19世纪自然科学的三大发现是细胞学说、能量守恒定律和生物进化论。细胞学说由施莱登和施旺最早提出，魏尔肖完善；能量守恒定律是多人研究所得；生物进化论由达尔文在《物种起源》中提出。
1、细胞学说
主要内容是：细胞是动、植物有机体的基本结构单位，也是生命活动的基本单位。这样，就论证了整个生物界在结构上的统一性，细胞把生物界的所有物种都联系起来了，生物彼此之间存在着亲缘关系。这是对生物进化论的一个巨大的支持。细胞学说的建立有力地推动了生物学的发展，为辩证唯物论提供了重要的自然科学依据，恩格斯对此评价很高，把细胞学说誉为19世纪自然科学的三大发现之一。
2、生物进化论
1859年，英国生物学家和生物进化论的奠基者达尔文，在其巨著《物种起源》中提出了生物进化的自然选择学说。该学说的要点是群体中的个体具有性状差异，这些个体对其所处的环境具有不同的适应性；由于空间和食物有限，个体间存在生存竞争，结果，具有有利性状的个体得以生存并通过繁殖传递给后代，具有不利性状的个体会逐渐被淘汰(达尔文把自然界这种留优汰劣的过程称为自然选择)；由于自然选择的长期作用，分布在不同地区的同一物种就可能出现性状分歧和导致新物种的形成。
3、能量守恒和转化定律
能量守恒和转化定律，是19世纪自然科学的一块重要理论基石。能量守恒的意义首要的是建立物质运动变化过程中的某种物理量间的等量关系。对此，我们无需知道物质间实际的相互作用过程，也无需知道物质运动变化过程中的能量间的转化途径，只要建立和物质运动状态相对应的能量与物理量间的关系，就可以对物质运动变化过程中得初状态和终状态间建立一种等量关系，这样便于对物质运动变化过程的量求解。
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