Биология

[astrologa]

Биологията е дял от науката, който изучава живота. Ангажирана е с характеристиката, класификацията и поведението на организмите, колко вида са застрашени и взаимодействието на организмите помежду си и със средата. Биологията обхваща широк спектър от академични области, които представляват отделни научни дисциплини. Както и да е, заедно те адресират феномени, свързани с живота на организмите (биологични феномени) на широкият обхват на науки от биохимията до екологията.

На ниво организъм, биологията обяснява явления като раждането, пълнолетието, смъртта и разлагането на плътта, подобни през поколенията и така разгадават човешката природа от дълбока древност. Други явления, като лактацията, метаморфозата, яйцеснасянето, лечението и тропизмите са вече описани. На широката скала на времето, биолозите са отбелязали одомашняването на животни и растения, многообразието на живите организми (биоразнообразие), промените в живота на организмите през времето (еволюция), изчезването, спецификацията, социалното поведение на животните и пр.

Докато ботаниката изучава растенията, зоологията като дял от науката, ангажиран с изучаване на животните и антропологията изучава и човешкото поведение. Погледнато през погледа на молекулите, живота се изучава от дисциплините молекулярна биология, биохимия и молекулярна генетика. На следващото ниво е клетката, която се изучава от клетъчната биология. Тя служи за изследвания в областта на философията, анатомията и хистологията. Еволюционната биология изучава нивото на индивидуалност при развитието на организмите или отонгенията. Придвижвайки се по скалата, откриваме сходства при повече от един организъм, генетиците обясняват това с наследствеността, която се предава от родителите на потомството. Етолозите определят групи от поведения за повече от един индивид. Популационната генетика гледа от гледната точка на цялата популация и систематиката обмисля мулти видовите от произхода им. Взаимозависими популации и техните навици са изследвани от екологията и еволюционната биология.

Принципи на биологията

За разлика от физиката, биологията обикновено не описва системите като сбор от предмети които се подчиняват на неизменни физични закони, описани от математиката. Въпреки това, биологичните науки се характеризират и уеднаквяват от няколко основни принципа и концепции: универсалност, еволюция, многообразие, приемственост, генетика, хомеостаза и взаимодействие.

Универсалност: Биохимия, клетка и генетичен код

Схематичното представяне на молекулата на ДНК, първичен генетичен материал

Най-очевидният пример за биологичната универсалност е това, че всички живи организми имат общ въглероден биохимичен скелет, изграден от нуклеинови киселини като ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина), които използват еднакви генетични кодове, различаващ се съвсем малко при различните организми.

Друг универсален принцип е този, че всички организми (всички форми на живот с изключение на вирусите) са изградени от клетки. По същият начин, във всички организми се извършват сходни процеси. Например в повечето многоклетъчни организми началното ниво от тяхното ембрионално развитие имат сходни морфологични характеристики и сходни гени.

Еволюция: Централният принцип на биологията

Централната концепция в биологията изказва схващането, че всички живи организми имат сходен произход и са се развивали и променяли в процеса на еволюцията. Тези процеси имат забележително подобие във всяка единица жива материя и във всеки процес в природата. Чарлз Дарвин доказал, че еволюцията приложима теория която спомага движещата сила, естественият подбор. Генетичният дрейф обхваща допълнителен механизъм от еволюционни стадий във модерната синтеза на еволюционната теория.

Еволюционната история е записана във видовете – тя описва характеристиките на многообразните организми от които произхождат – заедно тези генеалогични връзки с всички останали видове се нарича филогенеза. Това включва сравнение на ДНК последователности ръководени от вътрешната молекулярна биология и сравняване на фосили или други древни остатъци от организми, обект на палеонтологията.

Биолозите систематизират и анализират еволюционните връзки между редица методи, в това число филогенеза, phenetics и cladistics.

Биоразнообразие – разнообразието от форми на живот

Филогенетичното дърво на живите същества, базирано на рРНК гени, показва обособяването на три царства: бактерии, прокариоти и еукариоти описани първоначално от Карл Восе. Дървото се изгражда с помощта на други гени, които в повечето случай са сходни, въпреки че те могат да заемат мястото на по-ранни клонове много различни като може да се предполага че се дължи на бързата еволюция на рРНК.

Точната връзка на трите царства все още не е разяснена.

Въпреки подчертаните единства, живота проявява удивително голямо многообразие в морфологията, поведението и историята на живота. Въпреки голямото многообразие, биолозите се опитват да класифицират всички форми на живот. Научните класификации отразяват еволюционното дърво (филогенетично дърво) на съществуващите организми. Класификацията в този дял на науката се нарича систематика или таксономия. Таксономията систематизира организмите в групи, наречени таксони, в които учените се опитват да открият връзките между тях. Тази класификация технически произтичат следствия, които намират отражение в генетиката, променяйки фокуса на физически подобните и типични за филогенезата дялове.

Традиционно, живите същества се поделят на следните царства:

Monera -- Protista -- Fungi -- Plantae -- Animalia

(Монера, Първаци, Гъби, Растения и Животни)

Обаче много учени днес констатират, че пет-царствената система е остаряла. Модерната алтернативна класификационна система общо взето е с три царства:

Archaea (по начало с Архебактериите) - Bacteria (Еубактерии) - Eukaryota

Тези царства отразяват наличието или липсата на ядро и произлизащите от това различия в устройството на клетката.

Живите организми се класифицират по следната система:

1) Царство, 2) Отдел, 3) Клас, 4) Семейство, 5) Род, 7) Вид

Научното име на видовете е съставено от името на рода и видово име. На пример името на човека е Homo sapien. Homo е името на рода, а sapiens на вида. Има и някои особености при писането на имената. Родовото име се записва с главна буква, а видовото – с малка; терминът, които се използва за класификацията се нарича таксономия.

Има и някои междуклетъчни вируси, които прогресивно са живи в определени моменти от метаболизма си:

Вируси – Вируиди – Приони

Цялост: общият произход на живота

През 19 век, обикновено се вярваше че формите не могат да се появят спонтанно при обикновени условия. Това погрешно мнение беше премахнато от думите на Уилям Харви – "Omne vivum ex ovo" (Живота е произлязъл от яйце), фундаментална концепция на модерната биология. Простичко казано това значи, че има устойчива цялост в произхода на видовете в далечни времена.

Група от организми които имат общ произход имат и общ прародител. Всички организми на Земята са произлезли от общ прародител или от общо море от гени. Този общ универсален прародител на всички организми се появил преди 3, 5 билиона години. Биолозите обикновено гледат на универсалния генетичен код като на окончателно доказателство за благосклонността на теорията за универсалният общ прародител (УОП) за всички бактерии, прокариотни и еукариотни организми.

Хомеостаза: приспособяване към промените

Хомеостазата е способност на една отворена система да регулира нейното вътрешно състояние и запазва стабилно състояние, което значи съставено от много части динамично равновесие пригодено да контролира взаимодействията в механизма.

Всички живи организми, било то едноклетъчни или многоклетъчни, имат хомеостаза. Хомеостазата доказва на клетъчно ниво чрез подържането на постоянна вътрешна киселинност (pH); на организмово ниво, топлокръвните животни поддържат постоянна вътрешна температура; и на ниво екосистема когато в атмосферата нивото на въглеродния диоксид се повиши и растенията теоритично могат да растат здрави и да използват повече газ от атмосферата. Тъканите и организмите винаги могат поддържат хомеостазата.

Взаимодействия: групи и околна среда.

Взаимната симбиоза е съжителството между рибата клоун (Amphiprion percula) от род Amphiprion които живеят сред пипалата на морската анемона. Рибата предпазва анемоната от враговете й, а парливите пипала на анемоната защитават рибата клоун от хищници.

Всяко живо същество взаимодейства с останалите организми в околната среда. Има една причина биологичната система да бъде трудна за изучаване – твърде много взаимодействия между останалите организми и околната среда са възможни, дори на най-ниските равнища.

Микроскопичните бактерии, отговорни за образуването на лактоза са от такова значение за околната среда, както и лъва за територията на която ловува в Африканската савана. За всеки вид поведението може да бъде кооперация, агресивно или симбиоза. Материята е по-сложна когато два или повече различни вида взаимодействат в една екосистема. Науката която изучава тези взаимодействия е екологията.

Сферата на биологията

Биологията представлява обширно научно изследване, което не се разглежда като единична дисциплина а като комплекс от суб-дисциплини. Този предмет обмисля четири широки групи. Първата група обхваща тези дисциплини които се занимават с изучаването на структурата и живота на най-малката жива система – клетката; втората група включва действията на тези структури на ниво тъкани, органи и организъм; третата група се занимава с организмите и тяхната история; последната група от научни дисциплини фокусира заниманията си в областта на техните взаимодействия.

Добре е да отбележим, че тази групировка няма ясни граници и отделните дисциплини силно си влияят. Например еволюционната биология се обляга на техническите похвати на молекулярната биология за установяването на ДНК секвенции, което помага за разбирането на генетичните вариации на една популация; и физиологията заема важно място в клетъчната биология за описване на функциите на организма.

Структурата на живота

Схема на типична животинска клетка. Органели: (1) Ядро (2) ядро (3) рибозома (4) vesicle, (5) гранулиран ER, (6) апарат на Голджи, (7) цитоскелет, (8) гладък ER, (9) митохондрий, (10) вакуола, (11) цитоплазма, (12) лизозома, (13) центриола

Молекулярната биология изучава биологията на молекулярно ниво. Тази наука се застъпва с други науки, като например генетиката и биохимията. Преди всичко, молекулярната биология засяга проучването на връзките между системите в клетката, включително и взаимородството между ДНК, РНК и протеини, и изучаването на регулацията на тези системи.

Клетъчната биология изучава физиологичните елементи на клетката, като например тяхното поведение, взаимодействие и околна среда. Това се извършва на микроскопско и молекулярно ниво. Клетъчната биология проучва и единичните клетки, като бактериите и специализираните клетки в многоклетъчните организми като човека например.

Разбирането на характера на клетките и това как те функционират е фундаментално за всички биологични науки. Оценяването на сходствата и разликите между различните типове клетки е от голямо значение за областта на клетъчната биология и молекулярната биологията. Тези фундаментални прилики и разлики дава възможност една клетка да бъде причислена или обобщена към останали типове клетки.

Генетиката е науката за гените, наследствеността и вариациите при организмите. В съвременната научно изследователска работа, генетиката заема важно място в проучването на функциите на специфичните гени или генетичните взаимодействия. В организмите, генетичната информация е съхранена в хромозоми, където тя е записан под формата на ДНК молекули.

Генетичният код съхранява важна информация за синтезата на белтъците, която се реализира от дълги реализира последователности, които не са напълно определени за да се реализира накрая фенотипа на организмите.

Еволюционната биология изучава процесите чрез които организмите растат и се изменят. За модерните биологични проучвания се използват кръгли червей Caenorhabditis elegans, плодовата мушица Drosophila melanogaster, рибата зебра Brachydanio rerio,, мишката Mus musculus, синап Arabidopsis thaliana.

Физиология на организмите

Физиологията изучава механичните, физичните и биохимичните процеси на живите организми, опитвайки се да разбере как всички структури функционират заедно.Заглавието “структура на функцията” е водещо за биологията. Физиологичните учения традиционно разделени на физиология на растенията и физиология на животните и човека, но принципите на физиологията са универсални за всички организми. Например всичко, което се знае за клетката на квасните бактерии може да се приложи и за човешката клетка. Наученото за физиологията при животнитеможе да се приложи и при човека, и обратното, физиологията на човека важи и за нечовешки видове. Физиологията на растенията заема съвсем друго място.

Анатомията е много важен дял от физиологията, който констатира разположението на органите и системите от органи в организма, като например нервната, имунната, ендокринната, дихателната и кръвоносно-съдовата система, техните функции и взаимодействия. Изучаването на тези системи е дело на медицински дисциплини като неврология и имунология например.

Разнообразие и еволюция на организмите

Еволюционната биология е ангажирана с произхода на видовете, така както те се променят във времето, и включва много таксономични дисциплини. Например, тя се усложнява допълнително с учения, които имат опит в конкретни организмови групи, като например мамалиология, орнитология, херпетология, но използва тези групи от организми като отговор на големи въпроси за еволюцията на организмите.

Еволюционната биология е базирана на палеонтологията, която използва фосилните остатъци като отговор на въпросите за начина и темпото на еволюцията, така както в някой развитието в някой райони използва популационната генетика и теорията за еволюцията.

През 90-те години на 20 век, биологията на развитието възродила еволюционната биология, налагайки модерни методи. Близко области на еволюционната биология са филогенезата, систематиката и таксономоията.

Двете основни таксономически ориентирани дисциплини в биологията са ботаниката и зоологията. Ботаниката обхваща широк обхват от научни дисциплини, които изучават растежа, репродукцията, метаболизма, развитието, заболяванията и еволюцията. Зоологията се усложнява с изучаването на физиология, в това число и анатомия и ембриология на животните.

Общата генетика и механизмите на развитието на животните и растенията се изучават още от мелекулярната биология, молекулярната генетика и еволюционната генетика. Екологията на животните включва поведенческа еколгия и други области.

Класификация на живота

Водещата класификационна система се нарича Таксономия на Линей, която включва редове и биномни номенклатури. Как организмите са наречени се определя от властите в Националния Кодекс на Ботаническата Номенклатура (ICBN), Националния Кодекс на Зоологическата Номенклатура (ICZN), Националния Кодекс на Номенклатурата на Бактериите (ICNB).

Четвърти Биологически кодекс беше публикуван през 1997 година с опит за уеднаквяване на наименованията в тези три сфери, но той не беше приет. Националният кодекс за класификацията и номенклатурата на вирусите (ICVCN) пази следите на Биокодекса.

Взаимодействия на организмите

Хранителната верига, обобщено показва хранителните връзки, обрисувайки комплексите връзки между организмите в екосистемата.

Екологията изучава разпределението и изобилието от живи форми и взаимодействията на организмите със средата Околната среда включва различна хабитати (местообитания), които могат да бъдат описани като комплекс от местни абиотични фактори като климат и геология.Екологичните системи се изучават на няколко различни нива от индивидуалност и популация до екосистема и биосферата. Ако бъде сумирана, екологията обхваща наука от различна области.

Етологията изучава поведението на животните (особено на социалните животни като приматите и кучетата) и се числи към зоологията. Етолозите са запознати с еволюцията на поведението и разбирането на поведението в периодите от теорията за естественият подбор. Може да се смята, че първият съвременен етолог е бил Чарлз Дарвин, чийто труд “Изразяването на емоциите при животните и човека” служи на много етлози.

Биогеографията изучава пространственото разпределение на организмите на планетата, фокусирайки се върху теми като климатични промени, миграции и разселвания и други.

История на думата “биология”

Думата биология е съставено от гръцката дума βίος (bios), което значи “живот” и λόγος (logos) – наука, в наше време се смята, че думата е въведена от Готифред Райнхолд Тревиранус (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) и Жан Батис Ламарк ((Hydrogéologie, 1802). Смята се, че думата е била въведена през 1800 година от Карл Фридрих Бурдах, но се появява на заглавната страница на три томната книга на Майкъл Кристоф Ханой “Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia”, излязла през 1766 г.