序
探索2000年生物學發展史，建立科學的生命觀念

從地球的形成到原始海洋中蛋白質顆粒的出現，再到單細胞原核生物的誕生，生命的起源問題顯得神秘又耐人尋味，每一步都像被一雙無形的大手精心地操縱著。

生命誕生之后，從寒武紀大爆發到類人猿的直立行走，從進化論的誕生到遺傳因子的發現，每一次生物學研究產生突破性成果的過程都顯得跌宕起伏……

雖然生物學與我們人類息息相關，與醫學、博物學、解剖學、動物學、植物學等都有著千絲萬縷的聯系，但是在19世紀之前，這一學科一直沒有獨立的名稱。在沒有名稱的那些漫長的時光里，生物學究竟經歷了怎樣的演變？

從遠古生命起源的觀點來看，中國古代有著諸多關于生命誕生的傳說，例如盤古開天辟地、女媧造人；古希臘也有類似的傳說，天父烏拉諾斯和地母蓋亞生了很多兒女，代代繁衍，他們的后裔中有一個叫作普羅米修斯的最為聰明，普羅米修斯用泥土捏成了各種各樣的動物，還捏成了世界上第一個人；古埃及的故事與此有著異曲同工之妙，一位叫作庫努姆的神用黃泥捏出了人。

大量神話故事被寫進了《創世記》，再經過猶太人傳遞給基督教教徒。在基督教教徒眼里，上帝充當了造物主的角色，對于生命起源給予了絕對的幫助。

當然，也有很多人逐漸對造物主創造萬物的觀點產生了懷疑，中國戰國時期的思想家屈原就在《天問》中表達了這樣的思想：“女媧有體，孰制匠之？”這句話的意思是女媧也是有身體的，那么究竟是誰創造了女媧呢？這句疑問表達了當時古人對于人類起源的思考。

隨著時間的流逝，神學思想逐漸統治了整個世界。這一時期，人們對于生命是什么一無所知，對于萬物（包括人類）是怎么來的也沒有太多清晰的認識，而對動物甚至是人體的解剖是我們獲得普通生物學知識的一項重要途徑。動物的器官被賦予了更多的象征意義，動物本身也常常被用作部落或者氏族的圖騰，因此關于動物解剖的行為對牧師、獵人、祭司等人來說極其重要。原始人類則可以在護理傷口或者進行簡單的外科手術時積累解剖知識。

從偉大的醫學家、被譽為希波克拉底之后第二位西方醫學權威的蓋侖開始，人類逐步積累起成熟的解剖學知識。蓋侖通過解剖動物類比人體，獲得了很多重要的發現。比如，他認為肝臟、心臟、大腦是人體最主要的器官；人的肝臟是五葉的；尿液是在腎臟中形成的，與膀胱無關。但是他也有很多錯誤的認識，比如，他認為人的腿骨和狗的腿骨一樣，都是彎曲的；肝臟的主要功能是造血；血液是呈潮汐式運動的。隨后，維薩里、哈維等人在前人的基礎上進行了持續的研究。哈維更是通過直接的人體解剖發現了蓋侖理論中的200多處錯誤。

伴隨著對各種動植物研究的深入，人類產生了把這些生物進行歸類的想法。從甲骨文中就可以看出，中國人在很早以前就形成了樸素的分類思想，他們把植物和動物分成：草、木、蟲、魚、鳥、獸。古希臘的亞里士多德在《動物志》中對500余種動物進行了嘗試性的分類，他認為可以根據有無紅色的血液，將動物簡單地分為有血液的動物和沒有血液的動物。當時的博物學家對血液的認知僅僅停留在人和常見家畜的紅色血液上。現在我們知道，動物的血液不一定都是紅色的，例如，鱟的血液在氧飽和的情況下是藍色的，蝦的血液是青色的。但是在亞里士多德的時代，這樣的分類觀點還是遠遠超出了普通民眾的認知。亞里士多德的弟子、植物學家狄奧弗拉斯圖（約前371—約前288）提出了另外一種觀點：以器官的更新速度來區分動植物。失去器官后，器官更新速度快的是植物，更新速度慢的是動物。

當時的社會還存在一種“偉大的存在之鏈”的說法，它描述了所有生命形式的層級體系。處在最底層的是巖石和礦物，往上一層是植物，再向上是動物，動物又被分為幾個層級，蝸牛和蛇在動物的最下層，最上層是人類，在人類之上的是天使和造物主。這種分類方式代表著當時最樸素的認知。

此外，從遺傳學角度看，2 000多年前的《周禮》中記載了谷物的不同品種，《爾雅》中記錄了馬的不同品種，《本草綱目》中記錄了很多有關生物變異的內容，包括金魚的變異、花卉的變異……從微生物學的角度看，中國有著悠久的釀酒文化，早在殷墟出土的甲骨文中就包含了“酒”字；在《周禮》中，已經有了關于酒曲制作和釀酒工藝的詳細描述。

人類出于生存的需要，首先認識的就是可以充當食物的生物。在古埃及、古巴比倫、中國、古印度等古代文明發展程度較高的國家，人們很早就開始從事與人類生活密切相關的植物栽培及動物馴養工作。2002年的《科學》雜志中提到，早在1.5萬年前，東亞人就開始馴化狼，也就是今天狗的祖先；在1萬年前，生活在南美洲厄瓜多爾的印第安人就開始種植西葫蘆和加拉巴木。除了食物，人類還必須面對疾病的挑戰，由于認識自然的能力及與自然抗爭的能力相對較差，除了利用動植物進行治療，傳統的醫學也開始萌芽，動物體乃至人體解剖的活動讓人類能夠充分認識到人體的構造……16世紀，伴隨著資本主義工業的興起，以研究植物、動物、礦產為主要內容的博物學在歐洲逐步發展，人類由此進行了對生物本質的探索，對生物進行了簡單的描述和記載。

17—19世紀，伴隨著歐洲工業革命的發展，生物學取得了長足進步。詹森兄弟、列文虎克、羅伯特·胡克、馬爾比基和尼希米·格魯等人發明了顯微鏡并改進了顯微鏡的顯示倍數，觀察細胞和各種生物成了古典生物學的熱門研究領域。1735年，瑞典生物學家林奈出版了《自然系統》，創立了生物分類的等級和雙名法，讓生物研究有了明確的歸類范式。從某種意義上說，生物命名法的確定讓原先混亂的生物按照某種特定的分類標準形成了各自獨特的體系，對于同一物種的研究不會再出現各自為政的情況，研究信息更加透明，研究步伐得以加快。1839年，德國植物學家施萊登和德國動物學家施旺共同創立了細胞學說，成為19世紀自然科學三大發現之一。1859年，《物種起源》的出版動搖了上帝創世和物種不變的唯心主義觀點。

19世紀初，“生物學”這樣一個新興又包羅萬象的詞誕生了，細胞生物學、遺傳學、免疫學、微生物學、生理學、胚胎學、分子生物學等分支學科紛紛建立。

從19世紀中期到20世紀中期，數學、物理、化學等學科蓬勃發展，人們在這些學科與生命科學之間進行了廣泛的交叉研究。1866年，奧地利神父孟德爾發表了《植物雜交實驗》一文，奠定了現代遺傳學研究的基礎。隨后，美國生物學家、“現代遺傳學之父”托馬斯·摩爾根在此基礎上以果蠅為模式生物進行研究，繼續提出遺傳學的連鎖和互換定律，用實驗的方式將遺傳規律清晰地呈現在公眾面前。至此，遺傳學的三大基石呼之欲出。

19世紀，法國微生物學家巴斯德證明了微生物不能在短時間內“自然發生”，通過實驗證實微生物必須經外界環境引入；蘇聯生理學家巴甫洛夫在心臟生理、消化生理、高級神經活動生理方面做出了突出貢獻，構建了條件反射理論；德國博物學家海克爾、德國生物學家施佩曼在動物胚胎發育研究方面取得重要發現，通過實驗胚胎學證實了被移植的組織和宿主都可能參與二級胚胎的形成；1944年，美國細菌學家奧斯瓦爾德·埃弗里通過肺炎雙球菌轉化實驗證明DNA（脫氧核糖核酸）是遺傳物質。這一系列研究都證明了實驗設計的重要性，生物學家已經不再簡單地局限于觀察生物、描述生物，而是在用實驗論證自己的觀點。

1953年，美國生物學家沃森和英國生物物理學家克里克提出了DNA雙螺旋結構模型，以這一事件為分水嶺，人類步入了分子生物學時代。生命科學的研究逐步向生命的本質深入，分子角度的研究領域成為熱門。1957年，克里克提出了遺傳的中心法則，指出生命信息的流向；1961年，法國分子生物學家J.莫諾和F.雅各布提出了乳糖操縱子模型，開始嘗試探討基因調控的原理；1966年，美國生物化學家馬歇爾·尼倫伯格破譯了64個遺傳密碼，成功解析將所有生物的遺傳信息解讀成蛋白質的規律；1975年，德國免疫學家科勒和阿根廷免疫學家米爾斯坦研究獲得了淋巴細胞雜交瘤，進而發明了單克隆抗體技術，開啟了臨床診治領域研究的先河；1990年，美國政府啟動了人類基因組計劃，中國在1999年加入其中，并且承擔了3號染色體短臂的測序任務；2005年，人類基因組計劃的測序工作全部完成，這項工作的完成是全世界多個國家的科研中心通力合作的結果，人類這本由30億個堿基對組成的天書完美地展現在世人面前。探究生命的本質，并且開始有目的地研究和改造生物，成為這一階段的顯著特征。

在從事科研工作的過程中，我深刻地感受到科技的重要性，科技強則國強，科技興則國興！這一切都依賴于國民整體科學素養的提升。一個偶然的機會，我開始接觸科普，想寫點兒關于生命科學普及的內容。在當今社會，信息量驟增，五花八門的內容將我們團團包圍，人們沒有太多的時間去辨明真偽，很多人還缺乏基本的科學常識和科學精神，因此科普工作刻不容緩。

作為一名科研人員，我深知應該在研究之余盡微薄之力，讓科學精神、科學素養惠及更多人。因此，我想用最樸實的語言，用一個個生動的故事幫助大家構建對于生命最樸素的認知。

2021年6月，國務院印發《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》（簡稱《科學素質綱要》）。《科學素質綱要》指出2025年的目標是我國公民具備科學素質的比例超過15%。這對我們的工作來說，既是促進，也是莫大的支持與鼓勵。

知識是無法窮盡的，我們應該盡己所能地多了解一些。終此一生，也許我們無法成為科學界的巨匠，但是我們可以在科學發展的歷程中做一個安靜的觀察者和傾聽者，讓科學精神和理性思維的種子在我們的思想中萌芽、開花、結果。

接下來，讓我們開啟生命之旅！