Biológia

Z Wikipédie, voľnej encyklopédie
Prejsť na navigáciu Prejsť na vyhľadávanie
Veda
Biológia
Angličtina Biológia
Letecký pohľad na Amazonský dažďový prales.jpg
Téma Živé vedy , prírodné vedy
Predmet štúdia živá hmota
Začiatočné obdobie 19. storočie
Hlavné smery Biologické vedy
Logo Wikimedia Commons Mediálne súbory na Wikimedia Commons

Biológia ( grécky βιολογία ; zo starogréčtiny βίος – „ život “ + λόγος – „učenie, veda[1] ) je veda o živých organizmoch a ich interakcii s prostredím . Študuje všetky aspekty života, najmä štruktúru, fungovanie, rast, pôvod, vývoj a distribúciu živých organizmov na Zemi . Klasifikuje a popisuje živé veci, pôvod ich druhov , interakciu medzi sebou a s prostredím [2] .

Ako nezávislá veda sa biológia odlišovala od prírodných vied v 19. storočí , keď vedci zistili, že všetky živé organizmy majú niektoré spoločné vlastnosti a charakteristiky, ktoré v súhrne nie sú charakteristické pre neživú prírodu. Termín biológia nezávisle od seba vytvorili viacerí autori: Friedrich Burdach v roku 1800, Gottfried Reinhold Treviranus v roku 1802 [3] a Jean Baptiste Lamarck v roku 1802.

Biologický obraz sveta

Prirodzený výber populácie pre tmavé sfarbenie.

Biológia je dnes štandardným predmetom na stredných a vysokých školách po celom svete. Ročne vychádza viac ako milión článkov a kníh o biológii, medicíne , biomedicíne [4] a bioinžinierstve [ nešpecifikovaný zdroj 268 dní ] .

Vymenuje päť princípov, ktoré spájajú všetky biologické disciplíny do jednej vedy o živej hmote [ špecifikovať ] [5] [6] :

  • Bunková teória je štúdium všetkého, čo súvisí s bunkami . Všetky živé organizmy pozostávajú aspoň z jednej bunky - hlavnej stavebnej a funkčnej jednotky organizmov. Základné mechanizmy a chémia všetkých buniek vo všetkých suchozemských organizmoch sú podobné; bunky pochádzajú len z už existujúcich buniek, ktoré sa množia delením buniek. Bunková teória popisuje stavbu buniek, ich delenie, interakciu s vonkajším prostredím, zloženie vnútorného prostredia a bunkovej membrány, mechanizmus účinku jednotlivých častí bunky a ich vzájomnú interakciu.
  • Evolúcia . Prostredníctvom prirodzeného výberu a genetického driftu sa dedičné črty populácie menia z generácie na generáciu.
  • Génová teória. Znaky živých organizmov sa odovzdávajú z generácie na generáciu spolu s génmi, ktoré sú zakódované v DNA . Informácie o štruktúre živých vecí alebo genotype bunky používajú na vytvorenie fenotypu , pozorovateľných fyzikálnych alebo biochemických charakteristík organizmu. Hoci fenotyp, ktorý je vyjadrený prostredníctvom génovej expresie, môže pripraviť organizmus na život v jeho prostredí, informácie o prostredí sa späť do génov neprenášajú. Gény sa môžu meniť iba v reakcii na vplyvy prostredia prostredníctvom evolučného procesu.
  • Homeostáza . Fyziologické procesy, ktoré umožňujú telu udržiavať stálosť vnútorného prostredia bez ohľadu na zmeny vonkajšieho prostredia.
  • Energia . Vlastnosť každého živého organizmu, ktorá je nevyhnutná pre jeho stav.

Bunková teória

Bunka je základná stavebná a funkčná jednotka živých organizmov. Podľa bunkovej teórie všetky živé veci pozostávajú z jednej alebo viacerých buniek alebo produktov bunkovej sekrécie , napríklad: škrupiny , vlasy , nechty . Všetky bunky sú podobné svojim chemickým zložením a všeobecnou štruktúrou. Bunka vzniká len z inej materskej bunky jej delením a všetky bunky mnohobunkového organizmu pochádzajú z jedného oplodneného vajíčka . Aj priebeh patologických procesov, ako je bakteriálna alebo vírusová infekcia , závisí od buniek, ktoré sú ich základnou súčasťou [7] .

Evolúcia

Ústredným organizačným konceptom v biológii je, že život sa v priebehu času mení a vyvíja prostredníctvom evolúcie a že všetky známe formy života na Zemi majú spoločný pôvod. To viedlo k podobnosti základných jednotiek a procesov života, spomenutých vyššie. Pojem evolúcie zaviedol do vedeckého slovníka Jean-Baptiste Lamarck v roku 1809. Charles Darwin o päťdesiat rokov neskôr zistil, že prirodzený výber je jeho hybnou silou, rovnako ako umelý výber ľudia zámerne používajú na vytváranie nových plemien zvierat a odrôd rastlín [8] . Neskôr, v syntetickej evolučnej teórii, bol genetický drift postulovaný ako dodatočný mechanizmus evolučných zmien.

Evolučná história druhov , ktorá popisuje ich zmeny a genealogické vzťahy medzi sebou, sa nazýva fylogenéza . Informácie o fylogenéze sa zhromažďujú z rôznych zdrojov, najmä porovnaním sekvencií DNA alebo fosílnych pozostatkov a stôp starých organizmov. Až do 19. storočia sa verilo, že za určitých podmienok môže spontánne vzniknúť život. Proti tomuto konceptu sa postavili nasledovníci princípu formulovaného Williamom Harveym : „všetko z vajca“ ( lat. Omne vivum ex ovo ), ktorý je základom modernej biológie. Predovšetkým to znamená, že existuje súvislá línia života spájajúca moment jeho počiatočného vzhľadu so súčasnosťou. Akákoľvek skupina organizmov má spoločný pôvod, ak má spoločného predka. Všetky živé veci na Zemi, živé aj vyhynuté, pochádzajú zo spoločného predka alebo spoločného súboru génov . Spoločný predok všetkých živých vecí sa objavil na Zemi asi pred 3,5 miliardami rokov. Hlavným dôkazom teórie spoločných predkov je univerzálnosť genetického kódu (pozri pôvod života ).

Génová teória

Schematický pohľad na DNA , primárny genetický materiál

Forma a funkcia biologických objektov sú reprodukované z generácie na generáciu génmi , ktoré sú základnými jednotkami dedičnosti. Fyziologická adaptácia na prostredie nemôže byť zakódovaná v génoch a nemôže byť zdedená v potomstve (pozri Lamarckizmus ). Je pozoruhodné, že všetky existujúce formy pozemského života, vrátane baktérií, rastlín, zvierat a húb, majú rovnaké základné mechanizmy určené na kopírovanie DNA a syntézu bielkovín. Napríklad baktérie, do ktorých je vstreknutá ľudská DNA, sú schopné syntetizovať ľudské proteíny.

Súbor génov v organizme alebo bunke sa nazýva genotyp . Gény sú uložené na jednom alebo viacerých chromozómoch. Chromozóm je dlhý reťazec DNA, ktorý môže obsahovať mnoho génov. Ak je gén aktívny, jeho sekvencia DNA sa skopíruje do sekvencie RNA transkripciou . Ribozóm potom môže použiť RNA na syntézu proteínovej sekvencie zodpovedajúcej kódu RNA v procese nazývanom translácia . Proteíny môžu vykonávať katalytické ( enzymatické ) funkcie, transportné, receptorové , ochranné, štrukturálne, motorické funkcie.

Homeostáza

Homeostáza je schopnosť otvorených systémov regulovať svoje vnútorné prostredie tak, aby sa udržala jeho stálosť prostredníctvom rôznych nápravných opatrení riadených regulačnými mechanizmami. Všetky živé veci, mnohobunkové aj jednobunkové, sú schopné udržiavať homeostázu . Na bunkovej úrovni sa napríklad udržiava konštantná kyslosť vnútorného prostredia ( pH ). Na úrovni tela u teplokrvných živočíchov sa udržiava stála telesná teplota. Homeostáza v spojení s pojmom ekosystém znamená najmä udržiavanie konštantnej koncentrácie vzdušného kyslíka a oxidu uhličitého na Zemi zo strany rastlín a rias.

energie

Prežitie každého organizmu závisí od neustáleho prísunu energie. Energia sa čerpá z látok, ktoré slúžia ako potrava, a pomocou špeciálnych chemických reakcií sa využíva na stavbu a udržiavanie štruktúry a funkcie buniek. V tomto procese sa molekuly potravy používajú na extrakciu energie a na syntézu biologických molekúl v ich vlastnom tele.

Primárnym zdrojom energie pre veľkú väčšinu pozemských tvorov je svetelná energia, najmä zo slnka , ale niektoré baktérie a archaea dostávajú energiu prostredníctvom chemosyntézy . Svetelná energia je premieňaná rastlinami na chemickú energiu (organické molekuly ) prostredníctvom fotosyntézy v prítomnosti vody a niektorých minerálov. Časť prijatej energie sa minie na zvýšenie biomasy a udržanie života, druhá časť sa stratí vo forme tepla a odpadu. Všeobecné mechanizmy, ktorými sa chemická energia premieňa na energiu užitočnú na udržanie života, sa nazývajú dýchanie a metabolizmus .

Úrovne organizácie života

Živé organizmy sú vysoko organizované štruktúry, preto sa v biológii rozlišuje niekoľko úrovní organizácie. V rôznych zdrojoch sú niektoré úrovne vynechané alebo sa navzájom kombinujú. Nižšie sú uvedené hlavné úrovne organizácie voľne žijúcich živočíchov oddelene od seba.

  • Molekulárna - úroveň interakcie molekúl, ktoré tvoria bunku a určujú všetky jej procesy.
  • Bunková - úroveň, na ktorej sú bunky považované za elementárne jednotky štruktúry živých vecí.
  • Tkanivo - úroveň agregátov podobných štruktúrou a funkciou buniek, ktoré tvoria tkanivo .
  • Orgán - úroveň jednotlivých orgánov, ktoré majú svoju štruktúru (združenie typov tkanív) a umiestnenie v tele.
  • Organizmus - úroveň jednotlivého organizmu .
  • Úroveň špecifická pre populáciu - úroveň populácie, ktorú tvorí súhrn jedincov toho istého druhu .
  • Biogeocenotická - úroveň interakcie druhov medzi sebou as rôznymi faktormi prostredia.
  • Úroveň biosféry je súhrn všetkých biogeocenóz , ktoré zahŕňajú a určujú všetky javy života na Zemi.

Biologické vedy

Väčšina biologických vied sú odbory s užšou špecializáciou. Tradične sú zoskupené podľa typov študovaných organizmov:

Oblasti v rámci biológie sa ďalej členia buď podľa rozsahu štúdie, alebo podľa použitých metód:

Na hraniciach s príbuzných vedách, tam sú: biomedicína , biofyzika (štúdium živých objektov fyzikálnymi metódami), biometrie , bioinformatiky atď V súvislosti s praktickým potrebám človeka, takých oblastiach, ako sú kozmické biológia , sociobiológia , pracovné fyziológie , vzniká bionika .

Biologické vedy využívajú metódy pozorovania, opisu, porovnávania, historického porovnávania, experimentov (skúsenosti) a modelovania (vrátane počítača ).

Biologické disciplíny

Acarology - Anatómia - Phycology - antropológia - melittology - arachnológia - bakteriológie - Biogeography - Biogeocenology - Biotechnológie - Bioinformatika - Biológia Ocean - Developmental Biology - Biometria - Bionika - biosemiotics - biospeleology - biofyzika - biochémia - Botany - biomechanika - biocenology - Bioenergia - bryologie - virológie - helmintologie - genetika - Geobotanika - herpetológia - Hydrobiologie - Gimenopterologiya - histológia - dendrológia - Dipterologiya - zoológie - zoopsycholog - imunológie - Ichtyológia - koleopterológia - priestor biológia - xenobiology - lepidopterist - lichenologie - malakológia - Mycology - mikrobiológia - myrmecology - molekulárnej biológie - morfológia - Neurobiology - ornitológie - Odonatology - Orthopterology - paleontológie - Palynology - Parasitology - rádiobiológia - Systematika - biológia systémov - Syntetická biológia - taxonómie - Teoretická biológia - Theriology - toxikológia - fenologické - Physiologists I - Fyziológia VND - Fyziológia živočíchov a človeka - Fyziológia rastlín - Fytopatológia - Floristika - Cytológia - Evolučná biológia - Ekológia - Embryológia - Endokrinológia - Entomológia - Etológia .

História biológie

Hoci koncept biológie ako osobitej prírodnej vedy vznikol v 19. storočí , biologické disciplíny vznikli skôr v medicíne a prírodnej histórii . Обычно их традицию ведут от таких античных учёных, как Аристотель и Гален через арабских медиковаль-Джахиза [9] , ибн-Сину [10] , ибн-Зухра [11] и ибн-аль-Нафиза [12] . В эпоху Возрождения биологическая мысль в Европе была революционизирована благодаря изобретению книгопечатания и распространению печатных трудов, интересу к экспериментальным исследованиям и открытию множества новых видов животных и растений в эпоху Великих географических открытий . В это время работали выдающиеся умы Андрей Везалий и Уильям Гарвей , которые заложили основы современной анатомии и физиологии . Несколько позже Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории . Развитие естествознания, отчасти благодаря появлению механистической философии , способствовало развитию естественной истории [13] [14] .

К началу XIX века некоторые современные биологические дисциплины, такие как ботаника и зоология , достигли профессионального уровня. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт , исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии , экологии и этологии . В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов , а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции, в основе которой лежит естественный отбор . К концу XIX века идеи самозарождения окончательно уступили место теории инфекционного агента как возбудителя заболеваний. Но механизм наследования родительских признаков всё ещё оставался тайной [13] [15] [16] .

В начале XX века Томас Морган и его ученики заново открыли законы, исследованные ещё в середине XIX века Грегором Менделем , после чего начала быстро развиваться генетика . К 1930-м годам сочетание популяционной генетики и теории естественного отбора породило современную эволюционную теорию или неодарвинизм. Благодаря развитию биохимии были открыты ферменты и началась грандиозная работа по описанию всех процессов метаболизма . Раскрытие структуры ДНК Уотсоном и Криком дало мощный толчок для развития молекулярной биологии . За ним последовало постулирование центральной догмы, расшифровка генетического кода, а к концу XX века — и полная расшифровка генетического кода человека и ещё нескольких организмов, наиболее важных для медицины и сельского хозяйства. Благодаря этому появились новые дисциплины геномика и протеомика . Хотя увеличение количества дисциплин и чрезвычайная сложность предмета биологии породили и продолжают порождать среди биологов всё более узкую специализацию, биология продолжает оставаться единой наукой, и данные каждой из биологических дисциплин, в особенности геномики, применимы во всех остальных [17] [18] [19] [20] .

Популяризация биологии

См. также

Примечания

  1. Биология // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
  2. Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов . — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  3. Treviranus, Gottfried Reinhold, Biologie : oder Philosophie der lebenden Natur für Naturforscher und Aerzte, 1802
  4. King, TJ & Roberts, MBV. Biology: A Functional Approach (неопр.) . — Thomas Nelson and Sons (англ.) , 1986. — ISBN 978-0174480358 .
  5. Avila, Vernon L. Biology: investigating life on earth (неопр.) . — Boston: Jones and Bartlett (англ.) , 1995. — С. 11 —18. — ISBN 0-86720-942-9 .
  6. Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden. Biology: Exploring Life (неопр.) . — Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall , 2006. — ISBN 0-13-250882-6 .
  7. Mazzarello, P. A unifying concept: the history of cell theory (англ.) // Nature Cell Biology : journal. — 1999. — Vol. 1 . — P. E13—E15 . — doi : 10.1038/8964 .
  8. Darwin, Charles (1859). On the Origin of Species, 1st, John Murray
  9. Conway Zirkle (1941), Natural Selection before the «Origin of Species», Proceedings of the American Philosophical Society 84 (1): 71-123.
  10. D. Craig Brater and Walter J. Daly (2000), «Clinical pharmacology in the Middle Ages: Principles that presage the 21st century», Clinical Pharmacology & Therapeutics 67 (5), p. 447—450 [449].
  11. Islamic medicine , Hutchinson Encyclopedia [en] .
  12. SA Al-Dabbagh (1978). «Ibn Al-Nafis and the pulmonary circulation», The Lancet 1 , p. 1148.
  13. 1 2 Ernst Mayr . The Growth of Biological Thought (неопр.) . — Harvard University Press , 1985. — ISBN 978-0674364462 .
  14. Magner, LN A History of the Life Sciences (неопр.) . — TF-CRC, 2002. — ISBN 978-0824708245 .
  15. Futuyma, DJ Evolution (неопр.) . — Sinauer Associates (англ.) , 2005. — ISBN 978-0878931873 .
  16. Coleman, W. Biology in the Nineteenth Century: Problems of Form, Function and Transformation (англ.) . — Cambridge University Press , 1978. — ISBN 978-0521292931 .
  17. Allen, GE Life Science in the Twentieth Century (неопр.) . — Cambridge University Press , 1978. — ISBN 978-0521292962 .
  18. Fruton, JS Proteins, Enzymes, Genes: The Interplay of Chemistry and Biology (англ.) . — Yale University Press , 1999. — ISBN 978-0300076080 .
  19. Morange, M & Cobb, M. A History of Molecular Biology (неопр.) . — Harvard University Press , 2000. — ISBN 978-0674001695 .
  20. Smocovitis, VB Unifying Biology (неопр.) . — Princeton University Press , 1996. — ISBN 978-0691033433 .

Литература

Ссылки