Portal:
Biologia

Biologia (z gr. βίος (bios) - życie i λόγος (logos) - słowo, nauka) – gałąź nauki zajmująca się badaniem życia. Nauka ta skupia się na charakterystyce, klasyfikacji oraz zachowaniu organizmów żywych, jak również sposobie powstawania nowych gatunków oraz zależnościami między nimi a środowiskiem naturalnym.

Biologia obejmuje szeroki wachlarz zagadnień badawczych, które są często postrzegane jako odrębne dyscypliny naukowe: bywa opisywana jako tort, który można dzielić na pionowe sektory "taksonomiczne" (ornitologia, algologia, entomologia) i poziome warstwy dziedzin (fizjologia, cytologia czy ekologia). Jednakże, wspólnie odwołują się one do fenomenu życia na tle różnych aspektów badawczych, od biofizyki do ekologii. Wszystkie założenia w biologii są oparte na tych samych prawach co inne gałęzie wiedzy przyrodniczej, takich jak zasady termodynamiki i prawo zachowania masy.

Zobacz w Wikicytatach kolekcję cytatów
na temat biologii

Na poziomie organizmu, biologia częściowo wyjaśniła fenomeny takie jak narodziny, wzrost, starzenie się, śmierć i rozkład organizmów żywych, podobieństwa między potomkami a ich rodzicami (dziedziczenie) oraz rozkwit roślin, które intrygowały ludzkość przez całą jej historię. Inne fenomeny, takie jak laktacja, metamorfoza, lęg, zdrowienie i tropizm również znajdują się w sferze zainteresowania biologii. W większej skali czasu i przestrzeni biologowie badają udamawianie zwierząt i roślin, wielką różnorodność organizmów żywych (bioróżnorodność), zmiany w organizmach jakie zachodzą na przestrzeni wielu pokoleń (ewolucja), ich wymieranie, specjalizację, zachowania społeczne u zwierząt itd.

Podczas gdy botanika zajmuje się badaniem roślin, zoologia jest gałęzią wiedzy zajmującą się badaniem zwierząt, zaś antropologia jest działem biologii badającym istoty ludzkie. Natomiast na poziomie molekularnym, życie jest poznawane przez dyscypliny takie jak biologia molekularna, biochemia i genetyka molekularna. Na poziomie bardziej podstawowym od wymienionych powyżej jest biofizyka, która zajmuje się przepływem energii w układach biologicznych. Badania na poziomie komórkowym leżą w sferze zainteresowań biologii komórki. Skalę wielokomórkową bada fizjologia, anatomia i histologia. Embriologia bada życie na etapie jego rozwoju zarodkowego, zaś powstawanie i rozwój poszczególnych organizmów od zapłodnionego jaja do śmierci bada ontogeneza. Przesuwając się w górę naszej skali, na poziom wielu organizmów, genetyka rozważa jak działa dziedziczenie cech między rodzicami a potomstwem. Etologia rozpatruje szeroko pojęte zachowania organizmów w ich naturalnym środowisku. Genetyka populacyjna ogarnia badaniami całe populacje, zaś systematyka rozważa rodowód organizmów na tle innych gatunków. Niezależne populacje i ich siedliska są badane przez ekologię i biologię ewolucyjną. Nowym, na razie teoretycznym, polem badań jest astrobiologia (nazywana też ksenobiologią albo egzobiologią), która bada możliwości występowania życia pozaziemskiego.

Główne założenia

Biologia zazwyczaj nie opisuje systemów w kategoriach obiektów podlegających niezmiennym prawom fizycznym opisywanym przez matematykę. Układy biologiczne posiadają statystycznie przewidywalne tendencje do zachowywania się w określony sposób, lecz tendencje te zazwyczaj nie są tak konkretne jak te opisywane przez dyscypliny takie jak fizyka. Jednakże biologia nadal podlega tym samym prawom fizyki co reszta wszechświata, na przykład zasadom termodynamiki i prawu zachowania masy.

Nauki biologiczne są charakteryzowane i ujednolicone przez poszczególne, podstawowe pojęcia takie jak uniwersalność, ewolucja, różnorodność, ciągłość, genetyka, homeostaza, wzajemne oddziaływanie.

Uniwersalność: Biochemia, komórki i kod genetyczny

Schematyczna prezentacja budowy cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), podstawowego nośnika informacji genetycznej.

 Osobny artykuł: Życie.

Uderzającym przykładem biologicznej uniwersalności jest biochemia życia oparta na związkach węgla i jej zdolność do przekazywania swoich właściwości drogą dziedziczenia poprzez materiał genetyczny, używając bazowanego na DNA i RNA kodu genetycznego zawierającego niewielkie różnice pomiędzy wszystkimi organizmami żywymi.

Następną uniwersalną regułą jest to, że organizmy (czyli wszystkie formy życia na Ziemi poza wirusami) są zbudowane z komórek, jak również fakt, że wszystkie organizmy posiadają podobne procesy rozwojowe.

Ewolucja

 Osobny artykuł: Ewolucja.

Jednym z głównych założeń biologii jest to, że wszystkie formy życia mają wspólne pochodzenie oraz zmieniały się i rozwijały w procesie ewolucji (zobacz wspólne pochodzenie), co spowodowało owo uderzające podobieństwo jednostek i procesów opisanych w poprzedniej sekcji. Karol Darwin opracował teorię ewolucji jako potwierdzoną teorię poprzez sformułowanie jej siły napędowej - selekcji naturalnej (Alfred Russel Wallace jest uznawany za współodkrywcę tej teorii). Dryf genetyczny został objęty tą teorią jako dodatkowy mechanizm rozwoju ewolucyjnego we współczesnej (nowej) syntezie tej teorii.

Historia ewolucyjna gatunków, która opisuje charakterystykę różnych gatunków, ich pochodzenie razem z ich genealogicznymi powiązaniami z innymi gatunkami, nazywana jest ich filogenezą.

Informacje o filogenezie można pozyskiwać w zróżnicowany sposób. Między innymi są to porównania sekwencji DNA prowadzone przez biologię molekularną i genomikę oraz porównania skamielin lub innych zachowanych śladów dawnych organizmów żywych w paleontologii. Biologowie potrafią organizować i analizować powiązania ewolucyjne między organizmami za pomocą różnych metod, takich jak filogeneza, fenetyka i kladystyka. (Ważne wydarzenia w ewolucji życia, takie jakimi je obecnie biolodzy rozumieją, są streszczone na poniższym schemacie historii ewolucji).

Różnorodność

Drzewo życia wszystkich żywych organizmów, bazowane na danych z genów rRNA, pokazujące rozróżnienie trzech domen; bacterii, archeowców i jądrowców początkowo opisanych przez Carla Woese. Drzewa skonstruowane za pomocą innych genów są podobne lecz mogą umiejscawiać niektóre wcześniejsze gałęzie rozwojowe bardzo różnie, prawdopodobnie z powodu gwałtownej ewolucji rRNA. Dokładne powiązania między poszczególnymi domenami nadal są obiektem dyskusji.

Drzewa filogenetyczne (drzewa życia) organizmów są klasyfikowane. Klasyfikacja leży w zakresie następujących dziedzin: systematyki i taksonomii.

Taksonomia umieszcza organizmy w grupach nazywanych taksonami, podczas gdy systematyka filogenetyczna szuka pokrewieństwa między nimi. Ta technika klasyfikacji rozwinęła się dzięki odkryciom kladystyki i genetyki, które teraz skupiają się nie na podobieństwie fizycznym i podobnej charakterystyce lecz na filogenezie.

Tradycyjnie organizmy żywe zostały umieszczone w pięciu królestwach: Prokarioty (Monera) -- Pierwotniaki -- Grzyby -- Rośliny -- Zwierzęta.

Jednakże, obecnie, wielu naukowców uważa system pięciu królestw za przestarzały. Współczesne, alternatywne systemy klasyfikacji dzielą organizmy na trzy królestwa: Archeowce (Archeobakterii) -- Bakterie (Eubacterii) -- Jądrowce.

Każde królestwo jest rozdzielane na mniejsze jednostki dopóki pojedynczy gatunek nie zostanie oddzielnie sklasyfikowany, według następującego porządku: 1. Królestwo, 2. Typ, 3. Gromada, 4. Rząd, 5. Rodzina, 6. Rodzaj, 7. Gatunek. Nazwa systematyczna organizmu składa się z nazwy rodzajowej i nazwy gatunkowej (tzw. epitetu gatunkowego). Na przykład ludzie są określani nazwą Homo sapiens. Homo jest nazwą rodzajową zaś sapiens nazwą gatunkową. Pisząc nazwę systematyczną organizmu należy pisać nazwę rodzajową dużą literą a nazwę gatunkową małą. Zazwyczaj całość jest pisana przy użyciu pisma pochylonego. Terminy używane w klasyfikacji nazywane są taksonomią.

Wyróżniamy też grupę wewnątrzkomórkowych pasożytów, które są rozwojowo "mniej ożywione" w rozumieniu aktywności metabolicznej są to: Wirusy -- Wiroidy -- Priony.

Ciągłość życia

Aż do XIX wieku powszechnie wierzono, że formy życia mogą pojawiać się spontanicznie pod pewnymi warunkami (teoria samorództwa). Ta teoria została uznana za błędną i zakwestionowana przez Williama Harveya, który ukuł regułę: "wszelkie życie pochodzi z jaja" (z łacińskiego Omne vivum ex ovo), co jest jedną z fundamentalnych zasad współczesnej biologii. Zasada ta oznacza, że istnieje nieprzerwana ciągłość życia od czasu jego powstania do chwili obecnej.

Grupa organizmów posiada wspólne pochodzenie jeśli posiada wspólnego przodka. Wszystkie organizmy na Ziemi pochodzą od wspólnego przodka albo z pradawnej puli genowej. Uznaje się, że ów pierwszy, uniwersalny wspólny przodek wszystkich organizmów pojawił się około 3,5 miliarda lat temu. Biologowie generalnie odnoszą się do uniwersalności kodu genetycznego jako definitywnego dowodu potwierdzającego uniwersalne, wspólne pochodzenie dla wszystkich bakterii, archeowców i jądrowców (zobacz: pochodzenie życia).

Genetyka

 Osobny artykuł: Genetyka.

Wszelkie dziedziczne cechy organizmów, od ich budowy i cech fizjologicznych, po zwierzęce instynkty, czy ludzkie talenty i skłonności, są wynikiem występowania w komórkach odpowiednich białek, zakodowanych w genach. Geny, będące podstawową jednostką dziedziczenia, przenoszą te cechy do następnego pokolenia. Fizjologiczne przystosowania organizmu do środowiska nie mogą zostać zakodowane w ich genach i odziedziczone przez potomstwo (zobacz: lamarkizm).

Homeostaza

 Osobny artykuł: Homeostaza.

Homeostaza jest zdolnością otwartych systemów (mogących wymieniać materię i energię z otoczeniem) do utrzymywania stabilnego stanu w rozumieniu równowagi dynamicznej. Regulacja ta odbywa za pomocą sprzężonych ze sobą mechanizmów. Wszystkie organizmy żywe, czy to jednokomórkowe czy też wielokomórkowe wykazują homeostazę. Homeostaza objawia się na poziomie komórkowym poprzez utrzymywanie stałej wewnętrznej kwasowości (pH); na poziomie organizmów, zwierzęta stałocieplne utrzymują stałą temperaturę ciała; na poziomie ekosystemów, kiedy rośnie poziom stężenia dwutlenku węgla rośliny teoretycznie są w stanie rosnąć zdrowsze i usunąć nadmiar gazu z atmosfery. Tkanki i organy również są w stanie utrzymywać homeostazę.

Symbioza między rybą z rodzaju Amphiprion, która mieszka pomiędzy czułkami tropikalnego ukwiału. Ryba, broniąc swojego terytorium, broni ukwiału przed rybami na nim żerującymi, w zamian ukwiał, za pomocą swych parzących czułków, chroni rybę przed jej drapieżnikami

Interakcja

Każda żywa istota posiada wzajemne zależności z innymi organizmami i ich naturalnym środowiskiem. Jednym z powodów dlaczego systemy biologiczne mogą być trudne do zbadania jest mnogość różnych zależności między organizmami a ich środowiskiem nawet w najmniejszej skali. Mikroskopijna bakteria odpowiadająca za stężenie cukrów w danym środowisku, jest tak samo odpowiedzialna wobec swojego środowiska jak lew kiedy wybiera się na polowanie szukając ofiary na afrykańskiej sawannie. Między każdymi gatunkami, zachowania mogą być kooperacyjne, agresywne, pasożytnicze albo symbiotyczne.

Zagadnienie zaczyna być bardziej skomplikowane kiedy dwa lub więcej gatunków oddziałuje z ekosystemem. Tego typu badania są polem zainteresowań ekologii.

czytaj dalej: [2], [3]