Ympäristötieteiden historia
Ympäristötieteiden historian voidaan katsoa alkaneen antiikin Kreikassa, missä filosofit pohtivat elinympäristöön liittyviä kysymyksiä. Kreikkalainen luonnonfilosofia syntyi maailman kehityksen rationaalisen selittämisen perinteestä. Ajan myötä tietyt perusajatukset vakiintuivat, ja ne vaikuttivat myöhempiin Euroopassa syntyneisiin ajattelun kehityskulkuihin. Esimerkiksi neljän alkuaineen (maa, ilma, tuli ja vesi) oppi muotoiltiin vastaamaan samankaltaista näkemystä koskien ihmisruumiin koostumusta. Lopulta hyväksyttiin myös maailmankaikkeuden pallomainen rakenne ja ajatus Maasta maailmankaikkeuden keskipisteenä.
Eräät filosofit pyrkivät kosmogonioillaan selittämään aineellisen maailmankaikkeuden rakenteen. Inspiraatio teorioihin haettiin perinteisistä luomismyyteistä, ja niinpä kosmogoniat olivat pitkälti luomismyyttien rationalisointeja. Vallalla oli myös uskomus, että ihminen eli saman hahmon mukaan kuin maailmankaikkeus, joka oli niin ikään järjestäytynyt tietyn hahmon mukaan. Jotkut kreikkalaiset oppineet, kuten Aristarkhos esittivät radikaaleja vaihtoehtoja ihmiskeskeiselle näkemykselle.
Thales (n. 636–546 eaa.) esitti, että vesi on alkuaine, ja että kaikki muut esineet ovat muodostuneet siitä. Kreikan mytologian mukaan Poseidon aiheutti maanjäristykset: Thales selitti tämän niin, että Maa kellui vedessä ja aallot heiluttivat Maata. Hänen seuraajansa Anaksimandros esitti, että kaikki materia muodostui perusaineesta, "apeironista" ("määrittelemättömästä"), ja elävät olennot syntyivät auringon vaikuttaessa kosteuteen.
Parmenides päätteli, että koska kaikkeuden taustalla on yksi aine, aistien havaitsemat muutokset ovat illuusioita. Väistääkseen Parmanideen päätelmän Empedokles (n. 490–430) esitti näkemyksen neljästä alkuaineesta (maa, ilma, tuli ja vesi); myöhemmin Aristoteles omaksui tämän ajatuksen ja lisäsi joukkoon eetterin.
Empedokles määritteli kaksi vastakkaista voimaa, rakkauden ja riidan, ja hän kuvasi myös maailman historiallisen muutoksen syklin. Sen mukaan alussa Maa kykeni tuottamaan eläviä rakenteita luomisvoimiensa avulla. Rakenteet syntyivät pääasiassa sattumalta, kun yksittäiset elimet (jalat, kädet jne.) vaelsivat ympäriinsä ja yhtyivät eläimiksi eri tavoilla. Useimmat, hirviömäisesti epämuodostuneet eläimet kuolivat pian, jolloin jäljelle jääneistä onnistuneista yhdistelmistä tuli nykyisten lajien perustajat. Empedokleen ajatuskulkuja on pidetty modernin evoluutioteorian ennakointina – tosin Empedokles ei olettanut nykyisissäkin eliöissä jatkuvasti toimivaa prosessia, vaan pelkästään Maan nuoruuteen kuuluneen kauden. Hänen korostamaansa kehitystä voi kuitenkin pitää aitona vaihtoehtona näkemykselle maailmankaikkeuden rakenteellisuudesta, kuin myös ajatukselle yliluonnollisten voimien sanelemasta suunnitelmasta. Atomistit kuten Demokritos kehittivät eteenpäin tätä näkemystä maailmankaikkeudesta rakenteettomana järjestelmänä.
Epikuroksen (342–271 eaa.) kehittämä atomismi valoi perustan sille ateistiselle filosofialle, joka oli merkittävä vaihtoehto yleisimmin hyväksytylle maailmankuvalle. Epikurolainen ajattelu säilyi pitkälti Lucretiuksen ansiosta, sillä tämä sisällytti sen teokseensa "Maailmankaikkeudesta". Lucretius seurasi Epikurosta kuvatessaan varhaisimpien eläimien syntyneen Maan spontaanin luomisen kaudella. Lucretius spekuloi kuitenkin, että aikaisemmin eläimet saattoivat syntyä suoraan maasta:
Platon (429-347 eaa.) väitti, että filosofian keskeinen tavoite oli johtaa mieli puhtaiden ideoiden maailmaan, joka oli aineellisen, aistein havaittavan maailman ulkopuolella. Platonin yleistä filosofiaa onkin usein pidetty vihamielisenä luonnontieteelliselle tutkimukselle. Hänen ideaalimaailman käsitteestään tuli ns. essentialistisen lajikuvan perusta: siinä eläin- tai kasvilajin luonne määräytyy sen ideaalihahmosta.
Aristoteles halusi kehittää filosofian, joka pureutui voimakkaammin tietoon aineellisesta maailmasta. Hän omaksui mm. näkemyksen maapallon "klimoista" (vyöhykkeistä), jotka voitiin määrittää niiden saaman auringonvalon perusteella. Aristoteles piti maapallon perusrakennetta muuttumattomana, mutta ymmärsi kuitenkin, että luonnon prosessit muokkaavat jatkuvasti maanpintaa.
Aristoteles käytännössä perusti tieteellisen luonnonhistorian teoksellaan Eläinoppi. Teos sisältää paljon eri lajeja koskevaa tietoa, ja suuri osa tiedoista kerättiin alkuperäisistä havainnoista ja leikkelemällä. Osa Aristoteleen keksinnöistä vahvistettiin vasta 1800-luvulla. Hän ei kuitenkaan pystynyt irrottautumaan ajan voimakkaasti ihmiskeskeisestä ajattelusta, vaan piti edelleen ihmiskuntaa luonnon huipulla. Myöhemmin Aristoteleen oppilas Theofrastos vei eteenpäin mm. kasvien ja mineraalien tutkimusta.
Aleksanteri Suuren valloitukset paljastivat paljon uutta maailmaa koskevaa tietoa. Samoin Rooman valtakunta tuotti paljon informaatiota, joka oli liitettävä Aristoteleen alkuunpanemaan ohjelmaan. Eratosthenes mittasi jokseenkin paikkansapitävästi maapallon ympärysmitan, ja Strabon kuvasi suuren osan silloin tunnetusta maailmasta. Strabonin 17-osainen teos "Maantieto" ("Geografia") on antiikin maapalloa ja luonnonvaroja koskevan tiedon huipentuma, mutta Strabon ei kuitenkaan kyennyt esittämään uusia selityksiä ilmiöille. Tämä viittaa siihen, että paljastunutta uutta tietoa oli vaikea käsitellä tehokkaasti.
Kasvitiede kukoisti myöhemmän antiikin aikana edelleen sen lääkehoitoon liittyvän yhteyden ansiosta. Dioskorideen teos "Lääkeaineista" ("De materia medica") oli esikuvana vastaaville teoksille satojen vuosien ajan. Hän kannatti kuvien käyttöä kasvien tunnistamisen apuna ja perusti aina keskiajan herbalisteihin jatkuneen koulukunnan. Plinius vanhempi pyrki "Naturalis historia"llaan säilyttämään aikaisemmin tunnetun tiedon. Plinius kopioi paljon tietoa Theofrastokselta ja muilta tuon ajan auktoriteeteilta, ja hänen työnsä on tulkittu osoittaneen antiikin tieteen pysähtymistä. Tiede pysähtyi osittain myös sen vuoksi, että tutkittavaa aineistoa pidettiin liian valtavana.
Myöhäisantiikissa palattiin uusplatonismin myötä pohtimaan yhtä totuutta myös luonnontutkimuksessa. Uusplatonistien ajatukset siirtyivät lopulta kristinuskon myötä Eurooppaan ja muokkasivat keskiajan ajattelijoiden luontokäsityksiä.
Vaikka keskiajan myötä merkittävä osa antiikin tiedosta hävisi eikä varhainen kristillinen kirkko rohkaissut luonnon tutkimista tutkimuksen vuoksi, keskiaika ei ollut täysin pysähtynyttä aikaa Euroopan muuta maailmaa koskevan tiedon suhteen. Marco Polon matka Kiinaan oli keskiajan tutkimusmatkoista vain tunnetuin, ja kauppiaiden ja merimiesten pyrkimyksiä tutkia maailmaa on joidenkin nykyisten oppineiden mielestä aliarvioitu. Kauppamiehet eivät kuitenkaan välttämättä olleet vuorovaikutuksessa oppineen maailman kanssa: esimerkiksi Marco Polo ei tuntenut aikansa maantieteellisiä teorioita.
Keskiajalla luonnontutkimus oli miltei määritelmällisesti alistettu Jumalan palvelemiselle ja varhaiset kirkkoisät suhtautuivat varauksella antiikin oppeihin, jotka saattoivat kohdistaa kansan ajatukset pois pelastuksesta. Augustinuksen suosima uusplatonismi vaikutti varhaisen kirkon asenteeseen luonnontutkimusta kohtaan. Varsinkin Platonin "Timaiosta" käytettiin kehittämään teemaa aineellisesta maailmasta luojan suunnitteleman ideaalisen arkkityypin kopiona. Filosofian tarkoitus oli viedä ajattelua lähemmäksi Jumalaa, ja luonnontutkimus oli arvokasta vain sikäli kun se edisti tämän tavoitteen toteutumista.
Muun muassa Pliniuksen "Naturalis historia" oli merkittävä tietolähde luonnosta kiinnostuneille, ja sitä voitiin kaikkine taruineen käyttää moraalisten opetusten etsintään. "Physiologus" sisälsi runsaasti tarinoita eläinten käyttäytymisestä, ja tarinat selittivät eläinten moraalisen arvon. Tästä syntyivät bestiaarit eli eläinkirjat, joita ilmestyi etenkin varhaisella keskiajalla. Teoksissa liitettiin moraalinen opetus jopa realistisiin piirteisiin.
Tuoreemmat tutkimukset bestiaareista antavat ymmärtää, että bestiaarit vaikuttivat luonnonhistorian kehitykseen enemmän kuin aiemmin kuviteltiin. Esimerkiksi Alexander Neckhamilainen (1157-1217) omaksui "De naturis rerum" -teoksessaan aikaisempaa kriittisemmän kannan tarinoihin, jotka olivat peräisin Pliniukselta ja muista antiikin lähteistä. Samoin myöhemmän keskiajan kirjoittajat havainnoivat eläimiä edeltäjiään tarkemmin.
Herbaaleissa eli yrttien kuvauksissa kasvit esitettiin lääkäreille käytännöllisesti. Niissä kasvit kuvattiin yleensä aakkosjärjestyksessä ja kuvia käytettiin paljon. 1100-luvun jälkeen naturalistiseen kuvaukseen alettiin kiinnittää huomiota: tästä hyvä esimerkki on Rufinuksen herbaali 1200-luvulta.
Aristoteleen ja muiden antiikin filosofien kääntäminen latinaksi innosti luonnontutkimusta 1100-luvulla, ja uusi oppineisuus alkoi levitä myös Pohjois-Eurooppaan Välimeren alueen kääntämiskeskuksista. Aristoteleeseen suhtauduttiin aluksi epäluuloisesti, mutta ajan mittaan mm. hänen ikuisen maailmankaikkeuden teoriansa onnistuttiin sovittamaan yhteen Raamatun luomiskertomuksen kanssa. Albert Suuri (n. 1200-1280) ja etenkin Tuomas Akvinolainen (1225–1274) vaikuttivat merkittävästi kehitykseen, jonka myötä aristoteelisuus muuttui myöhäisen keskiajan johtavaksi filosofiaksi. Heidän linjaustensa myötä ihmisjärki saattoi tutkia luontoa vapaasti, kunhan tulokset kuvasivat aineellisen maailman jumalallista alkuperää.
Albert Suuri kirjoitti paljon mineralogiasta, kasvitieteestä ja eläintieteestä; hänen tekstinsä perustuivat olemassa olevaan kirjallisuuteen, ja hän pyrki liittämään aikansa tiedon aristoteeliseen viitekehykseen. Albert Suuren teos "Mineraaleista ja metalleista" ("De mineralibus et rebus metallicis") loi aikaisempia kuvauksia yhtenäisemmän mineraalitieteen. Kirja käsittelee ensisijaisesti mineraalien ja metallien ominaisuuksia, mutta niiden muodostuminen käsitellään vain sivuseikkana. Albert Suuren kirjoitukset osoittavat, että luonnontutkimus oli taas nousemassa arvokkaaksi toiminnaksi, ja eläimiä ja kasveja tutkineilla alkoi olla yhä suurempi tarve levittää tietoa julkaisemalla kirjoja.
Saksalais-roomalaisen keisarikunnan keisarin Fredrik II:n teos "Haukkametsästyksen taito" ("De arte venandi cum avibus") vaikutti voimakkaasti eläintieteen kehitykseen. Kirjassa käsitellään runsaasti lintujen anatomiaa ja käyttäytymistä, ja se on hyvin kuvitettu. Fredrik II uskalsi myös arvostella Aristotelesta kohdissa, joissa hän katsoi Aristoteleen poikenneen totuudesta.
Vaikka varhaiset kirkkoisät olivat vähätelleet luonnontutkimusta, filosofit, taiteilijat ja käytännön miehet olivat keskiajan kuluessa yhä kiinnostuneempia luonnon havainnoinnista. Samoin he olivat yhä halukkaampia luopumaan antiikin jälkeensä jättämistä mielikuvituksellisista taruista. Vaikka Aristoteleen ajatukset korvaavaa maailmankuvaa ei vielä kehitettykään, luonnosta kiinnostuneet olivat kuitenkin valmiit arvioimaan muinaisia tietoja omien kokemustensa pohjalta.
Renessanssin oppineisiin vetosi voimakkaasti maailmankuva, jossa magia ja tiede olivat keskenään läheisessä vuorovaikutuksessa. Keskiajan taikauskosta irrottautumisen sijaan he laajensivat henkisten ja ei-fyysisten voimien merkitystä luonnossa. Kasveilla, eläimillä ja mineraaleilla katsottiin edelleen olevan vähintään yhtä merkittävät symboliset ominaisuudet kuin mitä niiden rakenteet fyysisesti olivat. Sikäli kun luonnon maagisuuden hävittäminen oli tieteen synnyn edellytys, voidaan tieteen vallankumouksen katsoa alkaneen vasta 1600-luvun lopulla.
Humanististen oppineiden oli tunnustettava perimänsä tiedon rajoitukset mm. suurten löytöretkien ansiosta. Taiteilijat alkoivat myös kunnioittaa aiempaa täsmällisempää luonnon kuvaamista, ja heidän rinnallaan luonnontutkijat alkoivat kehittää tutkimusohjelmaa, joka lopulta johti tieteen mullistukseen. Renessanssin luonnontutkijat eivät kuitenkaan erottaneet empiirisiä mielenkiinnon kohteitaan humanistisista, ja niinpä vanha symbolismi hylättiin vasta 1600-luvun lopulla.
Jotkut historioitsijat ovat sitä mieltä, että Maan ja sen asukkaiden tutkimuksen selitysvoima ei parantunut yhtä dramaattisesti kuin fysiikan ja tähtitieteen tutkimuksen myötä, sillä biotieteissä ei ollut Galilein tai Newtonin vastinetta: uuden empirismin myötä kuvaukset muuttuivat tarkemmiksi, mutta havaittujen muotojen selitykset jäivät kuitenkin pimentoon. 1600-luvun lopun luonnontutkijat olivat kuitenkin varmoja, että he osallistuivat tieteen vallankumoukseen, sillä he luopuivat symbolisten ja maagisten ominaisuuksien perinteestä ja kuvasivat luontoa vain sen havaittavilla ominaisuuksilla. Tämä vastasi fysiikkaa muuttaneita matemaattisia teorioita luonnontutkimuksessa. Tämän kuvaustekniikan myötä luonnon esineiden luokittelusta tuli kuitenkin merkittäviä erimielisyyksiä. 1600-luvun luonnontutkijat pitivät niin ikään luokittelua vallankumouksellisena toimintana, vaikka se ei luonnon ilmiöitä selittänytkään.
Luonnon symbolisen arvon murentuessa uusi tiede ei kuitenkaan samalla vapautunut uskonnollisesta kontekstistaan. Esimerkiksi Newton piti tiedettään osana ohjelmaa luonnon jumalallisen tarkoituksen selvittämiseksi. Vaikka elävät olennot nähtiin edelleen yliluonnollisen luomisen tuloksina, olivat niitä tutkivat luonnontieteilijät yhtä "tieteellisiä" kuin ajan fyysikot, jotka pitivät maailmankaikkeuden yleistä rakennetta jumalallisena luomuksena.
Luonnonhistoria osallistui "tieteelliseen vallankumoukseen" yhtä voimakkaasti kuin fysikaaliset tieteet. Modernit tieteenhistorian tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet uudessa tieteessä ideologisia sävyjä; esimerkiksi Newtonin maailmankuvaa käytettiin tarkoitushakuisesti tukemaan Britanniassa 1600- ja 1700-lukujen vaihteessa syntynyttä sosiaalista hierarkiaa. Nykyisin tieteen vallankumousta ei enää pidetä puhtaasti älyllisenä kehityksenä, sillä keksintöjen ajan käyttövoimana oli myös tarve hyödyntää suurempaa osaa Maan luonnonvaroista. On esitetty, että tällainen asenne edellytti aiempaa persoonattomampaa luontokäsitystä.
Uusplatonismi vaikutti renessanssin ajatteluun pääasiassa kahdella tapaa: se rohkaisi matemaattisten lakien etsintää fysikaalisissa tieteissä ja kannusti tutkimaan näkyvän maailman henkisiä voimia, joita ihmismieli pystyi hallitsemaan. Hermetismi tuki samaa ajatusta. Näiden vaikutusten alaisina renessanssin oppineet suhtautuivat vakavasti asioihin, joita nykyään pidetään magiikkana. Esimerkiksi englantilainen matemaatikko John Dee (1527–1608) oli myös astrologi ja maagikko, ja hänen mielestään lukusymboliikka oli avain maailmankaikkeuden ymmärtämiseen. Lisäksi Deen mukaan esimerkiksi tähdillä oli sekä käytännöllinen että symbolinen merkitys. Renessanssin maailmankuvasta on mahdotonta irrottaa magiikkaa ilman, että ajan saavutukset kuvataan samalla vääristyneesti.
Renessanssin luonnonhistoriaa arvioitaessa on keskitytty pääasiassa naturalistisen kuvaustavan kasvuun. Leonardo da Vincin ja Albrecht Dürerin kaltaiset taiteilijat kehittivät kuvausten visuaalista puolta. Symbolismin häviämisen myötä muotojen visuaalisista kuvauksista siirryttiin sanallisiin kuvauksiin.
1500-luvun alussa alkoi syntyä luontoa kuvaavan kirjallisuuden perinne. Samoin yliopistot perustivat kasvitieteellisiä puutarhoja ja kasvitieteilijät veivät tutkimusta eteenpäin: esimerkiksi Bolognan yliopiston lääketieteen opettaja Luca Ghini kehitti kasvien prässäämistä ja otti herbaarion käyttöön kasvitieteellisen tutkimuksen välineenä. Samalla Euroopassa syntyi viestintäverkko, joka välitti eri puolilla Eurooppa toimiville oppineille näytteitä ja tietoa. Konrad von Gesner keräsi ja levitti tietoa niin laajasti, että häntä on kuvattu yhden miehen Royal Societyksi. Von Gesner myös kiipesi vuorille lisätäkseen arvostusta niiden kauneutta kohtaan.
Eläintiede ei ollut kasvitieteen lailla yhteydessä lääkehoitoon, joten se kehittyi keskiajalla hitaasti. Von Gessnerin 4500-sivuista "Historiae animalium" -teosta pidetään nykyaikaisen eläintieteen lähtökohtana. Vuonna 1608 ilmestyneen englanniksi käännetyn teoksen nimi kuvaa teoksen sisältöä:
Joidenkin Von Gesnerin aikalaisten, kuten Pierre Belonin ja Guillaume Rondelet'n teosten on katsottu olevan lähempänä modernin tieteen henkeä. Yleisellä tasolla renessanssin eläintieteilijät eivät kuitenkaan vaikuttaneet merkittävästi alan myöhempään kehitykseen.
Kasvitiede kehitti hiljalleen renessanssin aikana myös lääketieteestä itsenäistä luonnettaan. Dioskorideen kuuluisasta "Lääkeaineista"-teoksesta ("De materia medica") tehtiin uusia laitoksia, ja ajan humanistit pyrkivät tunnistamaan mahdollisimman monta klassisten kirjoittajien kuvaamaa kasvia. Lääkäreiden vaatimusten myötä kasvien tunnistamiselle ja kuvaamiselle asetettiin yhä suurempia vaatimuksia. Otto Brunfelsin vuonna 1530 ilmestynyt "Kasvien eläviä kuvia" ("Herbarium vivae icones") oli tässä suhteessa erityisen merkittävä: siinä kuvat olivat huomattavasti tekstiä tasokkaampia. Kasvitieteellisten puutarhojen ja kasvitieteeseen erikoistuneiden luennoitsijoiden myötä alettiin uskoa, että kasvitiedettä voitaisiin tutkia sellaisenaan. Böömiläinen kasvitieteilijä Adam Zaluziansky kirjoitti vuonna 1592 kasvitieteen teorian ja käytännön erottamisen tärkeydestä; hänen vaatimuksensa tosin toteutuivat vasta sata vuotta myöhemmin.
Suuren informaation lisääntymisen myötä kasvitieteilijät havaitsivat, että kasvitieteeseen oli luotava uusi, yhtenäinen sanasto, jotta paikallisten nimien sekamelskasta päästäisiin eroon. Gaspard Bauhin (1560–1624) esitti vuonna 1623 ilmestyneessä teoksessaan "Pinax theatri botanici" yli 6000 kasvilajin yksi- tai kaksiosaiset latinalaiset nimet, jotka erottivat lajit niiden sukujen muista lajeista. Samalla luonnontutkijat huomasivat, että suurella osalla kasveja ja eläimiä koskevasta kansantiedosta ei ollut todellista perustaa. Kansantiedon ja luonnontieteilijöiden välistä kuilua käsitteli mm. Thomas Browne vuonna 1646 ilmestyneessä teoksessaan "Pseudodoxia epidemica" (Rahvaanomaisia virheitä).
Italialainen lääkäri ja kasvitieteilijä Andrea Cesalpino (1519–1603) esitti vuonna 1583 ensimmäisen kasvien luokitteluyrityksen, joka perustui pelkästään kasvien biologisiin ominaisuuksiin. Cesalpino ei vaikuttanut merkittävästi aikalaisiinsa, sillä hänen lähtökohtansa oli aristoteelinen filosofia, jota pidettiin keskiaikaisena skolastiikkana. 1600-luvun lopulla Cesalpinon kuitenkin havaittiin ennakoineen merkittävästi modernia biologista taksonomiaa.
Renessanssin ajattelijoille fossiilien luonne oli epäselvä, eivätkä he tehneet jyrkkää jakoa fossiilien ja mineraalien välille. Konrad Gesner julkaisi vuonna 1565 teoksen "Fossiileista", joka ei tosin vastannut täydellisyydessään Gesnerin eläinaiheisia teoksia. Teoksessa oli kuitenkin erinomainen kuvitus, ja Gesner näki joidenkin merieläinten, kuten simpukoiden fossiilien ja elävien yksilöiden selkeän samankaltaisuuden. Monissa muiden lajien kohdalla hän joutui luokittelemaan fossiilit lähimmän tunnistamansa olennon mukaan: esimerkiksi ammoniitit muistuttivat hänen mielestään pässin sarvea. Kaiken kaikkiaan fossiilien ja elävien olentojen yhtäläisyydet vahvistivat havaintoja luonnon salaperäisistä vastaavuuksista ja symboleista. Maankuoressa ei kuitenkaan tarvinnut odottaa tapahtuneen suuria mullistuksia, sillä maankuoren sisältämät rakenteet selitettiin käynnissä olevien prosessien tuotteina. Esimerkiksi monet kaivostoiminnan harjoittajat uskoivat mineraalien uusiutuvan jatkuvasti.
Mineraalien luokitukseen vaikutti merkittävästi Georgius Agricola vuonna 1546 ilmestyneellä teoksellaan "Fossiilien luonteesta" ("De re fossilium"). Siinä hän esitteli mineraalien luokituksen, jota käytettiin mineralogian lähtökohtana myöhemmin. Ranskalainen savenvalaja Bernard Palissy (1510–1590) pilkkasi teoksessaan "Ihailtavia esityksiä" ("Admirable discources") oppineiden käsityksiä käytännön kokemustensa perusteella; hän oli osoittanut vuonna 1575, että simpukan fossiilit olivat aikanaan kerrostuneet merenpohjaan. Seuraavien sadan vuoden aikana luonnon esineiden suoraa tutkimusta alettiin korostaa yhä enemmän; käytännön tiedon muuttuessa yhä merkittävämmäksi renessanssin oppineiden viehätys analogiaan ja symboliikkaan murentui samalla, kun luonnon maagisuus hävisi.
Uutta viitekehystä luomassa olleet filosofit ja luonnontutkijat pyrkivät päättäväisesti renessanssin arvoja pidemmälle. Englantilainen Francis Bacon korosti luonnon havainnoinnin tarvetta, tavoitteena sen toimintojen hallitseminen puhtaasti fysikaalisin keinoin. René Descartes taas korosti ajattelun selkeyden tarvetta analysoitaessa luontoa mekaanisena järjestelmänä. Uusi luonnonfilosofia pyrki tutkimaan luontoa havaintojen, kokeiden ja lakien etsimisen kautta. Näiden keinojen kautta uusi tiede erkani merkittävästi keskiajan ja renessanssin ajattelusta.
1600-luvun tieteellisessä vallankumouksessa luonnontieteissä ei ollut vastineita fysiikan ja tähtitieteen muutoksille. Uusia periaatteita noudattavat luonnontutkijat kokivat kuitenkin osallistuvansa vallankumoukselliseen toimintaan kuvatessaan ja luokitellessaan luontoa. Esimerkiksi englantilainen luonnontutkija John Ray (1627–1705) kirjoitti:
Tosiasiassa biologisen evoluution ajatus ei kehittynyt vielä sataan vuoteen: vasta geologian kehitys loi sille tarvittavan käsitteellisen tilan. Ray tyytyi monien aikalaistensa tavoin olettamaan, että hänen luonnossa havaitsemansa järjestys oli Jumalan luomaa. Tämä ajatus ei pettänyt uuden tieteen henkeä, sillä jopa Isaac Newton näki vaivaa todistaakseen, että mekanistinen filosofia oikeastaan vahvisti uskoa Jumalaan.
Francis Bacon teki suurimman osan uuden filosofian perustyöstä teoksissaan. Baconin mielestä huolellisella tutkimuksella ihminen voi paljastaa luonnon salaisuudet, ja niitä voidaan käyttää luonnon hallintaan. Samalla hän manipuloi vanhaa renessanssin luonnon magian ajatusta uuden ajattelutavan mukaiseksi.
Keksityt uudet työkalut kuitenkin helpottivat luonnon tutkimista. Mm. Robert Hooken käsissä kaksilinssinen mikroskooppi paljasti halveksittujen eläinten, kuten luteen ja kirpun monimutkaisen rakenteen. Samoin anatomian tutkijat, kuten Marcello Malpighi ja Jan Swammerdam, käyttivät mikroskooppia leikkelykokeissaan ja osoittivat, että pienilläkin hyönteisillä on monimutkaisia sisäelimiä. Tässä vaiheessa näiden tutkimustulosten merkitystä ei kuitenkaan ymmärretty.
Baconin metodologialla oli suurempi merkitys britannialaisen tutkimusverkon laajentamisessa ja jäsentämisessä: Lontoon Royal Societyn 1660-luvun alussa perustaneet pitivät itseään Baconin perillisinä. Royal Society ja Ranskan tiedeakatemia ilmaisivat pyrkivänsä määrätietoisesti kehittämään tiedettä sekä kansallisesti että kansainvälisellä tasolla. Tieteellisten aikakauskirjojen, kuten Royal Societyn "Philosophical Transactions"in myötä uudet ajatukset ja tieto levisi aiempaa tehokkaammin.
John Ray ja muut loivat modernin biologisen taksonomian perusteet samaan aikaan, kun mekanistinen filosofia eli kukoistuskauttaan Descartes'n tapaisten filosofien myötä. Heidän työnsä oli luonnonhistorian vastine Newtonin lakien luomalle fyysisen maailman järjestykselle. Uudessa tieteessä eliöt luokiteltaisiin yksinomaan niiden fyysisten ominaisuuksien perusteella. Tosin klassisessa luonnonhistoriassa otettiin huomioon vain ulkoiset piirteet, eikä toistaiseksi pyritty kehittämään vertailevaa anatomiaa. 1700-luvun luonnonhistorian merkittävä voitto olikin kattava järjestelmä, joka mahdollisti elävien lajien rakenteiden ymmärtämisen; samalla ihminen pystyi niitä tässä mielessä hallitsemaan.
1700-luvulla, valistuksen aikana, tiedon laajeneminen synnytti jo tieteiden erikoistumista, mutta alojen nykyiset rajat alkoivat vasta muodostua. Ajalle tyypillistä oli, että modernit ajatukset ja nykyisin epäuskottavat käsitykset elivät rinnan; Samoin nykyisin erillisinä pidettyjä asioita saatettiin käsitellä saman perusongelman piirteinä. Tulkittaessa 1700-luvun tiedettä tulisi joidenkin tutkijoiden mukaan kuitenkin välttää etsimästä modernien käsitteiden, kuten geologisen gradualismin "edeltäjiä", sillä tämä lähestymistapa synnyttää väistämättä rajallisen ja erittäin vääristyneen kuvan 1700-luvun tieteestä.
Michel Foucault väitti, että 1700-luvun lopussa itseriittoinen, lokerointiin perustuva luontokuva sortui yhtäkkisesti ja sen korvasi moderni näkemys luonnosta avoimena ja ennustamattomana järjestelmänä. Jotkut historioitsijat hyväksyvät Foucault'n väitteen, että klassinen kausi pysähtyi puolustamaan ajatusta staattisesta maailmankaikkeudesta muutoksen todisteita vastaan. Toiset historioitsijat eivät kuitenkaan hyväksy sitä, että aikaulottuvuuden ilmaantuminen luonnontieteisiin voitaisiin selittää näin helposti. Kaiken kaikkiaan valistuksen luontokuvassa saattoi olla perustava jännite: maailmaa muuttavia voimia haluttiin ymmärtää samalla, kun siihen haluttiin tuoda järjestys.
Sekä geologia että kasvi- ja eläintiede laajensivat tutkimusaluettaan koko 1800-luvun. "Darwiniaanista vallankumousta" pidetään tavallisesti vedenjakajana kuvaamisen ja luokittelun kauden ja nykyisen ajattelun välillä, jossa kaikki selitetään luonnon prosessien tuloksena. 1800-luku oli myös kasvavan erikoistumisen aikaa: vuosisataa on pidetty siirtymäkautena pääosin amatöörimäisen "luonnonhistorian" ja ammattimaisen "biologian" välillä. On kuitenkin huomioitava, että jo vuosisadan avulla oli merkittävä määrä asiantuntijoita, muun muassa Linnén luokitteluperinteen kannattajat. Näiden asiantuntijoiden määrän kasvaessa he yrittivät evoluutioajatuksen avulla yhtenäistää epämääräisesti oppejaan. Eri aloilla oli kuitenkin taipumus jatkaa entistä toimintaansa, joten yritykset olivat pääosin turhia. "Biologian" käsite tuli käyttöön vasta 1800-luvun lopulla, eikä se tuolloin vastannut nykyistä merkitystään.
Vaikka "Lajien synty" ei ollutkaan ensimmäinen teos, jossa elämän kehitykselle annettiin luonnollinen kehitys, sen julkaiseminen vuonna 1859 käynnisti keskustelun, jonka myötä useimmat ihmiset alkoivat uskoa evoluutioon paikkansapitävänä tieteellisenä teoriana. 1800-luvun "darwinismi" ei kuitenkaan ilmentänyt sellaisia piirteitä, jotka vetoavat nykyisiin tiedemiehiin. Vasta 1900-luvulla luonnonvalinnasta tuli johtava teoria, jolla selitetään evolutiivinen mekanismi. Darwinin aikaan luonnonvalinta oli kiistanalainen, ja sitä täydennettiin erilaisilla teorioilla, kuten Lamarckin "hankinnaisten ominaisuuksien periytymisellä" ja teorioilla evolutiivisista hyppäyksistä.
Darwinin teoria korosti eliöiden ja ympäristön vuorovaikutusta, mutta se ei kiinnittänyt ihmisten huomion ympäristön rappeutumiseen; sen sijaan teoriaa käytettiin oikeuttamaan riistoa kasvattava edistys. 1800-luvun lopulla saasteista ja ympäristön köyhtymisestä varoittelevat olivat vielä vähemmistö, eikä ihmisten enemmistö halunnut luopua uskostaan ihmiskunnasta maapallon hallitsijana.
Moderni ekologia syntyi, kun luonnontutkijat pyrkivät ymmärtämään, miten ympäristötekijät rajoittivat lajien levinneisyyttä. Ekologian alkuperä on kuitenkin alkanut kiinnostaa tiedettä vasta viime vuosina. On myös esitetty, että ekologian historia voisi nousta darwiniaanista vallankumousta vastaavaksi analyysin aiheeksi. Monet varhaiset ekologit eivät olleet kiinnostuneet evoluutiosta, joten ekologian ja evoluution välillä ei juuri ollut suoria yhteyksiä.
Ekologiaa on kutsuttu toisen sukupolven yritykseksi luoda tieteellinen biologia. 1890-luvulla yritettiin useasti luoda uusia aloja, jotka ylittäisivät rajoitukset vanhassa luonnontutkimuksessa. Ekologia syntyi genetiikka-tieteen rinnalla, ja sen tavoitteena oli muuntaa kenttätutkimukset aidosti tieteellisiksi: Uusi ajattelu soveltaisi "kovien tieteiden" mittauksen ja kvantifioinnin tekniikoita kenttätutkimuksiin. Ekologia ei siis syntynyt darwinismista, vaan se sai alkunsa fysiologian laajentuessa tutkimaan eliön suhteita ympäristöönsä.
Yhtenäinen ekologia ei syntynyt myöskään teoreettisesta aloitteesta tai uuden filosofisen näkökannan myötä. Se alkoi kehittyä, kun useat biologiryhmät pyrkivät modernisoimaan kenttätutkimuksia siten, että he pystyisivät kilpailemaan kasvavasta tutkimuksen rahoituksesta. Ekologian käsitettä voitiin myös käyttää sateenvarjokäsitteenä kattamaan laajaa erilaisten tutkimusperinteiden kenttää, jotka eivät sinällään olleet vuorovaikutuksessa, mutta joiden tutkimusala käsitteli kuitenkin jotakin eliön ja sen ympäristösuhteen piirrettä. Monet tiedemiehet pystyivät myös tutkimaan "ekologiaa" luopumatta ensisijaisesta tutkimusalastaan, kuten oseanografiasta. Ekologia oli tieteellisen ammattikunnan laajentumiseen liittyvän erikoistumisen kauden tuote, eikä se ollut yhtenäinen reaktio kasvavaan ympäristön rappeutumisen ongelmaan. Yhtenäiseksi tieteeksi ekologia kasvoi 1900-luvun alussa.