生物学是研究生命和生物体的自然科学，内容涵盖生物的结构、功能、生长、发育、行为、起源、进化与分布。生物学的研究尺度跨度极大，小到细胞内部的分子，大到整个种群及其共同栖居的生态系统。它大量借助化学和物理学的知识，也为医学、农学、生物技术等应用领域提供支撑。几条基本观念把这门学科串联成一个整体：一切生物都由细胞构成；生物通过基因传递遗传信息；生物会摄取并转化能量，维持体内环境的稳定；所有生物都由共同祖先经过演变繁衍而来。
词源
“生物学”一词源自希腊语 bios（“生命”）和 -logia（“……之学”）。1802年，两位博物学家几乎同时提出了这个词的现代含义，两人似乎是各自独立想到的。一位是德国的戈特弗里德·莱茵霍尔德·特雷维拉努斯；另一位是法国博物学家让-巴蒂斯特·拉马克，他在1802年出版的《关于生物体组织的研究》（Recherches sur l'organisation des corps vivants）中使用了这个词。18世纪早些时候已出现过该词的拉丁语形式，但并不具备现代意义。
历史
早在生物学得名之前，人们就已开始研究生物。在古希腊，亚里士多德凭借亲自观察和解剖，描述并分类了数百种动物。他的学生泰奥弗拉斯托斯撰写了系统论述植物的著作。希腊、罗马、伊斯兰、印度和中国等医学传统也积累了大量解剖学和生理学知识。
现代生物学在近代早期逐渐成形。1628年，威廉·哈维证明了血液在体内循环流动。显微镜的出现揭示了一个此前不为人知的世界：罗伯特·胡克在《显微图谱》（Micrographia，1665年）中使用了“细胞”（cell）一词；安东尼·范·列文虎克则在17世纪70年代描述了微生物。18世纪，卡尔·林奈建立了一套统一的分类体系和双名法，为物种描述提供了通用语言。
19世纪诞生了这一领域最主要的几大统一理论。马蒂亚斯·施莱登和西奥多·施旺于1838至1839年间提出了细胞学说，鲁道夫·菲尔绍后来又补充指出，所有细胞都来自已有的细胞。1859年，查尔斯·达尔文出版《物种起源》，阐明了自然选择如何推动进化。阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士也独立得出了相同的观点。格雷戈尔·孟德尔通过豌豆杂交实验总结出遗传定律，但他的成果长期无人问津，直到1900年才被重新发现，遗传学由此诞生。同一时期，路易·巴斯德和罗伯特·科赫确立了疾病的细菌学说。
20世纪三四十年代，“现代综合论”将达尔文的自然选择学说与孟德尔遗传学融为一体。1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克借助罗莎琳德·富兰克林和莫里斯·威尔金斯的X射线衍射数据，提出了脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构，开启了分子生物学时代。此后的重要里程碑包括破译遗传密码、发展重组DNA技术，以及完成人类基因组测序。
基本原理
- **细胞学说。**细胞是一切生物结构和功能的基本单位。
- **基因与遗传。**遗传信息储存在由DNA构成的基因中（部分病毒则为RNA）。细胞分裂时，遗传信息被复制，并由亲代传给子代。基因通过RNA表达，合成蛋白质，而细胞中的大部分工作都由蛋白质完成。
- **进化。**种群在世代更替中通过自然选择、遗传漂变、突变和基因流发生变化。共同由来既解释了生命的统一性，也解释了生命的多样性。
- **能量与代谢。**生物获取并转化能量。植物等自养生物通过光合作用合成有机物；包括动物在内的异养生物则通过分解有机化合物获取能量，细胞呼吸就是其中一种方式。
- **稳态。**生物会调节自身的内部环境，包括体温、pH值和溶质浓度等，这一过程称为稳态。
组织层次
生物系统通常按层级来描述：分子、细胞器、细胞、组织、器官、器官系统、个体、种群、群落、生态系统和生物圈。每一层级都具有下一层级所不具备的特性。例如，单个神经元无法像大脑那样学习；免疫系统则需要协调多种细胞共同保卫机体。
分支学科
生物学有众多分支学科，通常按研究的生物类群或组织层次划分：
- **按生物类群：**植物学（植物）、动物学（动物）、微生物学（微生物）、真菌学（真菌）和病毒学（病毒）。
- 按层次或研究方法：生物化学和分子生物学研究生命的化学过程和分子；细胞生物学研究细胞；生理学研究生物体如何运作；解剖学研究生物体的结构；发育生物学研究生物如何由单个细胞发育成形；遗传学研究遗传与变异。
- 按尺度与历史：生态学研究生物之间以及生物与环境之间的相互作用；进化生物学研究生命随时间演变的过程；系统学和分类学对生物进行分类，并重建它们之间的亲缘关系；古生物学研究化石生物。
许多新兴领域跨越了上述界限，例如神经科学、生物信息学、系统生物学和合成生物学。
生命的多样性
生物学家通常将生命划分为三个域，这一体系由卡尔·乌斯于20世纪后期提出。其中细菌域和古菌域由原核生物组成；第三个域即真核域，包括原生生物、真菌、植物和动物。化石证据表明，地球上的生命至迟在约35亿年前就已出现。目前已正式描述的物种约有200万种，但对实际物种总数的估计差异很大，且远高于这一数字，微生物尤其如此。记录和保护这些生物多样性是现代研究的一大重点。
研究方法
生物学家采用科学方法：观察现象、提出假说、开展对照实验，并用统计方法分析数据。常用手段包括光学显微术和电子显微术、DNA测序、基因编辑、模式生物、野外调查和计算建模。由于生物系统本身存在差异，生物学研究往往依赖组间比较、大样本量和重复实验。
应用
生物学知识是医学的基础，从认识疾病到研发药物和疫苗都离不开它。生物学还支撑着作物与畜禽育种、食品生产、环境管理和自然保护。生物技术将生物学应用于工业领域，用于生产酶、生物燃料和工程改造生物。人工智能也越来越多地被用于分析基因组数据和预测蛋白质结构。
参考来源
- Biology - Etymology, Origin & Meaningetymonline.com
- Jean-Baptiste Lamarcken.wikipedia.org
- Jean-Baptiste Lamarckbritannica.com
- Gottfried Reinhold Treviranusen.wikipedia.org