数论人生

数论是一门学科,也是我的人生。有人把酒论英雄,我用数字描天下。
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生物学概要

(2023-08-29 16:31:34) 下一个

生物学是研究生命的科学。它把许多课题,如细胞理论、进化论、能量处理、自我调节、遗传与继承,融合为一个连贯的领域,形成一门科学。它从多个不同的层次进行研究;从细胞的分子理论到动植物的解剖与生理学,再到群体的进化论。

地球上的生命早在37亿年之前就出现了,具有无尽的多样性。可到底什么是生命?这个问题并不傻。病毒具有一些生命特征,可以攻击活的有机体,也可以繁殖,但算不得真正意义上的生命。生物学试图回答这些问题:(1)活体具有哪些共同性质?(2)对于一个活体,怎么找出其结构的组织层次?(3)如何把各种各样的有机体组织起来,以便人们更好地理解它们?

所有活着的有机体都具有以下9个关键特征或功能,由此可以给出生命的定义。(1)秩序性。有机体都具有高度组织化的、协调的结构,由一个或多个细胞组成。(2)敏感性,对环境可以作出反应。(3)可以再生。(4)可成长并且发展。(5)适应性。(6)规范化可调节。(7)体内平衡。能够维持内部状态在一个较小的、几乎常态的范围内,而无关环境的变化。(8)可进行能量处置。(9)可进化。生物的多样性正是因为有进化,也就是从旧品种到新品种逐渐地改良。病毒是活的,但不是由细胞构成的,不能生长,不能产生自己的能量,也不能保持在一个稳定的状态。

科学包括医学研究,最早的起源可以追溯到公元前3000-1200年的古埃及和美索不达米亚(Mesopotamia);他们的认知进入到了并形成了古希腊的经典自然哲学。古希腊哲学家亚里士多德(Aristotle, 384-322 BCE)对生物知识贡献良多;他的著作《动物史》显示了自然主义倾向,一些经验著作揭示了生物的随意性和多样性。中世纪的伊斯兰学者,如al-Jahiz (781–869), Al-Dīnawarī (828–896)著述了植物学,Rhazes (865–925)写了解剖学和生理学;他们对医药学的研究尤其突出。

在荷兰微生物学家Anton van Leeuwenhoek(1632-1723)极大地改善显微镜后,生物学取得了快速的发展。从此,人们发现了精子、细菌、滴虫,还有数不尽的微生物。Jan Swammerdam的研究发展了昆虫学,以及微生物解剖和染色的技术。微观测量上的进展,还对生物学的思想方法产生了深刻的影响。在1838年,Matthias Schleiden (1804-1881), Theodor Schwann (1810-1882), Rudolf Virchow (1821-1902) 等人提出了细胞理论,包含三条要旨:

  1. 细胞是一切有机体的基本组成单元;
  2. 单个细胞具有生命的所有特征;
  3. 任何细胞都是从其它细胞分裂而来。

一种细胞连在一起,形成一个完成特定功能的组织;组织组合而成器官;器官组合而成系统,比如消化系统、循环系统、神经系统;诸多系统再整合成为一个有机体,如人体。细胞的构成真正地体现了功能与形式的互相支配。为了低能耗且高效,细胞要实现最大化的表面积与体积之比值;因为表面是化学反应的场所,也是能量/废物进出的通道。

面对一个生态系统的多样性,生物学家们需要把所有的生命形式分类,从原核细胞(单一无膜无核细胞)机体,如古细菌、细菌,到真核细胞生物,如原生生物、真菌、植物和动物。1735年,Carl Linnaeus发表了一部基本的自然分类学;并在1750年代为他所知道的所有物种引进了科学名称。Georges-Louis Leclerc, 和Comte de Buffon,把物种看作一些人工范畴,而生命体具有可塑性。尽管他们反对进化论,还是建议了共同传承的可能性。

最早对进化做严肃思考的是Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829);他在1809年发表了《动物哲学》。他认为进化是环境压力对动物本性影响的结果;一个器官使用得越频繁越强烈,它就会变得越复杂越高效,从而让动物适应环境。Lamarck相信,这些获得的特征可以传给下一代,而且,下一代还会进一步发展和完善。

是英国自然学家Charles Darwin(1809-1882)结合Humboldt,Lyell的地质生物方法,Malthus的群体增长理论,还有他本人的大量对自然的观察(出海到美洲及非洲考察),在1842年写出了第一版的《物种起源》。他基于自然选择的观点,成功地提出了进化论。Alfred Russel Wallace(1823-1913)也独立得出了同样的结论。现如今,达尔文的理论已经成了生物科学的中心公理。

现代基因学始于奥地利和尚Gregor Mendel(1822-1884)。1865年,他在文章"Versuche über Pflanzenhybriden" ("Experiments on Plant Hybridization")中,概述了生物传承的原则。这些原则的重要性,直到20世纪初,当进化论与基因学统一之后才显示出来。在1940年代,Alfred Hershey 和 Martha Chase所做的一系列实验表明,染色体中的一些小段DNA,携带了关于生物特征的信息;这些含有密码子的小段现被称为基因。在1953年,James Watson 和 Francis Crick发现了DNA的双螺旋结构;自此,生物学进入了分子时代。

1990,地球人启动了《人类基因工程》,目的是要表示出人类的基因序列,把生物学的知识用人体各器官的分子功能表示出来。该项目已于2003年基本完成,还有进一步的分析有待发表。这些成就,有利也有弊。DNA分子,其结构可以人工改变,基因编码就此而生;道义上的忧虑也就没了止境。

生物学是自然科学发展的巅峰。它既是日常生活的必不可少,又是新兴科学的指路明灯。不懂生理的人生是不完善的。现代人的学习过程应当是语言、数学、物理、化学、计算机、生物;前五科都是工具,生物学才是目的。接下去可能是神学—一种非自然科学;尽管有人不信神,但许多人是信神的;没有信仰的人生是可怜的。

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xy_731 回复 悄悄话 老师,您好,

请问您是在加拿大吗?在加拿大的哪个城市?

我很想认识您,请问您的联系方式?
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