زيست شناسي

پژوهش‌هاي تكاملي به اصل و نسب گونه‌ها علاقه‌مند است، و در طول زمان تغيير مي‌كند، و شامل دانشمندان بسياري از رشته‌هاي طبقه‌بندي مي‌باشد. به عنوان مثال، به طور كلي شامل دانشمنداني مي‌شود كه آموزش ويژه‌اي در مورد ارگانيسم‌هاي خاص ديده‌اند از جمله پستاندارشناسي، پرنده‌شناسي، گياه‌شناسي، يا خزنده‌شناسي، اما از آن ارگانيسم‌ها به عنوان سيستم‌هايي براي پاسخگويي به سوالات اصلي دربارهٔ تكامل استفاده مي‌كنند.

زيست‌شناسي تكاملي تاحدودي بر اساس ديرينه شناسي مي‌باشد، كه با استفاده از سنگواره‌ها به پرسش‌هايي در مورد حالت و سرعت تكامل،[۴۳] و تا حدي بر تحولاتي در زمينه ژنتيك جمعيت پاسخ مي‌دهد.[۴۴] در سال‌هاي ۱۹۸۰، زيست‌شناسي رشد، با حذف اوليه از سنتز مدرن، از طريق مطالعه زيست‌شناسي رشد تكاملي، دوباره وارد زيست‌شناسي تكاملي شد.[۴۵] رشته‌هاي مرتبط كه اغلب بخشي از زيست‌شناسي تكاملي در نظر گرفته مي‌شوند تبارزايش، سامانه‌شناسي و آرايه‌شناسي مي‌باشند.

فيزيولوژي در مورد فرايندهاي مكانيكي، فيزيكي و بيوشيميايي موجودات زنده و تلاش براي درك اين موضوع كه چگونه تمام ساختارها به عنوان يك كل عمل مي‌كنند، مطالعه مي‌كند. موضوع «ساختار به عملكرد» در زيست‌شناسي اساسي است. مطالعات فيزيولوژيكي به طور سنتي به فيزيولوژي گياهي و فيزيولوژي جانوري تقسيم شده است، اما بعضي از اصول فيزيولوژي بدون توجه به اينكه كدام ارگانيسم خاص مطالعه مي‌شود، جهاني هستند. به عنوان مثال، آنچه كه در مورد فيزيولوژي سلول‌هاي مخمري آموخته شده مي‌تواند در مورد سلول‌هاي انساني نيز به كار برده شود. زمينه فيزيولوژي جانوري ابزارها و روش‌هاي فيزيولوژي انساني را به گونه‌هاي غيرانساني گسترش مي‌دهد. فيزيولوژي گياهي روش‌ها را از هر دو زمينه تحقيقات اقتباس مي‌كند.

فيزيولوژي چگونگي تعاملات و عملكردهاي دستگاه عصبي، دستگاه ايمني، دستگاه درون ريز، دستگاه تنفس، و دستگاه گردش خون را مطالعه مي‌كند. مطالعه اين دستگاه‌ها با رشته‌هاي مرتبط پزشكي مثل عصب شناسي و ايمني شناسي به اشتراك گذاشته شده است

زيست‌شناسي مولكولي، مطالعه زيست‌شناسي در سطح مولكولي مي‌باشد.[۳۲] اين زمينه، با ديگر موضوعات زيست‌شناسي همپوشاني دارد، به خصوص با ژنتيك و بيوشيمي. زيست‌شناسي مولكولي عمدتاً به درك فعل و انفعالات بين سيستم‌هاي مختلف يك سلول مي‌پردازد، از جمله ارتباطات دي ان اي، آر ان اي، و سنتز پروتئين و يادگيري اينكه چگونه اين فعل و انفعالات تنظيم مي‌شوند.

زيست‌شناسي سلولي، به مطالعه ساختاري و فيزيولوژيكي خواص سلول‌ها از جمله، رفتار آنها، فعل و انفعالات، و محيط مي‌پردازد. اين مطالعات در سطح ميكروسكوپي و مولكولي براي جانداران تك ياخته‌اي مثل باكتري‌ها، همچنين، سلول‌هاي تخصص يافته جانداران چندياخته‌اي مثل انسان، انجام مي‌شوند. درك ساختار و عملكرد سلول‌ها براي تمام علوم زيستي اساسي مي‌باشد. شباهت‌ها و تفاوت‌هاي بين انواع سلول‌ها به زيست‌شناسي مولكولي مربوط مي‌باشد.

آناتومي، اشكال ميكروسكوپي ساختارها از جمله اندام‌ها و دستگاه‌هاي اندام‌ها را در نظر مي‌گيرد

بقاي يك موجود زنده بستگي به ورود مداوم انرژي دارد. واكنش‌هاي شيميايي كه مسئول اين ساختارها و عملكردها هستند انرژي را براي كمك به سلول‌هاي جديد و حفظ آنها از موادي كه به عنوان غذا عمل مي‌كنند استخراج مي‌كنند. در اين فرايند مولكول‌هاي مواد شيميايي كه غذا را تشكيل مي‌دهند نقش دارند؛ اول، آنها حاوي انرژي هستند كه مي‌توانند مبدل واكنش‌هاي شيميايي باشند؛ دوم، آنها ساختارهاي مولكولي جديد را از مولكول‌هاي زيستي مي‌سازند.

موجودات زنده‌اي كه مسئول توليد انرژي به اكوسيستم هستند به نام توليدكننده يا اتوتروف شناخته مي‌شوند. تقريباً تمام اين موجودات انرژي اوليه را از خورشيد به دست مي‌آورند.[۲۷] گياهان يا نورپروردها (فتواتوتروف) با انجام فرايندي به نام فتوسنتز از انرژي خورشيد براي تبديل مواد خام به مولكول‌هاي آلي استفاده مي‌كنند، از جمله ATP (آدنوزين تري فسفات)، كه با شكستن پيوندهايش انرژي آزاد مي‌شود.[۲۸] هرچند در بعضي اكوسيستم‌ها استخراج انرژي توسط شيمي پروردها از متان، سولفيد يا ديگر منابع انرژي غير خورشيدي صورت مي‌گيرد

هومئوستازي توانايي يك سيستم باز در تنظيم محيط داخلي براي حفظ شرايط پايدار با استفاده از تعادل پوياي چندگانه مي‌باشد كه با مكانيسم‌هاي تنظيمي مرتبط مي‌باشد. در تمام موجودات زنده، خواه جانداران تك ياخته‌اي يا چند ياخته‌اي، هومئوستاز وجود دارد.[۲۶]

براي حفظ تعادل پويا و انجام مؤثر عملكردهاي خاص، يك سيستم بايد اختلال را شناسايي و به آن پاسخ دهد. پس از تشخيص يك اختلال، يك سيستم بيولوژيكي به طور معمول از طريق خودتنظيمي منفي به آن پاسخ مي‌دهد. به اين معني كه با كاهش يا افزايش فعاليت هر اندام يا سيستم، شرايط ثابت مي‌شود. به عنوان مثال آزاد شدن گلوكاگون در زمان كاهش شديد سطح قند.

ژن‌ها واحد اصلي وراثت در تمام موجودات زنده هستند. يك ژن واحد اصلي وراثت بوده و قسمتي از دي ان اي مي‌باشد كه شكل يا عملكرد يك موجود را با روش‌هاي خاص تحت تأثير قرار مي‌دهد. تمام موجودات زنده، از باكتري‌ها تا جانوران، دستگاه‌هاي اساسي يكساني كه توسط دي ان اي كپي شده و به پروتئين ترجمه مي‌شوند را به اشتراك مي‌گذارند. سلول‌ها ژن دي ان اي را به نسخه آران‌اي ژن رونويسي مي‌كنند، و سپس ريبوزوم آران‌اي را به پروتئين ترجمه مي‌كند، و يك توالي اسيد آمينه به وجود مي‌آيد. رمز ترجمه از كدون آر ان اي به اسيد آمينه در بيشتر موجودات زنده مشابه است، اما در بعضي از آنها تفاوت‌هاي كمي دارد. به عنوان مثال، توالي از دي ان اي كه انسولين را در انسان‌ها كد مي‌كند وقتي درون موجود زنده ديگري مثل گياهان قرار بگيرد نيز انسولين را كد مي‌كند.[۲۳]

دي ان اي معمولاً به شكل كروموزوم خطي در يوكاريوت‌ها و كروموزوم حلقوي در پروكاريوت‌ها وجود دارد. كروموزوم ساختاري سازمان يافته متشكل از دي ان اي و هيستون‌ها مي‌باشد. مجموعه‌اي از كروموزوم‌ها در يك سلول و ديگر اطلاعات وراثتي يافت شده در ميتوكندري‌ها، كلروپلاست‌ها، يا ديگر مكان‌ها در مجموع به عنوان ژنوم شناخته مي‌شوند. در يوكاريوت‌ها، ژنوم دي ان اي در هسته سلول و به مقدار كم همراه ميتوكندري و كلروپلاست وجود دارد. در پروكاريوت‌ها، دي ان اي درون منطقه‌اي نامنظم از سيتوپلاسم به نام نوكلئوئيد (ناحيه هسته) قرار گرفته است.[۲۴] اطلاعات ژنتيكي در يك ژنوم درون ژن‌ها قرار دارند، و مجموعه كاملي از اين اطلاعات را در يك موجود زنده ژنوتيپ مي‌نامند

مفهوم سازماندهي مركزي در زيست‌شناسي اين است كه تغيير و توسعه در زندگي در طول فرگشت اتفاق مي‌افتد، و تمام موجودات زنده شناخته شده نسب مشترك دارند. نظريه فرگشت ادعا مي‌كند كه تمام موجودات زنده روي زمين، موجودات زنده و منقرض شده، از يك نياي مشترك يا يك خزانه ژني نيايي به وجود آمده‌اند. اين باور وجود دارد كه آخرين نياي مشترك تمام موجودات زنده حدود ۳٫۵ ميليارد سال پيش ظاهر شده است. هر چند كه فسيل‌هايي از مولكول‌هاي آلي مربوط به ۳ ميليارد و ۸۵۰ ميليون سال پيش كشف شده است.[۱۶] به طور كلي زيست‌شناسان حضور همه‌جانبه و جهاني رمز ژنتيكي را به عنوان شاهد قطعي در حمايت از نظريه نياي مشترك جهاني براي همه باكتري‌ها، آركي باكتري‌ها (باستانيان) و يوكاريوت‌ها در نظر مي‌گيرند (پيدايش حيات را ببينيد).

نظريه سلولي بيان مي‌كند كه سلول واحد اساسي زندگي است، و همه موجودات زنده از يك يا چندين سلول تشكيل شده‌اند يا موادي را از سلول‌هاي خود ترشح مي‌كنند (به عنوان مثال، پوسته، استخوان بندي بيروني). همه سلول‌ها از طريق تقسيم سلولي از سلول‌هاي ديگر به وجود مي‌آيند. در موجودات پر سلولي، هر سلول بدن موجود زنده از يك سلول تخم بارور مشتق شده است. همچنين سلول به عنوان واحد اساسي در بسياري از فرايندهاي پاتولوژيك نيز در نظر گرفته مي‌شود.[۱۵] به علاوه، پديده جريان انرژي در سلول‌ها طي فرايند سوخت ساز اتفاق مي‌افتد. در نهايت، سلول‌هاي حاوي اطلاعات وراثتي (دي ان اي)، در طول تقسيم سلولي از يك سلول به سلول ديگر منتقل مي‌شوند.

بخش عمده‌اي از زيست‌شناسي مدرن را مي‌توان متشكل از پنج اصل به‌هم وابسته دانست كه شامل: نظريه سلولي، تكامل، ژنتيك، هومئوستازي، و انرژي است

اصطلاح بيولوژي (به انگليسي: biology) از واژه يوناني βίος- بيوس «به معني زندگي»، و پسوند λογία- لوژيا «به معني مطالعه چيزي»، مشتق شده‌است. اين واژه در آلمان در اوايل سال ۱۷۹۱ ممكن است از پسين‌سازي واژه قديمي‌تر دوزيستان‌شناسي با حذف واژه دوزيستان، به وجود آمده باشد.

فرم لاتين اين اصطلاح نخستين بار در ۱۷۳۶ زماني كه كارل لينه، از واژه biologi در كتاب Bibliotheca botanica خود استفاده كرد، ظاهر شده است.

اگرچه زيست‌شناسي در قالب مدرن خود پيشرفت‌هاي بسياري يافته‌است، اما علوم مرتبط و وابسته به آن، از زمان‌هاي قديم مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. فلسفه طبيعي در اوايل تمدن‌هاي باستاني ميان‌رودان، مصر، شبه‌قاره هند و چين مورد مطالعه قرار گرفت. با اين حال، ريشه‌هاي زيست‌شناسي مدرن و گرايش به مطالعه طبيعت اغلب به يونان باستان برمي‌گردد.[۳] در حالي كه مطالعه رسمي پزشكي به بقراط (حدود ۴۶۰ سال قبل از ميلاد – حدود ۳۷۰ سال قبل از ميلاد) برمي گردد، اما ارسطو (۳۲۲ سال قبل از ميلاد – ۳۸۴ پيش از ميلاد) گسترده‌ترين سهم را براي توسعه زيست‌شناسي به كار گرفت. نقش برجسته او در تاريخچه جانوران و كارهاي ديگري با تكيه بر طبيعت‌گرايي، و فعاليت‌هاي تجربي ديگري كه بر روي علت و معلولي زيستي و تنوع زندگي متمركز بود، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. ثئوفراستوس جانشين ارسطو در ليسه، سلسله كتاب‌هايي در زمينه گياه‌شناسي نوشت كه تا به امروز سالم مانده‌اند و به عنوان مهم‌ترين سهم از دوران باستان و حتي قرون وسطي از علوم گياهي به حساب مي‌آيد.

دانشمندان قرون وسطي جهان اسلام كه در مورد زيست‌شناسي كتاب نوشته‌اند شامل جاحظ (۸۶۹–۷۸۱)، ابوحنيفه دينوري (۸۹۶–۸۲۸)، كه در مورد گياه‌شناسي كتاب نوشته است،[۴] و رازي (۹۲۵–۸۶۵) كه در مورد كالبدشناسي و فيزيولوژي كتاب نوشته است، مي‌باشند. دانش پزشكي با تحقيقات دانشمندان اسلامي در مورد سنت‌هاي فيلسوف يوناني، به خوبي مطالعه شده است، در حاليكه تاريخ طبيعي، تفكر ارسطو را به خصوص در حفظ سلسله مراتب ثابت زندگي، به شدت جذب كرده بود.