Биологията (; – живот и – учение, наука – „наука за живота“) е фундаментална природна наука, изучаваща живота и живите организми, включително тяхното устройство, начин на функциониране, растеж, разпространение, произход и развитие, таксономия и връзките между тях и неживата природа.
Биологията е обширна област на познанието, включваща множество дисциплини. Сред най-важните дисциплини са петте обединяващи принципа, които могат да бъдат наречени основополагащи аксиоми на съвременната биология: клетъчна биология, еволюционна биология, генетика, биохимия и ембриология.
Подразделенията на биологията се разграничават едно от друго според мащаба, в който се изследват организмите и според методите за изследванено им. Така биохимията изучава елементарната химия на живота, молекулярната биология – сложните взаимодействия на системи биологични молекули, клетъчната биология – клетките, физиологията – химическите и физични функции на тъканите, органите и системите, а екологията – взаимодействието на различните организми с окръжаващата ги среда.
История
Терминът биология (от гръцки: βίος, биос – „живот“ и λογία, логиа – „слово“, „наука“) в съвременния си смисъл е използван независимо един от друг от Карл Фридрих Бурдах (1800), Готфрид Райнхолд Тревиранус (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) и Жан-Батист Ламарк (Hydrogéologie, 1802).Junker Geschichte der Biologie, p8.Coleman, Biology in the Nineteenth Century, pp. 1 – 2. Въпреки че биологията в съвременния си вид се е развила сравнително скоро, то различни и клонове и обекти са изучавани още от древни времена. Натурфилософията е изучавана още от времето на древните цивилизации в Месопотамия, Египет, Индия и Китай. Все пак произхода на модерната биология като наука за природата и живите организми най-често се свързва с Древна Гърция.Magner, A History of the Life Sciences Докато за баща на медицината се приема Хипократ (около 460 пр. Хр. – около 370 пр. Хр.), то Аристотел (384 пр. Хр. – 322 пр. Хр.) е този, който има водеща роля за развитието на биологията. Особено важна е неговата „История на животните“, както и други трудове демонстриращи натуралистични идеи. По-късните му емпирични изследвания са свързани с биологичния фундамент на произхода и многообразието на живота. Аристотел пръв прави разделението на познатите тогава животни на пет рода животни с кръв (по-късно наречени гръбначни) и четири рода животни без кръв (безгръбначните). Аристотеловият ученик Теофраст написва цяла серия от студии посветени на ботаниката, които се оценяват като най-значимия труд в тази област през древността и дори Средновековието. Учени от средновековния ислямски свят също допринасят за развитието на биологията, в това число са ал-Джахиз (781 – 869), ал-Динауари (828 – 896), занимавал се с ботаника, in и ал-Рази (865 – 925) със значителен принос в развитието на анатомията и физиологията.
Биологията претърпява бурно развитие след направените от Антони ван Льовенхук съществени подобрения на микроскопа. Това води до откриването на сперматозоидите, бактериите, инфузориите и позволява да се види истинското многообразие и причудливост на микроживота. Изследванията на Ян Свамердам водят до създаването на базовите техники в микроскопското оцветяване и дисекция.Magner, A History of the Life Sciences, pp. 133 – 144
Подобряването на микроскопията спомага за еволюция на биологичното мислене. В началото на 19 век множество биолози осъзнават централната роля на клетката. През 1838 г. и 1839 г. Матиас Шлайден и Теодор Шван започват да прокарват идеите, че (1) основна структурна и функционална единица на организмите е клетката, (2) отделните клетки имат всички характеристики на живота, макар че отричат идеята, че (3) всички клетки се образуват от деленето на предшестваща клетка (Omnis cellula ex cellula). Благодарение на работата на Роберт Ремарк и Рудолф Вирхов, през 1860-те повечето биолози приемат тези три постулата, от които се развива клетъчната теория.Sapp, Genesis, chapter 7; Coleman, Biology in the Nineteenth Century, chapters 2
Междувременно таксономията и класификацията стават предмет на естествената история. Карл Линей публикува основи на таксономията на живия свят през 1735 г. (като модифицирани варианти на труда му се ползват и до днес), а през 1750-те представя бинарната номенклатура, която се използва за научно именуване на видовете.Mayr, The Growth of Biological Thought, chapter 4 Сериозен принос към идеята за еволюцията има Ламарк. Еволюционната теория базирана на естествения отбор, обаче е дело на британския естествоизпитател Чарлз Дарвин, който комбинира биогеографския подход на Хумболт, неизменчивата геология на Лиел, изследванията на популационния растеж на Томас Малтус и собствените си изследвания върху морфологията. Независимо от Дарвин до подобни изводи и заключения достига и Алфред Ръсел Уолъс, често наричан баща на биогеографията.Mayr, The Growth of Biological Thought, chapter 10: „Darwin's evidence for evolution and common descent“; and chapter 11: „The causation of evolution: natural selection“; Larson, Evolution, chapter 3
Откриването на физическия носител на наследствеността доразвива еволюционните принципи и популационната генетика. През 1940-те и ранните 1950-те експериментите са насочени към ДНК като компонент на хромозомите и носители на гените. Насочването към нови експериментални модели като вируси и бактерии, наред с откриването на двойно-спиралната структура на ДНК през 1953 г. от Джеймс Уотсън и Франсис Крик, поставят началото на ерата на молекулярната биология и молекулярната генетика. След 1950-те до днес биологията търпи бурно развитие в молекулярното си направление. Генетичният код е „разбит“ от Har Gobind Khorana, Роберт Холи и Маршал Ниренбърг след откритието, че ДНК съдържа кодони. Проекта Човешки геном стартира през 1990 г. с целта да бъде картиран целия геном на човека. Проектът завършва през 2003 г., като това е първата стъпка от глобалния устрем, натрупаното познание да бъде използвано за разработване на техники за подобряването качеството и продължителността на човешкия живот.
Цели и задачи
Като наука, която изучава жизнените процеси, разкрива същността на живота и класифицира организмите, биологията си поставя следните основни цели: Подобряване на общото здравословно състояние на човечеството. Повишаване и подобряване на селскостопанското производство. Опазване на природата, която е единствената жизнена среда и съхраняване на безценното наследствено богатство, оставено от еволюцията.
За да постигне това, биологията трябва да реши следните основни задачи: Да разкрие молекулните механизми, които стоят в основата на живота на нашата планета. Да опише пътищата за възникване и развитие на живите организми. Да изясни механизмите за адаптация на организмите към заобикалящата ги жива и нежива природа. Да предложи методи за целенасочено използване на получените знания в полза на човека.
Основи на съвременната биология Клетъчна теория
Клетъчната теория постулира, че клетката е основната структурна и функционална единица на живота и че, всички живи организми са изградени от една или повече клетки както и техните продукти (например черупки). Всички клетки произлизат от други клетки посредством процес на клетъчно делене. В многоклетъчните организми всяка клетка на организма произхожда от една начална клетка – оплодената яйцеклетка. Клетъчния генетичен материал определящ наследствеността (ДНК) се предава в непроменен вид от клетка в клетка при процеса на делене.
Еволюция
В биологията е прието, че живите организми се изменят и развиват в процеса на еволюция и всички познати жизнени форми на земята имат общ произход. Въведена като научен термин от Жан-Батист Ламарк през 1809 г., еволюцията е доразвита като цялостна теория основана на естествения отбор от Чарлз Дарвин петнадесет години по-късно.The Complete Works of Darwin Online – Biography. darwin-online.org.uk. Посетен на 15 декември 2006As Darwinian scholar Joseph Carroll of the University of Missouri–St. Louis puts it in his introduction to a modern reprint of Darwin's work: „The Origin of Species has special claims on our attention. It is one of the two or three most significant works of all time—one of those works that fundamentally and permanently alter our vision of the world....It is argued with a singularly rigorous consistency but it is also eloquent, imaginatively evocative, and rhetorically compelling.“ Днес с помощта на еволюцията се обяснява огромното многообразие на планетата.
Еволюционната теория постулира, че всички организми на земята, както съвременни така и изчезнали, произлизат от общ предшественик или общ генетичен пул. Според съвременната представа този общ за всички организми прародител е съществувал преди 3,5 милиарда години. Универсалността и всеобхватността (при всички организми) на разпространението на генетичния код, се приема като доказателство за съществуването на общ предшественик на бактерии, археа и еукариоти.
Генетика
Гените са основните носители на наследствеността и определят специфичните характеристики на всеки един организъм. Всички организми от бактерията до човека споделят еднакъв механизъм за реализация на ДНК в протеини. Клетките транскрибират ДНК гена към РНКов вариант на гена, а рибозомите впоследствие транслират РНК в аминокиселинна последователност, протеин. Транслационния код (генетичен код) за презаписване на нуклеотидната последователност в аминокиселинна е силно консервативен и почти не се срещат различия в него.From SemBiosys, A New Kind Of Insulin INSIDE WALL STREET By Gene G. Marcial(13 август 2007)
Хомеостаза
Хомеостазата е свойството на една отворена система, особено на живите организми, да регулира вътрешната си среда така, че да поддържа стабилно, постоянно състояние чрез многобройни корекции на динамичното равновесие, управлявани от взаимосвързани регулаторни механизми.Kelvin Rodolfo, Explanation of Homeostasis on scientificamerican.com . Посетен на 16 октомври 2009.
За да поддържа състоянието на динамично равновесие и ефективно да осъществява определени функции системата трябва да открива и да отговаря на промените. След установяването на смущение (промяна в стойностите на даден параметър) биологичната система обикновено реагира на принципа на негативната обратна връзка. Това означава, стабилизиране на условията (модифицирани под въздействието на променения параметър) чрез засилване или намаляване на активността на даден орган или система. Например при понижени нива на кръвна захар се отделя глюкагон, който предизвиква разграждане на гликогена до глюкоза и възстановяване на изходните нива на кръвна захар.
Енергия Оцеляването на живите организми зависи от продължителния поток на енергия. Химичните реакции, които са отговорни за структурата и функционирането на организмите са насочени към извличането на енергия от субстрати доставени с храната. Тази енергия от субстратите служи за биохимични реакции поддържащи нормалното функциониране на организмите и като материал за синтеза на нови биомолекули, клетъчни структури и клетки. Растенията и другите фототрофи и хемотрофи внасят енергията от слънцето и високоенергетичните съединения (метан, сероводород и други) в живия свят и са основата на хранителната пирамида.Katrina Edwards. Microbiology of a Sediment Pond and the Underlying Young, Cold, Hydrologically Active Ridge Flank. Woods Hole Oceanographic Institution. Част от уловената енергия се използва за синтез на биомаса, друга за поддръжка на жизнените функции, растеж и развитие. Голяма част от енергията се губи като топлина или се изхвърля под формата на отпадни продукти на метаболизма. Най-важните процеси за преобразуването на енергията, уловена в химичните субстрати, в полезна за организмите, поддържаща живота енергия, са обединени от метаболизма и клетъчното дишане.Bartsch/Colvard, The Living Environment. (2009) New York State Prentice Hall Regents Review. Посетен на 16 октомври 2009.
Нива на организация на живата материя