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在19世纪的自然科学界，曾诞生了三个重大发现，即细胞学说（年—年）、能量守恒定律（年—年）和生物进化论（年），而这三大发现之所以能够并称19世纪三大发现，则源于著名革命导师恩格斯对这三大发现的高度评价，他认为“有了这三个大发现，自然界的主要过程就得到了说明，就归结到自然的原因了”。（《马克思恩格斯选集》第3卷）

细胞学说：德国植物学家施莱登和动物学家施旺

自17世纪胡克把在显微镜下看到的木栓薄片中的小室称为“细胞”以来，不少学者对许多动、植物的显微结构都进行过描述，但均未引出规律性的概念。到了18世纪，自然哲学在德国极为盛行，植物学家施莱登和动物学家施旺便是其中的佼佼者。

年，德国植物学家施莱登发表了著名《植物发生论》一文，他在前人研究成果的基础上，提出“细胞是一切植物的基本构造；细胞不仅本身是独立的生命，并且是植物体生命的一部分，并维系着整个植物体的生命”。

次年，德国动物学家施旺受到施莱登的启发，结合自身的动物细胞研究成果，又将此概念扩展到了动物界，提出一切动物组织均由细胞组成，从而形成了所有植物和动物均由细胞构成这一科学概念即“细胞学说”。

此后，施莱登和施旺之后，人们开始普遍将细胞作为生命的一般单位，而这便是“细胞学说”的基础。该学说后经植物学家耐格里和霍夫迈斯特以及动物学家克里克尔、莱迪希和雷马克等人的完善，进而形成了比较完备的细胞学说。

能量守恒定律：德国生物学家、物理学家、数学家亥姆霍兹

18世纪与19世纪之交，各种自然现象之间的相互转化相继发现：在热向功的转化和光的化学效应发现之后，年发现了红外线的热效应，年发现了电流的磁效应，年发现电磁感应现象，年发现热电现象，年发现其逆现象等等。

世纪之交，把自然看成是“活力”的思想是德国“自然哲学”的主要观点。年，德国的迈尔最先从“自然哲学”出发，以思辩的方式，由“原因等于结果”的因果链演释出二十五种力的转化形式。年，英国实验物理学家焦耳进行了更多的工作，测定了更精确的当量值。

年，德国科学家亥姆霍兹发表了著作《论力的守恒》，提出了一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释。由此证明了活力与张力之和对中心力守恒的结论。进而讨论了热现象、电现象、化学现象与机械力的关系，并指出把“力的守恒”原理运用到生命机体中去的可能性。

虽然定律的发现者们仍把能量称作“力”，且定律的表述也不够准确，但实质上已发现了能量转化和守恒定律。

生物进化论：英国生物学家达尔文

年7月1日，达尔文与华莱士在伦敦林奈学会上宣读了关于物种起源的论文，后人称他们的自然选择学说为达尔文—华莱士学说。年，达尔文在出版的《物种起源》一书中系统地阐述了他的进化学说。

达尔文的进化论核心，便是自然选择原理，即生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空间和食物是有限的，所以生物必须“为生存而斗争”。在同一种群中的个体存在着变异，那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具有有利变异的个体就被淘汰。如果自然条件的变化是有方向的，则在历史过程中，经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而成为显著的变异。由此可能导致亚种和新种的形成。

达尔文的进化理论，从生物与环境相互作用的观点出发，认为生物的变异、遗传和自然选择作用能导致生物的适应性改变。它由于有充分的科学事实作根据，所以能经受住时间的考验，百余年来在学术界产生了深远的影响。

虽然达尔文的经典进化论具有极大的局限性，直到二十世纪的科学家对达尔文进化论进行了大刀阔斧的增加与修改后才得以完善，但不得不说的是，达尔文的学说是开创性的。