Біологія

Біологія (з грецької βιολογία - βίος, біос, "життя"; -λογία, -логія, наука") - наука про життя, одна з природничих наук, предметом якої є живі істоти і їх взаємодія з навколишнім середовищем. Біологія вивчає всі аспекти життя, зокрема, структуру, функціонування, зростання, походження, еволюцію і розподіл живих організмів на Землі. Класифікує і описує живі істоти, походження їх видів, взаємодію між собою та з навколишнім середовищем.

В біології виділяють следующии рівні організації:

Клітинний, субклітинний і молекулярний рівень: клітини містять внутрішньоклітинні структури, які будуються з молекул.
Організмовий і органо-тканинної рівень: у багатоклітинних організмів клітини утворюють тканини і органи. Органи ж в свою чергу взаємодіють в рамках цілого організму.
Популяційний рівень: особини одного і того ж виду, які мешкають на частині ареалу утворюють популяцію.
Видовий рівень: вільно мимобіжні один з одним особини володіють морфологічним, фізіологічним, біохімічним схожістю і займають певний ареал (район поширення) формують вигляд.
Биогеоценотический і біосферний рівень: на однорідній ділянці земної поверхні складаються біогеоценози, які, в свою чергу, утворюють біосферу.

Більшість біологічних наук є дисциплінами з більш вузькою спеціалізацією. Традиційно вони групуються за типами досліджуваних організмів: ботаніка вивчає рослини, зоологія - тварин, мікробіологія - одноклітинні мікроорганізми. Області всередині біології далі діляться або за масштабами дослідження, або за застосовуваним методам: біохімія вивчає хімічні основи життя, молекулярна біологія - складні взаємодії між біологічними молекулами, клітинна біологія та цитологія - основні будівельні блоки багатоклітинних організмів, клітини, гістологія і анатомія - будову тканин організму і окремих органів і тканин, фізіологія - фізичні та хімічні функції органів і тканин, етологія - поведінка живих істот, екологія - взаємозалежність різних організмів і середовища.

Передачу спадкової інформації вивчає генетика. Розвиток організму в онтогенезі вивчається біологією розвитку. Зародження та історичний розвиток живої природи - палеобиология і еволюційна біологія.

На кордонах із суміжними науками виникають: біофізика (вивчення живих об'єктів фізичними методами), біометрія і т. д. У зв'язку з практичними потребами людини виникають такі напрямки як космічна біологія, социобиология, фізіологія праці, біоніка.

Біологічна картина світу

Існує п'ять принципів, які об'єднують всі біологічні дисципліни в єдину науку про живої матерії:

Клітинна теорія. Клітинна теорія - вчення про все, що стосується клітин. Всі живі організми складаються, як мінімум, з однієї клітини, основної функціональної одиниці кожного організму. Базові механізми і хімія всіх клітин у всіх земних організмах подібні; клітини відбуваються тільки від раніше існуючих клітин, які розмножуються шляхом клітинного поділу. Клітинна теорія описує будову клітин, їх поділ, взаємодію із зовнішнім середовищем, склад внутрішнього середовища і клітинної оболонки, механізм дії окремих частин клітини і їх взаємодії між собою.
Еволюція. Через природний відбір і генетичний дрейф спадкові ознаки популяції змінюються з покоління в покоління.
Теорія гена. Ознаки живих організмів передаються з покоління в покоління разом з генами, які закодовані в ДНК. Інформація про будову живих істот або генотип використовується клітинами для створення фенотипу, спостережуваних фізичних або біохімічних характеристик організму. Хоча фенотип, що проявляється за рахунок експресії генів, може підготувати організм до життя в навколишньому його середовищі, інформація про середовищі не передається назад в гени. Гени можуть змінюватися у відповідь на впливи середовища тільки шляхом еволюційного процесу.
Гомеостаз. Фізіологічні процеси, що дозволяють організму підтримувати постійність свого внутрішнього середовища незалежно від змін у зовнішньому середовищі.
Енергія. Атрибут будь-якого живого організму, істотний для його стану.

Клітинна теорія

Клітина - базова одиниця життя. Згідно клітинної теорії, все живе речовина складається з однієї або більше клітин, або з продуктів секреції цих клітин. Наприклад, раковини, кістки, шкіра, слина, шлунковий сік, ДНК, віруси. Всі клітини походять з інших клітин шляхом клітинного поділу, і всі клітини многоклеточного організму відбуваються з однієї заплідненої яйцеклітини. Навіть перебіг патологічних процесів, таких як бактеріальна або вірусна інфекція, залежить від клітин, які є їх фундаментальною частиною.

Еволюція

Центральна організуюча концепція в біології полягає в тому, що життя з часом змінюється і розвивається за допомогою еволюції, і що всі відомі форми життя на Землі мають спільне походження. Це зумовило схожість основних одиниць і процесів життєдіяльності, згадуваних вище. Поняття еволюції було введено в науковий лексикон Жаном-Батистом Ламарком в 1809 р. Чарльз Дарвін через п'ятдесят років встановив, що її рушійною силою є природний відбір, так само як искусственый відбір свідомо застосовується людиною для створення нових порід тварин та сортів рослин. Пізніше в синтетичної теорії еволюції додатковим механізмом еволюційних змін був постулирован генетичний дрейф.

Еволюційна історія видів, описує їх зміни та генеалогічні стосунки між собою, називається філогенез. Інформація про філогенезі накопичується з різних джерел, зокрема, шляхом порівняння послідовностей ДНК викопних залишків і слідів древніх організмів. До XIX століття вважалося, що у певних умовах життя може самозарождаться. Цієї концепції протистояли послідовники принципу, сформульованого Вільяма Гарвея : "все з яйця" ("Omne vivum ex ovo", лат), основоположного в сучасній біології. Зокрема, це означає, що існує безперервна лінія життя, що з'єднує момент первісного її виникнення з теперішнім часом. Будь-яка група організмів має спільне походження, якщо у неї є спільний предок. Всі живі істоти на Землі, як живуть нині, так і вимерлі, походять від спільного предка або загальної сукупності генів. Загальний предок всіх живих істот з'явився на Землі приблизно 3,5 млрд років тому. Головним доказом теорії загального предка вважається універсальність генетичного коду.

Теорія гена

Форма та функції біологічних об'єктів відтворюються з покоління в покоління генами, які є елементарними одиницями спадковості. Фізіологічна адаптація до навколишнього організм середовищі не може бути закодована в генах і бути успадкованою в потомстві (див. Ламаркизм). Примітно, що всі існуючі форми земного життя, в тому числі, бактерії, рослини, тварини та гриби, мають одні і ті ж основні механізми, призначені для копіювання ДНК і синтезу білка. Наприклад, бактерії, в які вводять ДНК людини, здатні синтезувати людські білки.

Сукупність генів організму або клітини називається геном. Він зберігається в одній або декількох хромосомах. Хромосома - довга ланцюжок ДНК, на якій може бути безліч генів. Якщо ген активний, то послідовність його ДНК копіюється в послідовності РНК за допомогою транскрипції. Потім рибосома може використовувати РНК, щоб синтезувати послідовність білка, що відповідає коду РНК, з процесі, іменованому трансляція. Білки можуть виконувати як структурні, так і каталітичні функції.

Гомеостаз

Гомеостаз - здатність відкритих систем регулювати свою внутрішню середовище так, щоб підтримувати його сталість допомогою безлічі коригувальних впливів, які направляються регуляторними механізмами. Всі живі істоти, як багатоклітинні, так і одноклітинні, здатні підтримувати гомеостаз. На клітинному рівні, наприклад, підтримується постійна кислотність внутрішнього середовища (рН). На рівні організму теплокровних тварин підтримується постійна температура тіла. В асоціації з терміном екосистема під гомеостазом розуміють, зокрема, підтримання рослинами постійної атмосферної концентрації двоокису вуглецю на Землі.

Енергія

Виживання будь-якого організму залежить від постоянног припливу енергії. Енергія черпається з речовин, які служать їжею, і за допомогою спеціальних хімічних реакцій використовується для побудови та підтримання структури і функцій клітин. У цьому процесі молекули їжі використовуються для добування енергії, так і для синтезу біологічних молекул власного організму.

Первинним джерелом енергії для всіх земних істот є Сонце. Світлова енергія перетворюється рослинами в хімічну (органічні молекули) в присутності води і деяких мінералів. Частину отриманої енергії витрачається на нарощування біомаси і підтримання життя, інша частина - втрачається у вигляді тепла і відходів життєдіяльності. Загальні механізми перетворення хімічної енергії в корисну для підтримки життя називаються дихання і метаболізм.