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观察需要有科学知识。如果没有必要的科学知识，就说不上科学的观察。譬如说，在显微镜下观察一张人的染色体的制片，如果观察者是一位毫无生物学知识的人，他除了看到密密麻麻的一团杆状的小东西以外，什么也看不出来。如果让一位训练有素的人类细胞遗传学家来看，他就可以用各种技术计算出染色体的数目，看到各染色体的形态。
但是另一方面，观察切不可为原有的知识所束缚。当原有的知识和观察到的事实发生矛盾时，只要观察的结果是客观的而不是主观揣测的，那就说明原有知识不完全或有错误，此时就应修正原有知识而不应囿于原有知识而“抹杀”事实。仍以人染色体为例：1907年细胞学家ronWinni—warter计算人的染色体数目，他所得结果是人的细胞有47个染色体，其中46个组成23对，另一个为“副”染色体(即现知的X染色体)。由于Winniwarter的权威，人们对他的计数深信不疑。1921年T．S．Painter用新的染色技术发现了存在于男人细胞中的Y染色体。因此他说，人共有48个染色体，女人是46+XX，男人是46+XY。他的结果在20世纪50年代以前被普遍接受。1954年，E．Hansen—Melander研究人的肝细胞，她计算的染色体数目却是46个。但是她不相信自己，以为自己观察力很差，看不到48个染色体，因而她中止了这项研究。50年代以后，徐道觉和其他科学家，改进了技术，对人的染色体数又做了核对，他们把人的分裂中期的染色体制片照成相片，然后把相片上的染色体一一剪下，逐对排列起来，制成染色体组型，这样就把一团杂乱的染色体理出了头绪。根据染色体组型，他们否定了Painter的计数结果，而确定人的染色体数是46个。
2、假说和实验
观察可以是在自然条件下的观察，也可以是在人为地干预、控制所研究对象的条件下进行的观察。后者称为实验。实验不仅意味着某种精确地操作，而且是一种思考的方式。要进行实验，首先必须对研究对象所表现出来的现象提出某种可能的解释。也就是提出某种设想或假说，然后设计实验来验证这个设想或假说。如果实验证明这个假说是正确的，那么这个假说就不再是假说，而是定律或学说了。
上一世纪，疟疾病猖獗，人们根据疟疾分布的情况而得出结论：低洼多水、气温较高的地带是烟瘴之区，易发疟疾。那么，为什么在这样的地带易发生疟疾呢?人们可以根据发病区的情况而设想：很可能污水是使人患疟的罪魁祸首，很可能污水蒸发产生毒气使人生病，等等。这就是根据经验规律而提出的疟疾病因的假说。如果这一假说是对的，即如果污水果真是疟疾的病因，那么可以推论，清除污水应能免除疟疾。于是人们根据这一推论清除污水。结果疟疾果然大大减少，在某些地区，疟疾竟全不发生。所以实验证明，这一假说是正确的，即污水引起疟疾。
有了这一结论之后，人们就要进一步追问：污水是如何引起疟病的呢?可以设想，如果污水是直接致病的，那么，人喝污水就应该发病。于是人们又根据这一推论做了实验。结果证明，饮污水并不发生疟疾。这一实验结果否定了污水直接引起疟疾的假说。
1878年法国医生Laveran在疟疾患者的血液中发现了细长如丝的微生物。他提出，这种微生物可能是疟疾的病原。这一假说和上述蚊子可能传播疟疾的假说联系起来，使英国军医Ross推想，如果上述两个假说是对的，吸了患者血液的蚊子，体内就应该带有这种微生物。于是Ross做了如下实验：他使蚊子吸一位疟疾患者的血，几天之后，把蚊子杀死，检查蚊子体内有无微生物。果然，他在蚊胃内找到了这种微生物，而且数目非常之大。可见这种微生物在蚊胃中已经繁殖。这一实验为蚊子是疟疾的传播者这一假说添加了重要的证据，但还不是最后的证明。如果用带有这种小生物的蚊子来感染健康的人而使健康的人患了疟疾，这个假说才能最后确定是正确的。
但是，疟疾是严重的疾病，Ross不愿在人身上做感染实验，于是他找了几只感染了疟疾的麻雀做试验。他让蚊子吸这些麻雀的血，然后每隔一定时间解剖一部分蚊胃，看有无这种小生物。他发现这种小生物不但存在于蚊胃中，并且在蚊胃中能够繁殖。他又让感染的蚊子去吸健康麻雀的血，经一定时间后，原来是健康的麻雀也发了疟疾，它们的血中也有了小的寄生物。通过这一实验可以得出结论：疟疾的病原是一种微生物，即疟原虫。疟原虫是通过蚊子吸血而传播的。后来，在志愿人员身上进一步试验，直接证明了疟原虫在人体的传播和在鸟体的传播一样，都是以蚊子为媒介的。至此，疟疾由蚊子来传播的假说得到最后的证实，这一假说就不再是假说，而转化成科学定理或学说了。
3、模型实验
如果由于种种原因，直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用模型代替研究对象来进行实验。常用的生物学模型实验有以下几种：
①用动物模型代替人体进行实验。例如，诱发豚鼠血脂增加，成为高血脂病人的模型。利用这个模型来筛选择血脂的药物，以及研究这种药物的作用机制等。
②用机械和电子模型对动物功能进行模拟实验。例如，研究了昆虫的复眼而模拟制造了复眼照相机。研究了蛙眼而研制出电子蛙眼，可感知运动着的物体，因而可跟踪飞机、导弹和人造卫星等。人工智能研究实际也是一种功能模拟。这些模型不仅可作为理解生物功能的模型，其本身也具有科学的和实用的价值。这正是新型学科——仿生学(bionics)的任务。
③用模型研究在时间上极为遥远的事件。1953年S．Miller在实验室内模拟40多亿年前的自然条件，证明了生命化学进化的过程在40多亿年以前是可能存在的。
④抽象模型。以上用以进行模拟实验的模型都是实物模型。现代自然科学常用语言、符号、数学方程、图表等手段来表示一个实体的内部功能。这种符号、数学方程、图表等也称为模型，即抽象模型。例如，1970年，专门研究全球问题的罗马俱乐部的J．W．Forrester等，根据他们对人口增长、工业发展、粮食增长、不可再生资源的消耗和污染环境的研究，用几十个相互联系的变数，组成了一个模型，人们可以借助计算机进行各种运算，一方面对模型进行检验，同时也可以对未来作出预测。
五、生物学的分科
生物学涉及的方面很广，因此它的分支学科也很多。早期的生物学主要是对自然的观察和描述，以及对动、植物种类的系统整理，所以最早建成的分支学科是分类学(taxonomy)和按生物类群或研究对象划分的学科，如植物学(botany)、动物学(zoology)、微生物学(microbiology)等。这些学科又可再划分为更细的学科，如藻类学(phycology)、原生动物学(protozoology)、昆虫学(entomology)、鱼类学(ichthyology)、鸟类学(ornithology)等。微生物不是一个自然类群，包括的种类甚为庞杂，可划分为病毒学(virology)、细菌学(bacteriology)、真菌学(mycology)等。此外，以化石为研究对象的古生物学(paleontology)也属于此类。
按结构、机能以及各种生命过程划分的学科有形态学(morphology)，如解剖学(anatomy)、
组织学(histology)、细胞学(cytology)等；生理学(physiology)，可进一步划分为细胞生理学、
生殖生理学等；遗传学(genetics)，可划分为种群遗传学、细胞遗传学、分子遗传学等；胚胎学(embryology)是研究生物个体发育的学科，现在吸收了分子生物学的成就，已发展成发育生物学(developmentalbiology)；生态学(ecology)，是研究生物与生物之间、生物与环境之间的关系的学科，也可扩大为环境生物学。
生物结构是多层次的，从不同层次研究生物学的学科有种群生物学(populationbiology)、细胞生物学(cellbiology)、分子生物学(molecularbiology)等。细胞生物学已经发展到分子的层
次，即分子细胞生物学。分子遗传学．(moleculargenetics)也是发展最快的学科之尸。
用物理学的、化学的以及数学的手段研究生命的分支学科或交*学科有生物化学(biochem—
istry)、生物物理学(biophysics)、生物数学(biomathematics)、仿生学等，这是20世纪以来发
展迅速，成就突出的学科。
以上所述只是生物学分科的主要格局，实际上，①分支学科要比上述的多；②各分支学科互相渗透，不像上述的那样界限清楚，例如，物理学、化学和数学的手段和方法不仅用于生物物理等交*学科，而且广泛地用于多个分支学科，如分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生理学等；③很多学科都已深入到分子层次，如分子细胞生物学。总之，生物学的发展，一方面，新的学科不断地分化出来；另一方面，这些学科又互相渗透而走向融合。这种情况反映了生物学极其丰富的内容和蓬勃发展的情景。
l 六、生命的结构层次
