生物数学第一章
八年级上册生物第一章知识点总结

八年级上册生物第一章知识点总结八年级上册生物第一章知识一、软体动物和节肢动物一、软体动物1、常见的软体动物有:河蚌、扇贝、文蛤、益盛、蜗牛、乌贼。
2、软体动物代表动物:河蚌3、河蚌的生活环境:江、河、湖泊等淡水环境中。
4、外套膜:保护河蚌柔软的身体,并且分泌物质形成贝壳。
具有外套膜和贝壳是双壳类动物。
5、运动器官:足6、呼吸器官:鳃7、软体动物的主要特征:柔软的身体表面有外套膜,大多具有贝壳;运动器官是足二、节肢动物1、节肢动物代表动物:蝗虫2、昆虫是节肢动物动物中种类最多的一类动物。
3、蜘蛛不属于昆虫类。
4、蝗虫的身体分为头部、胸部、腹部。
头部负责感觉和摄食,胸部是运动的中心。
5、呼吸:腹部的气门6、外骨骼:(1)保护身体,(2)防止体内水分蒸发的作用。
7、节肢动物的主要特征:体表有坚韧的外骨骼;身体和附肢都分节。
8、节肢动物与人类的关系:(1)、提供食物(2)传粉(3)药用价值二、鱼1、体内有脊柱的是脊椎动物,体内没有脊柱的是无脊柱动物。
2、四大家鱼:“青草鲢鳙”3、鱼能生活在水中:一是靠游泳来获取食物和防御敌害;二是能在水中呼吸。
4、鱼适于游泳的结构特点(1)体形:流线型,可以减少游泳时水的阻力。
(2)体色:上深下浅,是一种保护色,不易被敌害发现。
(3)体表:身体表面覆盖有鳞片,保护身体,表面有黏液,减少水的阻力。
(4)侧线:感知水流,测定方向(5)呼吸器官:鳃鳃盖下面是鳃,鳃由既多又细的�w丝构成,�w丝中密布有丰富的毛细血管,所以呈鲜红色。
(6)鱼的口与鳃盖后缘是交替张合的,主要用于呼吸.(7)运动:通过尾部和躯干部的摆动以及鳍的协调作用游泳。
5、鱼的主要特征:生活在水中,体表有鳞片覆盖,用鳃呼吸,通过尾部和躯干部的摆动以及鳍的协调作用游泳。
三、鸟类一、并不是所有的鸟都能飞行,比如鸵鸟,企鹅就不会飞行。
二、家鸽适于飞行生活的形态结构和生理特点1、身体呈流线型,减小飞行时空气的阻力。
2、家鸽的前肢变成翼,翼上生长有大型的正羽,翼是飞行器官,3、颈较长:转动灵活,伸缩自如,可弥补前肢的不足。
八年级生物第一章知识点

八年级生物第一章知识点生物学是研究生命存在及其相关现象的科学,人的身体是一种复杂的有机体,了解人的生命及其相关现象是生物学的一个分支——人体生物学的研究对象。
八年级生物第一章主要涉及人体的基本概念和人体细胞。
下面将对该章的知识点进行详细介绍。
一、人体的基本概念1. 细胞人体是由无数的细胞组成的。
细胞是一种基本生物单元,是组成生物体的最小单位。
细胞包含细胞核、细胞质和细胞膜三大部分,其中细胞核是细胞最重要的计划和控制中心。
2. 组织组织是由同种或类似细胞按一定方式排列而成的具有特殊功能的结构。
常见的组织有上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织等。
3. 器官器官是由不同种类的细胞和组织结合而成的一些具有特定功能的结构,如人体的心脏、肺、肝、肾等。
4. 系统系统是由多个器官协同工作形成的一些特定功能的集合体。
如人体的呼吸系统、消化系统和循环系统等。
二、人体细胞人体细胞是组成人体的基本单位,它在构造、组成、结构上是相似的,但在形态、大小、功能上又具有多样性。
1. 细胞膜细胞膜是细胞的外包层,它由脂类、蛋白质和少量碳水化合物组成。
细胞膜的主要功能是维持细胞的形态,控制物质的进出和信息的传递。
2. 细胞质细胞质是细胞膜与细胞核之间的一层胶状物质,包含着多种细胞器。
细胞质的主要功能是维持细胞内环境和参与细胞的代谢活动。
3. 细胞器细胞器是细胞内的各种结构,它们各自担负着不同的功能。
常见的细胞器有线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体和核糖体等。
4. 细胞核细胞核是细胞内最重要的部分之一,它是细胞内的遗传信息贮存和指令中心。
细胞核内含有DNA,可以控制细胞的分裂和形态变化,从而影响整个生物体的发育和运动。
总之,在学习生物学的过程中,了解人体的基本概念和人体细胞是必不可少的,只有对这些基础知识有充分的掌握,才能更好地理解和应用后续的知识。
人教版八年级上册生物第一章知识点

人教版八年级上册生物第一章知识点1.1 生命活动的特征生命活动具有以下几个特征:1.细胞是生命的最基本单位;2.明显的组织结构;3.能够进行新陈代谢;4.具有遗传信息;5.能够响应外界刺激。
1.2 生物分类生物分类是将生物按照一定的规律进行分类,目的是为了更好地了解生物的特点和亲缘关系。
生物分类的主要方法是分类树和分类表。
生物分类的基本单位是种(species),而种是由不同个体组成的群体。
在分类树和分类表中,物种按照不同的特征进行归类。
不同物种之间的亲缘关系越近,则分类越近。
1.3 生物的多样性与分布生物的多样性指的是地球上所有生命形式和它们之间的差异和特征。
生物的分布受到地理和环境因素的影响,而导致生物在不同的地区具有不同的类型和生态系统。
生物分布的分类分为:1.大陆性生物和海洋生物2.热带、温带和寒带生物3.陆生和水生生物1.4 生态系统生态系统指的是生物与环境之间的相互作用系统。
生态系统包括两个组成要素:生物成分和非生物成分。
生态系统按照规模大小和生物种类的不同,可以分为以下几类:1.生物群落2.生态位3.地球生物圈1.5 生态恢复生态恢复是指因为人类活动而破坏的生态环境和生态系统,通过人类努力和各种手段,恢复其生态功能和生存条件,从而达到生态平衡,减轻环境压力。
生态恢复的主要方法包括:1.生态系统修复2.种间竞争控制3.人工常规管理和修剪1.6 生态文明生态文明是指通过增强人对生态环境的保护意识和责任心,发展可持续性社会,实现人类和自然生态系统共同和谐的理念。
实现生态文明的主要方法包括:1.推广绿色经济2.发展清洁能源3.加强生态系统保护和重构工作通过生物学的学习,可以更好地认识和理解自然界的生态系统,并在日常生活中发挥积极的作用,为生态环境的保护和恢复做出贡献。
生物必修一第一章知识点总结

生物必修一第一章知识点总结第一章细胞的结构与功能一、细胞的发现1. 17世纪,荷兰微观解剖学家安东尼·范•李文霍克首次发明了显微镜,使人们可以看到微小的细胞。
2. 1838年马提斯·舒莱登提出“所有植物都是由细胞组成的”的细胞理论。
3. 1839年西奥多·施万发表了“所有动物都是由细胞组成的”。
4. 此后人们逐渐相信所有生命都由细胞构成。
二、细胞的基本结构1. 细胞膜:包裹细胞的薄膜,控制物质的进出。
2. 细胞质:细胞膜内的液体,包含各种细胞器。
3. 细胞核:细胞内的控制中心,负责遗传信息的保存和传递。
4. 粗面内质网:合成蛋白质的地方。
5. 滑面内质网:合成脂类和糖类。
6. 原生质体:细胞质中的含液泡、草酸盐晶体、糖原粒、脂褐质等物质。
7. 溶酶体:消化细胞内产生的废弃物和损坏的细胞器。
8. 叶绿体:植物细胞中负责光合作用的器官,可以制造出氧气和葡萄糖。
9. 纤维素壁:植物细胞外的一层坚硬的壁,可以保护细胞和维持细胞的形状。
三、细胞的功能1. 新陈代谢:包括有机物的合成代谢和无机物的分解代谢,是细胞生命活动的基础。
2. 生物酶:是生物体内存在的一类催化作用分子,是调节新陈代谢过程的主要机构。
3. 分裂:细胞的繁殖方式,分为有丝分裂和无丝分裂两种。
4. 反应:细胞会对周围环境做出反应,包括化学变化和运动等。
5. 调节:细胞内部各种功能的协调和平衡。
四、细胞的能量转化1. 葡萄糖的分解:通过糖解作用将葡萄糖分解成较少的能量并使发生大量化学反应。
2. 呼吸作用:将食物中的能量储存成一种细胞利用的化合物。
五、细胞的遗传物质特点1. DNA分子:存在于细胞核内的大分子,负责遗传信息的保存和传递。
2. RNA分子:帮助DNA复制和传递信息,也可以作为编码传递信息。
3. 基因:是形成有机体某种或某些特有的性状的遗传信息的小部分。
4. 细胞分化:通过基因的不同表达,使细胞在形态和功能上发生差异化。
生物必修一第一章知识框架

生物必修一第一章知识框架
生物必修一的第一章主要介绍了生物的起源和发展,包括生物的组成、结构和功能。
知识框架主要包括以下几个方面:
1. 生物的起源和发展,介绍了生物的起源和演化理论,包括生命的起源、原核生物和真核生物的演化过程等内容。
2. 细胞的结构和功能,介绍了细胞的基本结构,包括细胞膜、细胞质、细胞核等组成部分,以及细胞的基本功能,如营养摄取、代谢、生长和繁殖等。
3. 细胞的代谢,介绍了细胞的代谢过程,包括新陈代谢和能量代谢,以及与代谢相关的物质的转化和能量的释放等内容。
4. 细胞的遗传物质,介绍了DNA和RNA的结构与功能,包括遗传物质的复制、转录和翻译等过程,以及基因的表达调控等内容。
5. 细胞的分化与分裂,介绍了细胞的分化过程,包括干细胞和多能细胞的特点,以及细胞的分裂方式和调控机制等内容。
以上是生物必修一第一章知识框架的主要内容,通过学习这些知识,可以帮助我们更好地理解生物的基本原理和规律,为后续的学习打下坚实的基础。
洋葱数学八年级上册生物

洋葱数学八年级上册生物第一章—各种环境中的动物(一)鱼一.鱼适于水中生活的特点1、靠游泳来获取食物和防御敌害2、能在水中呼吸二.游泳1.鳍是鱼的运动器官:鳍分为胸鳍、腹鳍、背鳍、臀鳍和尾鳍。
2.鳍的作用:(1)胸鳍:平衡,转换方向。
(2)腹鳍:平衡,防止左右摇摆。
(3)背鳍:平衡,防止鱼体侧翻。
(4)臀鳍:平衡,防止倾斜摇摆,还可以协调游泳。
(5)尾鳍:产生前进的动力,决定运动的方向。
3.鱼鳍在游泳中的作用:鱼游泳时,主要靠身体躯干部和尾鳍的左右摆动击动水流产生前进的动力,其他鱼鳍起辅助作用。
鱼在运动时,胸鳍、腹鳍和背鳍都有维持鱼体的平衡的作用,尾鳍有决定鱼运动方向的作用。
4.鳔:鳔内充满气体,能够调节身体的比重,在鳍的协调作用下,使鱼能够在不同的水层停留。
三.呼吸1.鳃是鱼的呼吸器官:鳃由鳃丝、鳃耙和鳃弓组成。
主要部分是鳃丝,鳃丝里密布毛细血管,因此鳃是鲜红色的。
2.鱼鳃的作用(1)水由鱼的口流入鳃,然后由鳃盖后缘流出。
(2)水中溶解的氧气进入鳃丝的血管中,而二氧化碳由鳃丝排放到水中,所以鳃流出的水流与由口流入的水流相比,氧气的含量减少,二氧化碳的含量增高。
(3)鳃鲜红,内含有丰富的血管,并且每一片鳃由多又细的鳃丝构成。
(4)当鱼离开水时,鳃丝由相互黏结在一起几片鳃相互覆盖,减少了与空气接触的表面积,并且容易干燥,这样鱼不能从空气中得到足够的氧气,就会窒息而死亡。
四.外部形态结构1、具有保护色(身体的背面深灰黑色,腹面白色),常常被有鳞片。
2、体形呈流线型,鱼体表面有粘液,可以减少阻力。
3、侧线,有感知水流和测定方向的作用。
五.鱼类的特征1、体表常常被有鳞片;2、用鳃呼吸;3、通过尾部摆动和鳍的协调作用游泳,从而获取食物和防御敌害;4、终生生活在水中(二)陆地生活的动物一.陆地生活的动物栖息环境1.地下穴居2.地表生活3.空中飞行二.陆地环境与水生环境的不同:1、气候干燥—保水的结构2、缺少浮力—支撑的结构3、气态氧—专门的呼吸器官4、环境复杂多变—感觉器官和神经系统发达三、陆地生活的动物对环境的适应1、体表有防止水分散失的结构,如鳞片或甲。
五年级数学上册1--2单元知识点梳理
第一章生物与环境1.自然界里某一区域的生物形成一个平衡和谐的整体,叫做生物群落,如果一部分遭到破坏,整个生态系统就失去平衡,生物之间像链环一样的食物关系叫:食物链,同一种植物会被不同不同的动物吃掉,同一种动物也可以吃多种食物,生物之间这种复杂的食物关系形成了一个网状结构叫做食物网。
食物链通常从植物开始,到凶猛的肉食动物终止。
这种关系中直接或间接消费别人制造的食物的生物叫:消费者2.生物之间是相互制约,相互依赖和相互影响的3.蚯蚓喜欢生活在:黑暗、潮湿的环境里。
4.小草瓢虫蚜虫是生产的是:小草5.种子发芽实验必须要的三个条件是:适宜的温度,充足的水分,足够的氧气,种子萌发可以不需要阳光,但是种子生长必须要阳光。
农民伯伯种菜搭建大棚,这是为了控制植物生长所需的温度6.苹果树不宜在热带地区栽种,柑橘不宜在北方栽种,这里起制约作用的主要是温度。
香蕉是阔叶生长在雨林。
仙人掌是刺叶生长在沙漠,松树是针叶生长在山地。
7.制作生态瓶时,放入的生物要保持生物数量和其生活环境平衡。
增加植物,可以为生态瓶提供更多的氧气8.植物的生长需要一定的环境,当环境变化时他们会努力适应环境的变化,生物和环境是相互影响的。
9.做绿豆种子发芽的对比实验时,对比组与实验组至少用2粒种子,最好是20粒种子。
问答题:1.草原上生活着原狐,猫头鹰,蛇,兔子,田鼠,鸟,青蛙,蜘蛛,蚱蜢,草,庄稼等生物写出三条不同的食物链草蚱蜢鸟田鼠猫头鹰庄稼田鼠猫头鹰原狐庄稼田鼠蛇猫头鹰原狐2.草原上生活着鼠野兔鹰几种动物,他们能组成几条食物链草鼠鹰草野兔鹰第二章光1.像电灯这样可以自己发光的物体叫:光源,光是以直线的形式传播,光传播的速度是每秒约30万千米。
太阳离地球约1.5亿千米,从太阳发出的光达到地球约8分钟,太阳光在没有碰到任何物体前总是沿直线传播的。
皮影戏和手影都是利用了光的直线传播。
光弱时瞳孔放大,光强时瞳孔收缩。
2.把红色、黑色、白色三个相同的纸筒放在阳光下,温度上升最快的是:黑色,冬天人们喜欢穿浅色的衣服,夏天人们喜欢穿深色的衣服,这说明阳光带着热量,物体的颜色对于吸收阳光起着一定的作用。
八年级上册生物第一章知识点
八年级上册生物第一章知识点一、细胞的基本结构与功能1. 细胞的定义:细胞是生命的基本单位,所有生物体都是由一个或多个细胞组成的。
2. 细胞的结构:- 细胞膜:控制物质进出,保护细胞内部结构。
- 细胞核:包含遗传物质DNA,控制细胞的生长和分裂。
- 细胞质:包含各种细胞器,是进行生命活动的场所。
- 线粒体:细胞的能量工厂,进行呼吸作用。
- 内质网:参与蛋白质的合成和加工。
- 高尔基体:对蛋白质进行后期加工和分泌。
- 溶酶体:含有酶,分解废物和细胞内的有害物质。
- 植物细胞特有的结构:细胞壁、叶绿体和大液泡。
3. 细胞的功能:- 保护和支持:细胞膜和细胞壁提供保护。
- 遗传信息的传递:细胞核控制遗传信息。
- 能量的产生:线粒体通过呼吸作用产生能量。
- 物质的合成与分解:内质网、高尔基体和溶酶体参与物质的合成与分解。
- 光合作用:植物细胞中的叶绿体进行光合作用,制造有机物。
二、细胞的分裂与生长1. 细胞分裂的概念:细胞分裂是一个细胞变成两个细胞的过程,包括有丝分裂和无丝分裂。
2. 有丝分裂的过程:- 前期:染色体凝聚,形成可见的染色体。
- 中期:染色体排列在细胞中央。
- 后期:染色体分离,移向细胞两极。
- 末期:细胞质分裂,形成两个新的细胞。
3. 细胞生长的概念:细胞生长是细胞体积增大的过程,通过合成新的细胞器和细胞物质实现。
4. 细胞分化:细胞分化是细胞分裂后,新细胞逐渐发展出特定形态和功能的过程。
三、生物的遗传与变异1. 遗传的概念:遗传是生物体将其特征传递给后代的过程。
2. 遗传物质:- DNA是主要的遗传物质,由四种碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、鳞氨酸)组成。
- 基因是DNA上的一段特定序列,控制生物体的特定性状。
3. 变异的概念:变异是生物体遗传信息发生改变的过程,包括基因突变和染色体变异。
4. 遗传与环境:生物体的性状不仅受遗传信息的影响,也受环境因素的影响。
四、生物的适应性1. 适应性的概念:适应性是生物体为了在特定环境中生存和繁衍后代而发展出的特征。
第1讲 生物数学建模简介
二、数学建模的一般方法和步骤
机理分析法:根据对现实对象特性的认识,分析其因果关系 ,找出反映内部机理的规律,所建立的模型常有明确的 物理或现实意义。 测试分析法:将研究对象视为一个“黑箱”系统,内部机理 无法直接寻求,通过测量系统的输入输出数据,并以此 为基础运用统计分析方法,按照事先确定的准则在某一 类模型中选出一个数据拟合得最好的模型。 测试分析方 法也叫做系统辩识。 将这两种方法结合起来使用,即用机理分析方法建立模型的 结构,用系统测试方法来确定模型的参数,也是常用的 建模方法。
了解程度和建模目的来 决定。机理分析法建模 的具体步骤大致可见右 图。
用实际问题的实测数据等 来检验该数学模型
不符合实际 符合实际
交付使用,从而可产生 经济、社会效益
建模过程示意图
三、数学模型的分类
应用领域: 人口、生理、经济、生态 …
初等模型、几何模型、优化模型、微分方程 数学方法: 模型、图论模型、逻辑模型、统计模型等
r
t P0
t=r
f (t r )e 0
( s ) ds
r
Байду номын сангаас
f
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其他:
人口指数
rm 0
– 人口总数
平均年龄
平均寿命
N (t ) p(r , t )dr
rm 1 R(t ) rp (r , t )dr 0 N (t ) ( s ) ds s (t ) e d t R(t ) (t ) S (t )
数学建模的一般过程
形成问题: 了解实际背景 明确建模目的 形成一个比较 清晰的‘问题’
搜集有关信息
假设与简化:
掌握对象特征
八年级生物上第一章知识点
八年级生物上第一章知识点生物学是一门研究生命的科学,而生物学中的第一章主要介绍了细胞的基本概念和结构。
在这一章中,我们学习了细胞的分类、结构、功能以及重要性。
本文将对八年级生物上第一章所涉及的知识点进行详细介绍。
1. 细胞的分类根据生物学家的分类方法,细胞可以分为两类:原核细胞和真核细胞。
原核细胞是指没有核膜的细胞,一般为细菌等单细胞生物。
真核细胞则是指有核膜的细胞,这类细胞包括人、动物、植物等。
2. 细胞的结构细胞的结构可以分为三个主要部分:细胞质、细胞核和细胞膜。
细胞质是细胞内部的液体和固体物质,细胞核是存储遗传信息的核心部分,细胞膜则是细胞的外部包裹物,类似于一层“皮肤”。
3. 细胞膜的重要性细胞膜是细胞最重要的组成部分之一。
细胞膜可以控制物质的进出,并维持细胞内外环境的稳定性。
此外,细胞膜还可以通过受体与其它细胞或物质发生交流。
4. 细胞的功能不同的细胞具有不同的功能。
例如,肌肉细胞负责收缩、神经细胞则负责传递信息。
叶绿体则是负责光合作用的重要细胞器,可以将太阳能转化为化学能,为植物生长提供能源。
5. 细胞的生命周期所有细胞都具有生命周期。
在生命周期中,细胞会经历一系列变化,包括分裂、增殖、分化等。
在这些过程中,细胞会不断地进行代谢活动,从而维持其正常运行。
6. 细胞的重要性细胞是生命的基本单位,所有生物都由一个或多个细胞组成。
在细胞内,化学反应和代谢活动不断进行,细胞也因此不断变化和演化。
细胞对生命的重要性无法被替代,不仅对人类的认识有着重要意义,也为我们探索宏观世界的奥秘提供了基础。
7. 其他相关知识点在学习细胞的过程中,我们还应该了解其它相关知识点。
例如,基因、DNA、RNA等都是生命体中重要的分子,有助于我们理解细胞的生命活动。
此外,细胞分裂、癌症等也是细胞学领域值得我们学习和研究的课题。
总之,细胞是生物学中的重要概念,掌握了细胞的基本特点和结构,有助于我们更好地理解生命的本质。
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第一章 概 论第一节 学 科 界 说生物数学(biomathematics)是一门介于生物学与数学之间的边缘学科。
这门学科以数学方法研究和解决生物学问题,并对与生物学有关的数学方法进行理论研究。
它的分支学科较多,从生物学的应用去划分,有数量分类学、数量遗传学、数量生态学、数量生理学和生物力学等。
这些分支是数学与生物学不同领域相结合的产物,在生物学中有明确的研究范围。
从研究使用的数学方法划分,生物数学又可分为生物统计学、生物信息论、生物系统论、生物控制论和生物方程等分支。
这些分支与前者不同,它们没有明确的生物研究对象,只研究那些涉及生物学应用有关的数学方法和理论。
生物数学按照生物学和数学这两个方面去理解,可以从下面的图示获得形象的表示:生物学数 学这里把生物学的分支领域看作一个集合,数学的不同分支领域视作另一个集合,生物数学就是这两个集合导出的乘积空间。
因而生物数学的分支内容十分丰富。
生物数学具有完善的数学理论基础,包括集合论、概率论、统计数学、随机过程、对策论、微积分,微分方程、线性代数、矩阵论和拓扑学,还包括一些近代数学分支,如信息论、图论、控制论、系统论和模糊数学等。
由于生命现象复杂,从生物学中提出的数学问题往往十分复杂,需要进行大量的计算工作。
因此,计算机是生物数学产生和发展的基础,是研究和解决生物学问题的重要工具。
90年代以来,计算机技术的进一步发展,生物学的应用又把数学模型的定量分析与电脑的信息处理技术紧密结合在一起, 计算机在生物数学中日益重要。
然而,不论数学内容多么丰富,计算机的地位多么重要, 就整个学科的内容而论,生物数学需要解决和研究的本质方面是生物学问题,数学和计算机×仅仅是解决问题的工具和手段。
因此生物数学与其他生物边缘学科一样,通常被归属于生物学而不属于数学。
1974年联合国教科文组织编制的学科分类目录,已明确地将生物数学归入生命科学类,与生物化学、生物物理学等生物分支学科并列在一起。
由此看来,学科归属于生物学的认识已得到公认。
认识学科归属的同时还应该认识生物数学与许多学科的复杂联系,学科归属的明确并不排除它的分支领域与其他学科的复杂联系以及学科界限上的模糊不清。
这里首先要提出的是生物物理学和生物数学,这两门十分相近的边缘学科,不仅在发展的历史上相互影响,而且学科的内容相互渗透,关系十分密切。
某些分支如生物控制论、生物力学、量子生物学和生物热力学成为这两个学科交叉重叠的领域。
另一方面我们还应看到许多其他的观点,数学家常常把生物数学列入应用数学范畴,有些理论生物学家又把生物数学视作理论生物学的一个分支,也有的学者认为所谓理论生物学,其实就是生物数学。
把整个生物数学区分为数学生物学(mathematical biology)和生物数学(biomathematics)两个方面,也是部分学者的观点。
对分支学科应包括的范围认识不一致,众说纷纭、莫衷一是。
上述学科界限上的模糊不清和名词概念上的混乱,都说明生物数学还是一门初见雏形,正处于发展形成中的新学科。
90年代以来,计算机信息处理技术的飞速发展,生命科学中建立数学模型的定量分析工作与其前期的生物信息处理工作结合在一起,把生物数学的应用又提高到一个新的阶段。
对生物数学这门尚未发展到成熟而定型的学科又面临着概念认识上的巨大冲击。
在数量分类学中出现了生物信息工程的内容;在分子水平上的遗传学与分类系统学的研究,庞大的DNA数据库,蛋白质数据库与各种定量分析软件结合为生物数学的应用开拓出一片新的领域;生态学的研究把遥感技术、图像识别技术、地理信息系统与建立数学模型结合在一起,由此生态学家提出了信息生态学的名称;起步于布尔代数的神经生理数学模型与人功智能研究相结合发展成为研究具有思维能力的巨型计算机技术。
所有这些学术发展的新动态都说明,在计算机技术飞速进步的推动下,生物数学向着新的方向发展,正在演化成为由生物学、数学和计算机学三门学科相结合的边缘学科。
以计算机为基础,生物数学与生物信息处理相结合引导我们对数学,这个最基本的学科概念将赋予新的认识,应生物学的需要,数学的概念也须要扩充。
如果按照它的本质结构去认识,新的数学结构可以表示成从一个一般的集合到一个信息集合的转换:(1.1)所谓数学,就是研究从一般集合到信息集合转换的理论、方法以及实现这种转换的运算过程。
这就是我们对数学学科扩充以后的认识。
在此集合A如果指实(复)数集合,信息集合B仅仅指一个实(复)数值,这就又回到传统数学中一般集合函数上去了。
集合限制的放宽,将改变对数学概念的认识。
在新的概念下,生物数学的范围和内容又将面临巨大变化。
第二节发展历史了解生物数学产生和发展的历史,要追溯到19世纪末20世纪初,最早是统计数学在生物学中的应用。
1901年英国著名统计学家Pearson创办了《生物统计学杂志》(Biometrika),它标志着生物数学发展的起点。
生命现象的多次重复和大量出现,随机性的特点迫切要求概率统计数学方法,容易理解生物数学发展的萌芽阶段以生物统计学为基础。
在这一阶段生物数学的工作局限于对生命现象作静止的,定量的简单描述,研究的数学手段仅仅是统计学,几何学和一些初等的解析方法。
从当时的《生物统计学杂志》,可以看到许多这方面的研究成果,D’A. W. Thompson 对这一阶段的研究成果作了总结,写出一部巨著《论生长与形式》,它可以看作生物数学萌芽阶段的代表作。
在这本书里提出了许多古典的生物数学问题,直到今天仍然引起某些学者的关注,进行讨论和研究。
20世纪20年代以后,生物物理学的发展促进了数学向生物学进一步渗透。
数学在生物学中的应用不再局限于静止的、孤立的描述生命现象,开始分析生命现象复杂的过程,并探索其规律性。
人们应用各种数学工具,建立起各种各样的数学模型模拟各种生命过程。
数学物理方法把许多微分方程模型带进生物学领域,生物数学的发展进入第二阶段。
这一阶段的特征是生物物理带动生物数学发展。
学术带头人首推生物物理学家拉舍夫斯基(N. Rashevsky)和生态学家洛特卡(A. J. Lotka)。
拉舍夫斯基在生物物理学学术上的成就形成了自己的学派,在他的主持下1939年创办了《数学生物物理学通报》(Bulletin of Mathematical Biophysics),该杂志促进了生物物理学的发展。
洛特卡以提出著名的Lotka-Volterra捕食与被捕食生态数学模型而出名,1952年发表了他的专著《物理生物学原理》(Elements of Physical Biology),这本专著是数量生态学早期的经典著作。
1956年这本书再版时改名为《数学生物学原理》(Elements of Mathematical Biology)。
有趣的是拉舍夫斯基也于1972年把他创办的杂志改名为《数学生物学通报》(Bulletin of Mathematical Biology)。
这两个学术刊物的改名再一次说明生物物理导致生物数学发展的事实。
在生命现象的研究中,人们最初把复杂的生命物质运动归结为简单的物理学和化学运动,利用比较成熟的物理学和化学知识总结生命现象的规律性。
许多生物物理学的先驱者,把物理方法引进到生物学,却未料到获得的结果竟是生物数学的发展、这个事实重演了过去物理学及其他自然科学发展导致数学发展的历史。
这本是不足为奇的,因为数学是一切自然科学的基础,数学本身就是从其他学科的实践中不断发展、丰富和抽象出来的。
这种关系,物理学与数学之间表现得尤其明显。
物理学的基本理论,从牛顿力学原理开始,有热力学原理、电动力学原理、量子力学原理、爱因斯坦的相对论直到今天基本粒子理论。
物理学对客观世界认识得愈深刻,它所涉及的数学就愈多。
近代物理学的原理也开始向生物学渗透,出现了生物热力学、量子生物学。
从物理学的观点对生命现象揭示得愈深刻,所涉及的数学也愈多,生物数学终于成为研究生物学不可缺少的工具。
20世纪40年代末电子计算机的发明和普及应用,让生物数学的发展进入又一个新的时期。
由于生命现象非常复杂,给生物数学带来大量运算,只有利用电子计算机,一些生物数学问题的求解才成为可能,当今几乎所有的生物数学应用工作都必须通过计算机才能实现。
在数学方面,由于计算机的发明,产生许多新的数学分支,数学工具借助电子计算机获得飞速发展,并广泛应用于生物学。
计算机成为发展生物数学的基础。
在此基础上许多生物数学的分支学科,如数量分类学、生物控制论、生物信息论等在20世纪50年代以后如雨后春笋般相继产生,并得到发展。
随着计算机技术的发展和它的普及应用,以此为后盾的生物数学如虎添翼飞速发展,到了20世纪70年代,俨然以一个独立的学科立于科学之林。
生物数学作为独立学科的标志之一是具有完整的数学理论基础。
发展到此时的生物数学已经把数学学科的绝大部分内容置于自己的理论基础之中,从古典的初等数学到近代数学,从抽象数学到应用数学。
应该说像统计学这样一些分支领域,实际上是在生物学的应用中才建立和完善了自己的数学理论体系。
20世纪的近代数学发展都与生物学的应用有联系,模糊数学是其中一例。
1965年模糊理论一问世,很快被应用于生物学,直到今天模糊数学尚被部分数学家怀疑和排拒之时,是由于模糊理论在生物学等方面的广泛应用而得到发展的现实,才能够在学术的激烈争辩之中确立并巩固自己的地位。
生物数学就是这样在广泛应用中建立和完善自己的理论体系,与此同时也推动了数学理论的发展。
生物数学作为独立学科的另一个标志是它的应用已经遍及生物学所有领域,微生物、动物、植物和古生物都有大量生物数学应用的记录,不同分支学科的应用已经又形成生物数学自己的分支学科,如数量分类学、数量遗传学等即是。
在许多与生物学有关的学科和生产实践中也得到广泛应用,如农业、林业、环境、医药等方面。
70年代以后,生物数学在诸多方面的应用产生显著的经济效益和社会效益。
除理论意义外,巨大的实际效益,促使人们关注生物数学的发展,这时科学研究和宣传教育机构开始设立生物数学或与之有关的项目内容。
所有上述情况都说明生物数学的发展已达到独立学科的水平,联合国教科文组织1974年颁布的学科目录把生物数学正式列为一门学科是有充分根据的。
20世纪90年代生物数学的发展进入与信息处理相结合的时代。
计算机作为一门技术或学科,是20世纪发展和进步最快的领域,以计算机为基础的生物数学在计算机发展的带动和影响下,也必然随之一起迅速发展。
生物数学发展前期仅仅利用计算机进行数值计算,当时的计算机也只能当作运算工具。
随着20世纪70年代计算机数据库技术的产生和发展,计算机不仅是一种运算工具,也成为了信息处理的最得力的工具。
20世纪90年代计算机技术在以下四个方面为生物信息处理创造了条件:①高性能微机的普及使用;②多媒体技术的产生;③计算机软件技术的提高;④计算机网络技术的推广使用。