核心。生物学是对活着的有机体以及它们如何发展进化而来进行科学研究，因而以达尔文的航行作为我们探询生物学奥秘的起点颇为恰当。不过在我们开始之前，先让我们用一点时间来想一想生物学是什么、它为什么如此之重要。1.1生物学是生命的科学生命的属性按照最广义的概念来说，生物学是研究活着的东西的科学一一也就是生命的科学。生物的形态与组成多种多样，生物学家也以各种各样的方法来研究这些生命。他们和大猩猩一起生活，收集化石，倾听鲸鱼的声音；他们分离病毒，种植蘑菇，也研究果蝇的结构；他们从长长的遗传大分子中解读信息，甚至计算蜂鸟的翅膀每秒钟扇动多少下。是什么东西赋予各种有机体“生命力”？谁都知道一匹飞驰的马是有生命的，而汽车没有，但是为什么？我们不能说“能动的东西就是有生命的”，因为汽车可以跑，白明胶会在碗图1.1：贝格尔号(theBeagle)的复制品从南美的南海岸离港。1831年，22岁的著名英国博中摇摆，它们当然都不是有生命的。物学家查尔斯·达尔文（CharlesDarwin）乘什么样的特征能够定义生命呢？所有H.M.S.贝格尔号出发。生命体都具有以下五个基本属性：1.有序性（Order）。所有的有机体由一个或多个细胞组成，细胞具有高度有序的结构：原子组成分子，分子构筑了细胞内的细胞器。这个多层次的有序结构可以上推至多细胞生物以及生物体之间。（图1.2）2.应激性(Sensitivity)。所有的生物体都会对刺激产生反应，如植物会朝向有光的方向生长，当你走进黑暗的房间时你的瞳孔会扩张
图 1.1：贝格尔号(the Beagle)的复制品从南美 的南海岸离港。1831 年，22 岁的著名英国博 物学家查尔斯·达尔文(Charles Darwin)乘 H.M.S.贝格尔号出发。 核心。生物学是对活着的有机体以及它们如何发展进化而来进行科学研究，因而 以达尔文的航行作为我们探询生物学奥秘的起点颇为恰当。不过在我们开始之 前，先让我们用一点时间来想一想生物学是什么、它为什么如此之重要。 1.1 生物学是生命的科学 1.1 生物学是生命的科学 生命的属性 按照最广义的概念来说，生物学 是研究活着的东西的科学——也就是 生命的科学。生物的形态与组成多种 多样，生物学家也以各种各样的方法 来研究这些生命。他们和大猩猩一起 生活，收集化石，倾听鲸鱼的声音； 他们分离病毒，种植蘑菇，也研究果 蝇的结构；他们从长长的遗传大分子 中解读信息，甚至计算蜂鸟的翅膀每 秒钟扇动多少下。 是什么东西赋予各种有机体“生 命力”？谁都知道一匹飞驰的马是有 生命的，而汽车没有，但是为什么？ 我们不能说“能动的东西就是有生命 的”，因为汽车可以跑，白明胶会在碗 中摇摆，它们当然都不是有生命的。 什么样的特征能够定义生命呢？所有 生命体都具有以下五个基本属性： 1．有序性（Order）。所有的有机体由一个或多个细胞组成，细胞具有高度 有序的结构：原子组成分子，分子构筑了细胞内的细胞器。这个多层次的有序结 构可以上推至多细胞生物以及生物体之间。（图 1.2） 2．应激性(Sensitivity)。所有的生物体都会对刺激产生反应 。 ，如植物会朝向 有光的方向生长，当你走进黑暗的房间时你的瞳孔会扩张
WITHINCELLSAMONGORGANISMSWITHINMULTICELLULARORGANISMSCellEcosystem合OrganismOrganelleOraansvstemCommunity0OrganMacromoleculeTissueMoleculeopulation图1.2：生物体的多层次有序结构。生命是高度有序的无论是小而简单的还是大而复杂的，包括细胞内，多细胞生物体内，以及生物体之间。WITHINCELL细胞内部层次，WITHINMULTICELLULARORGANISMS多细胞生物内部层次，AMONGORGANISMS生物间关系层次，molecule分子，macromolecule大分子，Organelle细胞器，cell细胞，tissue组织，organ器官，organ system系统，organism生物个体，population种群，species物种，community生物群落，ecosystem生态系统3.生长，发育和繁殖(Growth，development，andreproduction)。所有的生物都具有生长和繁殖的能力，它们具有能够传递给后代的遗传物质，以保证它们的后代和它们是同一个物种。虽然晶体也可以“生长”，但它们的生长与遗传物质无关。4.调节(Regulation)。所有的生物体都具有协调其内部功能的调节机制。这些功能包括向细胞提供养料，在机体内运输各种物质等等。5.自稳态(Homeostasis)。所有的生物体都有着相对恒定的内环境，而区别于它们所在的外环境，这个过程叫做自稳态。所有的生物体都具有共同的属性：有序性，应激性，生长，发育和繁殖，调节
图 1.2: 生物体的多层次有序结构。生命是高度有序的 。 ——无论是小而简单的还是大而复杂的， 包括细胞内，多细胞生物体内，以及生物体之间。 WITHIN CELL 细胞内部层次，WITHIN MULTICELLULAR ORGANISMS 多细胞生物内部层 次，AMONG ORGANISMS 生物间关系层次，molecule 分子，macromolecule 大分子，Organelle 细胞器，cell 细胞，tissue 组织，organ 器官，organ system 系统，organism 生物个体，population 种群，species 物种，community 生物群落，ecosystem 生态系统 3．生长，发育和繁殖(Growth, development, and reproduction)。所有的生 物都具有生长和繁殖的能力，它们具有能够传递给后代的遗传物质，以保证它们 的后代和它们是同一个物种。虽然晶体也可以“生长”，但它们的生长与遗传物 质无关。 4．调节(Regulation)。所有的生物体都具有协调其内部功能的调节机制 。 。这 些功能包括向细胞提供养料，在机体内运输各种物质等等。 5．自稳态(Homeostasis)。所有的生物体都有着相对恒定的内环境 。 ，而区别 于它们所在的外环境，这个过程叫做自稳态。 所有的生物体都具有共同的属性：有序性，应激性，生长，发育和繁殖，调节
以及自稳态。1.2科学家在观察中总结和概括科学的本质生物学是一门既迷人又重要的学科，因为它将对我们的日常生活和我们的未来产生深刻的影响。许多生物学家研究的问题与我们的生活休戚相关，比如快速增长的世界人口，像癌症和艾滋病之类的疾病。这些生物学家积累的知识为我们提供理论基础，让我们有能力以合理的方式利用资源，预防和治疗疾病，提高我们自己以及子孙后代的生活质量。自然科学的任务，是解释世界是什么样子的，而生物学是最成功的“自然科学”之一。要理解生物学，首先要理解科学的本质。科学家的基本工具是思考，所以要想理解科学的本质，用一点时间来关注一下科学家们如何思考会对我们有所帮助。他们有两种推理的方式：演绎法和归纳法。演绎推理SunlightLight rays图1.3：演绎法：埃拉托色尼是怎样通过演atmidday parallel绎法来估算地球周长的。1、当阳光射进埃及Distance betweenSyene城内的深井底的那天，埃拉托色尼测量cities=800km了位于它正北方向800公里处，亚历山大城Well内一座方尖碑投下的影子的长度。2、影子和方尖碑形成三角形的两边。运用欧氏几何，Height ofobelisk他算出角α应为7度12分，正好是五十分之一圆周（360°）。3、如果角α等于五十分之一圆周，那么方尖碑（亚历山大城内）与井Lengthof（Syene城内）之间的距离就等于五十分之一shadow的地球周长。4、埃拉托色尼听说骑骆驼从亚历山大到Syene要走50天。假设骆驼每天能走大约18.5公里，他估算出方尖碑到井之间的距离大概是925公里（当然他使用的是其它度量单位）。5、于是埃拉托色尼推出地球的周长是50*925=46，250于米。方尖碑到a的距离以现代度量单位测量是略大于800公里。按800公里计算，埃拉托色尼的值就成了50*800=40，000千米。实际的长度是40，075千米。Sunlightatmidday正午的阳光，well井，Lightraysparallel平行的光线，lengthof shadow影子的长度，Distancebetweencities两座城市间的距离，heightofobelisk方尖碑的高度
图 1.3：演绎法：埃拉托色尼是怎样通过演 ：埃拉托色尼是怎样通过演 绎法来估算地球周长的。1、当阳光射进埃及 、 Syene 城内的深井底的那天，埃拉托色尼测量 了位于它正北方向 800 公里处，亚历山大城 内一座方尖碑投下的影子的长度。2、影子和 方尖碑形成三角形的两边。运用欧氏几何， 他算出角 α 应为 7 度 12 分，正好是五十分之 一圆周（360o）。3、如果角 α 等于五十分之 一圆周，那么方尖碑（亚历山大城内）与井 （Syene 城内）之间的距离就等于五十分之一 的地球周长。4、埃拉托色尼听说骑骆驼从亚 、 历山大到 Syene 要走 50 天。假设骆驼每天能 走大约 18.5 公里，他估算出方尖碑到井之间 的距离大概是 925 公里（当然他使用的是其 它度量单位）。5、于是埃拉托色尼推出地球 、 的周长是 50*925=46，250 千米。方尖碑到井 的距离以现代度量单位测量是略大于 800 公 里。按 800 公里计算，埃拉托色尼的值就成 了 50*800=40，000 千米。实际的长度是 40， 075 千米。 Sunlight at midday 正午的阳光，well 井，Light rays parallel 平行的光线，length of shadow 影子 的长度，Distance between cities 两座城市间的距离，height of obelisk 方尖碑的高度 以及自稳态。 1.2 科学家在观察中总结和概括 1.2 科学家在观察中总结和概括 科学的本质 生物学是一门既迷人又重要的学科，因为它将对我们的日常生活和我们的未 来产生深刻的影响。许多生物学家研究的问题与我们的生活休戚相关，比如快速 增长的世界人口，像癌症和艾滋病之类的疾病。这些生物学家积累的知识为我们 提供理论基础，让我们有能力以合理的方式利用资源，预防和治疗疾病，提高我 们自己以及子孙后代的生活质量。 自然科学的任务，是解释世界是什么样子的，而生物学是最成功的“自然科 学”之一。要理解生物学，首先要理解科学的本质。科学家的基本工具是思考， 所以要想理解科学的本质，用一点时间来关注一下科学家们如何思考会对我们有 所帮助。他们有两种推理的方式：演绎法和归纳法。 演绎推理
演绎推理(Deductivereasoning)是一种利用普遍法则来推测特定结果的思维方法。2200多年以前，古希腊人埃拉托色尼(Eratosthenes，公元前三世纪的希腊天文学家、数学家和地理学家一一译者注用演绎法正确地估算出了地球的周长。在一年里白昼最长的那天正午，当阳光射进埃及Syene城内的深井底，埃拉托色尼测量了它正北方向800公里处，亚历山大城内一座方尖碑投下的影子的长度。因为已知两座城之间的距离和方尖碑的高度，他运用欧式几何的基本原理就能正确地推算出地球的周长（图1.3）。像这样用普遍规律来分析特定情况就是演绎推理的例子。这是数学和哲学的推理，用来检验各个知识领域中普遍观点的正确性。普遍法则建立起来，并成为检验各种具体情况的基础。归纳推理归纳推理(Inductivereasoning)是一种通过观察特定对象来建立普遍适用的科学理论的思维方法。韦氏大辞典将科学定义为“由观察以及旨在推定事物普遍规律的实验所得出的系统化知识”。换句话说，科学家对具体情况进行仔细观察和分析，并从中总结出普遍性规律。从17世纪开始，归纳法在欧洲就成为重要的科学方法。当时弗朗西斯·培根（FrancisBacon）、伊萨克·牛顿（IsaacNewton）和其他一些人，开始从一些具体试验的结果来推断世界运行的普遍规律。如果你放开手中的苹果，会发生什么？它会掉落在地上。通过许许多多像这样简单、专一的观察，牛顿推断出一个普遍规律：所有的物体都会掉向地心。他建立了一套世界运转的模型，一套与他的认知相符的普遍原理。今天的科学家也是一样。他们通过特定的观察来建立普遍的模型，然后检验这些模型，看看它们是否正确。科学是一种观察并理解世界的方法，它主要通过观察来收集信息，并研究这些信息以理解它们。科学工作是如何进行的科学家是怎样确定众多的理论中哪些是对的，哪些是错的呢？通常他们会通过系统化检验各个理论来进行筛选：如果理论被证实与实验观察不相符，就作为错误而被否决。一般而言，科学家在对某科学领域进行了细致入微的观察后会提出假
演绎推理(Deductive reasoning)是一种利用普遍法则来推测特定结果的思维 方法。2200 多年以前，古希腊人埃拉托色尼(Eratosthenes，公元前三世纪的希腊 天文学家、数学家和地理学家——译者注)用演绎法正确地估算出了地球的周长。 在一年里白昼最长的那天正午，当阳光射进埃及 Syene 城内的深井底，埃拉托色 尼测量了它正北方向 800 公里处，亚历山大城内一座方尖碑投下的影子的长度。 因为已知两座城之间的距离和方尖碑的高度，他运用欧式几何的基本原理就能正 确地推算出地球的周长（图 1.3）。像这样用普遍规律来分析特定情况就是演绎推 理的例子。这是数学和哲学的推理，用来检验各个知识领域中普遍观点的正确性。 普遍法则建立起来，并成为检验各种具体情况的基础。 归纳推理 归纳推理(Inductive reasoning)是一种通过观察特定对象来建立普遍适用的 科学理论的思维方法。韦氏大辞典将科学定义为“由观察以及旨在推定事物普遍 规律的实验所得出的系统化知识”。换句话说，科学家对具体情况进行仔细观察 和分析，并从中总结出普遍性规律。从 17 世纪开始，归纳法在欧洲就成为重要 的科学方法。当时弗朗西斯·培根（Francis Bacon）、伊萨克·牛顿（Isaac Newton） 和其他一些人，开始从一些具体试验的结果来推断世界运行的普遍规律。如果你 放开手中的苹果，会发生什么？它会掉落在地上。通过许许多多像这样简单、专 一的观察，牛顿推断出一个普遍规律：所有的物体都会掉向地心。他建立了一套 世界运转的模型，一套与他的认知相符的普遍原理。今天的科学家也是一样。他 们通过特定的观察来建立普遍的模型，然后检验这些模型，看看它们是否正确。 科学是一种观察并理解世界的方法，它主要通过观察来收集信息 ，它主要通过观察来收集信息，并研究这些 信息以理解它们。 科学工作是如何进行的 科学家是怎样确定众多的理论中哪些是对的，哪些是错的呢？通常他们会通过系 统化检验各个理论来进行筛选：如果理论被证实与实验观察不相符，就作为错误 而被否决。一般而言，科学家在对某科学领域进行了细致入微的观察后会提出假