大连工业大学学科简介：生物学

大连工业大学学科简介：生物学

  （一）学科概况

  生物学是人类在对生存环境和自身认识的长期积累中，逐渐建立和发展起来的一门古老学科，与医学、农学有着密不可分的联系。特别是在今天，人类社会生存和发展面临的诸多难题以及相关支持学科的发展都更加凸显了生物学的重要性，同时也极大地推动了生物学的迅速发展。

  生物学的发展大致可分为3个阶段：

  1．19世纪以及更早的时期，是以形态描述为主的时期。

  2．19世纪至20世纪中叶，进入了实验生物学时期，生物学建立并得到长足发展。

  3．20世纪50年代以来，由于分子生物学的兴起，进入了快速发展的现代生物学时期。

  生物学的起源通常追溯到古希腊，特别是哲学家亚里士多德的贡献。他对动物分类与解剖的工作，被看作是最早的、系统性的生物学研究。17至18世纪，生物学最早的分支———植物学和动物学逐渐形成专门的学科，1735年林奈建立的用于分类的“双名法”沿用至今。而生物学作为一个独立的学科概念则出现于19世纪。

  19世纪至20世纪中叶，是生物学建立和快速发展的时期。借助于显微镜的发明和应用，施莱登与施旺于1838年至1839年间提出了细胞学说，展示了生物界的同一性；1859年达尔文的进化论解释了生物的多样性；1866年孟德尔遗传学说和随后的摩尔根基因学说揭示了生物的遗传规律。正是细胞学说、进化论和遗传学说的建立奠定了现代生物学的基础。

  1953年，Watson和Crick建立了DNA分子双螺旋结构模型，标志着分子生物学这一新兴学科的问世，人们得以从分子水平上阐明生命活动的规律。分子生物学一经建立便强有力地影响并渗入到生物学的几乎各个学科领域，不仅产生了分子遗传学等新的学科，而且极大地改变了整个生物学的面貌。分子生物学同样对医学和农学实践也产生了巨大影响，出现了从分子层面理解发病机制的现代医学和以基因操作为基础的新兴生物技术产业。这一时期的突出特点是物理学、化学的理念和技术成就密切地与生物学相结合，并日益成为生物学快速发展的动力。

  20世纪90年代以来，DNA测序技术、生物芯片技术、质谱技术和生物信息学的快速发展以及基因打靶技术的广泛应用，促进了功能基因组学、蛋白质组学和代谢组学等“组学”的兴起，人们能够“认识”并能以实验手段加以研究的基因和蛋白质的种类有了爆炸性的增加，从而也使得过去相对孤立的功能基因、调控因子或信号通路的研究，日益趋于迅速细化的网络式系统研究。而生物学自身也成为一门学科综合性很强的前沿学科。

  从1953年DNA双螺旋模型的建立至2003年人类基因组计划的完成，分子生物学从建立发展为现代生物学重要根基之一。而多莉羊的诞生、人胚胎干细胞的建系和诱导性多潜能干细胞技术的建立等，是生物学研究在细胞乃至整体水平上成功运用分子生物学技术的重要标志，推动生物学进入全新发展阶段。其特点是：以细胞及其社会、特别是生物活体为研究对象；以细胞信号调控网络为研究重点；以在多层次上特别是纳米尺度上揭示生命活动本质为研究目标；多领域、多学科的交叉研究成为生物学研究的主要特征。总的特点是覆盖从生命活动的静态分析到动态综合。

  可以预见，21世纪的生物学不仅在揭示生命本质方面将会出现重大突破，也将能为了人类的需要而改造生物，必将在解决人类健康、能源、粮食和环境等诸多领域发挥更加重要的作用。

  （二）学科内涵

  生物学是研究生命系统各个层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化，以及生物与周围环境的关系等的科学。近年来许多科学家更倾向于称其为“生命科学”，以体现所研究的对象从实体存在的“生物”向生命现象的本质、生命活动的规律及其内在机制的拓展和深化。所以它的研究对象可以依据生物类型、生物结构和生命运动的层次、生物功能的类型，以及主要研究的手段等加以划分。如按照生物类型，可分为动物学、植物学、微生物学、水生生物学、古生物学等；按照生物结构和生命运动的层次，分为分类学、解剖学、组织学、细胞生物学、分子生物学等；按照生物功能的类型，分为生理学、免疫学、遗传学、发育生物学、神经生物学、干细胞生物学等；按照研究的手段分为合成生物学、生物信息与计算生物学等。此外，由于生物学学科内外的交叉还产生出生物化学、化学生物学、生物物理学、肿瘤生物学等。总之，研究内容的细化以及相互交融和新老学科的代谢，一直是一个不断发展变化的过程。值得提出的是，近年来基因组学、蛋白质组学和代谢组学等“组学”的迅速发展，使学科逐渐细分的进程出现了综合和系统化的新动态，系统生物学初现端倪。

  在生物学方面被广泛认同甚至成为学科基础的主要理论包括：生物进化论、细胞学说、遗传定律、中心法则（包括近年关于表观遗传和非编码RNA调控等重要发展）、普列高津耗散结构理论（将生命看作自组织化系统的理论）等。

  生命活动作为一种物质运动的高级形态有其自身的规律，同时又包含并遵循物理、化学等更基本的物质运动规律。因此，生物学研究要求有普通物理学、化学（特别是有机化学）、数学（包括统计学），以及地学等知识基础。

  在生物学的发展史上，观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等依次兴起，成为一定时期的主要研究手段。现在，生物学研究方法正向着精密、定量、实时、多参数多层次结合、精确深度干预，以及数学模型研究等方向迅速发展。

  从17世纪近代自然科学发展的早期到现在，观察和比较都是生物学研究的重要方法，迄今仍是其他方法的重要基础。观察方法的进步，包括各种光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜以及三维成像、活体观察等都极大地提升了生物学观察的范围和能力。同时，借助质谱、X光衍射、光学CT等物理或化学手段，对生物样品的结构与成份的分析，从定性到定量，也是生物学研究方法的重要发展。

  实验方法是指人为地干预、控制所研究的对象或过程以及实验所需的环境条件，并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性，尤其是阐明和验证生命活动的内在机制。化学和物理等学科的发展，提供了日益多样和有效的干预手段。例如定点突变、基因敲除、药物干预等实验方法都极大地推动了绝大多数生物学领域的发展。

  随着基因组计划和生物信息学的发展，系统研究方法（如高通量生物技术和生物计算软件的设计应用等）被广泛关注和采用。生物学的研究明显地开始超越过去相对割裂和孤立的局限性，更加趋近对生命复杂系统过程和本质的理解。

  （三）学科范围

  生物学一级学科设有14个二级学科。

  1．动物学：是研究动物生存和发展规律的学科，是生物学传统基础学科之一。动物学以真核单细胞的原生动物和多细胞的后生动物为研究对象，采用宏观和微观的生物学方法从不同层次上研究动物的形态结构与分类、系统发生与演化，生理机能、生殖发育与遗传，行为、生态、与环境之间的相互作用等基础理论问题，以及与动物相关的应用问题。动物学理论研究内容广博，离不开细胞生物学、生物化学与分子生物学、遗传学、发育生物学、生理学等二级学科的知识和技术，与农、林、牧、渔、医及人类生活等多方面实践联系密切。

  2．植物学：是研究整个植物界从群落、个体到细胞、基因，从宏观到微观的各层次生命现象、活动规律、演化及其与环境相互作用的学科。植物学研究内容包括植物的起源与演化、形态与分类、细胞分化与器官形成、生长发育与衰老、性别发生与生殖调控、光合作用、共生与固氮、水分和养分吸收利用、有机物质的合成与储藏、激素和生长调节物质的合成与调控、次生代谢与植物化学、抗病耐逆生理、区系地理与种群变异、生态系统与全球变化生态学、外来种入侵与濒危物种保护、野生种的驯化与利用等。植物学研究离不开细胞生物学、生物化学与分子生物学、遗传学、微生物学、生物信息与计算生物学等二级学科的知识和技术，与农、林、牧、医药、生态与环境、轻工业等应用科学联系密切。

  3．微生物学：是在分子、细胞或群体水平上研究微小生物（病毒、细菌、真菌等）生命活动规律及其与自然环境关系的学科。微生物学研究内容包括微生物的形态结构、生长繁殖、生理生化、遗传变异、进化分类等生命活动规律及与其他微生物之间、与动植物之间及外界环境之间的相互关系。微生物学相关理论和技术在农业、医疗卫生、环境保护、食品和药品生产等各个领域发挥着越来越重要的作用，尤其是近年来微生物菌群与人类健康的关系，以微生物为主要对象开展的合成生物学研究，已成为生命科学新的重要研究领域。微生物学与动物学、植物学、生物化学与分子生物学等二级学科联系密切。

  4．水生生物学：是研究水域环境中生命现象和生命过程及其与环境因子间相互关系的学科。水生生物学研究区域包括淡水、咸水、海水等不同水域。现代水生生物学整合宏观和微观的手段，从分子、细胞、个体、种群、群落、生态系统和流域等不同层次，研究水生生物的种类、组成、遗传、生理、生态系统的结构、功能和演化规律以及资源的保护和利用对策。水生生物学与细胞生物学、遗传学、生理学、进化生物学等二级学科联系密切。

  5．生物化学与分子生物学：是研究生物有机体生物分子的结构与功能、生命过程的化学变化，以及机体信息分子传递机制的学科。分子生物学是在生物化学基础上发展起来的，在分子水平上研究生命现象的物质基础和生命过程基本活动规律，特别是生物有机体的基因组结构、基因表达调控规律、核酸与蛋白质的相互作用等。生物化学与分子生物学共同构成了现代生命科学的基础理论和研究方法，并为医学研究与医药产业等提供重要的生物技术指导。生物化学与分子生物学为生物学各二级学科提供共同的分子基础。

  6．细胞生物学：是在细胞层面理解生命现象及其调控规律的学科。细胞生物学在细胞、亚细胞和分子水平上研究细胞的结构与功能、以及细胞增殖、分化、衰老、死亡、细胞间通讯、细胞起源与进化等重要生命活动。细胞是生命活动的基本结构和功能单位，对细胞的结构与功能、重大生命活动及其分子机制的研究一直是生物学研究的关键领域，有助于从本质上揭示生命的奥妙，对发展疾病诊治策略、改善人类健康意义重大。细胞生物学是发育生物学、生理学、神经生物学、干细胞生物学等二级学科的重要基础，同时也是生物化学与分子生物学、生物物理学等二级学科理解生命现象和规律的提升。

  7．遗传学：是研究生物的遗传与变异的学科。基因是遗传的基本单位。通过对基因表达、调控及其变异规律的研究，探索遗传物质及遗传信息的本质及其传递规律和调控机制。遗传学按照研究层次、对象及应用等分为多个分支，如分子遗传学、细胞遗传学、发育遗传学、群体遗传学、医学遗传学等。遗传学不仅是生命科学重要的基础学科之一，也为生物工程、医学、农学、生态和环境保护等应用学科提供重要理论支撑。遗传学与动物学、植物学、微生物学、生物化学与分子生物学、细胞生物学、发育生物学等二级学科联系密切。

  8．发育生物学：是研究多细胞生物个体形态建成及其发育编程机制的学科。发育生物学研究内容包括精子和卵子发生、受精、胚胎发育、组织器官形成及其稳态维持等。发育生物学为动植物人工繁育、组织器官培养和再生医学等应用技术产业发展提供理论基础，对医学、农学等应用学科有重要启示和推动作用，是近年来生命科学最活跃的研究领域之一。发育生物学研究内容和方法与生物化学与分子生物学、细胞生物学、遗传学、干细胞生物学等二级学科密切交叉渗透，是当今生命科学多分支发展的策源地和汇集点。

  9．生理学：是研究生物体功能活动规律及其调控机制的学科。生理学在整体、器官、组织、细胞和分子水平不同层次上研究生命体的生理功能、调控机制及其整合原理，尤其强调机体各器官的功能调控及各系统间相互联系、协调如何维持机体内环境稳态和健康。近年来，随着生物电子技术、超微量测定及各种组学等新技术的广泛应用，生理学研究日益趋于微观深入的网络式系统研究。生理学是一门经典的实验性科学，与生物化学与分子生物学、细胞生物学、生物物理学等二级学科密切交叉渗透，其中人体生理学是医学的重要基础学科之一。

  10．神经生物学：是研究神经系统的结构、功能、发育及病理规律的学科。神经系统是生物体内最复杂的系统，揭示神经系统活动规律、探寻神经系统疾病防治手段是当今自然科学的重大挑战。近年神经生物学研究不断扩展和深入，从传统的感知、运动控制、认知、神经精神疾病等问题，到语言、情感、意识、社会行为等方面都有涉及，成为近年生物学研究中最具挑战性和最激动人心的研究领域之一。神经生物学与动物学、细胞生物学、发育生物学、生理学、遗传学、生物物理学等二级学科联系密切。

  11．生物物理学：是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，主要通过研究生物的物理特性及物质在生命活动过程中表现的物理特性来探索生命现象本质及其规律。生物物理学研究内容覆盖从分子、生物个体到生态系统的各个层次，与生物化学与分子生物学、细胞生物学、生理学、生物工程等密切交叉渗透，旨在阐明生命过程在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的定量运动和演化规律。生物物理学与生物化学、分子生物学、细胞生物学、生理学等二级学科联系密切。

  12．生物信息与计算生物学：是研究生物信息的采集、储存、检索和分析，进而揭示生物系统活动规律的学科。随着基因组测序及多组学等产生的海量生物信息，以及计算机科学技术和机器学习算法的迅猛发展，生物信息与计算生物学应运而出。它以生物大数据为研究对象，以计算机为主要研究工具，通过构建数据库和模型，研发算法和计算机软件，对大量而复杂的原始数据进行存储、管理、比较、分析，从中获取具有明确意义的生物信息，为揭示生命奥秘、疾病诊治等提供新线索和重要依据。生物信息与计算生物学与生物化学与分子生物学、遗传学、进化生物学等二级学科联系密切。

  13．干细胞生物学：是阐明干细胞干性维持、向其他类型细胞分化及已分化细胞重编程等基本规律，进而推动再生医学应用的新兴、前沿学科。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的未分化细胞，能够产生多种功能细胞，机体通过干细胞的分化实现生长、发育及组织细胞的更新及稳态。广义下干细胞包括胚胎干细胞、组织器官中的多能干细胞（例如造血干细胞、间充质干细胞）、以及各种祖细胞等。近年干细胞研究领域取得多项重要突破，体细胞重编程诱导多能干细胞、成体干细胞三维培养建立类器官技术，成功解决了相关临床应用的免疫排斥和医学伦理问题，为疾病治疗、组织器官再生修复、抗衰老等重大生命科学问题带来新的曙光。干细胞生物学与动物学、生物化学与分子生物学、细胞生物学、发育生物学等二级学科联系密切。

  14．进化生物学：是研究生命的本质、起源、演变规律和机制的经典学科。对于生命产生和演变的认识，进化论是目前整个生命科学中最具共识性和统领性的理论和思想。生物分类学和系统学是进化生物学的重要基础。进化生物学包括宏观进化和微观进化：宏观进化是长时间尺度、纲或目以上的进化改变；微观进化是相对短时间尺度在某一物种种内群体间或近源种间差异形成的进化过程。随着生物技术的革命性进展，进化生物学研究已全面进入了组学时代。又因生物信息与计算生物学的发展，进化生物学研究成为理论研究、数学建模、计算分析和实验研究有机结合的典范。近年来，进化生物学的理论、原理、思路和方法已经渗入到生理学、发育生物学、神经生物学等二级学科。也为地球科学、环境科学、医学等学科的发展提供重要理论指导和技术推动。

  （四）培养目标

  1．硕士学位：具备较强的思想政治素养。对从事的研究方向及相关学科知识体系有广泛了解，相关知识包括动物学、植物学、微生物学、生物化学与分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生理学、生态学、遗传与演化等核心生物学内容及数学、物理学和化学等其他相关学科的基本理论知识。对所从事研究领域有比较系统的了解。熟悉相关学科的文献，并掌握其主要进展。有能力获得在该学科特定领域开展工作所需的背景知识和基本技能。能够在社会不同部门承担与生命科学相关的研发与管理工作。

  2．博士学位： 具备较强的思想政治素养。对从事的研究方向及相关学科有广泛而系统的知识体系，并理解这些体系的核心概念。相关知识体系包括动物学、植物学、微生物学、生物化学与分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生理学、生态学、遗传与演化等核心生物学内容及数学、物理学和化学等其他相关学科的基本理论知识。对所从事研究领域的历史与现状有全面系统的掌握。熟悉特定生物学科的文献，随时掌握其主要进展。有能力获得在该学科特定领域开展探索性研究所需要的背景知识和基本技能。能够在社会不同部门，特别是在生命科学相关的教学、研究和应用开发部门独立承担开拓性的工作。

  （五）相关学科

  生物工程、生态学、数学、物理学、化学、哲学、心理学、考古学、海洋科学、系统科学、统计学、仪器科学与技术、计算机科学与技术、化学工程与技术、农业工程、林业工程、生物医学工程、食品科学与工程、生物工程、作物学、园艺学、农业资源与环境、植物保护、畜牧学、兽医学、林学、水产、草学、基础医学、临床医学、口腔医学、公共卫生与预防医学、中医学、中西医结合、药学、中药学、管理科学与工程、农林经济管理、设计学。