Trước khi tìm hiểu về việc nghiên cứu sự sống, chúng ta cần thống nhất sự sống là gì. Mặc dù tất cả chúng ta đều biết những dạng sự sống quanh ta hàng ngày, nhưng thật khó để định nghĩa sự sống một cách rõ ràng. Có một định nghĩa ngắn gọn về sự sống như sau: một đơn vị có tính di truyền, có khả năng trao đổi chất, tái sinh (reproduction), và tiến hóa (evolution). Phần lớn quyển sách này đề cập những đặc tính trên của sự sống và làm thế nào chúng phối hợp với nhau để giúp cơ thể sống sót và tái sinh( hình 1.1). Bản tóm tắt khái quát sau đây sẽ giúp cho các bạn nghiên cứu về các tính chất đó.

1.1 Những mặt khác nhau của 1 đời sống: Sâu bướm, nhộng và bướm trưởng thành là những giai đoạn khác nhau trong 1 vòng đời của 1 con bướm chúa (Danaeus plexippus). Sâu bướm thu thập những nguyên liệu và năng lượng cần thiết để thực hiện hàng triệu các phản ứng chuyển hóa dẫn đến sự sinh trưởng và biến đổi, đầu tiên từ sâu bướm chuyển thành nhộng và cuối cùng thành bướm trưởng thành thích ứng cho việc sinh sản và phát tán. Sự biến đổi từ dạng này sang dạng khác được khởi sự từ các dấu hiệu từ bên trong cơ thể.

Sự trao đổi chất bao gồm sự biến đổi vật chất và năng lượng[sửa]

Trao đổi chất (metabolism): toàn bộ các hoạt động hoá học của cơ thể sống, bao gồm hàng ngàn các phản ứng hoá học riêng lẻ. Các phản ứng hoá học lấy vật chất và năng lượng và chuyển hoá chúng thành các dạng khác nhau, sẽ được tìm hiểu kĩ trong phần 1 của quyển sách này. Để 1 cơ thể hoạt động, rất nhiều trong số các phản ứng xảy ra đồng thời, cần phải kết hợp với nhau. Các gen thì quy định sự điều khiển này. Bản chất của vật chất di truyền (gen) mà điều khiển các hiện tượng trong đời sống chỉ mới được hiểu rõ trong khoảng 100 năm trở lại đây. Phần 2 của cuốn sách dành cho việc kể về câu chuyện của những khám phá về gen.

Môi trường bên ngoài có thể thay đổi một cách chóng mặt và không hề báo trước khiến cho cơ thể không thể kiểm soát được. Một cơ thể chỉ có thể bảo vệ được sức khoẻ nếu như môi trường bên trong còn đảm bảo được các điều kiện hoá lý. Các cơ quan bảo vệ của cơ thể giữ không thay đổi theo điều kiện môi trường bên ngoài bằng cách điều chỉnh quá trình trao đổi chất cho phù hợp với sự thay đổi các điều kiện môi trường như nhiệt độ, có hay không có ánh sáng mặt trời, hay có những tác nhân lạ bên trong cơ thể.

Việc giữ vững sự ổn định tương đối các điều kiện bên trong cơ thể , giữ cho thân nhiệt ổn định, được gọi là tính nội cân bằng. Sự điều chỉnh để cơ thể nội cân bằng thường xuyên là không rõ ràng, bởi vì không thấy một sự biến đổi nào. Tuy nhiên, ở một vài thời điểm trong cuộc sống, có nhiều cơ quan trả lời lại sự thay đổi điều kiện không phải bằng cách giữ vững tình trạng của chúng mà theo 1 cách thay đổi phần lớn tổ chức cấu tạo. Một hình thức đầu tiên của sự thay đổi cấu trúc là sự phát triển của hình thức bào tử, một dạng bảo vệ tốt và là một hình thức vô hoạt trong các cơ thể phải chịu đựng điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một ví dụ điển hình về sự tiến hoá rất lâu về sau này là của các loài sâu bọ, như các loài bướm. Để đáp ứng lại các dấu hiệu hoá học bên trong cơ thể, một con sâu bướm sẽ phát triển bên trong một con nhộng và rồi trở thành một con bướm trưởng thành.

Sự sinh sản làm cuộc sống tiếp diễn liên tục và là nền tảng cho sự tiến hóa. Sự sinh sản khác nhau là một tính chất chính của cuộc sống. Nếu không có quá trình sinh sản, cuộc sống sẽ nhanh chóng biến mất. Sinh vật đơn bào đầu tiên sinh sản bằng hình thức nhân đôi vật chất di truyền của chúng sau đó phân tách thành hai. Hai tế bào con giống nhau và giống hệt tế bào mẹ, ngoại trừ sự đột biến xảy ra trong quá trình nhân đôi. Những lỗi đột biến đó dù hiếm, nhưng lại cung cấp các vật chất thô cho quá trình tiến hoá sinh học. Sự phối hợp của quá trình sinh sản đơn giản cùng các lỗi trong việc nhân đôi vật chất di truyền tạo nên sinh học tiến hoá, một sự thay đổi về thành phần gen của các quần thể sinh vật trải qua thời gian.

Sự đa dạng hóa cuộc sống một phần được điều khiển bởi môi trường vật lý. Có những nơi lạnh và có những nơi nóng, cái lạnh và nóng có thể kéo một khoảng thời gian dài trong năm. Ở một vài nơi (các đại dương, hồ, sông) thì ẩm ướt, một vài chỗ (các hoang mạc) thì luôn khô hạn. Không một dạng sống đơn giản nào có thể hoạt động tốt trong mọi loại môi trường như vậy. Thêm nữa, chính các dạng sống qui định sự đa dạng của chúng. Một khi thực vật tiến hóa thì nó trở thành nguồn thức ăn cho các dạng sống khác. Lần lượt các loài ăn thực vật sau đó lại trở thành thức ăn cho các loài sinh vật khác. Và khi các dạng sống này chết đi, chúng lại tiếp tục là thức ăn cho các dạng sống khác. Điểm khác nhau giữa các dạng sống cho phép chúng tồn tại trong các môi trường khác nhau và thích ứng với các kiểu sống khác nhau mà ta gọi là sự thích nghi. Sự đa dạng tuyệt vời của các dạng sống làm cho sinh học trở thành một thứ khoa học hấp dẫn và Trái đất trở thành một nơi giàu có, phục vụ cho cuộc sống.

Có một thời kì dài không có sự sống trên trái đất. Sau đó là thời kì sống của các đơn bào, rồi đến sự sinh trưởng của các đa bào. Nói một cách khác, tự nhiên và sự đa dạng các dạng sống khác nhau luôn thay đổi theo thời gian. Việc nghiên cứu quá trình mà tạo nên sự tiến hoá sinh học trên trái đất là một khoa học rất được chú trọng vào thế kỷ 19. Những quá trình đó sẽ được nói đến rõ nét hơn trong phần 4 của cuốn sách này. Còn ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu một cách ngắn gọn làm sao có thể khám phá ra chúng.