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生物钟学(Chronobiology 希腊语:Chronos = 时间;Biology = 生物学)是一门科学,它的任务是研究生物体内与时间有关的周期性现象,或曰这些现象的时间机制。生物钟学与所谓的生理节律无关。又叫“时间生物学”,中医学中的子午流注、经络理论等具有典型的传统生物种或生物时间节律研究,可以说是最早的时间生物学,现代基因生物技术的发展,调控生物节律的有关基因及其调控机理的研究使时间生物学发展到了分子细胞生物学水平,还细胞时钟节律的基因调控网络人工设计与基因工程又发展了现代的合成生物学等。

研究目的

生物钟学的研究目的,是生物体内生理和行为的时间机制。在这种机制中,生物体内部的时钟系统所产生的节律是主要的。

三大中心问题:

生物节律有哪些类型?它们是怎样影响生物的生理过程的?

节律是内在的吗?如果是,哪里是产生节律的发生器,哪里是起搏点,它们怎么运作?

哪些是外源性的,周期性的因素,即是所谓的时间服务器,它们又是怎样作用于生物时钟的?

生物时间机制对所有的生物都很重要,而且在所有被研究的生物里科学家都找到了其时间节律现象。生物体内有很多过程虽然彼此相关,但在时间上都是有所区别的。还有一些过程不但受到内在因素制约,还会受到外界因素影响。时间上的区别之一就是各种行为各具其规律性——在一个大范围内观察这种规律性,就可以称之为生物节律。周期的长度由毫秒到年不等。细胞分裂,呼吸,心跳和行为只是其中的一些例子。

生物钟学对人的意义在近年来越来越重要,因为我们的生活越来越频繁地逆这种生物钟而行。在医学方面已经确定,服药时间对药效影响甚大。在化疗中,若因就节律给病人服用细胞抑制剂的话,调制药物的浓度就可以比其他给药时间所采用的浓度降低很多。

历史

生物学之英语单词(德语、法语“Biologie”)源于希腊文,意为生命,以及字尾-λογία}},-logia,意为学问,合并为“研究生命的学问”。1802年,法国博物学拉马克最早提出这个名词。

现代生物学基础

现代生物学的五大基础,也是主要的研究方向:

细胞学说

细胞学说认为细胞生物的基本单位,而且所有生物都是由一至多个细胞以及细胞分泌的物质组成(例如外骨骼)。所有细胞都是由其他细胞借由细胞分裂的方式产生。多细胞生物一开始是从一个受精的单一细胞开始,再渐渐分裂为各个细胞,而细胞也是许多的基本单位.。此外,细胞之间能量转移的现象称为代谢,而细胞包含的遗传资讯(DNA),在细胞分裂时也会传递给其他的细胞。

演化

现代生物学认为生命是从演化而来,所有已知的生物都有一共同起源。演化论假设所有地球上活著及已绝种的生物都是来自一共同起源或一基因库。所有生物最晚的共同起源约出现在约35亿年前[1]

目前已有压倒性的证据支持演化的真实性,学界普遍认为演化是事实,而不仅仅是理论或假说,对于演化论的真确性,存在有强烈的科学共识,演化以外任何关于物种起源或人类起源的学说,目前都不获支持。绝大多数的科学社群和学术团体,都认为演化论是唯一能完全满足在生物学、古生物学分子生物学遗传学人类学及其他各领域中所观察到的现象的理论。一项在1991年所作的盖洛普民调显示,只有大约5%的科学家(包括生物学领域以外的其他科学家)认为自己是创造论者。截至目前为止,没有任何反对演化论且经过科学方面同行审查的论文,名列科学与医学期刊搜寻引擎PubMed当中。

遗传学

基因是生物体遗传的基本单位,基因对应一特定区域的DNA,以特定方式影响生物的某一部位或某一机能。从细菌到动物的所有生物体都有同様复制DNA,并依此产生蛋白质的能力。细胞将DNA的基因转录为对应的核糖核酸(RNA),然后核糖体将RNA转译为一串由胺基酸组成的蛋白质。由RNA转换为胺基酸的遗传密码在大部份生物中是相同的,但有些生物仍有少许差异。例如若将人类对应胰岛素的DNA放在植物中,也可以产生胰岛素。

体内平衡

[[Image:ACTH Negative Feedback.svg|right|thumb|250px|许多内分泌系统中的荷尔蒙都是由负反馈系统所控制,例如肾上腺分泌的糖皮质激素就是如此。下视丘分泌促肾上腺皮质素释放素(CRH),CRH会使脑下垂体分泌促肾上腺皮质素(ACTH),而ACTH会使肾上腺分泌糖皮质激素,如皮质醇。糖皮质激素不但会使身体有对应的反应外,也会使下视丘和脑下垂体的分泌减少,因此只要糖皮质激素已经到达一定的量,就不会再继续分泌。


体内平衡:平衡是一个开放系统可以借由许多彼此相关机制的动态平衡调整,使得其内在情形维持在稳定的状态。所有的生物,不论是单细胞或是多细胞生物,都有体内平衡的机制。

一系统若要维持动态平衡,并且有效的进行调整,需要有能力侦测扰动,并且针对扰动进行回应。生物系统在侦测到扰动后,一般会利用负回授的方式回应。也就是借由调整系统的条件,设法降低扰动的影响。就像若动物体内血糖浓度过低时,会释放胰高血糖素增加血糖一様。

能量

一个活的生物体的生存依赖于能量的连续输入。生物体是靠化学反应来从食物中提取能量,才能维持身体机能,并建立新的细胞。在上述反应中,组成食物化学物质分子扮演两个重要角色。第一,这些分子中有些可以借由生物体内的化学反应产生能量。第二,有些则可以组成生物分子中的新的分子结构。

负责引进能量到生态系统的生物被称为生产者或自养生物。几乎所有的这些生物体最初都从太阳吸取能量。

生物学主要分支

这些是生物学的主要分支:

  • 植物学领域:简单的学门分类可概分为:

参见

视频

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生物学专业介绍

参考文献

  1. 生物学的那些事儿 ,搜狐,2017-07-16
  2. 微生物学的基本概念,医学教育网,2014-06-30