20世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展可從本體論和認(rèn)識(shí)論的角度分為兩大部分。第一部分是化學(xué)基礎(chǔ)理論的工作。主要在化學(xué)所積累的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)和來(lái)自物理學(xué)的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)（如光譜）的基礎(chǔ)上，密切結(jié)合20世紀(jì)物理學(xué)的成果，探討原子、分子的存在方式與變化規(guī)律，以解釋經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。此外還有化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究。這些理論進(jìn)展使化學(xué)大為深入。第二方面的工作大致沿著經(jīng)典化學(xué)的認(rèn)識(shí)途徑，結(jié)合物理學(xué)的新技術(shù)（如X衍射），發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)并合成越來(lái)越復(fù)雜的化合物，逐漸步入生物大分子領(lǐng)域，從而大大開(kāi)拓了化學(xué)的研究領(lǐng)域。此外還有無(wú)機(jī)化學(xué)等的進(jìn)展。這兩部分研究的關(guān)系是，后一方面的探索為前一方面理論的研究積累資料，并提出問(wèn)題，開(kāi)拓可供理論發(fā)展的廣闊領(lǐng)域，并有待從理論上闡明自身。理論方面的工作則解釋經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，提出預(yù)言，指導(dǎo)拓展方面工作的進(jìn)行。兩個(gè)方面發(fā)展的共同點(diǎn)是，研究對(duì)象都由低層次推進(jìn)到高層次。但在同一時(shí)期，經(jīng)典化學(xué)的擴(kuò)展與延伸所涉及對(duì)象的層次，通常要高于理論研究對(duì)象的層次。就此意義上說(shuō)，這方面的工作走在理論研究的前面，在開(kāi)拓未知領(lǐng)域時(shí)更多地是在摸索中前進(jìn)。由于20世紀(jì)化學(xué)中的理論研究實(shí)質(zhì)上是物理理論向化學(xué)領(lǐng)域的滲透，因而在化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)理論的滯后現(xiàn)象正說(shuō)明現(xiàn)成的物理理論不能直接用于化學(xué)領(lǐng)域，必須加以改造。不過(guò)在30年代量子化學(xué)誕生并獲得迅速發(fā)展后，上述情況開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變，逐步顯示出理論的指導(dǎo)意義。

鑒于20世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展可分為兩個(gè)部分，因而對(duì)其分期也有所不同。理論方面的發(fā)展因與物理學(xué)關(guān)系密切，故分期與之相應(yīng)，以1927年為界分為前后兩個(gè)時(shí)期，另一方面工作較多涉及生物學(xué)，可以20世紀(jì)50年代生物學(xué)革命而劃為兩個(gè)時(shí)期。

由20世紀(jì)初至1927年是理論發(fā)展的第一階段，其核心是由經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論到量子化學(xué)。

上節(jié)談到，物理學(xué)家在20世紀(jì)后開(kāi)始對(duì)各種物質(zhì)形態(tài)感興趣，玻爾曾試圖以“電子對(duì)軌道”來(lái)建立簡(jiǎn)單的分子模型?；瘜W(xué)家如路易斯于1916年建立靜止的立方體殼層模型，能較好地解釋原子間的化合，并且成功地將經(jīng)典結(jié)構(gòu)式中的短線(xiàn)翻譯成電子對(duì)。但由于量子力學(xué)尚未建立，同時(shí)也缺少光譜數(shù)據(jù)等實(shí)驗(yàn)依據(jù)，物理學(xué)家的模型并不成功，而化學(xué)家的靜止模型也受到物理學(xué)家批評(píng)。

由20世紀(jì)20年代到1927年是一個(gè)過(guò)渡期。化學(xué)家發(fā)現(xiàn)分子中電子或鍵的流動(dòng)，這意味著傳統(tǒng)的靜止結(jié)構(gòu)式的崩潰。美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)主席班克勞夫特在1926寫(xiě)道，“凱庫(kù)勒富有成果的概念對(duì)于我們的貨架來(lái)說(shuō)，已經(jīng)沒(méi)有多少貨了”?；瘜W(xué)家要求一種“可塑的、伸縮自如的圖形。”同年，英果爾提出中介論，認(rèn)為真實(shí)的分子是兩個(gè)或更多“極限結(jié)構(gòu)”間的中介狀態(tài)，表明化學(xué)家正在拋棄機(jī)械論觀(guān)念。聯(lián)系到在當(dāng)時(shí)的物理學(xué)中，正是德波羅意提出物質(zhì)波概念，海森堡拋棄軌道概念以及玻爾提出互補(bǔ)原理。這是科學(xué)革命在人們思想上引起的變革，要求破除以往那種孤立地、靜止地看問(wèn)題的方式，而要在聯(lián)系和發(fā)展中去把握對(duì)象?；靵y醞釀著突破，崩潰意味著革命。化學(xué)家們意識(shí)到“好像正處于一個(gè)知識(shí)的轉(zhuǎn)變時(shí)期，處于另一個(gè)大發(fā)展的前夜”，期待物理學(xué)與化學(xué)的共同努力。1923年的一次重要的化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上，會(huì)議主席羅伯遜號(hào)召：“物理學(xué)家和化學(xué)家聯(lián)合起來(lái)”。

1927年是20世紀(jì)化學(xué)理論發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，就整個(gè)化學(xué)由經(jīng)驗(yàn)向理論過(guò)渡和化學(xué)家思想方式的變革而言，1927年同時(shí)也是整個(gè)化學(xué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。考慮到物理學(xué)在這期間的作用，也可以認(rèn)為，在物理學(xué)革命的誘發(fā)下于1927年發(fā)生了化學(xué)革命。

第二階段化學(xué)理論發(fā)展的主要特點(diǎn)是，正如量子論在原子結(jié)構(gòu)的“懷抱”中形成量子力學(xué)，量子力學(xué)則在分子結(jié)構(gòu)的懷抱中改造、發(fā)展其形式而形成量子化學(xué)，并以量子化學(xué)為核心建立現(xiàn)代化學(xué)理論。

量子化學(xué)的主要內(nèi)容是價(jià)鍵理論、分子軌道理論和配位場(chǎng)理論。1927年，海特勒和倫敦首次應(yīng)用共振概念來(lái)解氫分子離子和氫分子的薛定諤方程獲得初步成功。這表明在引進(jìn)新概念后，量子力學(xué)從處理原子結(jié)構(gòu)開(kāi)始進(jìn)入分子領(lǐng)域——一門(mén)新的學(xué)科——量子化學(xué)正在形成。海特勒和倫敦的工作經(jīng)鮑林等人的努力而發(fā)展為價(jià)鍵理論。1931年，鮑林提出軌道雜化概念，將量子力學(xué)與碳四面體結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。同年，他又對(duì)英果爾的中介理論進(jìn)行改造，在量子化學(xué)的框架內(nèi)提出共振論。鮑林還對(duì)氫鍵理論作出重大貢獻(xiàn)，并于20世紀(jì)50年代前后得出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。價(jià)鍵理論因與經(jīng)典化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的淵源關(guān)系而受到許多化學(xué)家的歡迎，但在一些場(chǎng)合也遇到困難，特別在解釋共軛分子時(shí)要用多個(gè)結(jié)構(gòu)式，引入過(guò)多的經(jīng)驗(yàn)因素，這在物理和化學(xué)理論性增強(qiáng)的潮流中不能令人滿(mǎn)意。

1919年，朗繆爾提出電子等價(jià)物概念，這是分子軌道概念的雛形。1926～1928年間，馬利肯和洪特提出理想的“聯(lián)合原子”和“分離原子”概念，初步得出選擇分子中電子量子數(shù)的規(guī)律，從而在另一個(gè)角度為量子化學(xué)奠基。分子軌道理論把分子視為一個(gè)整體，克服了價(jià)鍵理論的一些困難。在分子軌道理論的基礎(chǔ)上，伍德沃特和霍夫曼總結(jié)了大量實(shí)驗(yàn)資料，于1965年提出分子軌道對(duì)稱(chēng)性守恒原理，可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)。

配位場(chǎng)理論與價(jià)鍵理論、分子軌道理論三足鼎立。維爾納在19世紀(jì)末開(kāi)創(chuàng)了對(duì)絡(luò)合物的研究。1952年，歐格爾把晶體場(chǎng)理論與分子軌道理論結(jié)合起來(lái)，提出了配位場(chǎng)理論。1962年，合成了第一個(gè)惰氣化合物六氟鉑酸氙（XePtF6），改變了70年來(lái)認(rèn)為惰性元素不參加反應(yīng)的觀(guān)念。

20世紀(jì)來(lái)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)也獲得很大進(jìn)展。趨勢(shì)是，對(duì)反應(yīng)過(guò)程的時(shí)間劃分越來(lái)越細(xì)，現(xiàn)已達(dá)到微微秒級(jí)，同時(shí)對(duì)反應(yīng)物狀態(tài)的研究也越來(lái)越細(xì)，如分別觀(guān)察分子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、平動(dòng)能態(tài)對(duì)反應(yīng)的貢獻(xiàn)，現(xiàn)已深入到研究態(tài)—態(tài)反應(yīng)，形成微觀(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在研究中也應(yīng)用激光等先進(jìn)技術(shù)。近年來(lái)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)已受到越來(lái)越多的重視，說(shuō)明化學(xué)家的注意力由靜態(tài)的對(duì)象轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)，轉(zhuǎn)向過(guò)程，前述分子軌道對(duì)稱(chēng)性守恒原理也表達(dá)了這一點(diǎn)。聯(lián)系到物理學(xué)中對(duì)恒星、元素、宇宙演化的研究，說(shuō)明由研究確定的狀態(tài)到研究過(guò)程，這一轉(zhuǎn)化是20世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的一大特點(diǎn)。有關(guān)內(nèi)容將在后面進(jìn)一步述及。

這一時(shí)期，催化理論在量子化學(xué)、表面化學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及凝聚態(tài)物理學(xué)的共同推動(dòng)下也得到很大發(fā)展，并促進(jìn)了對(duì)生物大分子的研究。

以上回顧的各條線(xiàn)索均與量子化學(xué)關(guān)系密切，而對(duì)元素周期表認(rèn)識(shí)的深入較多與物理學(xué)尤其是核物理有關(guān)。19世紀(jì)末，拉姆賽發(fā)現(xiàn)一系列惰性元素，對(duì)于完成周期表并為爾后提出原子模型有重要意義。1913年，摩斯萊發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)定律，第一次將周期表與原子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。1924年，玻爾等提出原子結(jié)構(gòu)與周期律的關(guān)系即構(gòu)造原則，此后又提出了泡利里原理與洪特規(guī)則。隨著核物理的發(fā)展，人工合成的元素逐一填補(bǔ)了周期表中的空白。元素周期表不僅綜合了19世紀(jì)關(guān)于元素的知識(shí)，而且指導(dǎo)了20世紀(jì)的有關(guān)研究。

回顧上述發(fā)展過(guò)程，化學(xué)在對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次的研究方面，由20世紀(jì)前從化合物到原子到電子的認(rèn)識(shí)過(guò)程，轉(zhuǎn)變?yōu)橛呻娮优c核到原子再到分子的認(rèn)識(shí)過(guò)程，也就是由以分析為主到以綜合為主，在量子階梯上由下行到上升。從20世紀(jì)前主要回答“如何”與“是什么”即發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象與實(shí)體，到20世紀(jì)后要回答“為什么”，通過(guò)闡明實(shí)體間的關(guān)系來(lái)揭示現(xiàn)象的本質(zhì)。在如此徹底變革的時(shí)期，化學(xué)家思維方式的變革有一滯后過(guò)程。如果說(shuō)1927年前的化學(xué)仍是19世紀(jì)的傳統(tǒng)，以及開(kāi)始發(fā)生動(dòng)搖與變化，那么在1927年后，化學(xué)家的思維方式逐步轉(zhuǎn)向辯證思維，化學(xué)由一門(mén)重分析歸納的描述性學(xué)科發(fā)展為以綜合、演繹為主導(dǎo)的重推理的學(xué)科。

上述變化具體表現(xiàn)在如下方面：首先，在教科書(shū)中，量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)的地位越來(lái)越重要。無(wú)機(jī)化學(xué)減少了對(duì)各族元素的描述，增加了化學(xué)鍵理論等內(nèi)容；有機(jī)化學(xué)由按官能團(tuán)講授到按電子軌道的類(lèi)型講授。其次，實(shí)驗(yàn)技術(shù)大大改進(jìn)。在過(guò)去，“不搖試管的化學(xué)家不是化學(xué)家”；如今，儀器分析代替了重量、容量分析，尤其是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵發(fā)生深刻變化。發(fā)生這些變化的原因則是科學(xué)革命，是物理學(xué)，主要是量子力學(xué)向化學(xué)領(lǐng)域的滲透。

進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，經(jīng)典化學(xué)的研究領(lǐng)域有了很大的擴(kuò)展，尤其是沿著量子階梯向上延伸。前者主要指核化學(xué)、元素有機(jī)化學(xué)、星際化學(xué)以及無(wú)機(jī)化學(xué)自身的發(fā)展，后者意為化學(xué)逐步進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域。

20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)許多元素具有放射性，在研究這些元素化學(xué)性質(zhì)之時(shí)必然會(huì)涉及它們的放射性，于是化學(xué)便涉足核的世界。早在1815年，化學(xué)家普勞特就已提出氫是所有元素“母質(zhì)”的普勞特假說(shuō)。20世紀(jì)初，索迪提出同位素概念，勞厄說(shuō)，“普勞特假說(shuō)這個(gè)睡美人蘇醒了”。1919年，盧瑟福首次實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng)，從而使“現(xiàn)代煉金術(shù)”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。核物理與核化學(xué)家正尋找及制備“超重核穩(wěn)定島”的元素，由此可認(rèn)識(shí)更復(fù)雜的原子結(jié)構(gòu)與核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。近年來(lái)，由于同基本粒子物理的滲透形成所謂奇導(dǎo)原子化學(xué)，如正電子素和介子素化學(xué)，這將有惠于雙方的研究。

20世紀(jì)無(wú)機(jī)化學(xué)的發(fā)展在理論上直接與凝聚態(tài)物理學(xué)有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用上要滿(mǎn)足各部門(mén)對(duì)特殊材料的要求。具體來(lái)說(shuō)發(fā)展了氟化學(xué)、硼烷化學(xué)等，這兩個(gè)分支在量子化學(xué)理論上有特殊意義。還有稀有元素化學(xué)，它同時(shí)推動(dòng)了分析化學(xué)前進(jìn)。

目前，由于天文學(xué)與航天技術(shù)的發(fā)展，在天文學(xué)與化學(xué)的結(jié)合點(diǎn)上形成了一門(mén)新的學(xué)科；星際化學(xué)（或天體化學(xué)、宇宙化學(xué)）。通過(guò)對(duì)星際物質(zhì)的研究，既推動(dòng)了宇宙學(xué)的發(fā)展，也拓展了化學(xué)的研究領(lǐng)域。

早在18世紀(jì)就有人制得元素有機(jī)物，20世紀(jì)初制得了重要的格氏試劑和用于防爆的四乙基鉛。1951年合成了二茂鐵，標(biāo)志著元素有機(jī)化學(xué)形成。這類(lèi)化合物中特殊的化學(xué)鍵對(duì)于配位場(chǎng)理論有重要意義，對(duì)它們的研究也將大大推進(jìn)對(duì)生命體內(nèi)各種酶的認(rèn)識(shí)。有人認(rèn)為，這一“無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的雜交物”代表了未來(lái)化學(xué)的方向。

20世紀(jì)初，在物理學(xué)向化學(xué)滲透時(shí)，化學(xué)也正向生物學(xué)領(lǐng)域延伸。化學(xué)與生物學(xué)的聯(lián)系源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，在古代有煉丹術(shù)，近代有醫(yī)療化學(xué)。19世紀(jì)后，由于有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，化學(xué)家開(kāi)始接觸越來(lái)越多的生物大分子研究蛋白質(zhì)與核酸?；瘜W(xué)家已認(rèn)識(shí)了原子結(jié)構(gòu)，原子與原子的結(jié)合方式，現(xiàn)在的問(wèn)題是揭示蛋白質(zhì)與核酸的結(jié)構(gòu)。然而面對(duì)如此復(fù)雜易變的生物大分子，經(jīng)典化學(xué)先分解、分析、后合成的方法已難以勝任。1912年來(lái)，布拉格父子等人逐步發(fā)展了X射線(xiàn)結(jié)構(gòu)分析法。40年代末，量子化學(xué)家開(kāi)始用電子計(jì)算機(jī)處理由X線(xiàn)衍射等方法得到的數(shù)據(jù)。1949年，克勞弗得用新方法直接測(cè)定了青霉素的結(jié)構(gòu)，顯示了量子化學(xué)與新技術(shù)結(jié)合所產(chǎn)生的威力。生物大分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定反過(guò)來(lái)也為量子化學(xué)提供新的研究領(lǐng)域。新的理論與技術(shù)的結(jié)合使這一領(lǐng)域的研究有了突破。

1950年，鮑林提出蛋白質(zhì)的a與γ螺旋結(jié)構(gòu)。1953年，克里克與華生提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。一門(mén)新的學(xué)科——分子生物學(xué)已經(jīng)奠基。20世紀(jì)，化學(xué)在沿量子階梯上升的道路上又躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。

50年代后的發(fā)展大致沿著以下方向進(jìn)行：首先是結(jié)構(gòu)的研究。繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的蛋白質(zhì)、核酸，研究其結(jié)構(gòu)，并協(xié)助生物學(xué)家闡明它們的生物功能。其次是人工合成生物大分子，這不僅是對(duì)所推測(cè)結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)，而且是人工合成生命的前奏。1965年，我國(guó)在世界上首次全人工合成具有生命活力的結(jié)晶牛胰島素。1970年，美國(guó)柯蘭納小組將化學(xué)方法與生物方法相結(jié)合，合成了由77個(gè)核苷酸組成的核酸片斷。第三條線(xiàn)索是對(duì)生命起源的研究。19世紀(jì)，巴斯德的實(shí)驗(yàn)結(jié)束了生生說(shuō)與自然發(fā)生說(shuō)之爭(zhēng)。20世紀(jì)30年代，奧巴林重又開(kāi)始研究生命起源，后為?？怂顾l(fā)展。1953年，在華生與克里克揭示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的同一年，米勒的實(shí)驗(yàn)表明，在原始地球上可能發(fā)生生成氨基酸等有機(jī)物的過(guò)程，在科學(xué)界引起廣泛興趣。生物學(xué)家、化學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家紛紛投身其中，生命起源問(wèn)題成為科學(xué)的前沿?，F(xiàn)在要求將生命起源的研究置于更為廣闊深遠(yuǎn)的時(shí)空背景，即地球、太陽(yáng)系、銀河系以至于宇宙起源與演化的背景之中進(jìn)行。第四，目前化學(xué)家開(kāi)始對(duì)腦中起各種生理、心理作用的物質(zhì)發(fā)生濃厚興趣，設(shè)法提煉之并研究其結(jié)構(gòu)與功能，從而試圖由生命領(lǐng)域再跨入更高級(jí)的意識(shí)活動(dòng)領(lǐng)域?；瘜W(xué)向生物學(xué)的延伸還有一些其他分支，如生物無(wú)機(jī)化學(xué)、化學(xué)仿生學(xué)等。

對(duì)于化學(xué)向生物學(xué)滲透的前景，主要是人工合成更復(fù)雜的生物大分子以至生命，目前已從各個(gè)角度提出疑問(wèn)。首先是在合成過(guò)程中遇到難以想象的困難，退一步說(shuō)，即使合成了也不可能用于生產(chǎn)。其次，耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，單用化學(xué)方法合成生命類(lèi)似于超運(yùn)算問(wèn)題，即理論上可能而實(shí)際上不可能。在這種狀況下，已經(jīng)有不少科學(xué)家成功地用酶促合成及基因模板合成的方法合成了以全人工方法無(wú)法得到的物質(zhì)。不能指望由分解現(xiàn)存的生命然后重組的方法來(lái)合成生命。生命是在歷史的長(zhǎng)河中形成的，有一個(gè)漫長(zhǎng)的完善與進(jìn)化的過(guò)程，因而正確的路線(xiàn)應(yīng)循著自然史中生命起源的路線(xiàn)進(jìn)行。必須改革“合成”的含義，引進(jìn)歷史的方法?；瘜W(xué)家在20世紀(jì)初經(jīng)歷了觀(guān)念的變革，在他們?cè)絹?lái)越深入地踏進(jìn)生命殿堂之時(shí)，還必須在觀(guān)念上作進(jìn)一步的更新。

如前述，20世紀(jì)前，化學(xué)的認(rèn)識(shí)途徑是由現(xiàn)象揭示實(shí)體，由實(shí)體解釋現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)象的研究和對(duì)實(shí)體的探索這兩方面的工作緊密結(jié)合、不可分割。在生物學(xué)中總的情況也是如此，即可區(qū)分為對(duì)現(xiàn)象和實(shí)體的研究?jī)蓷l線(xiàn)索，但又與化學(xué)有所不同。首先，生命運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)較化學(xué)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，生命運(yùn)動(dòng)有三個(gè)主要方面，即新陳代謝、發(fā)育以及遺傳與進(jìn)化，分別由生理學(xué)、胚胎學(xué)以及遺傳和進(jìn)化論來(lái)研究。其次，在20世紀(jì)前，生物學(xué)家所面對(duì)實(shí)體是宏觀(guān)可見(jiàn)的，如個(gè)體、器官、細(xì)胞等，至少用顯微鏡即可見(jiàn)因而不必如化學(xué)那樣通過(guò)現(xiàn)象來(lái)揭示實(shí)體，而是由解剖學(xué)的發(fā)展而逐層深入。一旦揭示實(shí)體，即以此來(lái)解釋現(xiàn)象，大致是解剖學(xué)進(jìn)展到什么程度，就作出相應(yīng)的解釋。如在17、18世紀(jì)揭示了若干器官后，就作出機(jī)械的解釋?zhuān)?/span>19世紀(jì)認(rèn)識(shí)了細(xì)胞后即提出細(xì)胞的國(guó)家等。

19世紀(jì)下半葉，進(jìn)化論一時(shí)成為注意的中心。或許只有一個(gè)人例外，他就是孟德?tīng)?。孟德?tīng)栒J(rèn)為，僅由生物外觀(guān)的變化并不能說(shuō)明進(jìn)化。他從1865年開(kāi)始用碗豆通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法研究遺傳，提出以他的名字命名的孟德?tīng)柗▌t和遺傳因子概念，表明在遺傳中有某種不變的單元，在生物學(xué)史上第一次試圖由現(xiàn)象來(lái)揭示實(shí)體。然而，孟德?tīng)柕墓ぷ餮蜎](méi)在進(jìn)化論思潮中不為人知。1875年首次發(fā)現(xiàn)染色體，爾后又認(rèn)識(shí)到染色體在遺傳中不變。19世紀(jì)80與90年代，魏斯曼設(shè)想，“遺傳的實(shí)質(zhì)，就是傳遞特殊分子結(jié)構(gòu)的核物質(zhì)”或“決定子”，染色體即是遺傳物質(zhì)的載體。1900年，在物理學(xué)革命的風(fēng)暴中重新發(fā)現(xiàn)了孟德?tīng)柕墓ぷ?，大大刺激了遺傳學(xué)的發(fā)展，遺傳學(xué)成為20世紀(jì)生物學(xué)的主流。遺傳因子或決定子概念也為化學(xué)、物理學(xué)向生物學(xué)的滲透作了準(zhǔn)備。

可以以1953為界把20世紀(jì)生物學(xué)的發(fā)展區(qū)分為前后兩個(gè)階段。第一階段是從各種現(xiàn)象揭示蛋白質(zhì)與DNA并闡明其結(jié)構(gòu)；第二階段力圖由DNA出發(fā)解釋各種生命現(xiàn)象。

孟德?tīng)柟ぷ鞯闹匦掳l(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了20世紀(jì)生物學(xué)的第一階段，生物學(xué)家從信念中清醒過(guò)來(lái)，回到實(shí)際之中。在哲學(xué)家接過(guò)進(jìn)化思想的同時(shí)，遺傳則更多地占據(jù)了生物學(xué)家的心。尋找遺傳中的代代相傳者，這不僅是近代科學(xué)由現(xiàn)象揭示實(shí)體的傳統(tǒng)，更是2000年來(lái)哲學(xué)的傳統(tǒng)——在變化之中追求不變物。20世紀(jì)上半葉生物學(xué)發(fā)展的狀況是，以遺傳學(xué)為主，結(jié)合對(duì)細(xì)胞生化過(guò)程的研究，再加上化學(xué)與物理學(xué)的參與，揭示出遺傳物質(zhì)并確定其結(jié)構(gòu)。DNA雙螺旋模型的建立是遺傳學(xué)派、生化學(xué)派和結(jié)構(gòu)學(xué)派共同研究的成果。

在遺傳學(xué)方面，摩爾根以果蠅為實(shí)驗(yàn)對(duì)象取得了一系列成果，于1928年發(fā)表了總結(jié)性的《基因論》，確定把“基因定位于染色體上”。20世紀(jì)40年代，以德?tīng)柌锟藶槭椎氖删w小組開(kāi)展了遺傳學(xué)研究。1944年，艾弗里等人以實(shí)驗(yàn)證明DNA即基因，是遺傳信息的載體。然而，由于歷來(lái)認(rèn)為蛋白質(zhì)是生命中最重要的成分，誤以為是蛋白質(zhì)具有遺傳功能；再者，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為DNA由四種核苷酸有規(guī)則的單調(diào)重復(fù)，不可能帶有遺傳所需的大量信息。蛋白質(zhì)則復(fù)雜得多，可以攜帶大量信息，于是對(duì)艾弗里的工作仍持懷疑態(tài)度。1952年，查可夫證明，核酸中四種核苷酸可以含量不等，任意排列，從而清除了上述疑慮。同年，噬菌體和同位素的實(shí)驗(yàn)再度表明DNA是遺傳物質(zhì)，在科學(xué)界產(chǎn)生直接和巨大的影響，各個(gè)學(xué)派把注意力集中到DNA的結(jié)構(gòu)上。

生化學(xué)派也有很大發(fā)展。20世紀(jì)20年代，繆勒等人設(shè)想，細(xì)胞核有控制細(xì)胞代謝的作用。1940年，比德?tīng)柵c塔杜姆關(guān)于紅色面包霉的研究揭示，基因的變化會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的酶消失。這一工作標(biāo)志生化學(xué)派和遺傳學(xué)派開(kāi)始結(jié)合起來(lái)。次年，他們宣布，“基因與酶的特性是同一序列的”。1946年，塔杜姆提出“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)。生化學(xué)派的工作揭示了DNA在生命運(yùn)動(dòng)中的另一方面功能。

20世紀(jì)上半葉，在通往DNA的征途上的主力軍是結(jié)構(gòu)學(xué)派。摩爾根寫(xiě)道，“像物理學(xué)家和化學(xué)家假設(shè)看不見(jiàn)的原子和電子一樣，遺傳學(xué)者也假設(shè)了看不見(jiàn)的要素——基因”。他在1928年預(yù)言，基因“代表著一個(gè)有機(jī)化學(xué)實(shí)體”。物理學(xué)家和化學(xué)家開(kāi)始進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域。上一節(jié)已經(jīng)部分述及化學(xué)家的有關(guān)工作。30年代初，玻爾在“光與生命”一文中指出，化學(xué)家和物理學(xué)家進(jìn)入生命領(lǐng)域時(shí)必須在思想方法和實(shí)驗(yàn)方法上作重大改進(jìn)。1936與1937年，包括玻爾、薛定諤、德?tīng)柌锟说热嗽趦?nèi)的物理學(xué)家，有機(jī)化學(xué)家、晶體學(xué)家、遣傳學(xué)家等兩次聚會(huì)討論基因的結(jié)構(gòu)。1944年，薛定諤發(fā)表《生命是什么？》一書(shū)，提出非有序晶體、負(fù)熵、遺傳密碼等一系列新概念，對(duì)生物學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。結(jié)構(gòu)學(xué)派的主要成員華生、克里克和維爾金斯即由此而從事DNA結(jié)構(gòu)的研究。其時(shí)，新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)也開(kāi)始在這一領(lǐng)域發(fā)揮作用。阿斯特伯里于1938年首次研究DNA的X射線(xiàn)衍射圖，認(rèn)為DNA纖維具有周期性。

通往雙螺旋模型的最后一步，是將遺傳、生化和結(jié)構(gòu)學(xué)派的成果結(jié)合起來(lái)。華生原屬遺傳學(xué)派，后與結(jié)構(gòu)學(xué)派的克里克合作。華生從生物的遺傳、復(fù)制、配對(duì)等現(xiàn)象認(rèn)識(shí)到DNA應(yīng)由兩條鏈組成，而不是如鮑林所設(shè)想的三條鏈。查哥夫的工作則為確定雙螺旋結(jié)構(gòu)中十分關(guān)鍵的“堿基配對(duì)原則”奠定了化學(xué)方面的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)學(xué)派的富蘭克琳所拍攝的DNA的X衍射照片和有關(guān)見(jiàn)解具有重要作用。于是，三方面的努力結(jié)合起來(lái)，終于在1953年獲得成功。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的揭示在生物學(xué)史上具有劃時(shí)代意義。從此，對(duì)生物的新陳代謝、發(fā)育以及遺傳與進(jìn)化的研究，都將在DNA的基礎(chǔ)上進(jìn)行。如同原子結(jié)構(gòu)提供給化學(xué)的那樣，DNA分子結(jié)構(gòu)也給生物學(xué)提供了一整套說(shuō)明現(xiàn)象的極其多樣性和說(shuō)明事物組合的極其多樣性的原理和性質(zhì)。

20世紀(jì)50年代后，生物學(xué)的發(fā)展大致沿以下線(xiàn)索進(jìn)行：深入研究DNA、RNA和各種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)；由DNA來(lái)理解各種生命現(xiàn)象；探索生命起源；研究更高級(jí)的運(yùn)動(dòng)，即開(kāi)展對(duì)大腦及意識(shí)的研究。在上述過(guò)程中，提出或應(yīng)用一些新的理論，如系統(tǒng)論、耗散結(jié)構(gòu)理論、超循環(huán)理論等。

上一節(jié)中已經(jīng)提及化學(xué)家在結(jié)構(gòu)方面的工作，這一領(lǐng)域已很難區(qū)分化學(xué)家和生物學(xué)家的貢獻(xiàn)。隨著對(duì)生物的研究深入到分子水平，古老的生物分類(lèi)學(xué)有了新的依據(jù)。

生化方面的工作是由DNA出發(fā)闡明新陳代謝過(guò)程。1954年，伽莫夫首次提出“三聯(lián)密碼說(shuō)”。1961年，尼龍貝格揭示了第一個(gè)密碼，引起轟動(dòng)。至1966年，64種密碼全部破譯。在信息流動(dòng)的中心法則提出后不久，20世紀(jì)70年代又發(fā)現(xiàn)“逆轉(zhuǎn)錄酶”和反中心法則，同期雅可布·莫諾等人的工作揭示了生命運(yùn)動(dòng)中分子與生物大分子水平復(fù)雜的調(diào)控過(guò)程。

進(jìn)化必須在遺傳的基礎(chǔ)上進(jìn)行，由偶然的突變方能發(fā)生，因而必須采用統(tǒng)計(jì)方法。1894年，畢爾生的工作奠定了生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)。20世紀(jì)20年代，物理學(xué)中哥本哈根學(xué)派與愛(ài)因斯坦關(guān)于概率決定與嚴(yán)格決定的爭(zhēng)論也波及生物學(xué)領(lǐng)域。1953年，DNA結(jié)構(gòu)的揭示為進(jìn)化論注入新的活力。

將生物的進(jìn)化沿時(shí)間的長(zhǎng)河回溯即面對(duì)生命起源問(wèn)題。米勒1953年的實(shí)驗(yàn)引起各專(zhuān)業(yè)科學(xué)家的濃厚興趣。到70年代中期，已能模仿原始地球的環(huán)境合成蛋白質(zhì)所需的20種氨基酸，以及組成核酸的小分子。下一個(gè)問(wèn)題是，這些生命的基石如何進(jìn)一步組織起來(lái)形成生物大分子。由于星際化學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家日益強(qiáng)烈地意識(shí)到，必須在地球起源、太陽(yáng)起源以至宇宙起源的背景上開(kāi)展對(duì)生命起源的研究。

與進(jìn)化論和生命起源問(wèn)題有關(guān)的還有發(fā)育問(wèn)題，因其極端復(fù)雜而進(jìn)展不大。有人提出將?？藸柕纳镏匮萋赏浦练肿铀?，同時(shí)要求在建立DNA模型之后的今天建立染色體模型。

在化學(xué)逐步進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域之際，生物學(xué)也悄然踏進(jìn)心理學(xué)的門(mén)坎，如用微電極測(cè)定單個(gè)腦細(xì)胞的活動(dòng)。1960年，有人提出核酸是記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)，即關(guān)于記憶的分子假說(shuō)。現(xiàn)代生物學(xué)還通過(guò)它的分支進(jìn)入社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，例如社會(huì)生物學(xué)，研究動(dòng)物的“社會(huì)行為和它的生物學(xué)基礎(chǔ)”；再如人類(lèi)生物學(xué)，研究人類(lèi)的起源、地理分布、人口平衡等。

在闡述20世紀(jì)50年代后生物學(xué)的發(fā)展時(shí)，還必須提及與此密切相關(guān)的耗散結(jié)構(gòu)理論。在本章第一節(jié)中對(duì)此已有所提及?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在生物進(jìn)化與熱力學(xué)第二定律之間似乎存在巨大的矛盾，普里高津在非平衡態(tài)熱力學(xué)的基礎(chǔ)上經(jīng)多年努力，于1969年提出具有里程碑意義的耗散結(jié)構(gòu)理論。該理論揭示，在體系從無(wú)序走向有序的過(guò)程中，體系內(nèi)部隨機(jī)漲落、遠(yuǎn)離平衡態(tài)，以及環(huán)境等因素的重要性。耗散結(jié)構(gòu)理論不僅在本體論上揭示出自然界中所發(fā)生的自發(fā)過(guò)程，而且在認(rèn)識(shí)論與實(shí)踐論上給人以深刻啟示。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，生物學(xué)領(lǐng)域機(jī)械論和還原論盛行。隨著物理學(xué)革命的深入，新思想逐步取代傳統(tǒng)觀(guān)念?？茖W(xué)家們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，還原只是一種方法，而不應(yīng)成為一種主義。還原使我們得到了知識(shí)，但由此也失去甚至更重要的部分，這失去部分只有通過(guò)其他方法獲得。玻爾指出，“生物系統(tǒng)的復(fù)雜性具有基本的意義”。針對(duì)還原論，科學(xué)家提出機(jī)體論，教階理論和發(fā)生論等。玻爾以元素為例說(shuō)明了這一點(diǎn)：“雖然有關(guān)于游離的質(zhì)子、中子和電子的知識(shí)，然而我們并不能在此基礎(chǔ)上預(yù)言元素的性質(zhì)。相反，對(duì)元素性質(zhì)的研究倒教給我們?cè)S多關(guān)于質(zhì)子、中子和電子的性質(zhì)?！眮喞锸慷嗟略?/span>2000多年前就精辟指出：“潛在的東西，它的完全的現(xiàn)實(shí)性就是運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)（即新的運(yùn)動(dòng)方式）只發(fā)生在完全的現(xiàn)實(shí)性存在的時(shí)候，既不遲，也不早?！鄙飳W(xué)史專(zhuān)家艾倫指出，20世紀(jì)生物學(xué)家觀(guān)念的變化，“……不僅是一個(gè)復(fù)雜的理論取代了一個(gè)較簡(jiǎn)單的理論，而且是一種……哲學(xué)為另一種哲學(xué)所取代，機(jī)械唯物主義為辯證唯物主義所取代”。

思潮的上述變革直接體現(xiàn)在具體方法上。研究生命起源的權(quán)威?？怂箯?qiáng)烈反對(duì)在這一領(lǐng)域所采用的“重組”（reassemble）方法，認(rèn)為這一研究雖然使我們獲得知識(shí)，但并未告訴我們?cè)谧匀皇分猩鹪春瓦M(jìn)化的真實(shí)情況，生命的特征如何一步一步發(fā)生，實(shí)際上是將經(jīng)億萬(wàn)年進(jìn)化的現(xiàn)存的生物及它們的DNA，蛋白質(zhì)等同于混沌初開(kāi)時(shí)的原始形式，簡(jiǎn)言之，沒(méi)有貫徹歷史的觀(guān)點(diǎn)。他主張，對(duì)生命起源的研究應(yīng)遵循“由古及今，從簡(jiǎn)到繁的路線(xiàn)”。

觀(guān)念變革的另一個(gè)表現(xiàn)就是由離體的研究轉(zhuǎn)向體內(nèi)的研究。長(zhǎng)期來(lái)在生物學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)中，都是把研究對(duì)象或環(huán)節(jié)從生物體的全部生命過(guò)程中孤立出來(lái)作離體的研究。從近代科學(xué)興起之時(shí)的解剖學(xué)，到19世紀(jì)末對(duì)酶的生化研究，以及20世紀(jì)巴甫洛夫從事條件反射研究的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，等等。隨著研究的深入，生物學(xué)家們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，不同于物理學(xué)或化學(xué)領(lǐng)域，在生物體內(nèi)、在細(xì)胞內(nèi)，所有成分和各個(gè)環(huán)節(jié)都彼此相關(guān)，形成統(tǒng)一的整體和不可分割的過(guò)程。離體實(shí)驗(yàn)并未告訴我們真實(shí)的生命過(guò)程。由此可以回想起第五章所述及的在生理學(xué)興起初期教士們反對(duì)作血液流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為這種實(shí)驗(yàn)違背自然，猶如把受驚的母雞趕向錯(cuò)誤的方向。在認(rèn)識(shí)的初期，必須采用分析方法，而到了一定階段，認(rèn)識(shí)就將轉(zhuǎn)為以綜合為主。

有必要將1953年開(kāi)始的生物學(xué)革命推向前進(jìn)。與物理學(xué)革命相比，生物學(xué)革命遠(yuǎn)為艱巨。在前者發(fā)生后的30多年中，量子力學(xué)解釋了核與電子形成原子的過(guò)程，量子化學(xué)開(kāi)始理解原子與原子怎樣形成分子。生物學(xué)革命開(kāi)始至今已半個(gè)世紀(jì)，人們還不清楚分子何以生成生物大分子，仍在探索生命起源的奧秘。在物理學(xué)革命中，科學(xué)家可以成功地由原子結(jié)構(gòu)推知元素的性質(zhì)，由分子結(jié)構(gòu)推測(cè)分子的性質(zhì)；然而在生物學(xué)揭示了蛋白質(zhì)和DNA的結(jié)構(gòu)后，至今仍未能以此闡明全部生命現(xiàn)象。華生與克里克所揭示的只是DNA晶體，而不是存在于生命過(guò)程中的物質(zhì)。要揭示生命的奧秘，還必須考慮到細(xì)胞中的全部成分，它們之間的復(fù)雜關(guān)系和變化過(guò)程以及細(xì)胞與環(huán)境間的相互作用。這就有待于生物學(xué)家和物理學(xué)家、化學(xué)家等的共同努力。  

在生物學(xué)的深入發(fā)展中，在其他學(xué)科向生物學(xué)的滲透中，一門(mén)新的學(xué)科——生命科學(xué)正在形成之中。生命起源的研究和對(duì)生命本質(zhì)的理解都需要各門(mén)學(xué)科的共同參與。生命科學(xué)的形成除了前面已述及的方面外，還具有以下因素：首先，生命問(wèn)題歷來(lái)是科學(xué)家和哲學(xué)家所關(guān)注的對(duì)象。與物理學(xué)的前沿問(wèn)題相比較而言，生命問(wèn)題因其與人類(lèi)，與社會(huì)的密切關(guān)系而倍受青睞。同時(shí)，物理學(xué)前沿的理論在目前階段還很難得到應(yīng)用，生命科學(xué)的成果則較易物化。其次，在物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科日漸抽象之時(shí)，生命科學(xué)至少在現(xiàn)階段還較易理解。第三，更重要的是，正是在生命科學(xué)領(lǐng)域中孕育了許多新的思想，例如系統(tǒng)論、超循環(huán)理論等，其他新理論如信息論、控制論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)等也都在這一領(lǐng)域得到卓有成效的應(yīng)用。這一點(diǎn)也引起眾多科學(xué)家的興趣。最后，從本質(zhì)上說(shuō)，20世紀(jì)來(lái)科學(xué)沿量子階梯朝著兩個(gè)方向發(fā)展，一端探索宇宙的起源，另一頭則指向生命。生命作為高級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，包含了所有的低級(jí)運(yùn)動(dòng)形式，因而物理學(xué)家、天文學(xué)家、化學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家和生物學(xué)家等組成的集團(tuán)共同研究生命起源與生命本質(zhì)是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。生命科學(xué)在未來(lái)的發(fā)展必然如同它的研究對(duì)象一樣富于生命力。

早在1620年，F·培根就發(fā)現(xiàn)南美洲東海岸和非洲西海岸可以像玩具拼板那樣準(zhǔn)確地拼起來(lái)。1912年，在19世紀(jì)地質(zhì)學(xué)成就的基礎(chǔ)上魏格納提出大陸漂移說(shuō)，引起地質(zhì)學(xué)界爭(zhēng)議。后來(lái)又出現(xiàn)海底擴(kuò)張說(shuō)，于1963年得到證實(shí)。1965年，威爾遜首次把大陸漂移和海底擴(kuò)張說(shuō)聯(lián)系起來(lái)，提出板塊學(xué)說(shuō)，其中還涉及板塊的俯沖等垂直方向的運(yùn)動(dòng)。于是，人們就從19世紀(jì)地質(zhì)學(xué)關(guān)于地球的表層以及局部的理解發(fā)展到研究地球的內(nèi)部和整體的運(yùn)動(dòng)。

在將現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)的同時(shí)，地質(zhì)學(xué)家也著手研究地殼變動(dòng)的原因。20世紀(jì)初，瑞利爵士等通過(guò)理論研究第一次提出，在一個(gè)下方受熱的粘度均勻的地層上會(huì)發(fā)生對(duì)流現(xiàn)象，這一見(jiàn)解現(xiàn)已得到普遍贊同。目前，正在應(yīng)用高壓技術(shù)對(duì)地幔深處的地質(zhì)作用進(jìn)行模擬，同時(shí)也開(kāi)展計(jì)算機(jī)模擬。這些工作表明，在地質(zhì)學(xué)中也開(kāi)始使用實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算機(jī)。

然而進(jìn)一步的研究指出，對(duì)流運(yùn)動(dòng)并不對(duì)稱(chēng)，黏度并不均一，有必要從兩個(gè)途徑即宏觀(guān)和微觀(guān)上深入了解地球內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)。地質(zhì)學(xué)家通過(guò)地震波探索地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了地核（又分內(nèi)核與外核）、地幔等多層結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)家與礦物學(xué)家則研究地幔和地核物質(zhì)的微觀(guān)組成?，F(xiàn)在，這兩個(gè)方向的研究正在結(jié)合起來(lái)，闡明由外層到內(nèi)層隨著壓力的增大礦物形態(tài)的變化。

現(xiàn)在已普遍接受“地球是一受內(nèi)熱驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)”的觀(guān)點(diǎn)。但是內(nèi)熱又來(lái)自何方？?jī)?nèi)熱可能來(lái)自地球形成之時(shí)宇宙塵埃碰撞所產(chǎn)生的熱，來(lái)自地球本身的引力收縮，以及來(lái)自地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)等。于是，如同宇宙學(xué)和生命科學(xué)，地質(zhì)學(xué)的研究也歸結(jié)到起源問(wèn)題。再者，對(duì)地球演化的研究認(rèn)為，在地球的演變中存在非線(xiàn)性過(guò)程。19世紀(jì)居維葉的突變論在20世紀(jì)的地質(zhì)學(xué)中重新找到它的位置。

顯然，唯有立足于太陽(yáng)系才能說(shuō)明地球的起源與演變；地質(zhì)學(xué)家要求對(duì)其他行星的“地質(zhì)”作比較的研究，由于航天技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展，這一設(shè)想正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，“比較地質(zhì)學(xué)”正在形成之中。

生態(tài)學(xué)這一名詞最早由?？藸栐?/span>1869年提出，實(shí)際研究由來(lái)已久。中國(guó)古語(yǔ)“螳螂捕蟬，黃雀在后”即是對(duì)生態(tài)關(guān)系的形象描述。古希臘哲學(xué)家泰奧法拉斯特注意到植物與環(huán)境的關(guān)系，被認(rèn)為是第一個(gè)生態(tài)學(xué)家。在近代，布豐、馬爾薩斯、達(dá)爾文等都在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域有所建樹(shù)。1935年，坦斯列提出生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)平衡概念，并從物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的角度加以研究。此后，林德曼細(xì)致考察了沼澤中的生態(tài)系統(tǒng)?？偟恼f(shuō)來(lái)，到20世紀(jì)50年代，是生態(tài)學(xué)逐步形成的歷史。

20世紀(jì)40年代后期，貝塔朗菲的系統(tǒng)論思想開(kāi)始為科學(xué)界接受，也成為研究生態(tài)學(xué)的指導(dǎo)思想。1953年，奧多姆大大發(fā)展了生態(tài)系統(tǒng)的思想。生態(tài)學(xué)也開(kāi)始應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)群體進(jìn)行研究。由個(gè)體生態(tài)學(xué)發(fā)展到群體生態(tài)學(xué)，這正類(lèi)似于生物學(xué)中由離體實(shí)驗(yàn)到體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)也進(jìn)入生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，用以摸擬生態(tài)系統(tǒng)。新思想和新方法的形成與應(yīng)用，標(biāo)志古老的生態(tài)學(xué)進(jìn)入了新的發(fā)展階段。

目前，由于環(huán)境危機(jī)，環(huán)境科學(xué)受到格外重視。古代即有研究人與自然環(huán)境關(guān)系的地理學(xué)、氣象學(xué)等，由于人類(lèi)未曾大規(guī)模改造自然，因而這些學(xué)科并沒(méi)有涉及改變了的環(huán)境反作用于人這樣的環(huán)境問(wèn)題。隨著工業(yè)革命興起，發(fā)生水和空氣的污染并發(fā)展了相應(yīng)的技術(shù)，但并未形成理論。恩格斯敏銳地覺(jué)察到這一問(wèn)題，警告要當(dāng)心大自然的報(bào)復(fù)。20世紀(jì)50年代后，一方面由于環(huán)境危機(jī)的加深，另一方面也由于各門(mén)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因而有必要也有可能形成環(huán)境科學(xué)?，F(xiàn)在，環(huán)境科學(xué)既要研究微觀(guān)世界中離子、原子、分子與細(xì)胞、微生物那種局部而短暫的相互關(guān)系，又要從宏觀(guān)上，從人類(lèi)的形成及演變、從全球以至更大范圍這樣的時(shí)空尺度上理解環(huán)境問(wèn)題，需要各門(mén)學(xué)科，并關(guān)系到社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。

為了人類(lèi)與自然界的協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)將日益顯示其重要性。