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自然歷史（拉丁語：Historia Naturalis）又譯自然史、博物學，是人類在演化過程中對地球上各種生物（動物、植物、菌類、微生物）以及它們周邊生存環境中各種事物的不斷的觀察記錄與分析總結，和實驗方法比起來，更傾向於觀察法，是現代科學萌芽和發展的過程中的必經途徑。它包含了科學研究但並不局限於此，目前各種自然歷史類的文章主要發表在科學普及雜誌上，少見於學術期刊[1]。從分類上講，它從屬於自然科學，是對自然物體或者分類的系統研究。[2]
提示：此條目頁的主題不是博物館。這是一個含義非常廣泛的概念，包涵了很多專業的重要學科。在西方，自然歷史的研究可以追述到古羅馬時期，阿拉伯國家可以追述到中世紀時期。經過歐洲文藝復興時期自然歷史學家的研究工作，發展到現在更是一個跨學科的概念，包涵了許多專業科學領域。例如，地球生物學就是一種結合了多種專業科學知識和跨學科研究者的工作。本詞條是對人類自然科學、科學方法以及歷史文化的發展和完善過程的描述，在不同的領域會有不同的理解，但是基本都是以自然主義的角度出發。
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「自然歷史」一詞源自拉丁文「自然史」（historia naturalis），它的含義隨着時間的推移已經越來越窄，而「自然」這個詞的含義卻越來越大。在古代，自然歷史的描述範圍基本上涵蓋了所有連接自然的事物或者從自然中獲得的材料。例如，老普林尼發表於大約公元前77-79年的自然歷史百科全書，包括了天文，地理，人類，技術，醫學，各種迷信以及動物和植物。
19世紀，歐洲人認為知識有兩個主要部分：人文科學（包括神學）和對自然的研究。對自然的研究可以分為進行觀察記錄、總結分析的自然歷史和相應的自然哲學。在現代，自然哲學大致對應於現代物理學和化學，而自然歷史包括了生物和地質科學。這兩個部分密切相關。在獨立科學家的黃金時期，許多人促進了這兩個領域的發展，早期的論文在17世紀創建的英國皇家學會和法國科學院組織的專業科學會議上被廣泛閱讀。
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自然歷史的現代定義來自於不同的領域和來源，變成只強調某一方面，比如經常被認為是一種觀察的類型和研究的課題，知識，手藝或者實踐。和被觀察到的規律相比，更側重於觀察者。[4]
生物學家往往關注各自領域的生物研究，Marston Bates認為：「自然歷史是對動物和植物的研究...那麼我想，自然歷史作為對生命不同層次的研究，動物和植物是怎麼對自身以及周邊環境造成影響，他們是怎麼形成種群和群落這樣龐大的組織群體。」[5]D.S. Wilcove 和T. Eisner的定義是：「仔細觀察生物的起源、演化、行為，它們和其他物種之間的關係。」[6]一些定義更近一步，關注生物在生存環境中過去和現在的直接觀察，例如G.A. Bartholomew認為：「一個自然歷史學生或者自然歷史學家，應當通過對植物和動物的直接觀察來學習，由於生物所擁有的功能離不開他們所生活的環境，如果不知道它們的進化史就不能充分解釋生物的結構和功能，自然歷史的學習應該包括對化石、自然環境、地形和其他方面的研究。」[7]
許多對自然歷史的定義都包含了描述的成分，比如H.W. Greene的新說法：「自然歷史是對生態和行為的描述。」[8]
最近，很多人認為自然歷史應該有更寬廣的含義，比如S. Herman，他把這個領域定義為「自然歷史是對自然環境中植物和動物的科學研究。它關注的是從生物個體到生態系統的組織層次，並強調識別、生活史、分佈區域、分佈數量和相互關係，通常還會包涵一些審美成份。」[9]T. Fleischner定義的領域更加廣泛，「以誠實和準確的方式，通過練習，集中注意力去感受人類之外的世界。」[10]
這些定義都將自然歷史領域帶入了更高的層次，B. Lopez用因紐特人的說法把這些廣泛定義概述為「對自然景觀的耐心拷問（Patient interrogation of a landscape）。」[11]
各個領域對自然歷史的理解都有不同，但自然歷史的工作範圍包括了許多重要的自然歷史博物館，它通常包括人類學，地質學，生物學和天文學以及植物學和動物學的元素。通過科學研究和教育去發現，解釋人類的文化知識，自然世界，和宇宙。[12][13]甚至包括世界上的各種文化和自然構成部分。[14]
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自然歷史開始於亞里士多德和其他古代哲學家對自然世界多樣性的分析。
自然歷史是老普林尼對這個世界上能見到的各種事物的理解，包括生物、地質、天文、科技、藝術和人類。[15]
公元前50年-70年，一個希臘血統的羅馬醫師迪奧斯科里斯撰寫了《藥物學》。它被傳閱了超過1500年，直到文藝復興時期才被取代，這是所有自然歷史的書籍中傳播時間最長的。
從古希臘直到十八世紀，通過像卡爾·林奈這樣的自然歷史學家的不斷努力，自然歷史從自然等級和生命之鏈，礦物的結構，蔬菜，到更多動物的原始形態，更多更複雜生命形式，最終以我們的物種為終結，日益完善並形成了生物演化線性表格的重要概念。[16]
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自然歷史在中世紀的歐洲基本沒有什麼進步，古希臘和古羅馬的自然歷史著作在歐洲被毀滅殆盡，但是在阿拉伯和東方世界卻有着廣泛的流傳，並產生了非常巨大的發展。如伊本·西那的《醫典》。很多自然歷史著作都是後續又從阿拉伯語翻譯回拉丁語的。
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在文藝復興時期，很多學者（特別是醫生和人類學家）重新開始直接觀察植物和動物的自然歷史發展，搜集積累了大量來自異國的標本和奇特生物。Leonhart Fuchs是植物學的三個創始者之一，另外兩個人是Otto Brunfels 和 Hieronymus Bock。其他領域的重要貢獻者有Valerius Cordus，Konrad Gesner（歷史發育，Historiae animalium），Frederik Ruysch, 還有Gaspard Bauhin。[17]
在已知生物數量迅速增加的情況下，促進了物種分類和組織的更多嘗試，最終由瑞典自然歷史學家卡爾·林奈形成了一個完善的系統。[17]
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英國自然歷史上的重大貢獻是由自然主義傾向的牧師，如Gilbert White、William Kirby、John George Wood和 John Ray對植物、動物以及其他方面的描述。他們關於自然神學的論據，引發了存在是自然發生還是因為上帝仁慈的爭論。[18]
當時的歐洲，形成了如生理學，植物學，動物學，地質學和古生物學的學科專業。先前都是在科學教育學校學習的自然歷史，逐漸被具有更專業態度的科學家代替，變為「業餘」活動的一部分，而不是科學的一部分。
在維多利亞時期的蘇格蘭，大家認為自然歷史的研究能夠讓人獲得良好的心理健康。[19]在英國和美國，自然歷史成為專家們的業餘愛好，如鳥類，研究蝴蝶，貝殼（軟體動物學、貝類學），甲蟲和野花；與此同時，科學家們試圖定義一個統一的生物學規律（雖然只有部分正確，後來與現代的演化理論結合了起來）。
不過，自然歷史研究的傳統，繼續發揮在生物學研究中的一部分，尤其是生態系統（自然系統涉及生物與地球生物圈的無機成分，並提供了研究的內容），動物行為學（動物行為的科學研究），和進化生物學（各種生命形式之間長期關係和影響的研究），最後出現了今天的綜合有機體生物學。
業餘愛好者和自然歷史學家在建立世界上最大的自然歷史收藏過程中起到了重要的作用，如倫敦自然歷史博物館，華盛頓國家自然歷史博物館。
19世紀三個互相認識的最偉大的英國博物學家， 亨利·貝茲、查爾斯·達爾文和阿爾弗雷德·華萊士，花了很多年進行自然歷史方面的旅行，收集了成千上萬的標本，其中很多都給科學帶來了新的內容，他們寫下了非常多的關於「遠方世界」的先進知識。包括亞馬遜河流域、加拉帕戈斯群島和馬來群島等等，這些工作都幫助了生物學從描述轉變為基礎的科學理論。
在中文中，「Natural History」曾經被翻譯為「博物志」、「博物學」、「自然志」、「自然史」等名詞，尤其是通過「博物」這個已有的文言詞彙，讓清末民初的國人更能接受，為中國教育帶來了多種學科的科學知識，起到了科學啟蒙和普及的作用。
有學者認為中國有很多傳統著作所記述的內容與西方自然歷史著作有很多近似的地方，如西晉時期張華著《博物志》，北魏時期酈道元著《水經注》，賈思勰著《齊民要術》，北宋時期沈括著《夢溪筆談》等，當視為中國自然歷史題材的代表。
由於中國當代教育中自然、環境的相關內容較少，同時教育與實踐有脫節的現象，某種程度上造成了年輕人對自然環境不熟悉，對環境保護的忽視，因此逐漸出現了很多在當代教育中增加自然歷史類題材的呼聲，以期增加對於環境以及生物多樣性的關注。近年出現了復興「博物學」的呼聲，認為「博物」應當成為國人在生活中的基本態度，能夠解決國人在經濟高速發展時期在情感、存在、知識、價值、心靈、思想等領域的問題和疑惑。屬於哲學範圍，在本條目中暫不展開。
「博物學家」是一個在西學東漸過程中誕生的中西結合詞彙，在英語中為Naturalist，也可譯為自然歷史學家、自然主義者。
在英文中的含義包括：
在中文語境中，通常是指在自然歷史和自然科學領域探索實踐的學者專家。
歷史上的著名博物學家有亞里士多德（前384年－前322年3月7日）、布豐（1707～1788）、卡爾·林奈（1707～1778）、居維葉（1769～1832）、拉馬克（1744～1829）、萊爾（1797～1875）、查爾斯·達爾文（1809～1882）、華萊士（1823～1913）、法布爾（1823～1915）等，生物分類學、地質學、比較解剖學、演化生物學、生態學和動物行為學等能有今日的進展都與他們的「博物」分不開，他們的傑出工作徹底改變了人們的自然觀乃至世界觀。盧梭、歌德、梭羅等，均是博物學家。到了20世紀，也有不少出色的博物學家，如勞倫茲（1903～1989）、古爾德（1941～2002）、邁爾（1904～2005）、威爾遜（1929～2021）等等。
「自然歷史」這個名詞的前面經常冠以各個國家和地區，獨立地或者與考古學並列出現。各個地區的自然歷史學會記錄着本地區的鳥類、哺乳動物、昆蟲、真菌和植物，他們也會進行微觀觀察，對地質和地理環境進行監測記錄。
在英國，就有成立於1829的自然歷史學會，劍橋自然歷史學會 (1857)， 倫敦自然歷史學會（1858），伯明翰自然歷史學會（1859），英國的昆蟲和自然歷史學會成立於1872。
自然歷史學會的增長，也刺激了在熱帶地區的英國殖民地發現了很多新的品種。有很多英國官員在新的殖民地發現了新的物種，並將標本送回博物館。
- 先秦：《山海經》、《詩經》、《爾雅》
- 西晉：張華著《博物志》
- 北魏：酈道元著《水經注》，賈思勰著《齊民要術》
- 唐朝：玄奘著《大唐西域記》
- 北宋：沈括著《夢溪筆談》
- 明代：李時珍著《本草綱目》，根據徐霞客的筆記整理的《徐霞客遊記》
- 古埃及；《埃伯斯紙草卷》
- 古希臘；狄奧弗拉斯圖著《植物史》、《植物原理》
- 古羅馬；老普林尼著《博物志》（又譯《自然史》），狄奧斯科里迪斯著《藥物論》
- 印度：《遮羅迦本集》、妙聞《妙聞本集》
- 阿拉伯：阿爾-賈希斯著《動物之書》，伊本·西那著《醫典》
- 意大利：馬可·波羅述《馬可·波羅遊記》
- 摩洛哥：伊本·白圖泰述《伊本·白圖泰遊記》
- 瑞士：格斯納著《動物志》
- 法國：布豐著《自然史》（又譯《博物學》），達朗貝爾和狄德羅支持編著的《百科全書》，法布爾著《昆蟲記》
- 英國：懷特著《塞爾彭自然史》，達爾文著《物種起源》，華萊士著《馬來群島》
- 德國：洪堡著《宇宙》、《旅行記》
- 美國：梭羅著《瓦爾登湖》
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