自然历史和分类
从亚里士多德的动物目录通过中世纪的草本植物和第一个大学植物园,生物学两千年来的核心活动是细心的描述:命名,比较和编目活物,主要用于医学或农业用途,对连接它们的基本机制却知之甚少.
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并不是每个生物学工作——许多研究-技术员、实验室助理和实地调查角色都雇用只有学士或硕士学位的人。 但领导独立的研究项目,经营大学实验室,或在制药和生物技术研究中担任许多高级职位,几乎总是需要一名博士,因为证明一个人能够独自设计和捍卫原创研究的是证书。
这在很大程度上取决于角色。 学士学位(3-4年)足以供许多起职研究或外地职位. 成为独立的主要调查员,经营一个实验室通常需要更长的时间:大约4年的本科生学习,5至6年的博士生学习,在担任长期职务之前往往还要再进行几年的博士后研究。
医生直接诊断和治疗人类病人,使用以临床实践为重点的医学学位. 生物学家对生物系统——基因、细胞、生物体、生态系统——的研究往往不治疗病人,尽管生物医学研究人员经常与医生合作开发后来在诊所使用的药物、疫苗和诊断工具。
它因国家、部门和专业而大不相同。 在美国,2023年的生物科学家平均收入约为85,000美元,据劳工统计局统计,尽管高级生物技术工业科学家和制药高管的收入要高得多. 欧洲和亚洲大部分地区的学术工资往往低于美国工业可比资历的工资。
CRISPR-Cas9是一种基因编辑工具,从细菌免疫系统改编而来,通常会切割入侵病毒DNA. 詹妮弗·杜德纳和埃马纽埃尔·查彭蒂埃在2012年显示,它可以被重新编程,剪切任何机体中任何选定的DNA序列,使得精确的基因组编辑速度大大加快,而且比早期的方法更便宜——这项工作获得了2020年诺贝尔化学奖.
不太可能很快取代核心角色. AI已经加快了具体的任务——蛋白质-结构预测,图像分析,文献搜索,序列对齐——但设计了一个有意义的实验,解释生物背景中模棱两可的结果,用不可预测的活材料运行微妙的湿板或野外工作,仍然依赖于经过训练的人类判断,目前没有任何系统可以可靠地复制.
对于大多数人类历史来说,了解生物事物与农耕,医药和宗教是不可分割的——没有单独的"生命科学"归属. 改变的,逐渐的,然后非常迅速的,是一种方法的出现:系统观测,仔细比较,有控制的实验,以及最终读取和重写每个活物共享的分子代码的能力.
该专业真正的转折点并不是单一的eureka瞬间,而是一系列让生物学家提出更尖锐问题的工具:显微镜,标本采集,可控的交叉繁殖实验,X射线衍射图像,DNA测序仪. 每一个都暴露了早期生物学家只能猜测的一层生命.
亚里士多德的"动物史"(英語:Aristodle's History of Animals)是根据他自己在350 BCE左右的分解和观测所编译的,按照结构,行为和繁殖来描述大约500种动物物种,并以一种后来被公认为真正分类前身的自然学家的方式通过共有的特征来组织它们. 他的学生Theophrastus对在"调查进植物"(Enquiry into Plants)中的植物也做了同样的事情,两部作品一起,在欧洲近两千年中一直保持着最完整的生物学参考.
亚里士多德的"动物史"根据自己的分解描述大约500个物种,按照结构和行为将其组织成后来被公认为早期分类形式的自然主义者群体;他的学生Theophrastus对植物进行了平行的研究.
在他自己建造的显微镜下检查一只软骨,罗伯特·胡克看到细小的墙壁隔间,并在小房僧侣居住后称它们为"细胞",在他富有说明力的微图中发表了观察——生物学中首次记录了这个词的使用.
Carl Linnaeus's Systema Naturae为每个物种引入了一个标准化的两部分拉丁语名称,以及一个嵌入的等级体系——王国,阶级,秩序,流派,物种——取代了自然主义者之前使用的冗长,不一致的描述性名称,这个系统仍然基本没有改变.
在阿尔弗雷德·鲁塞尔·华莱士独立地给查尔斯·达尔文发了一份概述达尔文20年来一直未发表的相同理论的手稿之后,他们的作品于1858年7月在伦敦的林尼恩学会联合阅读;达尔文的"物种起源论"于1859年11月跟进.
经过八年的交叉培育,在他的布尔诺修道院花园里大约有28000棵豌豆植物,格雷戈尔·门德尔向当地自然历史学会提出了继承统计法;1866年发表在一本晦涩的区域期刊上,该作品34年来几乎无人阅读.
路易·巴斯德使用密封的天鹅颈瓶,允许空气进入,但不让空气中的尘埃和微生物进入,他表明,消毒的浓汤无限期地保持无菌状态,否定了生物自发由非生物物质产生的古老观念,为细菌理论奠定了基础.
根据在伦敦国王学院拍摄的X射线衍射图像——主要是罗莎琳德·富兰克林的照片51,由同事莫里斯·威尔金斯在不知情的情况下向詹姆斯·沃森展示——沃森和弗朗西斯·克里克提出了DNA的双螺旋结构;三篇关联论文于4月在"自然"中一同出现.
沿着一条加利福尼亚州高速公路,生物化学家凯里·穆利斯(Kary Mullis)想出了一种方法,利用反复加热和冷却循环,将选定的DNA范围成指数复制出来——Cetus公司开发的聚合酶链反应,将DNA微弱的痕迹转化为数量实验室实际上可以进行研究。
一个国际公共财团赛跑由Craig Venter的Celera基因组学公司牵头的私人努力,在13年的时间里基本上将整个人类基因组进行测序,公共成本约为27亿美元,2003年4月发表了一个基本完整的测序.
Jennifer Doudna)和Emmanuelle Charpentier(英语:Emmanuelle Charpentier)发表了证据,证明CRISPR-Cas9细菌免疫系统可以用单导RNA重新编程,切除任何选择的DNA序列,将细菌抗病毒防御转化为目前已经建成的最廉价和最快的基因编辑方法.
从亚里士多德的动物目录通过中世纪的草本植物和第一个大学植物园,生物学两千年来的核心活动是细心的描述:命名,比较和编目活物,主要用于医学或农业用途,对连接它们的基本机制却知之甚少.
改进后的显微镜揭示了一个肉眼看不见的细胞和微生物的隐藏世界,而林纳厄斯的二进制则给自然主义者一种共同的语言来组织新物种殖民远征队从世界各地带回的爆炸,将分类学置于今天仍然使用的基础.
达尔文和华莱士的自然选择给生物学提供了第一个物种变化的统一机制,即使孟德尔平行发现继承统计规则,在三半年里几乎完全无人注意,发表在一本杂志上,过于模糊,其他领域无法发现.
1900年门德尔的重新发现推出了现代遗传学;托马斯·亨特·摩根的果蝇实验将基因定位在染色体上,芭芭拉·麦克林托克发现了可以在它们内部移动的基因,经过1940年代的一系列实验将遗传的物理载体缩小到DNA本身,建立了1953年的结构突破.
DNA的结构已知后,生物学的引力中心转移到分子上:1970年代的重组DNA技术,1983年的PCR,2003年完成的人类基因组项目,以及2012年以后的CRISPR基因编辑,每个生物学家都让生物学家阅读和改写生命系统,其精度和速度稳步提高.
已不存在的邻近职业——被吸收、自动化或法规抹去。
没有大学职位的富余业余人士——神职人员,地主,退休军官——主宰了两个多世纪的自然历史,在皇家学会等社会发表文章,并用贝壳,化石和钉住的昆虫填充私人内阁. 从1800年代后期开始,大学各系和付费研究岗位将该领域专业化,关闭了一个从未需要正式培训的角色,只有休闲和好奇心.
年轻人阿尔弗雷德·鲁塞尔·华莱士(Alfred Russel Wallace)这样的自然主义者完全支持自己,他们收集了国外的异国标本,并将其出售给国内的博物馆,富有的私人收藏家和经销商——这是一种真正的贸易,每只鸟或甲虫都有自己的市场价格. 保护法、海关限制和有薪博物馆探险人员的兴起,逐渐关闭了自由采集,作为谋生的途径。
在药学和植物学分裂为独立的学科之前,经过多年训练的药草通过视觉,嗅觉和味道正确识别药用植物,因为误认的草药可以杀死病人而不是治愈它们. 19世纪的化学分析,标准化的剂量和正式的药剂许可用实验室验证的药物取代了这种植物识别工艺.
这一切都没有完成。 一个已经幸存下来的领域,失去了业余自然主义者的特性,看着它最重要的论文被忽略了34年,而且它最值得称道的发现依赖于在没有贡献者知识的情况下获得的证据,现在正在吸收AI驱动的蛋白质预测和自动化云层实验室,作为非常长的序列中的最新工具.
自从亚里士多德第一次坐下来描述500种动物以来, 一直没有改变, 这是工具下的基本学科: 仔细观察活物,诚实地描述实际存在的东西, 在相信它之前用更多的证据来检验这个想法。 每一个时代都改变了这种情况的发生方式;没有一个时代能够消除这种需要。
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