生物学史
科学史分支
生物学史是人类对生命研究的过程。欧洲文艺复兴及近代时期,生物学思想被新的经验主义思想彻底变革并发现了一些新的生物。这次活动中比较突出的是对生理机能进行了实验和认真观察的安德雷亚斯·维萨里和威廉·哈维以及开始对生物进行分类和化石记录的博物学家卡尔·林奈和蒲丰,同时还对有机体的发展和行为进行研究,显微镜展示了之前从未看到的世界并为细胞学说打下基础。
定义
生物学史是一门研究生物学知识、理论、技术等产生、发展及其规律的学科,它涵盖了生物学从古代到现代的整个发展历程,包括各个历史时期的重大事件、重要人物、重要发现和理论突破等,以下是对其定义更详细的阐述:
研究目的
生物学史不仅是对过去的记录,更是理解生物学现 在和预测其未来发展方向的重要基础,对于推动生物学的持续进步具有重要意义。
历史
古代生物学
- 古希腊时期:古希腊哲学家亚里士多德对生物进行了广泛观察和分类,他的著作《动物志》等为生物学奠定了基础,被认为是生物学的先驱。他通过观察和逻辑推理,对动物的形态、结构和生活习性进行了系统描述,并提出了一些关于生物分类和进化的初步思想。
- 中国古代:中国古代也有丰富的生物学知识积累。如《诗经》中记载了大量的动植物名称和特征,《本草纲目》更是一部集中国古代药学和生物学知识之大成的巨著,对众多植物、动物等进行了详细的分类和描述,为后世的生物学研究提供了重要的资料。
近代生物学
- 文艺复兴时期:维萨里通过对人体的解剖研究,发表了《人体构造》,纠正了许多古代关于人体结构的错误认识,开创了近代解剖学。同时,塞尔维特发现了血液的肺循环,为血液循环理论的完善奠定了基础。
- 17-18世纪:显微镜的发明和改进为生物学研究带来了新的视角。列文虎克利用显微镜观察到了细菌、精子等微观生物,开启了微生物学的大门。林奈则提出了双名法,对生物进行了系统的分类,使生物分类学成为一门科学。
- 19世纪
- 细胞学说:施莱登和施旺提出细胞学说,指出细胞是动植物结构和生命活动的基本单位,揭示了生物界的统一性,为生物学的发展奠定了重要的理论基础。
- 进化论:达尔文发表《物种起源》,提出了以自然选择为核心的生物进化论,阐明了生物进化的机制,对生物学和整个科学领域产生了深远的影响。
- 遗传学:孟德尔通过豌豆杂交实验,发现了基因的分离定律和自由组合定律,为现代遗传学奠定了基础。但在当时,他的研究成果并未得到广泛关注,直到20世纪初才被重新发现和认可。
现代生物学
- 20世纪初:摩尔根通过果蝇杂交实验,证明了基因位于染色体上,并提出了基因的连锁互换定律,进一步发展了遗传学理论。同时,随着物理学和化学技术的发展,生物学研究开始从宏观向微观深入,生物化学、生物物理学等交叉学科逐渐兴起。
- 20世纪中叶
- DNA双螺旋结构的发现:沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构,这一重大突破揭示了遗传物质的结构和功能,开启了分子生物学时代。此后,中心法则的提出、遗传密码的破译等一系列成果,使人们对生命的遗传机制有了更深入的理解。
- 生物技术的兴起:随着基因工程技术的诞生,人类开始能够对生物的基因进行操作和改造。1973年,科恩和博耶成功实现了DNA的体外重组,标志着基因工程的诞生。此后,转基因技术、克隆技术等不断发展,为农业、医学等领域带来了巨大的变革。
- 20世纪后期至今:人类基因组计划的实施是生物学领域的又一重大工程,旨在测定人类基因组的全部DNA序列,为人类疾病的诊断和治疗、生物进化等研究提供了重要的基础。此外,系统生物学、合成生物学等新兴学科不断涌现,生物学与其他学科的交叉融合日益深入,使我们对生命现象的认识更加全面和深入。
分类
按时间阶段分类
- 古代生物学史:从人类诞生到公元15世纪左右,人类对生物的观察和利用主要基于生活经验,如古埃及人对动植物的简单描绘,中国古代的《诗经》《本草纲目》等对生物的记载和分类。
- 近代生物学史:大约从15世纪到19世纪末,这个时期生物学开始从自然哲学中分离出来,成为一门独立的科学。如维萨里的人体解剖学研究、林奈的生物分类系统的建立、达尔文的进化论等都是这一时期的重要成果。
- 现代生物学史:从20世纪至今,随着物理学、化学等学科的发展以及新技术的应用,生物学进入了快速发展阶段,如孟德尔遗传定律的重新发现、DNA双螺旋结构的发现、基因工程的兴起等。
按研究领域分类
- 形态学发展史:主要研究生物的形态结构,从古希腊时期亚里士多德对动物形态的描述,到后来显微镜的发明使人们能够观察到细胞等微观结构,再到现代的计算机断层扫描等技术用于生物形态的研究。
- 生理学发展史:探究生物机体的功能和活动规律。如哈维发现血液循环、巴甫洛夫对消化生理和条件反射的研究等。
- 遗传学发展史:从孟德尔通过豌豆杂交实验发现遗传规律,到摩尔根的果蝇实验确定基因在染色体上,再到现代分子遗传学对基因的结构和功能的深入研究。
- 进化论发展史:从拉马克的用进废退学说到达尔文的自然选择学说,再到现代综合进化论等,是对生物进化理论不断完善和发展的历史。
- 生态学发展史:从早期对生物与环境关系的观察,到坦斯利提出生态系统的概念,再到现代生态学对全球生态问题的研究等。
按研究方法分类
- 描述生物学史:早期生物学主要以描述为主,如对生物的形态、习性等进行记录和描述,像李时珍的《本草纲目》对大量药用生物的形态、产地、功效等进行了详细描述。
- 实验生物学史:通过设计和进行实验来研究生物学问题,如巴斯德通过鹅颈瓶实验证明了微生物的存在和发酵原理,摩尔根通过果蝇杂交实验揭示了遗传学的连锁互换定律等。
- 理论生物学史:运用数学、物理等理论和方法对生物学现象进行分析和解释,建立生物学理论模型,如洛特卡-沃尔泰拉方程用于描述捕食者-猎物系统的动态变化。
按地域分类
- 西方生物学史:包括古希腊、古罗马时期的生物学思想,以及近现代西方在生物学各领域的重大发现和发展,如英国的达尔文提出进化论,美国的沃森和英国的克里克发现DNA双螺旋结构等。
- 东方生物学史:以中国和印度为代表,中国古代有丰富的生物学知识和实践,如农业生产中的选种育种、中医药学中的生物学知识等;印度在古代也有对动植物的观察和利用等方面的记载。
语源学
生物学的英文单词biology由希腊语的βίος (bios)(意为“生命”)加上后缀'-logy'(意为“科学”、“……的知识”或“……的学问”,源自希腊动词λεγειν, 'legein' = “选择”或“收集”)合成。现代意义上的术语biology分别由卡尔·弗雷德里希·布达赫(Karl Friedrich Burdach,1800年)、戈特弗里德·莱茵霍尔德·特里维兰纳斯(Gottfried Reinhold Treviranus,《Biologie oder Philosophie der lebenden Natur》,1802年)以及让-巴普蒂斯特·拉马克(《Hydrogéologie》, 1802年)独自使用。而单词本身在米夏埃尔·克里斯托弗·汉诺夫(Michael Christoph Hanov)于1766年出版的Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia的第三卷中作为标题出现。
在生物学(biology)之前,有很多术语被用于动物和植物的研究。博物学(Natural history)指生物学的描述方面,虽然它也包括矿物学和其它非生物领域。从中世纪到文艺复兴,博物学的统一框架则是自然阶梯(scala naturae)或存在之链(英语:Great Chain of Being)。自然哲学(Natural philosophy)和自然神学(natural theology)包含了这一概念及动植物生命的形而上学基础,处理了为什么生物存在和它们行为的问题,虽然这一主题通常也包括地质学、物理学、化学及天文学。生殖生理学(Physiology)和(植物)药物学是医学的范畴。在18世纪和19世纪生物学(biology)一词之前,植物学(Botany)、动物学(zoology)、以及(在化石的情况下)地质学(geology)取代了博物学(natural history)和自然哲学(natural philosophy)这些词被广泛使用.
全部高中生物学史
必修一:
(一)细胞学说的建立和发展过程
1、1543年,比利时的维萨里发表《人体构造》,揭示了人体在器官水平的结构。
2、罗伯特虎克:英国人,细胞的发现者和命名者。1665年,他用显微镜观察植物的木栓组织,发现由许多规则的小室组成,并把“小室”称为cell——细胞。
3、列文虎克:荷兰人,他用自制的显微镜进行观察,对红细胞和动物精子进行了精确的描述。
4、19世纪30年代,德国植物学家施莱登(1804— 1881)和动物学家施旺(1810— 1882)提出了细胞学说,指出细胞是一切动植物结构的基本单位。恩格斯曾把细胞学说誉为19世纪自然科学三大发现之一。
5、魏尔肖:德国人,他在前人研究成果的基础上,总结出“细胞通过分裂产生新细胞”。
(二)生物膜流动镶嵌模型的探索历程
1、1895年,欧文顿发现脂质更容易通过细胞膜。提出假说:膜是由脂质组成的。
2、20世纪初,科学家的化学分析结果,指出膜主要由脂质和蛋白质组成。
3、1925年,两位荷兰科学家用丙酮从细胞膜中提取脂质,铺成单层分子,发现面积是细胞膜的2倍。提出假说:细胞膜中的磷脂是双层的
4、1959年,罗伯特森在电镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成。
提出假说:生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构
5、1970年,科学家用荧光标记人和鼠的细胞膜并让两种细胞融合,放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说:细胞膜具有流动性
6、1972年,桑格和尼克森提出生物膜流动镶嵌模型,强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性,并为大多数人所接受。
(三)酶的发现史
1、斯帕兰札尼:意大利人,生理学家。1783年他通过实验证实胃液具有化学性消化作用。
2.巴斯德:法国人,微生物学家,化学家,提出酿酒中的发酵是由于酵母菌的存在,没有活细胞的参与,糖类是不可能变成酒精。
3.、李比希:德国人,化学家。认为引起发酵时酵母细胞中的某些物质,但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
4、毕希纳:德国人,化学家。他从酵母细胞中获得了含有酶的提取液,并用这种提取液成功地进行了酒精发酵
5、萨姆纳:美国人,化学家。1926年,他从刀豆种子中提取到脲酶的结晶,并用多种方法证明脲酶是蛋白质。荣获1946年诺贝尔化学奖
6、20世纪80年代, 美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也有生物催化作用。
(四)光合作用的发现史
1、1648一1653年,比利时医生海尔蒙特做了盆栽柳树称重实验,得出植物的重量主要不是来自土壤而是来自水的推论。他没有认识到空气中的物质参与了有机物的形成。
2、1771年,英国的普里斯特利发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变污浊的空气。
3、1773年,荷兰的英格豪斯证明只有植物的绿色部分在光下才能更新污浊的空气。
4、1845年,德国的梅耶发现植物把光能转化成了化学能储存起来。
5、1864年,德国科学家萨克斯证明光合作用产生了淀粉。
6、1880年,美国生物学家恩格尔曼利用好氧细菌证明氧气是光合作用的产物。
7、1939年,美国的鲁宾和卡门利用同位素O进行示踪实验证明光合作用释放的氧气来自水。
8、1957年,美国生物学家卡尔文利用放射性同位素标记法,用C标记CO2发现了卡尔文循环。
必修二 :
(五)遗传定律的发现史
1、孟德尔:奥地利人,遗传学的奠基人。他进行了长达8年的豌豆杂交实验,通过分析实验结果,发现了生物遗传的规律。1866年他发表论文《植物杂交试验》,提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子学说。
2、约翰逊:丹麦人,植物学家。1909年,他给孟德尔的“遗传因子”重新起名为“基因”,并提出了表现型和基因型的概念。
3、魏斯曼:德国人,动物学家。他预言在精子和卵细胞成熟的过程中存在减数分裂过程,后来被其他科学家的显微镜观察所证实。。
4、萨顿:美国人,细胞学家。1903年,他在研究中发现孟德尔假设的遗传因子的分离与减数分裂过程中同源染色体的分离非常相似,并由此提出了遗传因子(基因)位于染色体上的假说。
5、摩尔根:美国人,遗传学家,胚胎学家。他用果蝇做了大量实验,发现了基因的连锁互换定律,人们称之为遗传学的第三定律。他还证明基因在染色体上呈线性排列,为现代遗传学奠定了细胞学基础。
6、18世纪英国著名的化学家和物理学家道尔顿,第1个发现了色盲症,也是第1个被发现的色盲症患者。
(六)遗传物质的发现史
1.1928年,格里菲思用肺炎双球菌在小鼠身上进行体内转化实验,提出细菌中有转化因子。
2.1944年,美国科学家艾弗里和同事进行肺炎双球菌体外转化实验,确定转化因子是DNA。
肺炎双球菌的转化实验证明DNA是遗传物质、蛋白质不是遗传物质。
3.1952年,赫尔希和蔡斯进行噬菌体侵染细菌的实验,证明DNA是遗传物质。
4.后来,烟草花叶病毒侵染烟草实验证明RNA也是遗传物质。
5.通过比较:所以说,DNA是主要遗传物质。
(七)DNA分子双螺旋结构的发现史
DNA右手双螺旋结构是由美国科学家沃森和克里克在1953年发现的。
1、1951年,英国的威尔金斯展示了一张DNA的X射线衍射图谱。
2、1952年,奥地利生物化学家查哥夫测定了DNA中4种碱基的含量,发现:腺膘呤与胸腺嘧啶的数量相等,鸟膘呤与胞嘧啶的数量相等。
3、1953年,沃森、克里克调整了碱基配对方式,制作出了DNA双螺旋结构分子模型。
4、1962年,沃森、克里克和威尔金斯三人因这一成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖
5.1962年,沃森、克里克发表了一篇论文,阐明了DNA的半保留复制机制。
6、1957年克里克提出中心法则
7、尼伦伯格和马太成功破译了第一个遗传密码。
(八)生物进化史
1、拉马克(1744~1829):法国人,博物学家,生物进化论的先驱。最先提出了生物进化的学说,认为生物是不断进化的,生物进化的原因是用进废退和获得性遗传
2、达尔文(1809~1882):英国人,博物学家,生物进化论的主要奠基人。1859年,他出版了科学巨著《物种起源》,书中充分论证了生物的进化,并明确提出自然选择学说来说明进化机理。他创立的进化论的影响远远超出了生物学的范围,它给予神创论和物种不变论以致命的打击,为辩证唯物主义世界观提供了有力的武器。
3.后人提出现代生物进化理论
必修三:
(九)内环境与稳态
1、贝尔纳(1813~1878年):法国人, 1857年,他提出“内环境”的概念,并推测内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节。
2、坎农(1871~1945年):美国人,生理学家。1926年,他提出了“稳态”的的概念,并提出了稳态维持机制的经典解释:内环境稳态是在神经调节和体液调节的共同作用下,通过机体各种器官、系统分工合作、协调统一而实现的。
3、普遍认为:神经——体液——免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制
动物激素的调节
(十)促胰液素的发现
1、在19世纪,学术界普遍认为:胃酸刺激小肠的神经,神经将兴奋传给胰腺,使胰腺分泌胰液。胰腺分泌胰液为神经调节。
2、法国学者沃泰默的论文,声称在小肠和胰腺之间存在着一个顽固的局部反射。实验是这样的:(1)直接将稀盐酸溶液注入狗的上段小肠时,会引起胰液分泌。(2)直接把稀盐酸溶液注入狗的血液循环,则不能引起胰液分泌。(3)他把实验狗通向该段小肠的神经全部切除,只保留血管。当把稀盐酸溶液输入这段小肠后,仍能引起胰液分泌。但他仍然坚信这个反应是一个顽固的神经反射,因为他认为,小肠的神经是难以切除得干净、彻底的。
3、1902年1月。当英国科学家贝利斯和斯他林小肠粘膜可能产生了一个化学物质,当其被吸收入血液后,随着血流被运送到胰腺,引起胰液分泌。
4.为了证实上述3中的设想,斯他林立即把同一条狗的另一段空肠剪下来,刮下粘膜,加砂子和稀盐酸研碎,再把浸液中和、过滤,做成粗提取液,注射到同一条狗的静脉中去,结果,引起了比前面切除神经的实验更明显的胰液分泌。这样,完全证实了他们的设想。他们把这个物质被命名为促胰液素(secretin)。促胰液素便是历史上第一个被发现的激素。
5、巴甫洛夫:俄国人,生理学家,现代消化生理学的奠基人。1891年开始研究消化生理,在“海登海因小胃”基础上,他制成了保留神经支配的“巴甫洛夫小胃”,并创造了一系列研究消化生理的慢性实验方法,揭示了消化系统活动的一些基本规律。为此,他荣获1904年诺贝尔生理学或医学奖。20世纪初,他的研究重点转到高级神经活动方面,建立了条件反射学说
(十一)植物生长素的发现史
1、1880年,达尔文通过实验推想,胚芽鞘的尖端可能会产生某种物质,这种物质在单侧光的照射下,对胚芽鞘下面的部分会产生某种影响。
2、詹森:丹麦人,植物生理学家。1910年,他通过实验证明,胚芽鞘顶尖产生的刺激可以透过琼脂片传递给下部。
3、拜尔:匈牙利人,植物生理学家。1914年,他通过实验证明,胚芽鞘的弯曲生长,是因为顶尖产生的刺激在其下部分布不均匀造成的。
4、温特:美籍荷兰人,植物生理学家。1928年,他用实验证明造成胚芽鞘弯曲的刺激是一种化学物质,他认为这可能是和动物激素类似的物质,并把这种物质命名为生长素。
5、1934年,荷兰科学家郭葛等人从植物中提取出吲哚乙酸— — 生长素。简称IAA
(十二)种群与生态系统研究史
44、高斯:生态学家。他通过实验发现草履虫种群数量增长的S型曲线。
45、林德曼(1915~1942年):美国人,生态学家。他通过对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行的定量分析,发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减两个特点,能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%~20%。
选修三:
1、张明觉(1908~1991年):美籍华人,生于山西岚县,生理学家。他一生倾心于生殖生理学科研究,是世界上最早从事试管婴儿和避孕药品研究的科学家之一,被科学界誉为“试管婴儿之父”和“避孕药之父”。
2、动物细胞工程 1976年,阿根廷科学家米尔斯坦(Cesar Milstein,l926一)和德国科学家柯勒(GeorgesKohler,l946一),通过细胞融合制备出单克隆抗体。由于他们的杰出工作,在1984年,获得了诺贝尔生理学或医学奖
3、斯图尔德(F.C.Steward)用胡萝卜韧皮部的细胞培养成了胡萝卜植株,证明了高度分化的植物细胞具有全能性。
4、韦尔穆特(I.Wilmut)等在体外条件下将羊体细胞培养成了成熟个体,证明了哺乳动物体细胞核具有全能性。高 中生物知识归纳与总结
参考资料
最新修订时间:2025-03-10 16:22
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