有关生物学和人体学的专业知识

【专家解说】：学科简介1 　　生物学定义：生物学是研究生命现象和生物活动规律的科学。 　　生物学是研究生物各个层次的种类、结构、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的学科。人是生物的一种，也是生物学研究的对象。 　　生物学是自然科学的一个门类。研究生物的结构、功能、发生和发展的规律。根据研究对象，分为动物学、植物学、微生物学等；根据研究内容，分为分类学、解剖学、生理学、遗传学、生态学等。是研究生物各个层次的种类、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。 发展历史1 　　在自然科学还没有发1展的古代，人们对生物的五光十色、绚丽多彩迷惑不解，他们往往把生命和无生命看成是截然不同、没有联系的两个领域，认为生命不服从于无生命物质的运动规律。不少人还将各种生命现象归结为一种非物质的力，即“活力”的作用。这些无根据的臆测，随着生物学的发展而逐渐被抛弃，在现代生物学中已经没有立足之地了。 　　20世纪特别是40年代以来，生物学吸收了数学、物理学和化学等的成就，逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学。人们已经认识到生命是物质的一种运动形态。生命的基本单位是细胞，它是由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。生命有许多为无生命物质所不具备的特性。例如，生命能够在常温、常压下合成多种有机化合物，包括复杂的生物大分子；能够以远远超出机器的生产效率来利用环境中的物质和能制造体内的各种物质，而不排放污染环境的有害物质；能以极高的效率储存信息和传递信息；具有自我调节功能和自我复制能力；以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭露生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。 　　现代生物学是一个有众多分支的庞大的知识体系，本文着重说明生物学研究的对象、分科、方法和意义。关于生命的本质和生物学发展的历史，将分别在“生命”、“生物学史”等条目中阐述。 。 生物的进化1 在自然科学还没有发展的古代，人们对生物的五光十色、绚丽多彩迷惑不解，他们往往把生命和无生命看成是截然不同、没有联系的两个领域，认为生命不服从于无生命物质的运动规律。不少人还将各种生命现象归结为一种非物质的力，即“活力”的作用。这些无根据的臆测，随着生物学的发展而逐渐被抛弃，在现代生物学中已经没有立足之地了。 　　20世纪特别是40年代以来，生物学吸收了数学、物理学和化学等的成就，逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学。人们已经认识到生命是物质的一种运动形态。生命的基本单位是细胞，它是由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。生命有许多为无生命物质所不具备的特性。例如，生命能够在常温、常压下合成多种有机化合物，包括复杂的生物大分子；能够以远远超出机器的生产效率来利用环境中的物质和能制造体内的各种物质，而不排放污染环境的有害物质；能以极高的效率储存信息和传递信息；具有自我调节功能和自我复制能力；以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭露生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。 　　现代生物学是一个有众多分支的庞大的知识体系，本文着重说明生物学研究的对象、分科、方法和意义。关于生命的本质和生物学发展的历史，将分别在“生命”、“生物学史”等条目中阐述。　　地球上现存的生物估计有200万～450万种；已经灭绝的种类更多，估计至少也有1500万种。从北极到南极，从高山到深海，从冰雪覆盖的冻原到高温的矿泉，都有生物存在。它们具有多种多样的形态结构，它们的生活方式也变化多端。从生物的基本结构单位──细胞的水平来考察，有的生物尚不具备细胞形态，在已具有细胞形态的生物中，有的由原核细胞构成，有的由真核细胞构成。从组织结构水平来看，有的是单生的或群体的单细胞生物，有的是多细胞生物，而多细胞生物又可根据组织器官的分化和发展而分为多种类型。从营养方式来看，有的是光合自养，有的是吸收异养或腐食性异养，有的是吞食异养。从生物在生态系统中的作用来看，有的是有机食物的生产者，有的是消费者，有的是分解者，等等。生物学家根据生物的发展历史、形态结构特征、营养方式以及它们在生态系统中的作用等，将生物分为若干界。当前比较通行的是美国R.H.惠特克于1969年提出的 5界系统。他将细菌、蓝菌等原核生物划为原核生物界，将单细胞的真核生物划为原生生物界，将多细胞的真核生物按营养方式划分为营光合自养的植物界、营吸收异养的真菌界和营吞食异养的动物界。中国生物学家陈世骧于1979年提出 6界系统。这个系统由非细胞总界、原核总界和真核总界3个总界组成，代表生物进化的3个阶段。非细胞总界中只有1界，即病毒界。原核总界分为细菌界和蓝菌界。真核总界包括植物界、真菌界和动物界，它们代表真核生物进化的3条主要路线。 　　　生物的特征 　　生物不仅具有多样性，而且具有一些共同的特征和属性。人们对这些共同的特征、属性和规律的认识，使内容十分丰富的生物学成为统一的知识体系。 　　生物化学的同一性 大量实验研究表明，组成生物体生物大分子的结构和功能，在原则上是相同的。例如各种生物的蛋白质的单体都是氨基酸，种类不过20种左右，各种生物的核酸的单体都是核苷酸，种类不过8种，这些单体都以相同的方式组成蛋白质或者核酸的长链，它们的功能对于所有生物都是一样的。在不同的生物体内基本代谢途径也是相同的，甚至在代谢途径中各个不同步骤所需要的酶也是基本相同的。不同生物体在代谢过程中都以 ATP的形式传递能量。生物化学的同一性深刻地揭示了生物的统一性。 　　　多层次的结构模式 19世纪德国科学家M.J.施莱登和T.A.H.施万提出细胞学说，认为动、植物都是由相同的基本单位──细胞所组成。这对于病毒以外的一切生物，从细菌到人都是适用的。细胞是由大量原子和分子所组成的非均质的系统。在结构上，细胞是由蛋白质、核酸、脂质、多糖等组成的多分子动态体系；从信息论观点看，细胞是遗传信息和代谢信息的传递系统；从化学观点看，细胞是由小分子合成的复杂大分子，特别是核酸和蛋白质的系统；从热力学观点看，细胞又是远离平衡的开放系统。所有这些，对于原核细胞和真核细胞都是一样的。 　　除细胞外，生物还有其他结构单位。在细胞之下有细胞器、分子和原子，在细胞之上有组织、器官、器官系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈等单位。 　　生物的各种结构单位，按照复杂程度和逐级结合的关系而排列成一系列的等级，称为结构层次。在每一个层次上表现出的生命活动不仅取决于它的组成成分的相互作用，而且取决于特定的有序结构，因此在较高层次上可能出现较低的层次所不曾出现的性质和规律。 　　　有序性和耗散结构 生物是由大量分子和原子组成的宏观系统（相对于研究亚原子事件的微观系统而言），它的代谢历程和空间结构都是有序的。热力学第二定律指出，物理的化学的变化导致系统的无序性或随机性(即熵) 的增加。生物无休止的新陈代谢，不可避免地使系统内部的熵增涨，从而干扰和破坏系统的有序性。现代生物学证明，在生物体中同时还存在一种使熵减少的机制。20世纪60年代，I.普里戈任提出耗散结构理论。按此理论，生物体是远离平衡的开放系统，它从环境中吸取以食物形式存在的低熵状态的物质和能，把它们转化为高熵状态后排出体外。这种不对称的交换使生物体和外界熵的交流出现负值，这样就可能抵消系统内熵的增涨。生物有序正是依赖新陈代谢这种能量耗散过程得以产生和维持的。（见耗散结构和生物有序） 　　　稳态 生物对体内的各种生命过程有良好的调节能力。生物所处的环境是多变的，但生物能够对环境的刺激作出反应，通过自我调节保持自身的稳定。例如，人的体温保持在37℃上下，血液的酸度保持在 pH7.4左右等。这一概念先是由法国生物学家C.贝尔纳提出的。他指出身体内部环境的稳定是自由和独立生活的条件。后来，美国生理学家W.B.坎农揭示内环境稳定是通过一系列调节机制来保证的，并提出“稳态”一词。稳态概念的应用现在已远远超出个体内环境的范围。生物体的生物化学成分、代谢速率等都趋向稳态水平，甚至一个生物群落、生态系统在没有激烈外界因素的影响下，也都处于相对稳定状态。 　　　生命的连续性 1855年R.C.菲尔肖提出，所有的细胞都来自原已存在的细胞。这个概念对于现存的所有生物来说是正确的。除了最早的生命是从无生命物质在当时的地球环境条件下发生的以外，生物只能来自已经存在的生物。只能通过繁殖来实现从亲代到子代的延续。因此，遗传是生命的基本属性。 　　1866年G.J.孟德尔通过豌豆杂交试验发现了遗传因子的分离规律和自由组合规律。20世纪20年代，以T.H.摩尔根为代表的一批科学家提出基因论，证明孟德尔假设的因子就是在染色体上线性排列的基因，补充了一个新的规律，即基因的连锁和交换规律，并证明这些规律在动物界和植物界是普遍适用的。40年代，J.莱德伯格发现细菌的有性杂交，M.德尔布吕克发现了噬菌体的交叉重组现象，从而证明病毒、原核生物和动物、植物都遵循同样的遗传规律。分子生物学的发展证明一切生物的基因的化学实体都是核酸（DNA和RNA），遗传信息都是以核苷酸的排列来编码的，DNA以半保留复制产生新的拷贝。在分子水平上，生命的连续性首先表现在基因物质DNA的连续性上。 　　个体发育 通常是指多细胞生物从单个生殖细胞到成熟个体的成长过程。生物在一生中，每个细胞、每个组织、器官都随时间而发展变化，它在任何一个特定时间的状态都是本身发育的结果。生物个体发育是按一定的生长模式进行的稳定过程。个体发育的概念对单细胞生物和病毒在原则上也是适用的。单细胞生物从一代到下一代经历一定的细胞周期，病毒的发育也要经历遗传物质的复制，结构蛋白的合成以及病毒颗粒的装配过程。因此，所有的生物都有各自的按一定规律进行的生活史。 　　对于个体发育规律的认识，经历了漫长的过程。1797年C.F.沃尔夫发表《发生论》，对鸡胚的发育过程作了较为详细的描述。19世纪初К.M.贝尔提出胚层理论，指出胚胎组织和器官的发生是以内、中、外三个胚层为出发点的。20世纪初，H.施佩曼及其学派通过把胚胎组织从一处移植到另一处能改变其发育过程和方向的实验，证明了胚胎发育是通过各部分的相互作用而完成的，现代生物学证明，个体发育是由遗传信息所控制的，不论是在分子层次上，还是在细胞、组织、个体层次上，发育的基本模式都是由基因决定的。 　　进化 1859年C.R.达尔文所著《物种起源》的出版，创立了以自然选择为基础的生物进化论。进化是普遍的生物学现象。每个细胞、每种生物都有自己的演变历史，都在随着时间的发展而变化，它们目前的状态是它们本身进化演变的结果。进化导致物种的分化，生物不再被认为是一大堆彼此毫无联系的、偶然的、“神造的”不变的物种。生物世界是一个统一的自然谱系，各种生物，归根结底，都来自一个最原始的生命类型。生物不仅有一个复杂的纵深层次（从生物圈到生物大分子），它还具有个体发育历史和种系进化历史，有一个极广阔的历史横幅。 　　生态系统中的相互关系 在自然界里，生物的个体总是组成种群，不同的种群彼此相互依赖，相互作用形成群落。群落和它所在的无生命环境组成了生物地理复合体──生态系统。在生态系统中，不同的种群具有不同的功能和作用。譬如，绿色植物是生产者，它能利用日光能制造食物；动物包括人在内是消费者；细菌和真菌是分解者。生物彼此之间以及它们和环境之间的相互关系决定了生态系统所具有的性质和特点。任何一个生物，它的外部形态、内部结构和功能，生活习性和行为，同它在生态系统中的作用和地位总是相对适应的。这种适应是长期演变的结果，是自然选择的结果。 　　根据上面这些叙述，不难看到，尽管生物世界存在惊人的多样性，但所有的生物都有共同的物质基础，遵循共同的规律。生物就是这样的一个统一而又多样的物质世界。因而，生物学也就是一个统一而又十分丰富的知识领域。 编辑本段|回到顶部研究方法 　　生物学的一些基本研究方法——观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等是在生物学发展进程中逐步形成的。在生物学的发展史上，这些方法依次兴起，成为一定时期的主要研究手段。现在，这些方法综合而成现代生物学研究方法体系。 　　观察描述的方法 在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物学的研究方法同物理学研究方法大不相同。物理学研究的是物体可测量的性质，即时间、运动和质量。物理学把数学应用于研究物理现象，发现这些量之间存在着相互关系，并用演绎法推算出这些关系的后果。生物学的研究则是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物学用描述的方法来记录这些性质，再用归纳法，将这些不同性质的生物归并成不同的类群。18世纪，由于新大陆的开拓和许多探险家的活动，生物学记录的物种几倍、几十倍地增长，于是生物分类学首先发展起来。生物分类学者搜集物种进行鉴别、整理，描述的方法获得巨大发展。要明确地鉴别不同物种就必须用统一的、规范的术语为物种命名，这又需要对各种各样形态的器官作细致的分类，并制定规范的术语为器官命名。这一繁重的术语制定工作，主要是C.von林奈完成的。人们使用这些比较精确的描述方法收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。 　　比较的方法 18世纪下半叶，生物学不仅积累了大量分类学材料，而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下，仅仅作分类研究已经不够了，需要全面地考察物种的各种性状，分析不同物种之间的差异点和共同点，将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物学。 　　运用比较的方法研究生物，是力求从物种之间的类似性找到生物的结构模式、原型甚至某种共同的结构单元。G.居维叶在动物学方面，J.W.von歌德在植物学方面，是用比较方法研究生物学问题的著名学者。用比较的方法研究生物，愈来愈深刻地揭示动物和植物结构上的统一性，势必触及各个不同类型生物的起源问题。19世纪中叶，达尔文的进化论战胜了特创论和物种不变论。进化论的胜利又给比较的方法以巨大的影响。早期的比较，还仅仅是静态的共时的比较，在进化论确立后，比较就成为动态的历史的比较了。现存的任何一个物种以及生物的任何一种形态，都是长期进化的产物，因而用比较的方法，从历史发展的角度去考察，是十分必要的。 　　早期的生物学仅仅是对生物的形态和结构作宏观的描述。1665年英国R.胡克用他自制的复式显微镜，观察软木片，看到软木是由他称为细胞的盒状小室组成的。从此，生物学的观察和描述进入了显微领域。但是在17世纪，人们还不能理解细胞这样的显微结构有何等重要意义。那时的显微镜未能消除使影像失真的色环，因而还不能清楚地辨认细胞结构。19世纪30年代，消色差显微镜问世，使人们得以观察到细胞的内部情况。1838～1839年施莱登和施万的细胞学说提出：细胞是一切动植物结构的基本单位。比较形态学者和比较解剖学者多年来苦心探求生物的基本结构单元，终于有了结果。细胞的发现和细胞学说的建立是观察和描述深入到显微领域所获得的成果，也是比较方法研究的一个重要成果。 　　实验的方法 前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理，但这只是为了更好地观察自然发生的现象，而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象，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。实验的方法是自然科学研究中最重要的方法之一。17世纪前后生物学中出现了最早的一批生物学实验，如英国生理学家W.哈维关于血液循环的实验，J.B.van黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。然而在那时，生物学的实验并没有发展起来，这是因为物理学、化学还没有为生物学实验准备好条件，活力论还占统治地位。很多人甚至认为，用实验的方法研究生物学只能起很小的作用。 　　到了19世纪，物理学、化学比较成熟了，生物学实验就有了坚实的基础，因而首先是生理学，然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性的学科。19世纪80年代，实验方法进一步被应用到了胚胎学，细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代，除了古生物学等少数学科，大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得新进展。 人体学重点展示人体胚胎发育概要;细胞\组织\器官的形成结构极其功能;系统的组成及其功能;几种与生命活动有关物质的功能及主要代谢过程. 人体学 人体学是第二次世界大战后发展起来的一门新学科， 按照国际工效学会所下的定义，人体是一门“研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的科学”。 人体学是由5门分支学科组成，即：人体测量学、生物力学、劳动生理学、环境生理学、时间与工作研究。 它以人－机关系为研究的对象，以实测、统计、分析为基本的研究方法。从室内设计的角度来说，人体学的主要功用在于通过对于生理和心理的正确认识，使室内环境因素适应人类生活活动的需要，进而达到提高室内环境质量的目标。人体工程学在室内设计中的作用主要体现在以下几方面：1、为确定空间范围提供依据2、为设计家具提供依据3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。 人体分类 　　整个人体可分为头、颈、躯干、四肢四个部分。头部有眼、耳、口、鼻等器官。颈部把头部和躯干部联系起来。躯干部的前面分为胸部和腹部，后面分为背部和腰部。 四肢包括上肢和下肢各一对。①上肢分为上臂、前臂和手三部分。上臂和前臂合称臂，即胳膊。上臂和前臂相连处的后面凸起部分叫肘。前臂和手相连的部分叫腕。上肢和躯干相连部分的上面叫肩，下面叫腋。②下肢分为大腿、小腿和足三部分。大腿和小腿相连部分的前面叫膝，后面叫腘。小腿和足相连的部分叫踝。下肢和躯干相连部分的前面凹沟叫腹股沟。身体背面腰部下方、大腿上方的隆起部分叫臀。 人体生存组织 　　人生活在世界上，不断与外界进行物质交换和能量交换。我们把人体称为内环境，与外部环境区分。从整体来看，人体的物质组成成分与外部环境并没有太大的区别。 人体的区别 　　区别的是物质组成的结构，以及各种成分的配比关系。 编辑本段|回到顶部细胞 　　生命是一个统一的整体。细胞是能体现人体生命活动的最小单位。细胞和细胞间质形成组织、器官、系统，进而整个人体。 物质转移 　　对于人体，任何生命活动的循环，都是细胞群相互配合的结果。在GOPLA看来，平衡、能量转移（有时要借助物质载体，形成物质转移），就是人体生命的最基本运行机制。 生理 　　[中医人体] 中医学认识人体，是结合肉眼直观的解剖知识，辩症（即根据症状和表现）归纳总结出来的。其生理病理理论是以阴阳、五行学说为基础的脏腑经络学说。 总结 　　人是统一的有机整体，由各局部组成。中医学把人体结构分为脏腑、经络、气血津液三大部分。它们在人体中各具不同生理功能，相互之间密切联系。其中脏腑是人体生命活动的中心，而气血津液是由脏腑活动生成的，是人体进行生理活动的物质基础，通过经络输布到全身，供给肌体维持生命的需要。疾病来自失衡或滞塞。