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生物學會研究各種各樣嘅生物,並且根據佢哋嘅觀察度出能夠準確噉描述生物行為嘅理論同概念,呢啲理論同概念當中最廣義嗰啲會適用於描述所有生物嘅行為。

生物學粵拼sang1 mat6 hok6英文biology,嚟自希臘文bio」-即係希臘文入面「生命」噉解[1]),廣東話日常有陣時會嗌做「baai6 o1」,係一門研究生命同生命對環境嘅影響嘅自然科學生物學家會研究生物-有生命嘅嘢-嘅各種特性,嘗試創造出能夠充分噉解釋生命相關現象嘅理論,包括咗:

... 等等[2][3]

生物學係一門大嘅領域,可以按唔同準則分做多個子領域:例如按照所用嘅研究方法,分做嘗試用數學模型模擬生命過程嘅理論生物學(theoretical biology)同做實驗驗證理論實驗生物學(experimental biology)[4];另一方面,生物學分起子領域上嚟又可以按研究嘅生命系統嘅類型嚟分,分做植物學昆蟲學鳥類學等嘅領域[5]。不過雖然生物學嘅子領域咁多樣化,但呢啲領域都建基於某啲共同嘅概念,令到佢哋一齊組成一個相干嘅領域-無論屬邊個子領域,生物學家基本上冚唪唥都會認同以下呢啲諗法:細胞係生命嘅基本組成單位(細胞學說);基因(gene)係遺傳嘅基本單位,而進化係生物物種誕生同滅亡嘅主要機制(進化論);有生命嘅系統係開放系統(open system),曉將能量轉化同令自己內部嘅(entropy)下降,等自己身體內部能夠維持到個穩態(homeostasis;指個系統內部嘅溫度變數維持喺穩定嘅水平)[6][7]... 等等[8]

除咗作為一個獨立嘅領域,生物學仲對社會科學(social science)嚟講有用:生物學上嘅理論同概念可以用於描述各種生物,而人類都係生物嘅一種;所以生物學理論同概念原則上可以至少局部解釋人類嘅行為,好多都會俾研究人類嘅社會科學借嚟幫手解釋社科所研究嘅現象;例如心理學,就時不時會借生物學上對嘅理解,分析人嘅腦活動同佢哋嘅行為之間有乜嘢啦掕[9];而社會學又有留意到,人嘅某啲群體行為同第啲動物嘅有相似之處,所以可能會借用動物學(生物學嘅一個子領域)嘅知識嚟解釋呢啲現象[10]

定位

法國生物學家拉馬卡(Jean-Baptiste Lamarck)嘅畫像,1802 年畫嘅。佢出名在提出咗進化嘅諗法。
內文:生物學哲學

基本哲學

睇埋:科學方法

生物學哲學(philosophy of biology)係科學哲學嘅一門,指哲學家生物學家對於「生物學應該點搞」嘅睇法。喺呢方面,生物學同其他科學領域一樣,會跟足科學方法嚟去研究生命。生物學界會:

  1. 根據手上已知係真嘅事實,諗一啲理論出嚟(「基於我哋經已觀察到嘅呢啲現象,我推測啲現象背後嘅法則係噉噉噉,令生物有呢啲行為」),呢啲理論好多時係用數學模型嘅方式嚟表達嘅;
  2. 跟手就靠邏輯性嘅思考,去諗吓呢柞理論會做點樣嘅預測(「如果我提倡嘅呢個理論係真確嘅,理應會...」);
  3. 然後就做實驗觀察嚟攞數據,驗證吓個理論嘅預測係咪真確(「如果我呢個理論係真確,呢個實驗理應會得出某個某個結果,而個實際嘅實驗結果係...」);
  4. 如果數據顯示,個理論係做唔到準確嘅預測嘅話,就要一係根據攞到嘅數據睇吓個理論要點改先可以令佢做到準確啲嘅預測,一係就要諗新理論取代舊理論[11]

上述嘅過程會係噉不斷重複,直至手上嘅理論做得到完全準確嘅預測為止-於是乎生物學就有持續嘅發展,做到愈嚟愈準確嘅預測。到咗現代,生物學經已有完整嘅理論體系,有多個理論解釋生命嘅本質,而呢啲理論每個都閒閒地俾生物學家驗證過上百次-好經得起考驗,所以學界一般認為,呢啲理論係有返咁上下正確嘅模型(approximately accurate models)-能夠充分噉描述現實。而且生物學仲會不斷噉去搵新嘅現象研究,睇吓呢啲理論能唔能夠解釋新現象,又或者使唔使諗新嘅理論[12][13]

定義生命

內文:生命生物

生命拉丁文:vita)係一種特性,而生物(organism)就係有生命嘅嘢。生物學做嘅係用科學方法研究生命同生物,所以要搞生物學,第一樣要做嘅就係答以下嘅問題[14]

何謂生命?

喺廿一世紀生物學界入面,仲未有定義能夠完美冇灰色地帶噉將生物同非生物區分開[14][15]。不過一般嚟講,傳統生物學都認為生命係一種特質,會令到有生命嘅嘢喺特定嘅環境之下曉嘗試維持自己嘅存在,甚至乎自我複製,並且嘗試將自己身上嘅基因散播開去,包含咗以下七種特徵[16][17]

  • 組織(organization):身體由至少一個細胞組成-細胞係生命嘅基本單位(睇埋下面細胞學說[18]
  • 穩態(homeostasis):一隻生物曉調制佢內部嘅環境,令自身內部維持一個穩定嘅狀態;生物實會有某啲方法感知自己周圍同內部嘅環境,而當隻生物探測到佢內部嘅環境有所改變,佢內部嘅系統會用負回輸嘅方法嚟抗衡嗰種改變。舉個例子說明,當一個人覺得熱(探測到佢內部溫度有所改變)嗰陣,佢身體會流汗,而汗喺由皮膚表面蒸發走嗰時會帶走熱(抗衡熱嘅負回輸),令到個人身體涼返(回歸平衡)[19],而除咗呢個散熱系統之外,人體仲有多個系統維持自身內部嘅水份同血糖等變數嘅穩定[20]
  • 反應(response):一隻正常健康嘅生物曉對外界嘅刺激俾反應(刺激可以係任何物理變數起變化),而呢啲反應通常牽涉到某啲嘅郁動,例如係就連(就噉睇好似唔識郁嘅)植物都會擰轉自己啲嚟對準太陽,等自己可以吸收到最多嘅陽光;而動物對外界嘅反應就更加快同明顯,就算用肉眼都觀察得到。
  • 新陳代謝(metabolism):有生命嘅嘢都實要用某啲方式吸收能量,並且用呢啲能量嚟做維持穩態同俾反應等各種嘅生命活動。佢哋曉將化學物質同能量轉化做自己啲細胞嘅部份,並且將(通常係唔要嘅)細胞分解,好似係大部份植物都會做光合作用,利用陽光嘅能量合成一啲養分;而人類同各種動物食咗嘢之後個身體會將啲嘢食消化,並且用由嘢食嗰度攞到嘅養份嚟整新細胞,幫助做生長等嘅工作[21]
  • 生長(growth):生物喺新陳代謝入面嘅合成率會大過分解率,所以整體嚟講,一個生物個體會隨住時間而變得愈嚟愈大隻。生長嘅過程會令到隻生物各個部份都變大,而唔淨止係物質嘅累積。
  • 繁殖(reproduction):一個生物物種嘅正常健康個體會用穩態、對外界嘅反應同新陳代謝維生,做生長嚟提升自己生存同繁殖嘅能力,最後用某啲方法製造新嘅個體,將自己身上嘅基因傳俾下一代。繁殖可以係通過無性或者有性嘅過程嚟進行嘅;人類等嘅哺乳類動物行有性繁殖,靠交配產生下一代[22]
  • 適應(adaptation):喺繁衍後代嘅過程當中,一個生物物種嘅基因庫(因為物競天擇基因突變等嘅機制)會一代一代噉慢慢變化,令個物種變到更加擅長喺自己住嘅環境當中生存繁衍。呢種能力係進化過程不可或缺嘅一個部份,並且係由嗰個生物物種嘅遺傳特徵同埋環境外界因素話事嘅[18]
事物 組織 穩態 反應 新陳代謝 生長 繁殖 適應 係咪生物
Blank-man-face.jpg
人類
Kolmården Wolf.jpg
灰狼
Raven scavenging on a dead shark.jpg
烏鴉
Common Yellow Swallowtail - Papilio machaon I IMG 6962.jpg
蝴蝶
Fromia monilis (Seastar).jpg
海星
Semal (Bombax ceiba) flowers in Kolkata W IMG 4116.jpg
木棉樹
EscherichiaColi NIAID.jpg
各種細菌
DirkvdM rocks.jpg
石頭

現代理論基礎

顯微鏡下嘅幾粒人類癌細胞;佢哋嘅細胞核俾研究者用染料染咗做藍色。

細胞學說

內文:細胞學說

細胞學說(cell theory)係現代生物學基礎之一。呢個理論宣稱[23][24]

  1. 細胞係生命嘅基本單位;細胞具有細胞核(nucleus)同細胞質(cytoplasm)等結構並且由細胞膜(cell membrane)保護住。
  2. 生物冚唪唥都由一粒或者多粒細胞組成嘅。以及
  3. 所有現存嘅細胞都係由之前存在嘅細胞做細胞分裂(cell division)所產生出嚟嘅(而廿一世紀初生物學其中一個最大嘅問題係「宇宙嘅第一粒細胞點嚟」)[25]

一粒細胞本身具有生命應有嘅特徵,同時又有好多生物係由大量細胞組成:細胞曉做新陳代謝,由嘢食嗰度產生自己生存落去所需嘅能量同對外界刺激作出適當嘅反應,維持自身存在;而且細胞內部帶有遺傳資訊DNA;可以話係隻生物嘅設計藍圖);喺細胞分裂發生嗰陣,粒細胞自我複製,同時將佢啲遺傳資訊傳達去下一代嘅細胞嗰度,所以啲下一代會似生佢哋出嚟嘅細胞。喺一隻多細胞生物-例如係噉-裏面,隻生物身體嘅每一粒細胞最終都係由一粒受精嘅細胞嗰度嚟嘅,令到成隻多細胞生物全身上下嘅細胞喺遺傳上都一致[23][26]

因為細胞對生命過程嘅重要性,細胞係好多病變過程嘅基本單位,例如係癌病噉,癌病嘅主要一個問題在於啲癌細胞唔受控係噉自我複製,搞到身體好多器官唔能夠正常噉運作,而呢啲器官好多時做嘅係一啲維持生命必需嘅功能(心臟確保全身各部份都有血用、負責消化嘢食... 等等),所以呢啲器官失去功能可以引致死亡[27][28]

能量

睇埋:生物化學同埋生態系統

一隻生物要生存落去,就實要係噉由外界嗰度攞能量熱力學第二定律(second law of thermodynamics)指出(entropy;)嘅數值喺一個封閉系統當中只能夠升或者維持不變( 任何封閉系統,