大家都知道，植物是通过光合作用来合成自身需要的有机物质和能量维持生命的。但动物没有叶绿体，它不能像绿色植物那样利用光能和无机物质合成自身需要的有机物质和能量，而只能摄入现成的有机物质和能量。就像我们人类，如果不吃饭就无法维持生命。
动物对摄入的食物，有一部分可以被直接利用，例如水、维生素和无机盐。还有一部分，像糖类、蛋白质、脂肪等构造复杂的大分子有机物被摄入体内后，一般不能直接被利用，而必须经过一番加工、改造，然后才能为组织细胞所利用。简单地说，就是机体要把构造复杂的大分子变成构造简单的小分子，把不溶的物质变为可溶的物质，把不能渗透的物质变为可渗透的物质。这就是生理学上所说的消化作用。
科学家们早在17世纪就对动物的消化问题开始了研究。荷兰生理学家冯·赫尔蒙特和一些医学化学家把消化解释为一种发酵过程，而医学物理学家则用物理学原理来解释消化。法国物理学家列奥弥尔首次发现了胃液的消化作用，这是对消化研究的一大突出贡献。尽管列奥弥尔没有解决整个消化问题，但却由此开辟了消化过程研究的新领域。他通过用鸟类、狗做实验，总结了三种动物消化的方式：一是机械的研磨，二是腐化或腐烂作用，三是由胃分泌的某种液汁的化学作用引起的溶解。从今天成熟的消化理论来看，列奥弥尔对消化的理解，除了第二种途径，第一和第三基本是正确的。从列奥弥尔的研究开始，近代生理学关于消化过程的研究从此发展起来了，到20世纪，整个消化过程已被完全揭示出来。
生理学的研究在不断地进行，现代生理学研究表明，不同等级的动物的消化方式是不同的，大概分为胞内消化和胞外消化两种方式。结构比较简单的动物吞入食物后，在细胞内借助于酶的作用，使食物分解获取营养，这是胞内消化方式。结构比较复杂的动物有专门的消化系统即消化道，消化作用完全在消化道内进行，此即胞外消化。高等动物和人类的胞外消化又分为两种具体形式，即机械性消化（通过消化道的收缩活动而实现）和化学性消化（通过消化腺分泌的消化液完成）。在正常情况下，这两种消化形式是相互配合、同时进行的。
小肠是吸收营养物质的主要器官，经过消化后的物质主要在小肠内被吸收，并进入血液循环系统输送到全身，供机体利用。营养物质在体内的吸收有主动吸收和被动吸收两种机制。被动吸收主要包括扩散、渗透等作用，水、维生素等就是通过被动吸收方式进入胞内的。而诸如氨基酸、单糖及非脂溶性有机物都是靠主动吸收实现的。现代生理学对主动吸收研究最充分的是关于细胞膜对钠、钾离子的转运，营养物质就是通过这种方式被吸收进入细胞，然后参与体内的各种生化反应，成为糖类、脂肪、蛋白质再合成的原料，最后转变成机体自身的组分。
这就是人类在不断探索和研究中得到的关于消化吸收的理论。我们人类以及部分动物体内的消化吸收都是这样进行的。
人体就像是一个奇妙的工厂，在我们不知不觉中，进行着各种工程。而人类也在致力于发现这其中的奥妙，终于被我们揭示了消化和吸收的过程和原理。
神奇的催化剂——酶的发现
生物的生存每时每刻都要进行一系列的化学变化，这些变化总称为新陈代谢。虽然生物体内化学变化十分复杂，但它们都在常温常压下完成。原来，生物体内广泛地存在一类特殊的催化剂——酶。它能有效地降低参加化学反应的各个分子的活化能，使生物体能够快速而高效地完成各种化学反应。植物的光合作用，人对食物的消化、吸收等无一不是在酶直接参与下发生和完成的。比如有种叫根瘤菌的细菌在常温常压下就能把空气中的氮气固定下来，而人类要做到这一点却必须用几千个大气压和几百度的温度。
远在4000多年前，我国劳动人民虽然对“酶”的存在没有深刻的认识，但通过长期的观察实验，积累经验，已经能很好地利用酶为我们的生产生活服务了。他们用粮食、水果发酵酿酒，在周朝就知道用麦芽糖酶催化淀粉水解来制取麦芽糖，春秋战国时已能利用曲来治疗消化不良症。
对酶的科学研究开始于18世纪的西方。18世纪50年代，意大利科学家斯伯拉塞尼首先发现老鹰的黄色胃液中有一种能分解食物的物质。几年后，苏格兰医生史蒂文斯用导管插入哺乳类动物胃里，抽出胃液，发现它对食物有分解作用。德国科学家许旺用氯化汞和动物胃液作用，得到一些白色沉淀，把汞除去后，发现剩余物质分解食物的能力竟比胃液还强。不久，科学家佩恩和佩尔索发现从麦芽里提取的物质竟能迅速地把淀粉水解成糖。此后，德国化学家屈内把这一系列从有机体中分泌出来有催化能力的物质称之为“酶”。
当时，人们把酶分成两种：一种叫无机酶，是由无机物组成的；另一种在生物体内才有催化作用的，叫有机酶。这实际上是活力论在生物化学上的翻版，是不科学的。19世纪末，德国化学家布希纳做了一个著名实验，推翻了这种说法。布希纳用砂轮把活的酵母细胞加水磨成粉末，过滤后滤液仍能起到发酵作用，这个伟大的发现使布希纳获得1907年的诺贝尔奖。
20世纪20年代，美国奈尔大学独臂青年化学家萨姆纳提纯出了酶，并证明这是一种蛋白质。接着，美国化学家诺思谱双提纯出来一系列的酶，证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了诺贝尔奖。从此，几十年来科学家公认酶的成分是蛋白质。
然而这种理论也是不全面的。美国化学家西卡发现了非蛋白质酶——核酸，它也可以充当生物催化剂。西卡的发现不仅打破了生物催化剂中只有蛋白质一家的传统观念，给今后生命的人工合成提供了一个重要的信息，还给生命的起源和演变提供一个新的线索。人们可以想象，在地球原始海洋中，当形成核酸后，它就可能催化自身变化。这样，西卡的发现就为生命起源的研究开辟了一条新航道，因而，他获得1983年的诺贝尔奖。到此，为奖励研究酶的组成，已三次颁发诺贝尔奖。
据统计，至今已发现2000多种酶，其中被提纯并结晶的有100多种，作为商品生产的有120多种，应用到工厂中的就有60多种。它们在食品、医药、制革等数十个行业上发挥着巨大的作用。
人类通过自身的努力发现了越来越多的酶，并利用其为人类服务。酶有惊人的催化能力，它的发现无论在理论上还是应用上都有重大的意义。
生命之舟——染色体
细胞是生命的基质，生命的全部奥秘都集中在细胞之中。如果把细胞比喻成一个小房间，那么染色体就是能开启这间房间的钥匙，它同时也被称为生命的载体。
染色体的发现经历了复杂而称奇的过程。
早期的科学家们发现，如果人为地将一个单细胞生物分成两半，使其中一半含有完整的细胞核，另一半不含细胞核，那么，有核的一半就能够分裂、生长，另一半则趋于死亡。于是，科学家们把视线聚焦到了细胞的内核上。科学家们还发现，某些染料可以将细胞核染色，可以使细胞核在整个细胞中变得更加清晰，便于观察。
19世纪中期，德国植物学家霍夫迈斯特在花粉母细胞中隐约看到了核内的丝状物。几年后，德国生物学家弗莱明发现，细胞核内分布着一些丝状物，由于这些丝状物能够被染料染色，于是，弗莱明把这些丝状物称为“染色质”，后来被德国解剖学家瓦尔德尔改称为“染色体”。弗莱明在他的一本描述细胞分裂过程的著作中把整个细胞的分裂过程称为“有丝分裂”，他确信染色质在其中起着至关重要的作用。后来，科学家们发现，同一物种内的生物，细胞内都含有同样数目的染色体，细胞中的染色体是成对存在的。在有丝分裂过程中，染色体的数目先加倍，然后细胞再一分为二，加倍的染色体再平均分配给子细胞，因此，分裂后的两个子细胞各含有与原母细胞相同数目的染色体。50年代末，科学家们研究发现，人类染色体共有46条，23对，有一半来自父亲，另一半来自母亲。
细胞的分裂方式有两种，一种是上述的简单的有丝分裂，另一种是更为复杂的减数分裂。减数分裂也称作“成熟分裂”，是指在性成熟的生殖细胞中，性母细胞经过两次连续分裂（染色体在整个分裂过程中只复制一次），形成的4个子细胞中的染色体数目减少到原来细胞的一半。减数分裂形成的细胞中，只有一套（组）染色体，这种细胞也叫做单倍体细胞，常见的如生物体内的精子与卵子。当精子与卵子受精形成一个细胞后，受精卵（或合子）中的染色体就变成了两套（组），由此出现了一个新生命的开始。显而易见，减数分裂及精卵结合是保证生命体世代交替和种类稳定的重要环节。
当人们认识到生物体内生殖细胞的减数分裂与体细胞的有丝分裂同样离不开染色体时，把染色体比喻作生命之舟并不夸张。因为体细胞的有丝分裂导致生命体的成长壮大，而生殖细胞的减数分裂则导致了生命体的世代延续，生生不息。
20世纪初，德国生物学家亨金用切片法研究半翅目昆虫的减数分裂时，发现一条在性母细胞减数分裂的后期在向细胞一极移动时处于落后状态的染色体。亨金给它起了个名字叫“X染色体”，表示这是一条连他也没弄清楚的染色体。直到20世纪初，丹麦人威尔逊发现了在半翅目和直翅目的许多昆虫中，雌性个体的细胞中具有两套普通的染色体，称作“常染色体”，另外还有两条“X染色体”，而雄性个体的细胞中也有两套常染色体，但是只有一条“X染色体”。
威尔逊激动地得出了结论：动物的雌、雄性别可以根据细胞中“X”染色体的多少加以区别，“X染色体”因而也被他称为“性染色体”。可是威尔逊却忽视了雄性个体的“X染色体”身边还有一条不露声色的同伴——“Y染色体”，这种染色体呈钩型，比“X染色体”短小。这条被威尔逊丢失的“Y染色体”3年后被生物学家史蒂芬斯发现。终于，染色体和性别之间的秘密也被揭开。
染色体的发现是生物学史上的里程碑、奠基石。随着科学家们前仆后继地努力，人类越来越清楚、细致、微观地了解了生命。
生命的密码箱——基因
说到基因的来历就要从孟德尔的那篇论文开始。孟德尔的论文指出，生物体表现出来的高矮、胖瘦、大小、颜色等性状只是人们能够感觉到的表面现象，而这些现象的反复出现一定有着某种内在的原因。孟德尔把这种决定性状的内在原因称为“遗传因子”，这是孟德尔学说的核心概念。
孟德尔和他的学说在20世纪初掀起了一个宏大的科学热潮，遗传学迅速成为当时生物学家们的研究热点。丹麦植物学家和遗传学家约翰逊提出，“遗传因子”使用起来很不方便，而“基因”代替“遗传因子”更能反映出事物的本质，说起来也朗朗上口。此后，人们便习惯于将决定和控制生物遗传和变异内在的某种细微因子称为“基因”。但是，基因究竟是什么东西？当时谁也没有亲眼见到过。
20世纪初，美国哥伦比亚大学生物学研究生沃·萨顿发现，染色体显然不是基因，但是染色体与基因有许多相似之处，比如在受精时来自父方的一个基因与来自母方的一个基因合在一起恢复成双，而来自父方的一条染色体与来自母方的一条染色体也是合到一起，恢复成双。这种比较研究的结果令萨顿极为振奋，因为他已经意识到，基因很可能就在染色体上。据此，萨顿提出了一个假说：染色体是基因的载体。他的假说很快被各项实验所证实。
几年后，美国哥伦比亚大学生物系的生物胚胎学家摩尔根开始沿着校友萨顿的思路在果蝇身上寻找基因。摩尔根发现，生物遗传基因的确在生殖细胞的染色体上，而且基因在每条染色体内是呈直线排列的。染色体可以自由组合，但排在一条染色体上的基因是不能够自由组合的。基因总是跟随着染色体——这种特点被摩尔根称为基因的“连锁”，即染色体好比是链条，基因好比构成链条的链环，链环跟着链条跑。可是，这种由链环连接而成的链条偶尔也有丢掉一个链环再补上的情形。多年以后，摩尔根和他的弟子们建立了相当系统的基因遗传学说，揭示了基因是组成染色体的遗传单位，它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位。摩尔根本人也因此获得了1933年度诺贝尔医学和生理学奖。
但是，人们对于基因是否实际存在并非像摩尔根那样充满信心。事实上，基因学说一问世，不少人就认为，基因不过是以某种特定的形式排列在染色体上的位点，它并不实际存在。
人类最终解开基因之谜则要归功于一条米歇尔从外科诊所的废物箱中捡来的带血的绷带。19世纪60年代，年轻的化学家米歇尔在一条满是浓液的绷带上找到了记录遗传信息的“无字天书”——核酸。浓血主要由白细胞和人体细胞组成，米歇尔用硫酸钠稀溶液冲洗绷带，使细胞保持完好并与脓液中的其他成分分开，得到了很多白血球细胞。然后，他又用酸溶解了包围在白血球外的大部分物质而得到了细胞核，再用稀碱处理细胞核，又得到了一种含磷量很高的未知物质。米歇尔把它定名为“核素”。不久，米歇尔的德国导师塞勒也从酵母菌中提取出了核素。由于在细胞核中找到的那种含磷量很高的“核素”具有很强的酸性，因此，“核素”后来被“核酸”所取代，并为科学界广泛采纳。
20世纪初，美国生物化学家欧文发现核酸中的碳水化合物是由5个碳原子组成的核糖分子；到了30年代，他又发现米歇尔在绷带上所发现的“胸腺核酸”中的糖分子仅仅比塞勒从酵母菌中发现的“酵母核酸”中的糖分子少一个氧原子，因此把这种糖分子称为“脱氧核糖”。此后，这两种核酸分别被命名为“核糖核酸”（RNA）与“脱氧核糖核酸”（DNA）。几年后，欧文把以上两种核酸分解为含有一个嘌呤、一个糖分子和一个磷酸分子的许多片段，并把这种片段叫做“核苷酸”。欧文认为，核酸是由核苷酸连接而成，核苷酸可分成4种。在DNA中，4种核甘酸是：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞密啶（X）和胸腺密啶（X）核苷酸。在RNA中分为：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞密啶（X）和尿密啶（X）核苷酸。
