Visninger
 |
Biologi er en naturvidenskab beskæftiger sig med studiet af livets og levende organismer, herunder deres struktur, funktion, vækst, oprindelse, evolution, distribution og taksonomi.[1] Biologi er et stort emne med mange underafdelinger, emner og discipliner. Blandt de vigtigste emner er fem samlende principper, der kan siges at være den grundlæggende aksiomer af moderne biologi:[2]
1. Celler er den grundlæggende enhed i livet 2. Nye arter og nedarvede egenskaber er produktet af evolution 3. Gener er den grundlæggende enhed i arvelighed 4. En organisme vil regulere sine indre miljø til at opretholde en stabil og konstant tilstand 5. Levende organismer forbruger og omdanne energi.
Underdiscipliner af biologi indregnes på grundlag af skalaen, hvor organismer studeres og de metoder, der anvendes til at studere dem: biokemi undersøger rudimentære kemi livsstil; molekylær biologi undersøgelser det komplekse samspil af systemer med biologiske molekyler, cellebiologi behandler grundelementerne blok af alt liv, den celle, fysiologi undersøger fysiske og kemiske funktioner i væv, organerog organsystemer af en organisme, og økologi hvordan forskellige organismer interagerer og forbinder med deres omgivelser.
Indholdsfortegnelse |
Historie
Udtrykket biologi i sin moderne forstand synes at have været indført uafhængigt af Karl Friedrich Burdach (1800), Gottfried Reinhold Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802), og Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802).[4][5] Det er en klassisk sammensat inspireret af den græske ord βίος, bios, "liv"og suffikset -λογία, -Logia, "undersøgelse af."
Selvom biologi i sin moderne form er en relativ ny udvikling, videnskaber tilknytning til og indgår i det have været undersøgt siden oldtiden. naturfilosofi blev undersøgt så tidligt som de gamle civilisationer i Mesopotamien, Egypten, det indiske subkontinent, og Kina. Dog oprindelse moderne biologi og sin tilgang til studiet af naturen er de oftest spores tilbage til oldtidens Grækenland.[6] Mens den formelle undersøgelse af medicin daterer sig tilbage til Hippokrates (ca. 460 f.Kr. -. ca 370 f.Kr.), er det blev Aristoteles (384 f.Kr. - 322 f.Kr.), der har bidraget mest omfattende til udviklingen af biologi. Særligt vigtigt er hans historie af dyr og andre værker, hvor han viste naturalist ståsted, og senere mere empirisk værker, der fokuserer på biologisk årsagssammenhæng og mangfoldighed af liv. Aristoteles 'efterfølger på Lyceum, Teofrast, skrev en række bøger om botanik , der overlevede som den mest vigtige bidrag antikken til anlægget videnskaber, selv i middelalderen. Betydelige fremskridt i studiet og udviklingen af biologi blev fremmet gennem de bestræbelser, som f.eks muslimske læger som afro-arabiske lærde al-Jahiz (781-869) i zoologi,[7], den kurdiske biolog Al-Dinawari (828-896) i botanik,[8], og det persiske læge Rhazes (865-925) i anatomi og fysiologi. Disse filosoffer udarbejdet på, udvidet og forbedret den græske biologiske teorier og systematik. Medicin var især godt undersøgt af islamiske lærde, der arbejder i den græske filosof traditioner, mens naturhistorie trak tungt på aristoteliske tanke, især i at opretholde en fast hierarki af livet.
Biologi begyndte hurtigt at udvikle sig og vokse med Antony van Leeuwenhoek's dramatiske forbedring af mikroskop. Det var dengang, at forskere opdagede spermatozoer, bakterier, infusionsdyr og det store mærkværdige og mangfoldighed af mikroskopiske liv. Undersøgelser af Jan Swammerdam førte til nye interesse for entomologi og byggede de grundlæggende teknikker af mikroskopiske dissektion og farvning.[9]
Fremskridt i mikroskopi også haft en kraftig indvirkning på den biologiske tænkning selv. I begyndelsen af det 19. århundrede, antal biologer pegede en til den centrale betydning af cellen. I 1838 og 1839, Schleiden og Schwann begyndte at markedsføre de ideer, der (1) den grundlæggende enhed i organismer er cellen og (2) at de enkelte celler har alle de karakteristika liv, selv om de var imod ideen om, at (3) alle celler kommer af delingen af andre celler. Takket være det arbejde, Robert Remak og Rudolf Virchow, dog ved 1860'erne mest biologerne accepteret alle tre principper om, hvad der skulle blive kendt som celle teori.[10]
I mellemtiden, taksonomi og klassifikation blev fokus i studiet af naturhistorie. Carolus Linnaeus offentliggjorde en grundlæggende taksonomi for den fysiske verden i 1735 (variationer heraf har været i brug lige siden), og i 1750'erne indførte videnskabelige navne for alle sine arter .[11] Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, behandles arter som kunstige kategorier og levende former som plastisk-selv pegede på muligheden for fælles afstamning. Selv om han var imod evolution, Buffon er en central figur i den evolutionære tanke historie, hans arbejde vil påvirke den evolutionære teorier om både Lamarck og Darwin.[12]
Alvorlige evolutionære tænkning stammer med værker af Jean-Baptiste Lamarck. Men det var den britiske naturforsker Charles Darwin, der kombinerer det biogeografiske tilgang Humboldt, den uniformitarian geologi Lyell, Thomas Malthus's skriverier om befolkningstilvækst, og hans egen morfologiske ekspertise, som skabte en mere succesfuld evolutionær teori baseret på naturlig udvælgelse; lignende ræsonnement og beviser førte Alfred Russel Wallace til selvstændigt at nå frem til de samme konklusioner.[13]
Opdagelsen af den fysiske repræsentation af arvelighed kom sammen med evolutionære principper og populationsgenetik. I 1940'erne og begyndelsen af 1950'erne, pegede eksperimenter til DNA som den del af kromosomer , der holdt gener. Fokus på ny model organismer såsom vira og bakterier, sammen med opdagelsen af den dobbelte cylindrisk struktur af DNA i 1953, markerede overgangen til den æra af molekylær genetik. Fra 1950'erne til nutiden, er biologi blevet stærkt forøget i den molekylære domæne. Den genetiske kode var revnet ved Har Gobind Khorana, Robert W. Holley og Marshall Warren Nirenberg efter DNA blev forstået at indeholde kodon. Endelig er Human Genome Project blev lanceret i 1990 med det mål at kortlægge den generelle menneskelige genom. Dette projekt var stort set afsluttet i 2003,[14], med yderligere analyse stadig at blive offentliggjort. Human Genome Project var det første skridt i en globaliseret indsats for at inddrage akkumuleret viden om biologi til en funktionel, molekylær definition af det menneskelige legeme og ligene af andre organismer.
Meget af moderne biologi kan indpasses inden for fem samlende principper: teori, evolution, genetik, homeostase og energi. Celle[2]
Celle teori
Cell teori , at cellen er den grundlæggende enhed liv, og at alle levende ting er sammensat af en eller flere celler eller udskilles produkter af disse celler (f.eks skaller). Alle celler opstår fra andre celler gennem celledeling. I flercellede organismer, celle i organismen krop stammer hver i sidste ende fra en enkelt celle i et befrugtet æg. Cellen er også anset for at være den grundlæggende enhed i mange patologiske processer.[15] Dertil kommer, at fænomenet energistrømmen forekommer i cellerne i processer, der er en del af funktionen er kendt som stofskifte. Endelig celler indeholder arvelig information (DNA), som er gået fra celle til celle under celledeling.
Evolution
Naturlig udvælgelse af en befolkning til mørke farve. Uddybende artikel: Evolution
En central organisering begreb i biologien er, at livet ændrer og udvikler sig i evolution, og at alt liv kendte former har en fælles oprindelse. Indført i den videnskabelige leksikon af Jean-Baptiste de Lamarck i 1809,[16], Charles Darwin etableret evolution 50 år senere som en levedygtig teori ved artikulere sin drivkraft: naturlig udvælgelse.[17][18] (Alfred Russel Wallace er anerkendt som Den medopdager af dette begreb, som han hjalp forskning og eksperimenter med begrebet evolution.)[19] Evolution er nu bruges til at forklare de store udsving i livet fundet på Jorden.
Darwin teoretiseret, at arter og racer udviklet gennem de processer af naturlig udvælgelse og kunstig udvælgelse eller selektiv avl.[20] genetisk drift blev taget som en ekstra mekanisme for evolutionære udvikling i moderne syntese af teorien.[21]
Den evolutionære historie arter-som beskriver karakteristika for de forskellige arter, hvorfra den ned-sammen med sin genealogiske forhold til alle andre arter er kendt som dens fylogeni. Vidt forskellige tilgange til biologi generere oplysninger om fylogeni. Disse omfatter sammenligninger af dna-sekvenser gennemføres inden for molekylær biologi eller genomik, og sammenligninger af fossiler eller andre optegnelser af gamle organismer i palæontologi.[22] Biologer organisere og analysere evolutionære relationer gennem forskellige metoder, herunder fylogeni, phenetics, og cladistics. (For en oversigt over store begivenheder i udviklingen af livet som i øjeblikket forstås af biologer, se evolutionær tidslinje.)
Teorien om evolution postulerer, at alle organismer på jorden, både levende og uddøde, nedstamme fra en fælles forfader eller en langvarig genpulje. Denne sidste universelle fælles forfader for alle organismer menes at have forekommet omkring 3,5 milliarder år siden.[23] Biologer generelt betragter universalitet og grænseløse genetiske kode som endelig bevis til fordel for teorien om universelle fælles afstamning for alle bakterier, archaea, og eukaryoter (se: livets oprindelse).[24]
Genetik
Uddybende artikel: Genetik En Punnett firkantet forestiller en krydsning mellem to ærter anlæg heterozygot for lilla (B) og hvid (b) blomster
Gener er de primære enheder i arv i alle organismer. En gen er en enhed af arvelighed og svarer til en region i DNA , der påvirker form eller funktion af en organisme i bestemte måder. Alle organismer, fra bakterier til dyr, har de samme grundlæggende maskiner, kopier og oversætter DNA i proteiner. Celler transskribere en DNA-gen i en RNA version af genet, og en ribosom derefter oversætter RNA til et protein, en sekvens af aminosyrer. Den oversættelse kode fra RNA codon til aminosyre er den samme for de fleste organismer, men lidt anderledes for nogle. For eksempel en sekvens af DNA, der koder for insulin hos mennesker også vil koden for insulin, når indsættes i andre organismer, såsom planter.[25][26]
DNA sker normalt som lineær kromosomer i eukaryoter, og cirkulær kromosomer i prokaryoter. En kromosom er en organiseret struktur, der består af DNA og histoner. Det sæt kromosomer i en celle og alle andre arvelige oplysninger, der findes i mitokondrierne, kloroplaster, eller andre steder er kollektivt kendt som sin genom. I eukaryoter, DNA er genomiske placeret i cellekernen, sammen med små mængder i mitokondrier og kloroplaster. I prokaryoter, DNA er den holdes inden for et uregelmæssigt formet organ i cytoplasmaet kaldes nucleoid.[27] Den genetiske information i en genom holdes inden for gener, og den fuldstændige samling af denne information i en organisme, kaldes dens genotype.[28]
Homøostase
Uddybende artikel: Homøostase Den hypothalamus udskiller CRH, som leder hypofysen til at udskille ACTH. Til gengæld leder ACTH binyrebarken til at udskille glukokortikoider, såsom kortisol. Den GCS derefter reducere antallet af sekretion af hypothalamus og hypofysen, når en tilstrækkelig mængde GCS er blevet løsladt.[29]
Homøostase er mulighed for en åbent system til at regulere sine indre miljø til at opretholde stabile forhold ved hjælp af flere dynamiske ligevægt tilpasninger, der kontrolleres af indbyrdes forbundne reguleringsmekanismer. Alle levende organismer, uanset om de encellede eller flercellede, udviser homeostase.[30]
For at opretholde en dynamisk balance og effektivt at udføre visse opgaver, systemet skal en opdage og reagere på perturbationer. Efter detektering af en perturbation, biologisk system vil normalt reagere gennem negativ feedback. Det betyder enten at reducere eller øge aktiviteten af et organ eller system med henblik på at stabilisere betingelser. Et eksempel er udgivelsen af glukagon , når blodsukkeret er for lavt.
Energi
Grundlæggende oversigt over energi-og menneskeliv.
Overlevelsen af en levende organisme afhænger løbende tilførsel af energi. Kemiske reaktioner, der er ansvarlige for dens struktur og funktion er indstillet til at udtrække energi fra stoffer, der fungerer som sin mad og omdanne dem til at bidrage til at danne nye celler og opretholde dem. I denne proces, molekyler af kemiske stoffer , som udgør fødevarer spille to roller; første, de indeholder energi, der kan omdannes til biologisk kemiske reaktioner, for det andet, de udvikler nye molekylære strukturer, der består af biomolekyler.
Organismerne ansvarlige for indførelsen af energi i et økosystem er kendt som producenter eller autotrofe. Næsten alle disse organismer oprindeligt trække energi fra solen.[31] Planter og andre phototrophs bruge solenergi via en proces, der kaldes fotosyntese til at konvertere råmaterialer til organiske molekyler, såsom ATP, hvis obligationer kan brydes for at frigøre energi.[32] Et par økosystemerdog afhænge helt af energi udvundet af chemotrophs fra methan, sulfideller andre ikke-luminale energikilder.[33]
Nogle af de tilfangetagne energien bruges til at producere biomasse til at opretholde livet og give energi til vækst og udvikling. De fleste af resten af denne energi går tabt som varme og affald molekyler. De vigtigste processer til konvertering af den energi, der er fanget i kemiske stoffer i energi nyttigt at opretholde livet, er stofskiftet[34] og cellulære respiration.[35]
Forskning
Strukturelle Skematisk af typiske dyr celle skildrer de forskellige organeller, og strukturer. Uddybende artikler: Molekylær biologi, cellebiologi, genetikog Developmental biologi
Molekylær biologi er studiet af biologi på det molekylære niveau.[36] Dette felt overlapninger med andre områder af biologi, især med genetik og biokemi. Molekylær biologi hovedsagelig beskæftiger sig med at forstå samspillet mellem de forskellige systemer i en celle, herunder det indbyrdes forhold mellem DNA, RNA og protein syntese og lære hvordan disse interaktioner er reguleret.
Cellebiologi undersøgelser af de strukturelle og fysiologiske egenskaber celler, herunder deres adfærd, interaktioner, og miljø. Dette gøres på både mikroskopiske og molekylære niveau, for encellede organismer som bakterier , samt de specialiserede celler i flercellede organismer, såsom mennesker. Forståelse af opbygning og funktion af celler er grundlæggende for alle de biologiske videnskaber. Ligheder og forskelle mellem celletyper er særligt relevante for molekylær biologi.
Anatomi mener de former for makroskopiske strukturer såsom organer og organsystemer.[37]
Genetik er videnskaben om gener, arvelighed, og variationen af organismer.[38][39] Gener kode de nødvendige oplysninger til syntese proteiner, som igen spiller en stor rolle i at påvirke (dog i mange tilfælde, ikke helt afgørende) den endelige fænotypen af organismen. I moderne forskning, giver genetik vigtige redskaber i efterforskningen af funktionen af et bestemt gen, eller analyse af genetiske interaktioner. Inden organismer, oplysninger generelt genetiske medbringes i kromosomer, hvor det er repræsenteret i kemiske struktur af bestemte DNA -molekyler.
Udviklingsmæssige biologi undersøgelser den proces, hvorved organismer vokse og udvikle sig. Oprindelse i embryologi, moderne udviklingsmæssige biologi undersøgelser den genetiske styring af cellevækst, differentiering, og "morfogenese", som er den proces, der gradvist giver anledning til væv, organerog anatomi. modelorganismer for udviklingstoksicitet biologi omfatter runde ormen Caenorhabditis elegans,[40] frugtfluen Drosophila melanogaster,[41] den zebrafisk Danio rerio,[42] musen Mus musculus,[43], og ukrudt Arabidopsis thaliana.[44][45] (En model organisme er en art , der er grundigt undersøgt for at forstå særlige biologiske fænomener, med forventning om, at fund gjort i den pågældende skadegører vil give indsigt i arbejdet i andre organismer.)[46]
Fysiologiske
Uddybende artikel: Fysiologi
Fysiologi undersøgelser de mekaniske, fysiske og biokemiske processer i levende organismer ved at forsøge at forstå, hvordan alle de strukturer fungerer som en helhed. Temaet "struktur til at fungere" er centralt for biologi. Fysiologiske studier har traditionelt været opdelt i plantefysiologi og dyrs fysiologi, men nogle af principperne for fysiologi er universelle, uanset hvilke særlige organisme er ved at blive undersøgt. For eksempel er det lærte om fysiologi gær celler kan også gælde for menneskers celler. Feltet af dyrefysiologi udvider værktøjer og metoder til menneskets fysiologi til ikke-menneskelige arter. Plantefysiologi låner teknikker fra begge forskningsområder.
Fysiologi undersøgelser hvordan for eksempel nervøs, immun, endokrine, respiratoriskeog kredsløb systemer, funktion og samspil. Studiet af disse systemer er delt med medicinsk orienterede discipliner som neurologi og immunologi.
Evolutionær
Evolutionary forskning drejer sig om oprindelse og afstamning af arter, samt deres forandring over tid, og omfatter forskere fra mange taksonomisk orienterede discipliner. For eksempel det generelt indebærer videnskabsmænd, der har særlig uddannelse i særdeleshed organismer såsom mammalogy, ornitologi, botanik, eller herpetologisk samling, men bruge dem organismer som systemer til at besvare generelle spørgsmål om evolution.
Evolutionær biologi er delvist baseret på palæontologi, der bruger fossile record til at besvare spørgsmål om mode og tempoet i udviklingen,[47], og dels om udviklingen på områder som populationsgenetik[48] og evolutionsteori. I 1980'erne, udviklingsmæssige biologi -re ind evolutionær biologi fra sin oprindelige udelukkelse fra det moderne syntese gennem studiet af evolutionære udviklingsmæssige biologi.[49] Lignende områder, som ofte er betragtes som en del af evolutionær biologi er fylogeni, systematikog taksonomi.
Systematik
En fylogenetiske træ af alle levende ting, baseret på rRNA genet data, der viser adskillelse af de tre domæner bakterier, archaea, og eukaryoter som beskrevet først ved Carl Woese. Træer konstrueret med andre gener er generelt ens, selv om de kan placere nogle af de første-branching grupper meget forskelligt, formentlig på grund af den hurtige rRNA evolution. Den nøjagtige relationer de tre domæner er stadig til debat. Uddybende artikel: Systematics
Flere speciering begivenheder oprette et træ struktureret system af relationer mellem arter. Rolle systematik er at undersøge disse forhold og dermed forskelle og ligheder mellem arter og grupper af arter.[50] imidlertid, systematik var en aktiv inden for forskning længe før evolutionære tænkning var almindeligt.[51] om klassificering, taksonomi, og nomenklatur for biologiske organismer administreres af International Code of Zoological nomenklatur, International Code of Botanical nomenklatur, og internationale nomenklaturkoder Bacteria for dyr, planter og bakterier, hhv. Klassificeringen af vira, viroider, prioner, og alle andre sub-virale midler, der viser biologiske kendetegn er foretaget af internationale kodeks for Virus klassificering og nomenklatur.[52][53][54][55] Men flere andre virale klassificering systemer findes.
Traditionelt, tingene er levende blevet opdelt i fem kongeriger: Monera; protistriget, Svampe, plante; Animalia.[56]
Men mange videnskabsfolk nu overveje denne fem-rige system forældet. Moderne alternativ klassifikationssystemer begynder normalt med tre domænet system: Archaea (oprindeligt Archaebacteria) Bakterier (oprindeligt Eubacteria) Eukaryota (herunder protister, svampe, planterog dyr)[57] Disse domæner afspejler, om cellerne har kerner eller ej , samt forskelle i den kemiske sammensætning af cellen udendørsbrug.[57]
Yderligere rige er hver opdelt rekursivt indtil hver art for sig er klassificeret. Rækkefølgen er: Domain, Danmark, Række, Klasse, kendelse, familie, Genus; Art.
Der er også en række af intracellulære parasitter , der er "på kanten af livet"[58] i form af metaboliske aktivitet, hvilket betyder, at mange forskere faktisk ikke klassificere disse strukturer som levende, på grund af deres manglende mindst en eller flere af de grundlæggende funktioner, som livet er defineret. De er klassificeret som virus, viroider, prionereller satellitter.
Det videnskabelige navn for en organisme er genereret fra sine slægter og arter. For eksempel ville mennesker blive opført som Homo sapiens. Homo ville være for slægten og sapiens er arter. Når at skrive det videnskabelige navn af en organisme, det er rigtigt at skrive det første bogstav i slægten og lægge samtlige arter med små bogstaver. Derudover, hele udtrykket vil blive kursiv eller understreget.[59][60]
Den dominerende klassifikationssystem kaldes Linnaean taksonomi, som omfatter rækkerne og binomiale nomenklatur. Hvordan organismer er navngivet, er reguleret af internationale aftaler, såsom internationale kodeks for Botanisk nomenklatur (ICBN), den internationale kodeks for Zoologisk Nomenklatur (ICZN), og internationale nomenklaturkoder Bacteria (ICNB).
En sammenlægning udkast, BioCode, blev offentliggjort i 1997 i et forsøg på at standardisere kontoplanen på disse tre områder, men er endnu ikke formelt vedtaget.[61] Det BioCode Udkastet har kun fået meget lidt opmærksomhed siden 1997, og dens oprindeligt planlagte gennemførelse dato fra 1. januar , 2000, har gået ubemærket hen. Dog en 2004 oplæg vedrørende cyanobakterier går ind for en kommende vedtagelse af et BioCode og mellemliggende trin består af at mindske forskellene mellem koderne.[62] Den internationale kodeks for Virus klassificering og nomenklatur (ICVCN) er fortsat uden for BioCode. Økologi Gensidig symbiose mellem klovnfisk af slægten Amphiprion at bo blandt de tentakler af tropiske søanemoner. Den territoriale fisk beskytter anemone fra anemone-spise fisk, og dermed også det stikkende tentakler af anemone beskytter klovn fisk fra sin rovdyr Uddybende artikler: Økologi, etologi, adfærd, og biogeografi
Økologi undersøgelser distribution og overflod af levende organismer, og samspillet mellem organismer og deres omgivelser.[63] Den habitat af en organisme kan beskrives som den lokale abiotiske faktorer såsom klima og økologi, ud over de andre organismer og biotiske faktorer , der deler dens miljø.[64] En af grundene til, at biologiske systemer kan være svært at studere, er, at så mange forskellige vekselvirkninger med andre organismer og miljøet er muligt, selv om de mindste skalaer. En mikroskopisk bakterie reagerer på en lokal sukker gradient reagerer på sine omgivelser så meget som en løve reagerer på sine omgivelser, når den søger efter mad i de afrikanske savanne. For enhver given art, adfærd kan være co-operative, aggressiv, parasitæreeller symbiotisk. Spørgsmål bliver mere komplekst, når to eller flere forskellige arter interagerer i en økosystem. Undersøgelser af denne type er i provinsen økologi.
Økologiske systemer studeres på flere forskellige niveauer, fra enkeltpersoner og befolkninger til økosystemer og biosfæren. Udtrykket populationsbiologi bruges ofte i flæng med populationsøkologi, selvom populationsbiologi er mere hyppigt anvendte mens de studerer sygdomme, virus, og mikrober, mens populationsøkologi er mere almindeligt, når studere planter og dyr. Som det kan formodes, økologi er en videnskab, der trækker på flere discipliner.
Etologi undersøgelser dyr adfærd (herunder af sociale dyr som f.eks primater og canids), og er undertiden betragtes som en filial af zoologi. Etologer har været særligt berørt af udviklingen af adfærd og forståelsen af adfærd i forhold til teorien om naturlig udvælgelse. I en vis forstand, første moderne etolog var Charles Darwin, hvis bog, udtryk for følelser i mennesker og dyr, påvirket mange etologer fremover.[65]
Biogeografi undersøgelser den rumlige fordeling af organismer på Jorden,[66] med fokus på emner som pladetektonik, klimaændringer, spredning og migration, og cladistics.
