走进生物世界

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。

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认识生物

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。

生物的基本特征

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。

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。

区分生物与非生物

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。

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生物的多样性

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。

生物的分类

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。

生物与环境

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。

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探索生物学

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？

生物学的研究方法

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。

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。

生物学与我们的生活

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。

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开启生物学学习之旅

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。

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本节练习

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

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。

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？

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？