生物形态及其机能是对不同环境的适应性反映
环境决定论是生物形态形成的基本规律，从生命的起源和地球的生命条件来看，是环境决定了一切。至今人类还未发现外星生命，究其原因是没有找到与地球相类同的星球环境。美国国家航空航天局（NASA）一直致力于类太阳系、类地球环境的寻找。近年来科学家们通过开普勒太空望远镜发现了诸如开普勒-22b、开普勒-186、开普勒-452b等许多处在恒星“宜居带”中的“宜居”行星。所谓“宜居带”中的“宜居”行星，就是与其恒星距离适中、温度适宜、其上有液态水存在的行星。开普勒-452b是新发现的太阳系外首个与地球相似度达到0.98的“宜居”行星，“宜居带”的核心参数是类似太阳辐射的恒星和类地距离（图2-1）。
图2-1 开普勒-452b系统和太阳系宜居带的近似比较（图片源自凤凰网）
我们可以推断：宇宙中除了地球之外肯定还有其他有生命存在的星球，只要能找到如地球一样的宇宙生命环境，这个环境中就一定能找到生命，甚至是有地球上相似的生命形态存在，所以环境带给人们希望。
1859年，达尔文经过5年的环球旅行，对植物进行了大量的考察和采集后出版了震惊学术界的《物种起源》，他以自然变异和自然适应性选择作为野生生物发展机制，系统地提出了生物进化理论。达尔文认为，各特定地域的生物都以十分平等的力量相互斗争，只要一个物种的构造和习性发生变化，哪怕是极细微的变异，如果这种变异使其在同一地域的生活条件下获得更多的生存利益和防御技巧，那么促使这种变异的机会就会大大增加，从而形成新的物种。另外，外界条件的改变，促使物种变异的机会越来越多，在一个特定地域总有诸如四季变化、气候活动、生物比例数等一定范围内和幅度的周期性活动，这就促使同一地区的各物种有相对好的本地适应性。“自然选择”导致了生物根据有机的和无机的生活条件而得到自身性状的改进，这是自然法则。这说明自然界的各种机能性造物（生命体）起源于其所生存的环境，同时又受制于环境变化的制约而处在活态进化中。
对于生物性状的人工变异与人工选择是为了适应人的目的和要求，是适应人的文化环境的进化，带有人对生物物种再次设计的属性。
生物形态的机能随地球环境的各处不同而呈现出地域差异性。常言道，大自然是最伟大、最神奇的设计师。自然的神奇和伟大我们还没有全部看到，但我们从中认识到一些基本规律，这就是自然创造万物必须要有的多种适合的条件，没有合适的物理条件和生态条件是不能形成其对应的物质形态的。不同的自然地质条件也会形成不同的自然形态，所谓的山川河流、花草树木、鸟鱼虫兽等，这一切与形成它们的自然环境是和谐相处的，形成了特定的生态系统。藻类、鱼类、贝螺、珊瑚只能生活在水中，它们的形态和功能与水中环境融为一体。陆生动植物是空气、阳光、土壤的产物，陆生植物在空气中吸收二氧化碳与体内的水分进行光合作用，这个自然界中最伟大的化学作用养育和维持了整个地球的生态系统。但这个生态系统又呈现出地域的差异性，同样是陆生动物，大象生活在热带雨林地区，而骆驼却生活在沙漠戈壁，它们身体的功能和形态与其生活的环境特征一一对应。环境与生物群落不能分离，就像胎儿不能离开母亲的脐带一样需要依赖。其实我国古人很早就认识到植物生长与自然环境的关系。《晏子春秋》中记载了齐相晏婴使楚的一段故事：
晏子至，楚王赐晏子酒，酒酣，吏二缚一人诣王。王曰：“缚者曷为者也？”对曰：“齐人也，坐盗。”王视晏子曰：“齐人固善盗乎？”对曰：“婴闻之，橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。今民生长于齐不盗，入楚则盗，得无楚之水土使民善盗耶？”王笑曰：“圣人非所与熙也，寡人反取病焉。”
从现代生物学的观点看，枳和橘同为芸香科植物，但不同属，由于遗传保守性的作用，植物适应地理环境而由一个属自发演化为另一个属的现象是罕见的。宋代车清臣认为“江南人有接树之法，以橘枝接枳，枳遂为橘，其核不变，再种则复为枳矣”。
生物学中有一个普遍的原则，即生物的形态结构与其生理功能一致，而生理功能又与生物所处的环境相适应。这样，生物形态与其生活环境之间必然存在着千丝万缕的联系，我们很容易在自然界中找到这种联系的证据。
从外形来看，阔叶林树叶叶面呈片状，表面积大，这与温带气候温暖潮湿，植物表面蒸腾作用旺盛有关；针叶林树叶的叶片表面积则小得多，针叶表面覆盖着一层角质膜，这样能降低蒸腾作用的水平，减少水分的流失，这是因为针叶林的生长环境—亚寒带是寒冷且干燥的，植物吸收水分和有机物很困难（图2-2）。
图2-2 不同的自然环境对应不同植物的叶面形态
贺兰山位于宁夏回族自治区西北边缘，是内蒙古和宁夏的区划分界线，虽然面积不大，但在我国具有非常重要的地理意义。贺兰山脉地区属于国家级自然保护区，为南北走向的山脉，保护区南北长170多公里，东西宽20～40公里。山的西边是腾格里沙漠，属于内蒙古阿拉善地区，漫漫黄沙将山脉埋到了半山腰，东边是一派繁荣的绿地农耕景象，充足的黄河水将这里滋润成塞上江南。贺兰山是我国季风区与非季风区的分界线，也是干旱区与半干旱区的分界线。过渡性的地理气候造就了许多过渡性的动植物形态，一些多肉植物，耐寒、耐碱植物在这里生息繁衍。当地岩石上生长的佛甲草［图2-3（a）］、白莲蒿［图2-3（b）］、节节草［图2-3（c）］、灰榆等植物均喜光、耐旱、耐寒、耐瘠薄、耐盐碱，还有抗污染性，叶面滞尘能力强，且根系发达，抗风力、保土力强，能够很好地适应当地的自然环境。该地区生长的另一种植被—金露梅［图2-3（d）］，生性强健，耐寒，但怕积水，耐干旱，喜光，在遮阴处多生长不良，对土壤要求不高，在砂壤土、素沙土中都能正常生长，喜肥而较耐瘠薄，周边的腾格里沙漠、乌兰布和沙漠等边缘均有大量生长。这些植被茎、叶都比较小，根系发达，能够抗风沙，它们很好地适应着贺兰山的自然环境，依赖当地自然环境生长生存，体现了植被生长的地域适应性特征。这正是长期自然选择的结果，体现了“物竞天择，适者生存”的丛林法则。此外，贺兰山的动物品种也很丰富，在仅20万公顷的地域中就有43种之多，贺兰山岩画中刻画的很多动物现在都有，主要有贺兰岩羊、北山羊、斑羚、马鹿、雪豹、贺兰狐、蓝马鸡等。岩羊现存约有2万只，当地人称其为“贺兰山的精灵”。贺兰岩羊数量庞大，种群纯正，由于高寒干旱环境及雪豹、豺狼天敌制约，群量稳定。干旱的裸露岩石成了它们飞奔攀岩的训练场，金露梅、绣线菊、针茅等高山荒漠植物是它们喜食的草料。贺兰岩羊体形中等，有部分山羊特征，但角不盘曲，头部狭长、耳朵短小，悬蹄尖锐，通体为青灰色，腹部腿部为白色，这种体形特征是特定生存环境下形成的。生活环境也造就了它们的生活习性，尤其擅长攀登悬崖峭壁，只要有棱角崖石，便能纵身攀岩跃上。
图2-3 贺兰山地区的部分植被
动物适应特定自然环境不仅表现在生物体态上，还表现在它们的一些本能的生存性营造活动中。动物都有维持生命的觅食本能和繁衍生息的生理本能，这样它们也会像人类一样进行筑巢、挖穴、织网的生产活动。这些本能的造物活动中强烈地反映出它们对地域的适应性。例如，蚂蚁在世界各地都有生存，但非洲的白蚁和温带地区的黑蚂蚁、红蚂蚁其巢穴形态功能就相差很大。生活在腾格里沙漠边缘地区的一种小型黑蚂蚁筑造的洞穴，其建造的“风水”原理是：如图2-4所示，右上方为西北方向，该方向夏秋季节沙尘天气频繁，有时有暴风雨，该沙漠地区的沙丘流动方向均为由西北向东南流动，由于该沙丘被一棵白沙棘植物固定，所以洞穴被建在该固定沙丘的东南坡面上，并且呈西南—东北地势缓坡下降，洞穴西北上方为沙棘的枝蔓掩护，无论是刮风或下雨，这个方位建筑洞穴都是最佳风水选择。
图2-4 沙漠地区的一种黑蚂蚁穴口向置
影响生物生存和发展的环境因素称为环境因子，这些因子包括：光因子（不同的植物对光强的反应是不一样的，适应强光照地区的植物成为阳地植物，这种植物喜光而不能忍受荫蔽，在弱光条件下会生长发育不良，如水杉、侧柏、蒲公英等），温度因子（有的植物茎叶上生有密绒毛，这些绒毛起到挡住气孔，减少水分蒸发的作用，同时又可以减少阳光的直射，降低叶面的温度，如枇杷、杜鹃等；有的植物体呈白色或银白色，叶片革质发亮，能够反射部分阳光，免受热伤害；有的植物在高温下将叶片进行折叠，以此减少光的吸收面积，起到保护作用），这些都是生物本身对环境所做出的适应性改变。
现代生物学研究表明，生物形态反映了其生长的规律，生长规律是由环境控制的。比如，各种海螺、蜗牛等螺旋形外骨骼是由其生长过程中吸取外部环境中的钙质成分而累积作用产生的，也就是新吸收的钙质成分总是积聚在上层生长圈上，这样就形成了螺旋形喇叭状外部形态，它们的形态记录了其生长过程中外部环境的变化史。无独有偶，树木横截面上的年轮也反映了其生长过程中外部环境的变化情况，特别是雨水多少与光热配合的情况。
世界万物都被环境打下了深刻的烙印，从一片不起眼的树叶到万物之灵长的人类，都得益于地球这样一个具备各种条件的生命环境。世界人种可以大致分为黑种人、白种人和黄种人。黑色人种起源于赤道周边的热带地区，这里常年受到太阳光直射，紫外线强，气温高。居住在这里的人们，其体质在长期适应性选择中逐渐形成了地域特征。研究表明：皮肤内的黑色素可以大量吸收太阳光线中的紫外线，以此保护皮肤内部组织细胞免遭紫外线的损害。黑色人种的体表汗腺分布密度也很大，在炎热的天气能大量分泌汗液，维持正常体温；一般黑人体毛少，嘴唇厚、鼻子低而宽，鼻孔短，利于散热；黑人头发卷曲，不但有防止太阳光对大脑的损伤，卷发还有隔热作用。白种人多生活在高纬度较寒冷的地区，这些地方阳光斜射，穿过大气距离长，光线暗淡，紫外线不强，因而居民体表的黑色素含量也较低，皮肤色浅，体毛稠密，能减少体热散失，且鼻子高，鼻孔长，增加吸进冷空气的预热时间。黄种人居住在中纬度温带地区，其肤色和体貌特征介于黑、白两色人种之间。
和各类动植物不同，人的生存和生活不但受到自然环境的制约，还要适应特定地域的社会文化环境影响。1871年，达尔文出版了《人类的由来》，他认为物种起源的一般原理也适用于人类。人体结构、心理、智商是由低级向高级发展的，人的不同体格和肤色是与自然环境有关系的，而文化作为一种人类另一层面的生活环境又影响着人的定格。比如人欣赏山水风景之美、音乐舞蹈之美，达尔文称“这种高度的鉴赏能力是通过文化才取得，而和种种复杂的联想作用有着依存关系，甚至是建立在种种意识联系之上的”。[1]所以人类适应环境不仅表现在自然环境上，还表现在文化环境上，人对环境的适应是一个综合复杂的过程。从人类社会发展的技术层面来讲，技术进步和造物设计的历史就是人类如何凭借器物更好地适应环境的过程。