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人类对生物的最初认知，应该和其他生物一样，是对食物和捕食者的辨识。进入农耕之后，出现了对可驯化生物习性的观察以及根据被驯化生物习性对其加以利用。这应该是最初的、包括种植业和养殖业的大农业的雏形。在这个过程中，人类也在了解自身，寻找治疗疾病的方法。这也是医学的雏形。在这个持续几千年的农耕发展历史上，人们对生物的了解基本上是以经验为工具，追求认知的实用性。因此在这个历史阶段谁发现和发明了什么并不重要。人们基本上是根据前辈传下来的行之有效（起码当时认为有效）的经验为依据来了解生物、利用生物。
智人从非洲最近一次走出之后，经过几万年的演化，世界上不同区域的居群都程度不同地进入了农耕阶段，哪怕是刀耕火种，也算是农耕了。但只有一个地方，即环地中海的古希腊、罗马帝国以及之后的欧洲地区的人把对生物的了解推进到一个全新的“博物学”阶段。根据百度百科可以了解到，所谓博物学（natural history，最初的拉丁文是historia nat-uralis）一般而言指对动物、植物、矿物、生态系统等所做的宏观层面的观察、描述、收集、分类等。其代表人物从古希腊的亚里士多德（Aristotle），到18世纪的布丰（Georges-Louis L. de Buffon）。分类学的奠基人林奈（Carl von Linne）、生物演化研究的代表人物拉马克（Jean-Baptiste Lamarck）、达尔文（Charles R. Darwin）、华莱士（Alfred R. Wallace）等人，很大程度上也都属于博物学家。博物学与传统的经验性的生物观察和利用以及现代意义上的生物学有哪些异同？与前者的差别，最大的可能是系统性和并不以直接的实用性为诉求；而与后者的差别，最大的可能是除了达尔文之外，几乎所有的博物学家的研究方法，基本上都是停留在对研究对象的观察、描述、收集和分门别类上，没有“实验”的内容。如果按照在引言中所提到的有关“科学”所应该具有的三个属性的解读，博物学并不属于严格意义上“科学”的范畴。但是，从达尔文的例子可以看出，他在1859年出版《物种起源》之后，于1868年出版的《家养动物和培育植物的变异》以及之后发表的有关植物的研究，证明他已经开始从典型的博物学的收集样本，对样本进行观察、描述、分类，转入了具有“科学”特点的实验性研究。我们要了解生物学发展过程中各种观念的演变，不能忽略研究者在认知方式上的转型。
当然，作为了解生物的不可或缺的一个阶段，博物学拓展了人类对地球上生物的认知范围。这为下一阶段的对不同生物类型和生物过程的分门别类的研究奠定了基础。
如果把达尔文的《物种起源》看作是他在博物学基础上，对已知生物类型之间相互关系及其转换机制的一个总结的话，那么这本书的发表，实际上也宣告了博物学时代的终结。这一推测可以从达尔文自己后来全身心投入以实验的方法检验所观察到的自然现象的努力得到支持。实际上，从17世纪开始，人们已经成规模地对生命系统开展了分门别类的研究。如英国的N. Grew和意大利的M. Malpighi在17世纪开创了现代植物学，英国的W. Harvey开创了生理学，K. F. Wolff、K. E. von Baer等人在18世纪开创了胚胎学，19世纪中后期孟德尔开创的遗传学以及因F. Wohler人工合成尿素而兴起的生物化学等等。解剖学的起源甚至可以追溯到16世纪的达·芬奇。对生物研究的这种分门别类的趋势持续了两三百年，到20世纪中期达到顶峰。自从1953年DNA双螺旋模型提出之后，对生物的研究进入了一个新的阶段，即各个不同学科的研究，都以DNA或者基因作为自己的出发点。从表面上看，好像出现了一个殊途同归的趋势。可是，虽然1987年开始出版的N. Campbell的Campbell Bi-ology成为目前一种被广泛使用的囊括了生物学不同领域的教科书，在研究的方面，不同的学科之间还是各行其是——用着大致类似的方法，研究不同生物的不同具体问题。这给大家留下了一个印象，觉得生物学不像物理学那样，有需要逻辑推理的共同规律。曾经有一句很多生物学家都喜欢的自我调侃：生物学规律永远有例外。甚至以研究蚂蚁起家的著名生物学家E. Wilson都认为：虽然生物学现象基于共同的物理、化学原理，起码不会违背这些原理，但对于上百万个物种而言，本质上每一个物种都有自己的生物学。很多年轻人鄙视生物学，认为生物学不是科学，是“理科中的文科”。生物学的知识是碎片化的，学习只能靠辅之以一点归纳方法的死背硬记。因为在他们的印象中，只有可以用公式来描述的、具有可预测性的、具有类似物理学那种可以推导的规律的才算是科学。可是情况果然如此吗？
其实，从不同居群的人类历史可以看到，人们很早之前就在探索生物与非生物、活与死之间的差别。亚里士多德的划分指标是灵魂的有无。17世纪之后，活力论（vitalism）曾经取代亚里士多德的“灵魂说”成为人们描述生命本质的一种方式。虽然由于无法用实验加以证明，进入20世纪之后，活力论已经淡出了生物学的范畴，但是人们寻求复杂生命系统内的共同规律的努力却一直没有间断。神创论其实是最简单的一种解释。在现代社会很多人认为神创论是一种可笑的说法，可是如果回到三千年前一神教形成的时代，在当时极为有限的认知空间范围内，能提出神创论来解释这个世界的形成，其实是需要很多现代人都难以望其项背的极其强大的想象力的。在这里之所以要特别把神创论作为一种解释生命本质的观点提出来，很重要的原因是，如果没有神创论，很难想象会有达尔文的演化学说。正是由于经院哲学根据神创论把不同类型的生物排列出一个生物巨链（great chain of being），才让达尔文在分析他所观察到的现象、研究收集到的样本时，发现神创论的不合理性，从而提出自然选择驱动生命之树形成的全新理论，为人们解释生物类型之间的关联和变化关系提出了一个具有普适性的规律。不仅如此，达尔文根据生命之树的逻辑向前追溯，还提到了生命起源的可能机制。他在1871年给他的朋友，植物学家J. D. Hooker的一封信中提出，生命最早可能“在温暖的小池塘里面（in some warm little pond）”。这种设想到20世纪20年代苏联学者A. I. Oparin 那里变成了一个大家熟悉的概念“原始汤（primordial soup 或者 prebiotic soup）”
虽然在达尔文时代，人们对生命系统了解的有限性决定了人们其实无从对生命的本质做出有效的解释，可是，大量的观察和实验还是为寻找生命世界的共性提供了具有坚实实验支持的证据。目前具有广泛共识的生命世界的共同属性中，从组分的层面上，最广为人知的一个是细胞，在17 世纪中期因显微镜的发明而被R. Hooke观察到，到19世纪中期基于各种实验证据而由 M. Schleiden和 T. Schwann分别提出植物和动物都是由细胞构成、R. Virchow提出细胞来源于细胞所形成的细胞理论；另一个是基因，在19世纪中期由Mendel通过实验提出概念原型，20世纪初由Morgen落实到染色体，20世纪中期由Watson和Crick落实到DNA分子。通过迄今300多年的研究，现在比较确定的是，细胞是由包括DNA在内的大量复杂的分子，如核酸、蛋白质、多糖和脂类和各种复杂的小分子构成的复杂结构。
细胞这样的复杂结构是如何形成、如何运行的呢？这就涉及生命世界的共同属性的另外一个层面，即机制或者功能。在这个层面上，目前也有几条共同的属性是得到大量实验证据支持的：第一，细胞内各种大分子，包括细胞本身，处在不断的变化过程中，这些变化一般被统称为“新陈代谢”，即不断有新的分子/细胞形成，旧的分子/细胞解体；第二，这些变化依赖于与细胞外的物质和能量的交换；第三，这些变化不是无序的，而是受到调控的。可是，新陈代谢是如何进行的？新陈代谢过程中细胞内外的物质和能量是如何交换的？新陈代谢是如何被调控的？随着人类认知能力的发展，这三大类问题的追问越来越深入，细分的问题也就越来越多，实验不得不随之越做越细。这大概就是生命科学研究进入20世纪后半叶以来越来越活跃，人们投入的人、财、物资源越来越多，以至于很多人认为21世纪是生命科学的世纪的主要原因。
可是，越分越细的实验研究最终能帮助人们回答有关生命本质的基本问题吗？比如地球上的生命最初从何而来？生命是不是自发产生的？生物与非生物之间的边界在哪里？目前有关生命本质的主流观念是基因中心论。有关生命的几乎所有现象都从基因上去寻求解释。可是，放在试剂瓶中的DNA会变成活的生命吗？或者它的存在本身就算是生命吗？如果是，DNA最初是从哪里来的呢？流行了300年的活力论最终因为其缺乏实验证据的支撑而退出了科学舞台，从中心法则提出而兴起60多年的基因中心论能经得起逻辑完整性的考验吗？
如同人类对生命本质的追问早在科学作为一种认知方式出现之前就早已存在一样，在生物学作为一个科学认知的领域出现——从收集样本到分门别类地分析研究再到共性探索——的同时，其他科学和非科学领域的学者也有人不断被生命问题所吸引，加入探索生命本质的努力中来——毕竟，每个人都是生命世界的一个成员，我们都会对自己是谁、从哪里来、到哪里去这类问题感到程度不同的好奇，而且有权利给出自己的解释。寻求生命本质问题的答案，并非生物学家的专属领地。在其他科学领域的学者对生命本质所进行的探索中，奥地利物理学家薛定谔的观点大概是迄今为止影响最大的一种。在他1944年所做的题为《生命是什么》（What is Life）的演讲中，他从物理学的角度，提出了两个命题：第一，生命是如何从有序到有序，即遗传的本质的问题。在这个命题中，他认为，所谓的遗传，应该是信息在代际间的传递，而这种信息的储存形式应该是某种代码在某些物质上的线性排列。第二，生命是如何从无序到有序，即生命本质和起源的问题。在这个命题中，他认为，生命是自发形成的有序现象。按照热力学第二定律，自发形成的过程只会指向无序，即熵增加，可是生命的有序性却指向熵减少，他把这个过程叫做“负熵”（neg-entropy）增加。他认为“负熵”或者说生命系统自身的有序性，源自其形成过程向外在环境排出了熵，即以环境的熵增加来换取生命系统自身的熵减，即有序性。
尽管薛定谔的第一个命题并没有关于从有序到有序的过程中遗传信息载体的具体描述，按照Watson在他所著《双螺旋》（Double Helix）一书中的说法，这个命题还是为他们发现DNA是遗传物质提供了重要的灵感。从1945年薛定谔的演讲出版到1953年以DNA双螺旋结构来解释DNA就是遗传物质，再到之后几十年的分子生物学的发现，DNA是地球生命世界普遍使用的遗传物质已经成为一个有丰富实验证据支持的科学判断。以DNA双螺旋来解释DNA是遗传物质的成功，表明从其他学科领域对生命本质进行分析对人们的实验研究也能带来实质性的帮助。
可是，薛定谔的第二个命题却很难说为人们理解生命的本质所带来的影响究竟是正面的多还是负面的多。这个问题，我们留到本书的最后再做探讨。
除了物理学家对探讨生命本质的介入之外，化学家也理直气壮地对生命的本质发表他们的看法。化学家的逻辑很简单：生命过程说到底就是化学反应。因超快反应研究而得到诺贝尔化学奖的德国化学家Manfred Eigen就曾对生命做过如下的推论：生命的本质是化学反应、是有信息中心组织的化学反应、是反应程序自我复制的化学反应。另外一位因耗散结构而获诺贝尔奖的化学家I. Prigogine认为，他的耗散结构理论解释了生命现象的本质。数学家自然也不会让自己置身事外，如20世纪50年代计算机先驱von Neumann有关生命的本质就是自我复制的说法，以及90年代S. Kauffman有关生命现象的本质是一个动态系统在其信噪比处于边缘状态时的涌现现象。
有趣的是，对于主流生物学家而言，这些数学家、物理学家、化学家对生命的解读与他们日常的研究工作之间没有什么实质性的交集。毕竟，作为一种实验学科，生物学家关注的是生命系统中大分子的行为及其在不同层级上的效应。毕竟，“活”的生命系统，即生物，才是生物学家研究的起点。离开了“活”的生命系统，即生物，在生物学家那里就失去了判断是非的参照系。大家基本上只能在这个参照系范畴内不断地去追踪细节。至于“活”的生命系统是如何形成的问题，在主流生物学家现存的认知体系中，人们好像还未得其门而入。