裂。
⑩、胞质溶胶
包围在各细胞器外面的细胞质，或者说，细胞质除细胞器以外的液体部分，称为胞质溶胶。由微管、微丝和中间纤维组成的细胞骨架就是位于胞质溶胶之中的。胞质溶胶含有丰富的蛋白质，细胞中25％～50％的蛋白质都存在于胞质溶胶之中。胞质溶胶含有多种酶，是细胞多种代谢活动的场所。此外，细胞中的各种内含物，如肝细胞中的肝糖原；脂肪细胞的脂肪滴等都保存于胞质溶胶中。
三、关于生命本质的一些理论
1、活力论
在自然科学还没有获得长足发展时，人们对生物界的五光十色，对生命所表现的各种属性感到深奥莫测，无法解释。因而他们往往把生命和无生命当作两个截然不同、没有联系的领域。他们将各种生命现象归结为一种非物质的或超物质的力，即“活力”(entelechy)的作用，这就是活力论(vitalism)。
2、特创论
在宗教界，这种超物质的力指的就是上帝的意志，这就是特创论(specialcreation)的基本观点。
3、目的论
将生物对环境的适应和生物结构与功能的适应归结于“造物主”的意志和智慧这就是目的论。
4、机械论
认为生命系统很像机器，机器是可以用物理学解释清楚的，因而生命系统也该可以从物理学方面得到解释。
5、整体论
认为生物体是一个整体，它的各组成部分的规律，如分子的规律、细胞的规律等，加起来不等于整体的规律。局部的规律只有在整体的调节下才有意义，单靠生物体内的分子层次的规律是不能解释生物整体的属性的。
6、还原论
20世纪，随着生理学、控制论以及分子生物学的发展，生物学已经能够用物质的相互作用来解释生物的目的。而活力论、特创论等在现代生物学中已无立足之地，例如，稳态已经不再是什么神秘的东西，而是一系列生理过程的调节作用的结果；奇妙的个体发育过程无非是遗传信息，按一定程序表达的结果。这样的例子是很多的。虽然有许多细节还有待进一步查清，但是生物目的实现的机制在大体上是清楚的，这里也没有“活力”存在的余地。
20世纪以来，生物学在用物理和化学规律解释生命现象的研究方面取得了丰富的成果，使生物学的面目为之一新。在此基础上，新的理论即还原论(reductionism)产生了。所以，还原论和机械论是一脉相承的。还原论的基本

论点是生命运动的规律可以还原为物理的和化学的规律。还原论者认为，生物的一切属性都可以用分子和分子相互作用的规律来说明。和还原论相对的理论为整体论(holism)，这两种意见还在继续争论。生命是复杂的综合过程，正因为如此，只有阐明了生命过程中的物理、化学规律，才能揭示生命怎样由此而发生，以及生命的本质。由此可知，还原的方法是完全必要的。另一方面，生命系统的整体属性既和它的组成部分的性质有关，也和这些组分在生物系统中的特定地位和相互关系，即和生物体的有序结构密切有关。这就需要把生物当作一个整体，用整体的观点和方法来研究它了。
四、科学方法
简单说起来，所谓科学方法就是通过各种手段从客观世界中取得原始第一手的材料，并对这些材料进行整理、加工，从中找出规律性的东西。
1、观察
观察是最基本的方法，是从客观世界中获得原始第一手材料的方法。科学观察的基本要求是客观地反映可观察的事物，并且是可以检验的。观察结果必须是可以重复的。只有可重复的结果才是可检验的，从而才是可靠的结果。
观察需要有科学知识。如果没有必要的科学知识，就说不上科学的观察。譬如说，在显微镜下观察一张人的染色体的制片，如果观察者是一位毫无生物学知识的人，他除了看到密密麻麻的一团杆状的小东西以外，什么也看不出来。如果让一位训练有素的人类细胞遗传学家来看，他就可以用各种技术计算出染色体的数目，看到各染色体的形态。
但是另一方面，观察切不可为原有的知识所束缚。当原有的知识和观察到的事实发生矛盾时，只要观察的结果是客观的而不是主观揣测的，那就说明原有知识不完全或有错误，此时就应修正原有知识而不应囿于原有知识而“抹杀”事实。仍以人染色体为例：1907年细胞学家ronWinni—warter计算人的染色体数目，他所得结果是人的细胞有47个染色体，其中46个组成23对，另一个为“副”染色体(即现知的X染色体)。由于Winniwarter的权威，人们对他的计数深信不疑。1921年T．S．Painter用新的染色技术发现了存在于男人细胞中的Y染色体。因此他说，人共有48个染色体，女人是46+XX，男人是46+XY。他的结果在20世纪50年代以前被普遍接受。1954年，E．Hansen—Melander研究人的肝细胞，她计算的染色体数目却是46个。但是她不相信自己，以为自己观察力很差，看不到48个染色体，因而她中止了这项研究。50年代以后，徐道觉和其他科学家，改进了技术，对人的染色体数又做了核对，他们把人的分裂中期的染色体制片照成相片，然后把相片上的染色体一一剪下，逐对

排列起来，制成染色体组型，这样就把一团杂乱的染色体理出了头绪。根据染色体组型，他们否定了Painter的计数结果，而确定人的染色体数是46个。
2、假说和实验
观察可以是在自然条件下的观察，也可以是在人为地干预、控制所研究对象的条件下进行的观察。后者称为实验。实验不仅意味着某种精确地操作，而且是一种思考的方式。要进行实验，首先必须对研究对象所表现出来的现象提出某种可能的解释。也就是提出某种设想或假说，然后设计实验来验证这个设想或假说。如果实验证明这个假说是正确的，那么这个假说就不再是假说，而是定律或学说了。
上一世纪，疟疾病猖獗，人们根据疟疾分布的情况而得出结论：低洼多水、气温较高的地带是烟瘴之区，易发疟疾。那么，为什么在这样的地带易发生疟疾呢?人们可以根据发病区的情况而设想：很可能污水是使人患疟的罪魁祸首，很可能污水蒸发产生毒气使人生病，等等。这就是根据经验规律而提出的疟疾病因的假说。如果这一假说是对的，即如果污水果真是疟疾的病因，那么可以推论，清除污水应能免除疟疾。于是人们根据这一推论清除污水。结果疟疾果然大大减少，在某些地区，疟疾竟全不发生。所以实验证明，这一假说是正确的，即污水引起疟疾。
有了这一结论之后，人们就要进一步追问：污水是如何引起疟病的呢?可以设想，如果污水是直接致病的，那么，人喝污水就应该发病。于是人们又根据这一推论做了实验。结果证明，饮污水并不发生疟疾。这一实验结果否定了污水直接引起疟疾的假说。
1878年法国医生Laveran在疟疾患者的血液中发现了细长如丝的微生物。他提出，这种微生物可能是疟疾的病原。这一假说和上述蚊子可能传播疟疾的假说联系起来，使英国军医Ross推想，如果上述两个假说是对的，吸了患者血液的蚊子，体内就应该带有这种微生物。于是Ross做了如下实验：他使蚊子吸一位疟疾患者的血，几天之后，把蚊子杀死，检查蚊子体内有无微生物。果然，他在蚊胃内找到了这种微生物，而且数目非常之大。可见这种微生物在蚊胃中已经繁殖。这一实验为蚊子是疟疾的传播者这一假说添加了重要的证据，但还不是最后的证明。如果用带有这种小生物的蚊子来感染健康的人而使健康的人患了疟疾，这个假说才能最后确定是正确的。
但是，疟疾是严重的疾病，Ross不愿在人身上做感染实验，于是他找了几只感染了疟疾的麻雀做试验。他让蚊子吸这些麻雀的血，然后每隔一定时间解剖一部分蚊胃，看有无这种小生物。他发现这种小生物不但存在于蚊胃中，并且在蚊

胃中能够繁殖。他又让感染的蚊子去吸健康麻雀的血，经一定时间后，原来是健康的麻雀也发了疟疾，它们的血中也有了小的寄生物。通过这一实验可以得出结论：疟疾的病原是一种微生物，即疟原虫。疟原虫是通过蚊子吸血而传播的。后来，在志愿人员身上进一步试验，直接证明了疟原虫在人体的传播和在鸟体的传播一样，都是以蚊子为媒介的。至此，疟疾由蚊子来传播的假说得到最后的证实，这一假说就不再是假说，而转化成科学定理或学说了。
3、模型实验
如果由于种种原因，直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用模型代替研究对象来进行实验。常用的生物学模型实验有以下几种：
①用动物模型代替人体进行实验。例如，诱发豚鼠血脂增加，成为高血脂病人的模型。利用这个模型来筛选择血脂的药物，以及研究这种药物的作用机制等。
②用机械和电子模型对动物功能进行模拟实验。例如，研究了昆虫的复眼而模拟制造了复眼照相机。研究了蛙眼而研制出电子蛙眼，可感知运动着的物体，因而可跟踪飞机、导弹和人造卫星等。人工智能研究实际也是一种功能模拟。这些模型不仅可作为理解生物功能的模型，其本身也具有科学的和实用的价值。这正是新型学科——仿生学(bionics)的任务。
③用模型研究在时间上极为遥远的事件。1953年S．Miller在实验室内模拟40多亿年前的自然条件，证明了生命化学进化的过程在40多亿年以前是可能存在的。
④抽象模型。以上用以进行模拟实验的模型都是实物模型。现代自然科学常用语言、符号、数学方程、图表等手段来表示一个实体的内部功能。这种符号、数学方程、图表等也称为模型，即抽象模型。例如，1970年，专门研究全球问题的罗马俱乐部的J．W．Forrester等，根据他们对人口增长、工业发展、粮食增长、不可再生资源的消耗和污染环境的研究，用几十个相互联系的变数，组成了一个模型，人们可以借助计算机进行各种运算，一方面对模型进行检验，同时也可以对未来作出预测。
五、生物学的分科
生物学涉及的方面很广，因此它的分支学科也很多。早期的生物学主要是对自然的观察和描述，以及对动、植物种类的系统整理，所以最早建成的分支学科是分类学(taxonomy)和按生物类群或研究对象划分的学科，如植物学(botany)、动物学(zoology)、微生物学(microbiology)等。这些学科又可再划分为更细的学科，如藻类学(phycology)、原生动物学(protozoology)、昆虫学(entomology)、鱼类学(ichthyology)、鸟类学(ornithology)等。微生物不是一个自然类群，包括的种类甚为庞杂，可划分为病毒学(vi

rology)、细菌学(bacteriology)、真菌学(mycology)等。此外，以化石为研究对象的古生物学(paleontology)也属于此类。
按结构、机能以及各种生命过程划分的学科有形态学(morphology)，如解剖学(anatomy)、
组织学(histology)、细胞学(cytology)等；生理学(physiology)，可进一步划分为细胞生理学、
生殖生理学等；遗传学(genetics)，可划分为种群遗传学、细胞遗传学、分子遗传学等；胚胎学(embryology)是研究生物个体发育的学科，现在吸收了分子生物学的成就，已发展成发育生物学(developmentalbiology)；生态学(ecology)，是研究生物与生物之间、生物与环境之间的关系的学科，也可扩大为环境生物学。
生物结构是多层次的，从不同层次研究生物学的学科有种群生物学(populationbiology)、细胞生物学(cellbiology)、分子生物学(molecularbiology)等。细胞生物学已经发展到分子的层
次，即分子细胞生物学。分子遗传学．(moleculargenetics)也是发展最快的学科之尸。
用物理学的、化学的以及数学的手段研究生命的分支学科或交*学科有生物化学(biochem—
istry)、生物物理学(biophysics)、生物数学(biomathematics)、仿生学等，这是20世纪以来发
展迅速，成就突出的学科。
以上所述只是生物学分科的主要格局，实际上，①分支学科要比上述的多；②各分支学科互相渗透，不像上述的那样界限清楚，例如，物理学、化学和数学的手段和方法不仅用于生物物理等交*学科，而且广泛地用于多个分支学科，如分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生理学等；③很多学科都已深入到分子层次，如分子细胞生物学。总之，生物学的发展，一方面，新的学科不断地分化出来；另一方面，这些学科又互相渗透而走向融合。这种情况反映了生物学极其丰富的内容和蓬勃发展的情景。
六、生命的结构层次
一方面，生命截然不同于无生命物质；另一方面，生命和无生命物质之间没有不可逾越的鸿沟，生命是从无生命的物质发展而来的。构成生物体的各种元素都没有什么特殊，都是普遍存在于自然界的。但是由这些元素构成的核酸、蛋白质、多糖等大分子则是生命所特有的，所以它们才被称为生物大分子。脱氧核糖核酸即DNA有“繁殖”的能力，即在酶的参与下，能复制出和自身一样的分子。DNA还能通过“转录”和“翻译”而决定核糖核酸和蛋白质的结构。一些分子生物学家根据这些特点而给生命下了一个定义，即生命是由核酸和蛋白质特别是酶的相互作用而产生的可以不断繁殖的物质反馈循环系统。但是只有核酸和蛋白质，究竟还不是完整的生命。因为这一简单的系统还不能从外界摄取必要的物质和能。只有

当这些大分子和其他必要的分子，如脂类、糖类、水、各种无机盐等组合成有一定结构的细胞，自然界才出现了完整的生命。单细胞生物，如鞭毛藻类、原生动物等就是细胞层次的生命。但是在进化过程中，生命结构不是停留在细胞层次而是向更高的、更复杂的层次发展。相同细胞聚集成群就成了高等生物的组织(tissue)，低等生物，如团藻、海绵等都是相当于组织层次的多细胞生物。各种不同的组织构成器官，承担共同任务的各器官组成系统，不同结构和功能的各系统组合而成多细胞生物的个体。个体总是以一定的方式组成群体或种群。种群中各个个体通过有性生殖而交换基因，产生新的个体。一个种群就是这种生物的一个基因库。在生物学上种群才是各种生物在自然界中存在的单位。在同一环境中生活着不同生物种的种群，它们彼此之间存在着复杂的关系，它们共同组成一个生物群落。生物群落加上它所在的无机环境就是一个生态系统。一个池塘就是一个生态系统。生命圈则是包括地球上所有生物群落在内的最大的生态系统。