生物學

生物學（英文：biology，嚟自希臘文bio－大致即係生命噉解），粵語日常有時會借英文稱之為baai6o1（同音漢字：敗柯），係研究生命以及生命點樣影響環境嘅自然科學。生物學家會研究生物（有生命嘅嘢）嘅種種特性，嘗試建立能夠充分解釋生命現象嘅理論。生物學包括
... 等等。
生物學係大領域，可以按唔同準則分做好多個子領域：例如按用乜嘢研究方法，分做嘗試用數學模型模擬生命過程嘅理論生物學同埋做實驗驗證理論嘅實驗生物學；另一方面，生物學分起子領域上嚟又可以係睇佢哋研究邊啲生命系統，分做植物學、昆蟲學同鳥類學等嘅領域。雖然生物學嘅子領域咁多樣化，呢啲領域都建基於某啲共同概念－
無論屬邊個子領域，絕大多數嘅生物學家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，曉將能量轉化同令自己內部嘅熵下降，等自己身體內部能夠維持到個穩態（指個系統內部嘅溫度等變數維持喺穩定嘅水平）... 等等。
除咗作為一個獨立嘅領域，生物學仲對社會科學嚟講有用：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腦嘅理解，分析人嘅腦活動同佢哋嘅行為之間有乜嘢啦掕；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。
生物學哲學係研究生物學點樣做研究嘅一門科學哲學。同其他科學一樣，生物學都係跟住科學方法去做研究。以下係生物學研究嘅基本步驟：
生物學家會不斷重複以上嘅步驟，令到理論愈嚟愈準確。到而家為止，生物學已經有好多經過實驗考驗嘅理論，可以好好噉解釋到生命嘅規律。不過生物學家仲係會繼續搵新嘅現象去研究，睇下而家嘅理論夠唔夠解釋到，定係要諗過第二個理論。
生命係一種特性，而生物就係有生命嘅嘢。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：
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。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：
細胞學說係現代生物學基礎之一。呢個理論宣稱：
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－例如係人同貓噉－裏面，隻生物身體嘅每一粒細胞最終都係由一粒受精卵嘅細胞嗰度嚟嘅，令到成隻多細胞生物全身上下嘅細胞喺遺傳上都一致。
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、胃負責消化嘢食... 等等），所以呢啲器官失去功能可以引致死亡。
一隻生物要生存落去，就實要係噉由外界嗰度攞能量：熱力學第二定律指出熵嘅數值喺一個封閉系統當中只能夠升或者維持不變，呢條定律表示，當一個系統－無論個系統有冇生命都好－身處於一個環境入面，佢嘅溫度傾向會慢慢變成同周圍環境一樣；一隻生物隨住時間過去，佢內部嘅能量會流失，所以一隻生物要用某啲方法由周圍環境攞能量；現時已知嘅生命體全部都會以某啲方法搵嘢食，並且喺體內用呢啲嘢食做化學反應提取能量，途中會將呢啲嘢食變做第啲物質（排泄物），而組成啲嘢食嘅份子會提供可以轉化嘅能量之餘，又有可能經啲化學反應轉化做一啲隻生物需要嘅物質。
生態系統查實就係能量嘅循環：一個生態系統入面通常都會有一啲自營生物負責由外界嗰度引入能量，而隨住個生態系統演進，能量會有流失，但一個能夠維持自身存在嘅生態系統嘅自營生物會有能力由外界補充能量；以地球上大多數嘅生態系統為例，地球生態系統嘅能源多數都係太陽，好似係植物同埋其他光養生物曉吸收太陽光，做光合作用將物料變成有機份子，呢啲有機份子可以用嚟做化學反應，產生一隻生物所需嘅能量，而一隻動物就一係食植物（牛同綿羊等嘅食草動物），一係食第啲動物（狼同狐狸等嘅食肉動物）；喺成個過程當中，有好多能量都會喺啲生物做新陳代謝同呼吸作用嗰陣以廢料同散熱等嘅方式流失去太空，但呢啲流失可以由太陽光嗰度補充返－形成一個由太陽攞能量、維持自身存在嘅系統。
生物曉繁殖，而基因係所有已知生物將自己嘅特徵傳俾下一代嘅基本媒介：每隻生物嘅細胞裏面都有一啲 DNA 份子喺度，呢啲 DNA 份子成雙螺旋噉嘅結構，一條 DNA 裏面有能力決定隻生物嘅特徵嘅某個特定區域就為止一個基因，例如想像人嘅 DNA，如果 DNA 當中嘅某一段決定人嘅頭髮顏色－嗰段有A{\displaystyle A}同B{\displaystyle B}兩個唔同嘅可能款；身上有A{\displaystyle A}嘅人會係金頭髮，而身上有B{\displaystyle B}嘅人會係黑頭髮－噉呢段 DNA 就算係決定頭髮顏色嘅基因。
基因決定咗一隻生物嘅遺傳資訊：一隻生物內部會靠 DNA 嘅基因產生相應嘅RNA基因，而由呢啲 RNA 基因嗰度就會產生出蛋白質，跟手呢啲蛋白質就會俾隻生物攞嚟組成身體嘅各種構造，例如動物嘅肌肉以至神經細胞都係要有蛋白質先組成得到；所以一隻生物身上嘅 DNA 會影響佢嘅各種特徵，由肌肉嘅大細（影響佢大唔大力）以至個腦嘅神經細胞嘅數量（影響佢嘅智能同各種認知特性）等。好多時，就算係極之唔同嘅生物物種身上都會有相同嘅基因，顯示咗唔同嘅生物好多時都需要相同嘅身體功能，舉個例子說明，如果將喺人類當中負責產生胰島素嘅基因植入去第啲生物嗰度嗰時，個基因都仲係會扮演生產胰島素嘅功能。
無論一隻生物有細胞核定冇細胞核，佢嘅 DNA 都會聚埋一齊形成染色體嘅結構，一隻生物體內所有細胞嘅染色體嘅總和就係佢個基因組：
舉個例子說明，人類嘅基因組有 23 對染色體，而人類身體差唔多每粒細胞嘅細胞核都有呢 23 對（46 條）染色體喺度。每條染色體都係一條雙螺旋噉形嘅 DNA 份子，而啲 DNA 份子上面有乜嘢基因就因人而異，令到人類個體彼此之間喺身體製造某啲蛋白質嘅能力上有差異，造成身體同心理上嘅個體差異。
稍為複雜少少嘅生物，包括所有已知嘅脊椎動物，絕大多數行有性繁殖，即係用公同乸兩個性別做繁殖：喺呢啲生物當中，公嘅會提供精子，而乸嘅就會提供卵子，精子有阿爸嘅部份 DNA，而卵子有阿媽嘅部份 DNA；喺受精嘅過程入面，精子同卵子會結合，於是就產生出一個喺遺傳上有少少似阿爸、又有少少似阿媽嘅新個體。
對於有性繁殖嘅起源，廿一世紀初嘅生物學界仲有唔少爭議。其中一個見解係，有性繁殖會賦予物種比較大嘅遺傳多樣性－研究表示，靠無性繁殖所生嘅後代同母體係一個板嘅（想像一粒靠自己分裂嚟繁殖嘅細胞，後代淨係有得由母體嗰度攞遺傳物料），所以如果一個物種係靠無性繁殖嚟生新個體嘅話，個物種嘅遺傳多樣性就會低得好交關，令佢哋好多時一旦有一兩種遺傳病，就搞到成個物種受毀滅性嘅打擊；因為噉，有性繁殖喺進化（睇下面）上對一個物種有利。
現代生物學其中一個基礎係進化嘅概念：想像一個生物物種族群，個族群嘅基因庫（指個族群身上嘅基因嘅總和）係x0{\displaystyle x_{0}}噉嘅樣，家吓佢哋做繁殖生下一代，而下一代嘅基因庫係x1{\displaystyle x_{1}}噉嘅樣，因為物競天擇（睇下面）同基因突變等嘅原因，x1{\displaystyle x_{1}}同x0{\displaystyle x_{0}}會有少少差異，而過咗i{\displaystyle i}代後嘅基因庫xi{\displaystyle x_{i}}可以同x0{\displaystyle x_{0}}有巨大差異，令第i{\displaystyle i}嘅個體同初代個體唔再算係同一物種－進化就係指一個族群嘅基因庫隨時間嘅變化，以及呢啲變化產生新物種嘅過程。
進化涉及物競天擇嘅過程：喺 1809 年，法國生物學家拉馬卡提出咗進化嘅諗法，但佢並冇做得到詳細解釋進化嘅機制（即係點解一個族群嘅基因庫會隨時間變化）；喺佢 50 年後嘅查理斯·達爾文提出咗革命性嘅物競天擇概念，達爾文指出，基因會影響一隻動物生存同繁殖嘅能力，例如跑得快啲嘅馬喺野外冇咁容易俾獵食者殺死，身體生產精子能力弱嘅公冇咁大機會會成功生到仔... 等等，因為噉，喺是但一個時間點，是但搵個基因g0{\displaystyle g_{0}}，g0{\displaystyle g_{0}}嘅第i{\displaystyle i}個複製品叫g0i{\displaystyle g_{0i}}，g0i{\displaystyle g_{0i}}傳到去下一代基因庫x1{\displaystyle x_{1}}嗰度嘅機會率會唔等同於另一個基因嘅一個複製品（g1i{\displaystyle g_{1i}}），即係
於是下一代嘅基因庫會或多或少噉同上一代嘅唔同，而且長遠嚟講，地球嘅環境會係噉變化，例子可以睇氣候變化，令到「乜嘢基因對生存有利」呢點會係噉變化，例如如果一個地區因為氣候變化而搞到旱災多咗，對於住呢個地區嘅生物嚟講，「令身體保水能力強嘅基因」所賦予嘅優勢就會大咗。如是者，地球上嘅生物物種嘅基因庫就會隨地球環境變化而不斷變（進化）。而基於呢啲概念嘅進化論預測，隨住一個生物族群散佈並且分做唔同嘅次族群，佢哋會慢慢噉適應各自嘅環境，變到彼此之間愈嚟愈唔同－實驗同觀察嘅數據都撐呢個理論。
現代嘅進化論仲進一步宣稱，地球上現存嘅生物全部都係由某一個共同祖先物種，即係所謂嘅最終共同祖先（LUCA），嗰度進化出嚟嘅－當生命啱啱喺地球上開始嗰陣（現時估計係喺 35 億年前左右）得最終共同祖先呢個物種，然後最終共同祖先作出一定程度嘅散播，變成多個唔同嘅子族群，然後呢啲子族群獨立各自噉進化，最後變到基因庫好唔同樣，隨住幾億年嘅時間過去（基因決定特徵）最後變成好唔一樣嘅生物。事實係，證據顯示有某啲基因係現存生物物種冚唪唥都有嘅，而呢啲基因估計就係嚟自最終共同祖先嘅基因。
生物分類學係指研究點樣將生物分類嘅一個領域。想像有一個同種嘅生物族群，佢哋因為地質活動或者遷徙等原因，分開做兩個互相唔多點接觸嘅族群，兩個族群會各自噉喺自己嘅新環境當中進化，而進化到咁上下，兩個族群嘅差異可能會變到好大，大到冇能力互相配種－原本同屬同一個物種嘅族群變咗做兩個唔同嘅物種。呢個過程喺進化論上就係所謂嘅物種形成。
地球史上係噉有物種形成發生，令地球有豐富嘅生物多樣性亦都令到物種之間喺遺傳上有好似樹狀圖噉嘅關係：舉個例說明，同一個蝴蝶品種內部有個體差異，但同一個蝴蝶品種嘅個體彼此之間喺遺傳上有足夠嘅相似度，所以同一個品種嘅蝴蝶公同蝴蝶乸交配能夠生產有生殖能力嘅下一代；相比之下，是但搵一隻蝴蝶同是但搵一隻飛蛾，佢哋之間嘅遺傳差異實會大過同一個蝴蝶品種嘅個體之間嘅差異，大到一隻蝴蝶一隻飛蛾（就算佢哋係一公一乸）交配都唔會生到乜嘢下一代；同時，蝴蝶同飛蛾之間嘅差異細過蝴蝶同人類之間嘅，噉表示喺進化史上，人類同蝴蝶嘅共同祖先久遠過蝴蝶同飛蛾嘅共同祖先。
數學化啲噉睇嘅話，每個物種係一個聚類（可以睇埋聚類分析）。是但搵兩隻生物，佢哋嘅遺傳組成分別係p1{\displaystyle p_{1}}同p2{\displaystyle p_{2}}（可以用兩個向量表示），再想像以下情況：
一個物種就係一個聚群－同一個物種嘅個體彼此之間差異細到能夠配種，但是但搵其中一隻，嗰隻同聚群外嘅個體之間嘅差異大到唔能夠配種。靠住呢個基本諗法，再加埋物種之間嘅遺傳差異同化石等嘅資訊，生物分類學家能夠將生物分類。
舉個例說明，鯨目（學名Cetacea）有以下呢啲科同屬：
呢個分類源自對各種鯨目動物嘅遺傳因子嘅分析以及化石證據。個分類表示，樽鼻海豚同太平洋樽鼻海豚有個共同祖先（一個好耐之前存在過嘅原始樽鼻海豚屬物種），樽鼻海豚亦都同殺人鯨有一個共同祖先（海洋海豚科原始物種），而後者久遠過前者。
而人類按照生物分類喺生命之樹嘅位置如下：
一樣嘢要有齊生命定義嗰幾種要素，先會俾人用生物分類法分類。即係話好似病毒同朊毒體呢啲嘢唔會俾學界包含喺呢個分類系統之下。例如係病毒噉，佢哋喺生勾勾嘅細胞體內嗰陣曉好似有生命嘅嘢噉郁同繁殖，但如果一粒病毒唔喺生勾勾嘅生物體內，佢就會變到唔識做呢啲嘢，好似死物噉，所以一般都唔會俾科學家當做生物。
為咗方便世界各地講唔同語言嘅生物學家溝通，生物學界有咗所謂嘅學名：每一個生物物種都會有一個學名，一個學名通常會由兩個用羅馬字母寫嘅字組成，例如係人類噉，人類嘅學名係
通常一個學名嘅第一個字會反映咗嗰種物種所屬嘅屬，而第二個字指個種。呢兩個字未必一定係源自拉丁文，例如係喺四川嗰頭發現嘅恐龍屬華陽龍噉，佢個學名係
－當中 Huayang 係華陽（四川嘅別名）呢兩個漢字喺標準官話入面嘅讀音。學名全球共通，唔會因地區而異。
有一啲物種因為地區唔同或者突變而有亞種，為咗分得清楚啲，廿一世紀嘅科學界又多咗一套叫三名法嘅學名：呢啲學名只係得有亞種嘅生物先至有，顧名思義有三個字，例如有啲人會
不過呢套做法到咗廿一世紀初都仲未受全世界認可。
同生命相關嘅現象有得分做好多個層次，而每一層都有一啲生物學子領域研究：例如有生物學家會集中研究 DNA 同 RNA 嘅組成份子呢啲生命最基本組成部份以及呢啲嘢嘅化學性質；有唔少生物學家會研究基因層面嘅現象；有生物學家會研究細胞嘅行為；又有生物學家－好似係動物學以及植物學等領域噉－會攞成隻多細胞生物個體研究；再宏觀層次啲嘅生物學家會研究動物嘅群體行為以及生態系統等等，包括咗：
生物學仲有以下嘅子領域：
... 等等。
早喺古希臘嗰陣時，經已有哲學家喺度研究傳統定義上嘅生命，不過佢哋嘅諗法多數都唔受現代科學接納。最早期有關生命嘅理論係由唯物論嗰度走出嚟嘅，呢種思想認為宇宙入面淨係得物質，冇靈魂呢啲非物質嘅嘢，而對於唯物論者嚟講，生命只不過係一種複雜嘅物質，而唔係乜嘢靈魂；另一方面，又有思想家唔認同呢種諗法－主流古希臘學者會喺古希臘文入面區分兩個字詞：
呢個區別好影響後世西方哲學、尤其是基督教倫理對生命嘅睇法，將生命呢樣嘢分成超越肉體嘅生命（zoe）同埋肉體嘅生命（bio）兩個層次。
古希臘思想家又有喺度諗生命嘅組成：公元前 430 年嘅哲學家恩培多卡勒提出咗個諗法，認為宇宙入面所有嘢－包括生物－都係由四種元素組成嘅：地、水、火、同埋風。佢相信世上所有嘅變化都係由呢四種元素嘅排列嚟解釋得到，而各種嘅生物就係呢四種元素以啱嘅方法溝埋一齊得出嘅結果；另一方面，公元前 460 年出世嘅哲學家德謨克利特就啱啱相反，認為生命嘅本質係有靈魂，主張火係同生命最有啦掕嘅元素（因為生命都會產生熱力）並且認為熱嘅原子會產生靈魂，令到啲嘢有生命。
公元前 322 年出世嘅希臘哲學家阿里士多德好睇重生命研究，亦都寫咗佢對生命呢個概念嘅睇法。佢提出物形論，話宇宙入面所有嘢都有物質同形態（form），而一件有生命嘅嘢嘅形態就係佢嘅靈魂（希臘文：ψυχή / psyche；拉丁文anima）。佢認為靈魂有分三種：植物嘅靈魂係最簡單嘅，呢種靈魂淨係識得做生長同埋繁殖呢啲基礎功能；而動物嘅靈魂既有呢啲功能，又曉郁同埋感受；人類獨有嘅理性靈魂就更上一層樓，仲有思考嘅能力同埋意識。阿里士多德仲提出話物質係形態嘅必要條件：一定要有物質先至可以有形態，所以冇身體嘅嘢係唔會有靈魂嘅（但有身體唔等如會有靈魂）。佢將靈魂分三種嘅做法，雖然話啱唔嗮（例如係植物其實識郁，只係郁得好慢），但係智能呢家嘢似乎真係依「植物－動物－人類」嘅次序上升。植物冇乜嘢智能可言，動物幾乎係全部都或多或少噉有啲智能，而人類就出咗名係動物之中最聰明嘅。物形論雖然喺現代學角度上啱唔晒，但仍然對後世嘅生命研究產生影響。
喺中世紀（5 至 15世紀），生物學都仲未有大嘅進展。喺羅馬帝國冧咗之後，佢哋啲知識好多都喺歐洲失傳咗，搞到歐洲進入咗一段黑暗時代。古羅馬同古希臘嘅知識有喺近東同中東嗰度留存咗落嚟－拜占庭帝國嘅人同阿拉伯人將古希臘人嗰啲醫學同生命研究著作譯做佢哋啲話，但佢哋唔多做生物方面嘅研究，只不過係後尾做到將古希臘嘅知識傳返過去歐洲。中世紀啲歐洲人將古希臘發展出嚟嘅嗰套醫術攞咗嚟用，但係好少可會質問嗰套知識或者嘗試將佢發展上去。中世紀歐洲嘅大學喺哲學同物理學等領域嘅研究有啲睇頭，但係生物學依然未有進展，事實上喺嗰時生物學連獨立嘅學科都唔係。總體嚟講，中世紀嘅人類喺生命研究方面冇乜特別嘅作為。
生物學真正嘅開端要數 17 至 18 世紀嘅科學革命時期。喺打前少少嘅文藝復興時代，歐洲人對古希臘古羅馬嘅文明同思想興趣大增，令到科學嘅火花開始喺歐洲重燃，好似係達文西噉，就成日都幫手研究人類同埋動物嘅身體，仲對解剖學做咗些少貢獻。而喺 17 至 18 世紀嗰陣，歐洲仲掀起咗科學革命嘅熱潮：喺嗰個時代，有好多歐洲學者都開始嘗試用科學方法嚟研究各種大自然嘅嘢，包括咗生物。呢樣嘢令到生物學－研究生命嘅科學領域－開始萌芽。另一方面，顯微鏡嘅發明亦都令到對生命嘅理解有咗飛躍性嘅進步：英國科學家羅拔虎克喺 1665 年出版咗《Micrographia》（微物圖誌）呢本著作，詳細噉記錄咗佢自己用顯微鏡睇到嘅各種微生物。打後少少喺 17 世紀尾，有埋荷蘭科學家列文虎克等人對顯微鏡做各種改良，歐洲人成功噉發現咗細菌同好多其他微生物。顯微鏡嘅發展，開拓咗以細胞為生物單位嘅科學認識，為現代生物學對生命嘅定義（細胞學說）奠基。
喺科學革命時期，學者亦都致力將已知嘅生物分類同埋改名。瑞典生物學家林奈喺 1735 年提出咗佢嗰套生物分類法，跟手喺 1750 年代幫佢所知嘅生物改好嗮啲學名，呢兩樣嘢對於現代生物學嚟講都仲係好緊要，而且林奈－同好多佢同期嘅歐洲學者－發表咗好多對生物嘅諗法，當中法國數學家布豐伯爵甚至仲有諗過進化呢條橋。雖然林奈同布豐伯爵等學者嘅嗰柞諗法有好多都畀及後嘅科學家證實咗係錯嘅，但係佢哋啲研究依然係為現代生物奠定咗個基礎。
現代生物學嘅開端喺 19 世紀。嗰個時期最出名嘅要數英格蘭自然學家查理斯·達爾文，佢對進化同物種形成等現象作出咗深思，並且喺 1859 年發表咗佢嗰本名著《物種起源》，提出咗物競天擇嘅諗法解釋進化嘅現象，認為無論同種定異種嘅生物都會喺個環境嗰度爭生存所需嘅資源（例如係嘢食同水），爭嬴嘅就有得生存落去，跟手就繁殖以及將自己身上嘅基因傳畀下一代，所以一個物種嘅基因庫會一代一代噉變，經過幾百萬年就會變到完全唔同咗樣。
達爾文個理論喺啱啱提出嚟嗰陣喺學界有唔細嘅爭詏，但最後各種嘅證據－由化石以至實驗觀察等－都係撐達爾文個諗法嘅。而到咗廿一世紀，達爾文個理論已經俾科學家廣泛噉應用喺醫學同埋人工智能等嘅好多個領域嗰度，例子可以睇遺傳演算法，而且喺理論上仲有新嘅發展，例如係用物競天擇嘅理論嚟解釋利他嘅行為呀噉。
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