生物学学科简介

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1、0710生物学一级学科简介一级学科（中文）名称：生物学（英文)名称： Biology一、学科概况生物学是人类在对生存环境和自身认识的长期积累中，逐渐建立和发展起来的一门古 老学科，与医学、农学有着密不可分的联系。特别是在今天，人类社会生存和发展面临的 诸多难题以及相关支持学科的发展都更加凸显了生物学的重要性，同时也极大地推动了生 物学的迅速发展。生物学的发展大致可分为为3个阶段： 19世纪以及更早的时期，是以形态描述为主 的时期。 19世纪至20世纪的前半个世纪, 进入了实验生物学时期，生物学建立并得到 长足发展。 20世纪50年代以来，进入了快速发展的现代生物学时期。生物学作为一个独立的学科

2、概念出现于19世纪。然而，生物学的起源通常追溯到古希 腊，特别是哲学家亚里士多德的贡献。他对动物分类与解剖的工作，被看作最早的系统性 的生物学研究。17至18世纪，生物学最早的分支-植物学和动物学逐渐形成专门的学科， 1735年林奈建立的用于分类的二名法沿用至今。 19世纪到20世纪的前半个世纪,是生物学建立和快速发展的时期。借助于显微镜的发明 和应用，施旺与施莱登于1838年和1839年提出了细胞学说，展示了生物界的同一性； 1859年达尔文的进化论解释了生物的多样性；1966年孟德尔遗传学说和随后的摩尔根的基 因学说揭示了生物的遗传规律。正是细胞学说、进化论和遗传学说的建立奠定了现代生物

3、学的基础。1953年Watson和Crick发现了DNA分子双螺旋结构，标志分子生物学这一新兴学科的问 世，人们得以从分子水平上阐明生命活动的规律。分子生物学一经建立便强有力地影响和 渗入到生物学的几乎各个学科领域，不仅产生了细胞生物学、分子遗传学和神经生物学等 新的学科，而且极大地改变了整个生物学的面貌。同时，对医学和农业学实践也产生了巨 大影响，出现了以基因操作为基础的新兴生物技术产业。这一时期的突出特点是物理学， 化学的理念和技术成就，密切地与生物学相结合，并日益成为生物学快速发展的动力。20世纪90年代以来， DNA测序技术，生物芯片技术与质谱技术的发展与基因打靶技术 的广泛应用，促进

4、了功能基因学和蛋白质组学等“组学“的兴起以及生物信息学的快速发 展，人们能够“认识“并能以实验手段加以研究的基因和蛋白质的种类有了爆炸性的增加， 从而也使得过去相对孤立的功能基因、调控因子或信号通路的研究，日益趋于迅速细化的 网络式系统研究。而生物学自身也成为一门学科综合性很强的前沿学科。从1953年DNA双螺旋模型的建立至2003年人类基因组计划的完成，分子生物学从建立 发展到了登峰造极的程度。而多莉羊的诞生，人胚胎干细胞的建系和诱导性多潜能干细胞 技术的建立等，是生物学的研究在细胞乃至整体水平运用分子生物学手段的重要标志，显 示出生物学又进入了一个新的发展阶段。其特点是：以细胞及其社会、特

5、别是生物活体为 研究对象；以细胞信号调控网络为研究重点；在多层次上特别是纳米尺度上揭示生命活动 本质为目标；多领域、多学科的交叉研究成为生物学研究的主要特征。总的特点是从生命 活动的静态分析到动态的综合。可以预见，21世纪的生物学不仅在揭示生命本质的研究中将会出现重大突破，而且也 必将在解决人类健康、能源、粮食和环境等诸多领域发挥极其重要的作用。二、学科内涵生物学是研究生命系统各个层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化以及生 物与周围环境的关系等的科学。近年来许多科学家更倾向于称其为“生命科学“，以体现所 研究的对象从实体存在的“生物“向生命现象的本质、生命活动的规律及其内在机制的拓展

6、和深化。所以它的研究对象可以依据生物类型、生物结构和生命运动的层次、生物功能的类型、以及主要研究的手段等加以划分，并体现为二级及二级以下的学科。如按照生物类 型，可分为动物学、植物学、微生物学、古生物学等；按照生物结构和生命运动的层次， 分为分类学、解剖学、组织学、细胞学、分子生物学、生态学（现划为独立一级学科） 等；按照生物功能的类型，分为生理学、免疫学、遗传学、发育生物学、神经生物学等； 按照研究的手段分为合成生物学、计算生物学等。此外由于生物学学科内外的交叉还产生 出化学生物学、生物物理学、肿瘤生物学等。总之，研究内容的细化以及相互交融和新老 学科的代谢，以前是、现在是、将来也是一个不断

7、发展变化的过程。值得提出的是，近年 来基因组学、蛋白质组学和其他“组学“的迅速发展，使学科越分越细的进程出现了综合和 系统化的新动态，系统生物学初现端倪。在生物学方面被广泛认同甚至成为学科基础的主要理论包括：达尔文提出的生物进化 论；细胞学说；孟德尔遗传学说；遗传密码和中心法则理论(包括近年关于表观遗传和非 编码RNA调控等重要发展)；普列高津耗散结构理论（将生命看作自组织化系统的理论） 等。生命活动作为一种物质运动的高级形态有它自己的规律，同时又包含并遵循物理、化 学等更基本的物质运动规律。因此，生物学研究要求有普通物理学、化学（特别是有机化 学）、数学(包括统计学)、以及地学等知识基础。在

8、生物学的发展史上，观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等依次兴起，成为 一定时期的主要研究手段。现在，生物学研究方法正向着精密、定量、实时、多参数多层 次结合、精确深度干预，以及数学模型研究等方向迅速发展。观察和比较从17世纪近代自然科学发展的早期到现在，都是生物学研究的重要方法， 同时迄今仍是其他方法的重要基础。观察方法的进步，包括各种光学显微镜、电子显微 镜、原子力显微镜、以及三维成像、活体观察等都极大地提升了生物学观察的范围和能 力。同时，借助质谱、X光衍射、光学CT等物理或化学手段，对生物样品的结构与成份的 分析，从定性到定量，也是生物学研究方法的重要发展。实验方法是指人为地干预、控

9、制所研究的对象或过程以及实验所需的环境条件，并通 过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性，尤其是阐明和验证生命活动的内 在机制。化学和物理等学科的发展，提供了日益多样和有效的干预手段。例如定点突变、 基因敲出、药物干预等实验方法都极大地推动了几乎所有生物学领域的发展。随着基因组计划和生物信息学的发展，系统研究方法（如高通量生物技术和生物计算 软件的设计应用等）被广泛关注和采用。生物学的研究明显地开始超越过去相对割裂和孤 立的局限性，从而更加迫近对生命复杂系统过程和本质的理解。三、学科范围1植物生物学（Plant Biology） 植物生物学是研究整个植物界从个体到群落、从宏观到微观的

10、各层次中，生命的活动 规律、演化及与环境的关系的科学。植物科学研究植物生长、发育、生殖等各个阶段基因 调控、生化变化、生理过程的分子机制和信号传导；次生代谢及其产物的功能；响应环境 因子变化的生理、生化及遗传基础；各个类群的结构特征及分类、起源、演化、亲缘关系 和分布特征及其成因。植物科学与农、林、牧、医药、环境保护、轻工业等应用科学有密 切联系。2动物生物学（Animal Biology ）动物生物学是生物学的一个重要分支学科，以真核单细胞原生动物和多细胞的后生动 物为研究对象，采用宏观和微观的生物学方法从不同层次上研究动物的形态结构、分类、 生理机能、生殖、遗传、发育、系统发生与演化、行为

11、、多样性、地理分布、与环境之间 的相互作用等基础理论问题，以及研究与环境、资源、人类健康等相关的各种动物生命现 象的综合性科学应用问题。3微生物学（Microbiology）微生物学是生命科学领域中重要的分支学科，是研究微生物（病毒、细菌、真菌等）生命活动规律及其与自然环境关系的基础学科，即研究微生物在一定条件下的形态结构、 生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其与其他微生物之 间，与动植物之间的相互关系，与外界环境理化因素之间的相互关系，微生物在自然界各 种元素的生物地球化学循环中的作用。微生物学促进了分子生物学，细胞生物学，生物化 学，免疫学，遗传学，医学，农学，

12、药学，环境科学，食品科学等学科的发展，在工业、 农业、医疗卫生、环境保护、食品生产等各个领域发挥着越来越重要的作用。随着基因组 学，转录组学，代谢组学的发展，微生物学还将促进其他新兴学科，如合成生物学，系统 生物学等学科的发展，等等。微生物学研究是理性设计与随机筛选结合最好的典范，是理 论与实践结合最好的学科之一。4水生生物学（Hydrobiology）水生生物学是研究水域环境中的生命现象和生命过程规律及其与环境因子间相互关系 的学科。现代水生生物学趋向于以生态系统的概念作为指导原则来研究各类水生生物在水 域生态系统的结构和功能中所起到的作用，更加突出生态学意义。水生生物学的范畴还包 括形态学

13、、分类学、系统学和应用水生生物学等，研究范围涉及淡水、咸水和海水中的所 有生物及其环境。内陆水体生物学即生物湖沼学(Biotic limnology)，分为流水系统生态 学（Lotic system ecology)、静水系统生态学(Lentic system ecology)等学科。5生物化学与分子生物学（Biochemistry and Molecular Biology）生物化学与分子生物学是生命科学的基础和前沿学科，也是数理科学与生命科学的交 叉学科。生物化学是研究生物有机体的分子组成、生命过程的化学变化以及机体信息传递 分子途径的学科，而分子生物学是在分子水平上研究生命现象的物质基础

14、和生命过程基本 活动规律，特别是各种生物有机体的基因组结构、基因表达调控元件、基因表达调控规 律、DNA与蛋白质的相互作用和环境因子对基因表达与基因组结构的影响等的学科。分子 生物学是在生物化学基础上发展起来的，两者交叉重叠密切相关。生物化学与分子生物学 科重视基础理论研究，同样重视科学技术发展和应用研究，为生物技术与医药产业的开拓 发展提供理论指导。6细胞生物学（Cell Biology）细胞生物学是应用现代物理学、化学和分子生物学的方法与概念，从显微、亚显微及 分子水平上研究细胞形态结构动态变化、生理机能、生活史、细胞与周围环境的相互作 用，以及在整个细胞生命活动过程中的信号转导途径等基本

15、问题的学科。细胞是生命活动 的基本结构单位，对细胞的深入研究有助于揭开生命的奥妙，改造生物的性状和对疾病的 治疗方法。细胞生物学是生物学、农学、医学和许多生物相关专业的一门必修课程。7发育生物学（Developmental Biology）发育生物学是胚胎学的继承，以揭示多细胞生物个体发育程序机制为其基本目标，其 发展植根于细胞学、遗传学、分子生物学、生物信息学等对生命现象探索的交叉与综合。 发育生物学在当今生命科学中，处于多种相关分支学科发展的策源和汇集点的地位，它不 仅密切联系和深刻影响着当今生命科学的基础研究，以及医学、农业科学的发展，而且也 展现出了对深入认识生命起源、演化这一根本生命

16、过程的重要启示作用。8生理学（Physiology）生理学作为生物学的一个分支，是研究生命体功能活动及其机理的科学。生命体的基 本功能活动是新陈代谢、对于不断变化的内外环境变化做出反应，以及生殖。在这三大功 能中，前两者是为了生命体个体生存，第三者则是为了种系延续。生理学在分子、细胞、 组织、器官、整体的水平上研究这些生理功能的运行和调控机制及其整合原理，例如生物 电信号和细胞信使的产生机制和信号转导过程、肌肉收缩和血液循环的发生和控制原理、 神经系统和内分泌系统调控代谢和生殖功能的细胞分子机制等。现代生理学研究还将揭示 这些生理功能的遗传基础和疾病中的变化规律。9神经生物学 （Neural Biology）神经系统是已知生物界最复杂的系统，而影响神经系统的疾病，随着人类生活质量提高和老年化，显得越来越突出。揭示神经系统规律是自然科学重大挑战，也有助于诊断和 治疗神经系统多种疾病。经过一个世纪的发展，近年神经生物学在综合交叉方面尤为显 著，在传统生物学途径之外，数学、物理学、化学和计算技术的渗透带来新的生命