
当我们每天早晨醒来,推开窗户,清新的空气扑面而来,眼前是一个充满生命气息的世界。窗外的树木在微风中轻盈地舞动,鸟儿在枝头上欢快地鸣叫,仿佛在互相问候新的一天的到来,草地上的小虫则在阳光下努力地奔波,寻找属于自己的食物。偶尔还能看到一两只松鼠迅速地跃过树枝,花朵在晨曦中悄然绽放,露珠在叶片上闪烁着光芒。大自然的每一个角落,似乎都藏着勃勃生机。这一切美好的画面,其实都属于生物学的研究范畴。
生物学并不是一门遥远、晦涩的学问,也不仅仅存在于实验室或书本中。它就在我们的日常生活里,伴随着我们每一次呼吸、每一次心跳、每一次观察和思考。你吃的早餐、身边开的花、甚至家里的宠物狗,都是生物学关注的对象。当你感受到植物随季节变换而变化的色彩、动物在不同天气中表现出的不同行为,你其实正在用自己的眼睛和心发现和体验着生物世界的神奇。
走进生物学,就像打开一扇认知世界的新窗。它能帮助我们理解生命的本质,发现自身与自然的联系,唤起我们对生命的敬畏与珍惜。作为一门研究生命现象和规律的科学,生物学让我们能够更好地认识自己,也让我们学会关心和保护我们赖以生存的地球家园。
在地球上,有着数不清的各种各样的物体。有些会生长、会活动、会繁衍后代,比如你家养的小猫、阳台上种植的绿萝;有些则静静地存在着,比如窗台上的石头、书架上的课本。前者我们称之为生物,后者则是非生物。那么,究竟什么是生物呢?
生物是指具有生命特征的物体。这个定义看似简单,但要真正理解它,我们需要深入探讨生命的本质特征。就像区分真币和假币需要掌握多个鉴别要点一样,区分生物和非生物也需要观察多个关键特征。

假如你在公园里观察一株向日葵。清晨时分,它的花盘朝向东方;到了傍晚,花盘又转向了西方。这种现象说明向日葵能够感知阳光的方向,并做出相应的反应。这就是生物的第一个重要特征——应激性。
应激性是指生物能够对外界刺激做出反应的能力。不仅植物具有这种能力,动物的应激性表现得更加明显。当你在黑暗的房间里突然打开灯光,眼睛会不自觉地眯起来,这就是人体对光刺激的应激反应。2022年夏天,四川地区持续高温干旱,许多植物的叶片开始卷曲、下垂,这是植物为了减少水分蒸发而做出的应激反应。
应激性是生物对环境变化的一种适应能力,这种能力帮助生物更好地在复杂多变的环境中生存下来。
除了应激性,生物还需要从外界获取物质和能量来维持自身的生命活动。你每天要吃饭、喝水,这些食物和水就是你身体所需的物质和能量来源。植物通过根系吸收水分和无机盐,通过叶片进行光合作用制造养分。即使是看似不动的树木,它的根系也在不断地向下生长,吸收土壤中的水分和养分。这种现象被称为营养,它是维持生命活动的基础。
让我们通过一个具体的数据来理解生物的能量需求。一个初中生每天大约需要摄入2000-2400千卡的能量,这些能量主要来自食物中的碳水化合物、蛋白质和脂肪。
生物获取的营养物质需要在体内进行一系列的化学变化,这个过程称为代谢。代谢包括两个方面:一方面是将复杂的物质分解成简单的物质,同时释放能量,这叫做分解代谢;另一方面是将简单的物质合成为复杂的物质,同时储存能量,这叫做合成代谢。
当你吃下一碗米饭后,米饭中的淀粉在消化系统中被分解成葡萄糖,葡萄糖进入血液循环,最终在细胞中被彻底分解,产生二氧化碳、水和能量。这个过程就是分解代谢。与此同时,身体也在利用摄入的营养物质合成新的蛋白质、脂肪等,用于生长发育,这是合成代谢。
生物还有一个显著的特征,那就是生长和发育。一粒小小的西瓜种子,在适宜的条件下可以长成枝繁叶茂的西瓜藤,最终结出十几斤重的大西瓜。你自己也是如此,从出生时的3-4公斤,长到现在四五十公斤的体重,身高从50厘米增长到1.5米以上。这种从小到大、从简单到复杂的变化过程,就是生长和发育。
从图表中可以清晰地看到,人的身高增长并不是匀速的。在婴儿期和青春期,生长速度特别快,这两个时期被称为生长发育的高峰期。这种有规律的变化,正是生物生长发育的重要特点。
生物的另一个基本特征是繁殖。生物个体的寿命是有限的,但生命却能够延续下去,依靠的就是繁殖。猫会生小猫,花会结种子,细菌会分裂成两个新的细菌。通过繁殖,生物能够产生与自己相似的新个体,使种族得以延续。

2023年春天,浙江省杭州市的太子湾公园樱花盛开,吸引了大量游客观赏。这些樱花树是如何来到公园的呢?它们大多是通过扦插或嫁接等方式繁殖而来的。有些则是由樱花种子生长而成。无论采用哪种方式,都体现了生物繁殖的特性。
除了上述特征外,生物还具有遗传和变异的特性。你可能听过“种瓜得瓜,种豆得豆”这句俗语,这说明生物能够将自己的特征传递给后代,这就是遗传。但你也会发现,即使是同一对父母生的孩子,相貌、性格、体质也会有差异,这就是变异。
让我们用一个表格来总结生物的基本特征。
掌握了生物的基本特征后,我们就能够更准确地区分生物和非生物了。有些情况比较容易判断,比如一只活蹦乱跳的兔子显然是生物,而一块石头则是非生物。但有些情况可能会让人产生困惑。
机器人是生物吗?现代的智能机器人可以走路、说话,甚至能够识别人脸、与人交流。但机器人并不是生物,因为它不具备生物的基本特征。机器人不能自主地从环境中获取营养,不能进行新陈代谢,不能生长发育,更不能繁殖后代。机器人的所有行为都是按照程序设计运行的,而不是生命活动的表现。
2020年,中国科学家在青藏高原的冰川中发现了距今约15000年前的古老病毒。病毒是生物吗?这是一个生物学界长期争论的问题。病毒具有一些生物特征,比如能够繁殖、具有遗传物质、会发生变异。但病毒不能独立地进行新陈代谢,必须寄生在其他生物的细胞内才能完成生命活动。因此,从严格意义上讲,病毒处于生物和非生物的边界上。
钟乳石会“生长”,那它是生物吗?在溶洞中,我们常常能看到形态各异的钟乳石。这些钟乳石确实在不断地“生长”,但这种生长与生物的生长有本质的区别。钟乳石的增大是由于含有碳酸钙的水溶液不断沉积造成的,这是一种纯粹的物理化学过程,而不是生命活动。钟乳石不需要营养,不进行代谢,不能繁殖,因此不是生物。
判断一个物体是否为生物,不能只看某一个特征,而要综合考虑它是否具备生物的全部基本特征。

走进大自然,你会发现地球上的生物种类繁多,形态各异。天上飞的鸟类、水中游的鱼类、陆地上奔跑的兽类、土壤中生长的植物、肉眼看不见的细菌,它们共同组成了这个丰富多彩的生物世界。
根据科学家的估计,地球上现存的生物物种数量在870万至1000万种之间,而目前人类已经认识和命名的物种约为200万种。中国作为世界上生物多样性最丰富的国家之一,拥有高等植物35000多种,脊椎动物6600多种,已知昆虫约32000种。
面对如此庞大的生物种类,科学家需要对它们进行分类,以便更好地研究和认识。生物分类就像图书馆对图书进行分类一样,能够帮助我们快速找到所需的信息,理解不同生物之间的关系。
科学家根据生物的相似程度,将它们分为不同的等级。最基本的分类单位是种,相似的种归为属,相似的属归为科,相似的科归为目,相似的目归为纲,相似的纲归为门,相似的门归为界。这就像一棵倒着的树,从树干到树枝,越分越细。
让我们以大熊猫为例来理解这个分类系统。大熊猫属于动物界、脊索动物门、哺乳纲、食肉目、熊科、大熊猫属、大熊猫种。通过这样的分类,我们可以清楚地知道大熊猫在生物界的位置,以及它与其他生物的亲缘关系。
在现代生物分类系统中,科学家通常将所有生物分为三大类:细菌、古菌和真核生物。细菌和古菌都是由单个细胞构成的微小生物,它们的细胞结构相对简单,没有真正的细胞核。真核生物则包括我们熟悉的动物、植物、真菌等,它们的细胞具有真正的细胞核。
生物不是孤立存在的,它们与周围的环境密切相关。2021年,云南省出现了一群野生亚洲象北迁的现象,这群大象从西双版纳出发,一路向北行进了500多公里,引起了全国关注。为什么大象会北迁?科学家分析认为,这可能与它们栖息地的环境变化、食物资源的变化有关。这个例子生动地说明了生物与环境之间的关系。
环境包括生物生存所需的一切条件,既包括阳光、空气、水、温度、土壤等非生物因素,也包括周围的其他生物。生物的生存离不开环境,环境中的各种因素都会影响生物的生活。
温度是影响生物分布和生活的重要因素。我们知道,东北地区冬季寒冷,那里生活的动物如东北虎、棕熊都有厚厚的皮毛来抵御寒冷;而在海南等热带地区,动物的皮毛相对较薄。植物也是如此,青藏高原上生长着独特的高原植物,如雪莲、红景天等,它们能够适应高原的低温环境;而在岭南地区,则生长着荔枝、龙眼等热带水果。
水分同样是生物生存的关键因素。仙人掌生活在干旱的沙漠中,它的叶退化成刺,茎肥厚多汁,能够储存大量水分;而生活在水中的莲花,叶片宽大,根系发达,适应了水生环境。
生物能够适应环境,同时也会影响和改变环境。这种相互作用使生物与环境形成了一个统一的整体。
生物不仅受环境影响,还会影响环境。森林被称为“地球之肺”,森林中的植物通过光合作用吸收二氧化碳,释放氧气,调节气候,保持水土。蚯蚓在土壤中钻洞、取食,使土壤疏松,增加了土壤的通气性和肥力。这些都是生物对环境的影响。
生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。它探索的问题包括:生物是如何构成的?生物是如何生长发育的?生物是如何繁殖的?生物是如何适应环境的?生物之间有什么样的关系?
要回答这些问题,科学家需要运用科学的研究方法。观察是生物学研究最基本的方法。通过观察,我们可以发现生物的外部形态、生活习性、行为特点等。观察可以用肉眼直接进行,也可以借助放大镜、显微镜等工具。
17世纪中叶,英国科学家罗伯特·胡克用自制的显微镜观察软木塞的薄片,发现了一个个小格子,他把这些小格子称为“细胞”。这个观察开创了细胞生物学的研究。今天,中国的科学家也在用最先进的显微镜观察细胞的精细结构,探索生命的奥秘。
除了观察,实验也是生物学研究的重要方法。通过实验,科学家可以在控制的条件下研究某个因素对生物的影响。例如,要研究光照对植物生长的影响,可以设计这样的实验:选取两组生长状况相同的植物,一组放在光照充足的地方,另一组放在黑暗的地方,其他条件(如温度、水分、土壤等)完全相同。过一段时间后,比较两组植物的生长情况,就可以得出光照对植物生长的影响。
科学实验需要遵循对照原则,即除了要研究的因素外,其他条件都应该保持相同,这样才能确保实验结果的可靠性。
在实验过程中,科学家还需要收集数据、分析数据,从而得出结论。现代生物学研究越来越依赖数据分析和计算机技术。2003年,由包括中国在内的多个国家科学家共同完成的人类基因组计划,就涉及了海量的基因序列数据分析。

生物学与我们的日常生活密切相关。我们每天吃的食物,都来自生物。水稻、小麦、玉米等粮食作物,蔬菜、水果,鸡、鸭、鱼、肉,这些都是生物或生物产品。通过生物学研究,科学家培育出了产量更高、品质更好、抗病性更强的农作物品种。
袁隆平院士研究的杂交水稻技术,使水稻产量大幅提高,为解决中国乃至世界的粮食问题做出了巨大贡献。目前,杂交水稻在中国的种植面积达到2.4亿亩,平均每公顷产量比常规稻增产20%以上。这就是生物学研究带来的实际效益。
生物学在医疗健康领域也发挥着重要作用。抗生素的发现和使用,使许多曾经致命的细菌性疾病得到了有效治疗。疫苗的研发,帮助人类预防了天花、脊髓灰质炎等多种传染病。2020年新冠疫情期间,中国科学家快速研发出新冠疫苗,为疫情防控做出了重要贡献。这些都离不开生物学的研究。
生物学研究还帮助我们保护环境、保护生物多样性。通过了解生物与环境的关系,我们可以更好地保护生态系统。中国近年来实施的退耕还林、湿地保护、野生动物保护等政策,都是以生物学研究为基础的。
学习生物学不仅仅是记忆一些知识,更重要的是培养观察能力、思考能力和探究能力。在今后的学习中,你会了解到细胞的结构和功能,认识植物和动物的多样性,理解生物的遗传和进化,探索生态系统的奥秘。
在学习过程中,要注重观察和实践。可以在家里养一盆植物,观察它的生长过程;可以观察小区里的动物,记录它们的行为;可以收集不同的植物标本,制作标本集。这些实践活动会帮助你更好地理解生物学知识。
要学会提出问题、思考问题。当你看到一个生物现象时,可以问自己:为什么会这样?如果条件改变了会怎样?这个现象背后的原理是什么?带着问题去学习,你会发现生物学是一门非常有趣的学科。
生物学是一门与生活紧密相关的科学,学好生物学不仅能帮助你理解生命的奥秘,还能让你更好地关心自己的健康,保护我们生活的环境。
第一题:判断下列物体哪些是生物,哪些是非生物,并说明理由。
A. 珊瑚虫
B. 珊瑚礁
C. 蘑菇
D. 机器狗
E. 休眠的种子
答案: 生物:A(珊瑚虫)、C(蘑菇)、E(休眠的种子) 非生物:B(珊瑚礁)、D(机器狗)
理由: A. 珊瑚虫是一种海洋腔肠动物,具有生物的全部基本特征,如营养、代谢、生长、繁殖等,是生物。 B. 珊瑚礁是由珊瑚虫死亡后留下的骨骼堆积而成的,本身不具有生命活动,是非生物。 C. 蘑菇属于真菌,能够吸收营养、进行代谢、繁殖(产生孢子),是生物。 D. 机器狗虽然能够模拟一些动物的行为,但不具备生物的基本特征,不能自主营养、代谢、繁殖,是非生物。 E. 休眠的种子虽然暂时不表现出明显的生命活动,但在适宜条件下能够萌发、生长、发育、繁殖,具有生物的基本特征,是生物。
知识点:本题考查生物与非生物的区分,要求学生掌握生物的基本特征,能够综合运用这些特征进行判断。
第二题:下表列出了某初中生一天的能量摄入情况,请计算这位同学一天摄入的总能量,并判断是否满足每天2200千卡的能量需求。
已知:碳水化合物和蛋白质每克提供4千卡能量,脂肪每克提供9千卡能量。
答案: 计算过程: 碳水化合物提供的能量 = (80 + 120 + 100) × 4 = 300 × 4 = 1200 千卡 蛋白质提供的能量 = (15 + 30 + 25) × 4 = 70 × 4 = 280 千卡 脂肪提供的能量 = (10 + 25 + 20) × 9 = 55 × 9 = 495 千卡 总能量 = 1200 + 280 + 495 = 1975 千卡
结论:这位同学一天摄入的总能量为1975千卡,低于每天2200千卡的需求,能量摄入不足,建议适当增加食物摄入量。
知识点:本题考查生物的营养特征,要求学生理解生物需要从外界获取能量的原理,并能够进行简单的能量计算。
第三题:下图展示了某地区近50年来平均气温的变化。请分析这种气温变化可能对当地生物产生什么影响?
答案: 从图表可以看出,该地区近50年来平均气温呈上升趋势,从1970年的12.3℃上升到2020年的14.8℃,上升了约2.5℃。
这种气温变化可能对当地生物产生以下影响:
物种分布变化:一些喜温的生物可能向北扩展分布范围,而一些喜冷的生物可能向更北或更高海拔的地区迁移。
生物生长周期改变:气温升高可能使植物的生长期延长,开花、结果时间提前;动物的繁殖期也可能发生变化。
生物多样性变化:原有的一些物种可能因不适应新的温度条件而数量减少甚至消失,而一些新的物种可能迁入该地区。
病虫害变化:气温升高可能导致某些害虫的繁殖速度加快,活动范围扩大,给农业生产带来影响。
生态系统结构改变:温度变化会影响食物链和食物网的结构,可能导致生态平衡发生变化。
知识点:本题考查生物与环境的关系,特别是温度这一非生物因素对生物的影响。要求学生能够分析环境变化对生物的影响,理解生物与环境相互作用的关系。
第四题:科学家想知道不同光照强度对某种植物光合作用的影响。他们进行了这样一个实验:选取几株长得差不多的这种植物,分别放在光照强度不同的地方,保持温度、水、水中二氧化碳等其他条件都一样,过一段时间后,测量植物的光合作用强度。请思考:
(1)实验中,科学家改变了什么条件?
(2)为什么要让其他条件都一样?
(3)为什么不只用一株植物,而要用几株?
答案: (1)科学家改变的是光照强度。
(2)如果其他条件不一样,就很难判断光合作用的变化是因为光照变化还是因为别的条件变化。所以要让其他条件一样,才能看出光照强度的作用。
(3)用几株植物可以减少偶然情况影响,使实验结果更有说服力。
知识点:本题让我们了解科学实验通常只改一个条件,其他都保持一样,还要多做几组,才能得出科学的结论。