زیست‌شناسی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از بیولوژی)
پرش به: ناوبری، جستجو

زیست‌شناسی از علوم طبیعی و دانش مربوط به مطالعه جانداران زنده است. این دانش به بررسی ویژگی‌ها و رفتار سازواره‌ها، چگونگی پیدایش گونه‌ها و افراد، و نیز به بررسی برهمکنش جانداران با یکدیگر و محیط پیرامونشان می‌پردازد. زیست‌شناسی شامل موضوعات وسیعی است که دارای تقسیم‌بندی بسیاری از مباحث و رشته‌های مختلف است. از جمله مهم ترین موضوعات آن عبارت از پنج اصل به‌هم‌وابسته است که می‌توان آن‌ها را اساس زیست‌شناسی مدرن نامید:[۱]

  1. سلول‌ها به عنوان واحد اصلی حیات هستند.
  2. گونه‌های جدید و صفات موروثی، محصول فرگشت هستند.
  3. ژن‌ها واحد اصلی وراثت هستند.
  4. ارگانیسم‌ها محیط داخلی خود را برای حفظ یک وضعیت پایدار و ثابت، حفظ می‌کنند.
  5. موجودات زنده انرژی مصرف می‌کنند و آن را به صورت دیگری تبدیل می‌کنند.

رشته‌های فرعی زیست‌شناسی به وسیله مقیاسی که در آن موجودات زنده‌ای که قبلا مطالعه شده‌اند، انواع موجودات زنده مورد مطالعه و روش‌های استفاده شده در مطالعه آنها، تعریف می‌شود: بیوشیمی، مطالعه شیمی اولیه زندگی؛ زیست‌شناسی مولکولی، مطالعه فعل و انفعالات پیچیده در میان مولکول‌های زیستی؛ گیاه‌شناسی، مطالعه زیست‌شناسی گیاهان؛ زیست‌شناسی سلولی، بررسی واحدهای ساختمانی همه حیات، سلول؛ فیزیولوژی، بررسی عملکردهای فیزیکی و شیمیایی بافت‌ها، اندام‌ها و دستگاه زیستی هر موجود زنده؛ زیست‌شناسی فرگشتی، بررسی فرآیندهایی که تنوع زیستی را ایجاد می‌کنند؛ و بوم شناسی بررسی فعل و انفعالات موجودات زنده در محیط خود.[۲]

تاریخچه[ویرایش]

نوشتار اصلی: تاریخ زیست‌شناسی
درخت حیات ارنست هکل به سال ۱۸۷۹

اصطلاح بیولوژی (به انگلیسی: biology) از واژه یونانی βίος- بیوس «به معنی زندگی»، و پسوند λογία- لوژیا «به معنی مطالعه چیزی»، مشتق شده‌است. این واژه در آلمان در اوایل سال ۱۷۹۱ ممکن است از پسین‌سازی واژه قدیمی‌تر دوزیستان‌شناسی با حذف واژه دوزیستان، به وجود آمده باشد.

فرم لاتین این اصطلاح نخستین بار در ۱۷۳۶ زمانی که کارل لینه، از واژه biologi در کتاب Bibliotheca botanica خود استفاده کرد، ظاهر شده است.

اگرچه زیست‌شناسی در قالب مدرن خود پیشترفت‌های بسیاری یافته‌است، اماعلوم مرتبط و وابسته به آن، از زمان‌های قدیم مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. فلسفه طبیعی در اوایل تمدن‌های باستانی میان‌رودان، مصر، شبه‌قاره هند و چین مورد مطالعه قرار گرفت. با این حال، ریشه‌های زیست‌شناسی مدرن و گرایش به مطالعه طبیعت اغلب به یونان باستان برمی‌گردد.[۳] در حالی که مطالعه رسمی پزشکی به بقراط (حدود ۴۶۰ سال قبل از میلاد – حدود ۳۷۰ سال قبل از میلاد) برمی گردد، اما ارسطو (۳۲۲ سال قبل از میلاد – ۳۸۴ پیش از میلاد) گسترده‌ترین سهم را برای توسعه زیست‌شناسی به کار گرفت. نقش برجسته او در تاریخچه جانوران و کارهای دیگری با تکیه بر طبیعت‌گرایی، و فعالیت‌های تجربی دیگری که بر روی علت و معلولی زیستی و تنوع زندگی متمرکز بود، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ثئوفراستوس جانشین ارسطو در لیسه، سلسله کتاب‌هایی در زمینه گیاه‌شناسی نوشت که تا به امروز سالم مانده‌اند و به عنوان مهم‌ترین سهم از دوران باستان و حتی قرون وسطی از علوم گیاهی به حساب می‌آید.

دانشمندان قرون وسطی جهان اسلام که در مورد زیست‌شناسی کتاب نوشته‌اند شامل جاحظ (۸۶۹-۷۸۱)، ابوحنیفه دینوری (۸۹۶-۸۲۸)، که در مورد گیاه‌شناسی کتاب نوشته است،[۴] و رازی (۹۲۵-۸۶۵) که در مورد کالبدشناسی و فیزیولوژی کتاب نوشته است، می‌باشند. دانش پزشکی با تحقیقات دانشمندان اسلامی در مورد سنت‌های فیلسوف یونانی، به خوبی مطالعه شده است، در حالیکه تاریخ طبیعی، تفکر ارسطو را به خصوص در حفظ سلسله مراتب ثابت زندگی، به شدت جذب کرده بود.

زیست‌شناسی با ساخت میکروسکوپ آنتونی وان لیوون هوک، شروع به رشد و پیشرفت سریع کرد. اینگونه بود که دانشمندان اسپرم، باکتری، مژه‌داران و تنوع زندگی میکروسکوپی را کشف کردند. تحقیقات انجام شده توسط جان سوامردام منجر به اطلاعات جدید در حشره‌شناسی شده و به توسعه روش‌های اساسی کالبدشکافی میکروسکوپی و رنگ آمیزی کمک بسیاری کرده است.[۵]

پیشرفت در تکنیک‌های میکروسکوپی تاثیر بسیاری در تفکرات زیست‌شناسی داشت. در آغاز سده ۱۹، تعدادی از زیست‌شناسان به اهمیت سلول اشاره کردند. سپس، در ۱۸۳۸، اشلایدن و تئودور شوان شروع به ترویج ایده‌های کنونی جهانی کردند که شامل این موارد بودند: (۱) واحد اصلی موجودات زنده سلول می‌باشد و (۲) سلول‌های هر موجود تمام ویژگی‌های زندگی را دارد، اگرچه آنها با این ایده مخالف بودند که (۳) همه سلول‌ها از تقسیم دیگر سلول‌ها به وجود می‌آیند. به لطف کارهای رابرت ریمارک و رودولف فیرخو، در ۱۸۶۰ بیشتر زیست‌شناسان همه سه اصولی را که به عنوان نظریه یاخته شناخته می‌شد، قبول کردند.[۶][۷]

در همین هنگام، طبقه‌بندی موجودات زنده و رده‌بندی آن ها عامل تمرکز تاریخ‌دانان طبیعی شد. کارل لینه، طبقه‌بندی اساسی برای جهان طبیعی را در سال ۱۷۳۵ (گونه‌هایی که تا آن زمان شناخته شده بودند) منتشر کرد، و در سال‌های ۱۷۵۰ نام‌های علمی را برای تمام گونه‌های خود معرفی کرد.[۸] ژرژ-لوئی لکرک کنت دو بوفون، جانوران را به عنوان طبقه‌بندی‌های مصنوعی و گونه‌های زنده را به عنوان تطبیق‌پذیر معرفی کرد – حتی پیشنهاد داد که آن ها احتمالا از نسب مشترک هستند. اگرچه او با فرگشت مخالف بود، بوفون یک چهره کلیدی در تاریخچه اندیشه فرگشتی بود چرا که کارهایش بعدها بر نظریه‌های فرگشتی لامارک و داروین تاثیر گذاشت.[۹]

آغاز جدی اندیشه فرگشتی با آثار ژان-باتیست لامارک می‌باشد، که برای نخستین بار یک نظریه منسجم از فرگشت را ارائه کرد.[۱۰] او فرض کرد که فرگشت نتیجه فشارهای محیطی بر ویژگی های جانوران می‌باشد، به این معنی که هرچه یک عضو بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، پیچیده‌تر و کارآمدتر می‌شود، بنابراین جانور با محیط خود سازگار می‌شود. لامارک اعتقاد داشت که این صفات به دست آمده می‌تواند به فرزندان منتقل شود، و آنها را کامل کرده و توسعه دهد.[۱۱] با این حال، این زیست‌شناس بریتانیایی چارلز داروین بود که روش‌های جغرافیایی زیستی هومبولت، زمین‌شناسی مبتنی بر شکل‌گیری یکتای چارلز لایل، نوشته‌های رشد جمعیت رابرت مالتوس، و تخصص ریخت‌شناسی و مشاهدات طبیعی خود را ترکیب کرد، و با موفقیت نظریه فرگشت بر پایه سازوکار انتخاب طبیعی را ارائه داد. دلایل و شواهد مشابه نیز، آلفرد راسل والاس را به طور مستقل به همان نتایج رسانید.[۱۲][۱۳] هرچند که این موضوع باعث بحث فراوان شد (که تا امروز نیز ادامه دارد)، اما نگره ی داروین به سرعت از طریق جامعه علمی گسترش یافته و به زودی به یک اصل مرکزی در سرعت توسعه علم زیست‌شناسی تبدیل شد.

کشف دلیل فیزیکی روی دادن وراثت همزمان با کشف اصول فرگشتی و ژنتیک جمعیت شد. در سال‌های ۱۹۴۰ و اوایل سال‌های ۱۹۵۰، آزمایش‌ها به دی ان ای به عنوان بخشی از کروموزوم اشاره کردند که واحدهای صفاتی را حمل می‌کنند که به نام ژن شناخته می‌شوند. تمرکز بر روی انواع جدیدی از مدل‌های موجودات زنده مانند ویروس‌ها و باکتری‌ها، همراه با کشف ساختار مارپیچ دو رشته‌ای دی ان ای در ۱۹۵۳، راه را بر گذار به ژنتیک مولکولی باز کردند. از سال‌های ۱۹۵۰ تا زمان حال، زیست‌شناسی در حوزه مولکولی بسیاری گسترده شده است. رمز ژنتیکی توسط هار گوبیند کورانا، رابرت دبلیو. هالی و مارشال وارن نایرنبرگ بعد از درک اینکه دی ان ای از واحدهایی به نام کودون تشکیل شده است، شکسته شد. در نهایت، پروژه ژنوم انسان در سال ۱۹۹۰ با هدف ترسیم نقشه ژنتیکی انسان به طور کلی راه‌اندازی شد. این پروژه در اصل در سال ۲۰۰۳ تکمیل شد، و تجزیه و تحلیل بیشتر آن هنوز در حال انتشار است.[۱۴] پروژه ژنوم انسان نخستین تلاش جهانی در ترکیب دانش زیست‌شناسی عملکردی، با تعریف مولکولی برای توضیح چگونگی کارکرد بدن انسان و دیگر موجودات بود.

مبانی زیست‌شناسی مدرن[ویرایش]

بخش عمده‌ای از زیست‌شناسی مدرن را می‌توان متشکل از پنج اصل به‌هم وابسته دانست که شامل: نظریه سلولی، تکامل، ژنتیک، هموستازی، و انرژی است.[۱]

نظریه سلولی[ویرایش]

نوشتار اصلی: نظریه سلولی


نظریه سلولی بیان می‌کند که سلول واحد اساسی زندگی است، و همه موجودات زنده از یک یا چندین سلول تشکیل شده‌اند یا موادی را از سلول‌های خود ترشح می‌کنند (به عنوان مثال، پوسته، استخوان بندی بیرونی). همه سلول‌ها از طریق تقسیم سلولی از سلول‌های دیگر به وجود می‌آیند. در موجودات پر سلولی، هر سلول بدن موجود زنده از یک سلول تخم بارور مشتق شده است. همچنین سلول به عنوان واحد اساسی در بسیاری از فرآیندهای پاتولوژیک نیز در نظر گرفته می‌شود.[۱۵] به علاوه، پدیده جریان انرژی در سلول‌ها طی فرایند سوخت ساز اتفاق می‌افتد. در نهایت، سلول‌های حاوی اطلاعات وراثتی (دی ان ای)، در طول تقسیم سلولی از یک سلول به سلول دیگر منتقل می‌شوند.

سلول‌های رنگ‌آمیزی شده، کراتین(قرمز) و دی‌ان‌ای (سبز) در محیط کشت

تکامل[ویرایش]

نوشتار اصلی: تکامل


مفهوم سازماندهی مرکزی در زیست‌شناسی این است که تغییر و توسعه در زندگی در طول تکامل اتفاق می‌افتد، و تمام موجودات زنده شناخته شده نسب مشترک دارند. نظریه تکامل ادعا می‌کند که تمام موجودات زنده روی زمین، موجودات زنده و منقرض شده، از یک نیای مشترک یا یک خزانه ژنی نیایی به وجود آمده‌اند. این باور وجود دارد که آخرین نیای مشترک تمام موجودات زنده حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش ظاهر شده است.[۱۶] به طور کلی زیست‌شناسان حضور همه‌جانبه و جهانی رمز ژنتیکی را به عنوان شاهد قطعی در حمایت از نظریه نیای مشترک جهانی برای همه باکتری‌ها، آرکی باکتری‌ها (باستانیان) و یوکاریوت‌ها در نظر می‌گیرند (پیدایش حیات را ببینید).

معرفی در واژه نامه علمی توسط ژان-باتیست لامارک در ۱۸۰۹، نظریه تکامل تدریجی توسط چارلز داروین ۵۰ سال بعد به عنوان مدل علمی، زمانی که او نیروی محرکه را بیان می‌کرد، ایجاد شد: انتخاب طبیعی.[۱۷][۱۸] (آلفرد راسل والاس به عنوان همکار کاشف، زمانی که به تحقیق و پژوهش مفهوم تکامل کمک می‌کرد، شناخته شد).[۱۹] در حال حاضر، تکامل برای توضیح تغییرات بزرگ یافته شده بر روی زمین استفاده می‌شود.

نظریه داروین بیان می‌کند که گونه‌ها و نژادها در طول فرآیندهای انتخاب طبیعی و انتخاب مصنوعی یا پرورش انتخابی توسعه یافته‌اند.[۲۰] رانش ژن به عنوان یک مکانیسم اضافی از توسعه تکاملی در سنتز مدرن نظریه بیان می‌شود.[۲۱]

تاریخچه تکاملی گونه‌ها – که ویژگی‌های گونه‌های مختلف را از جایی که آمده‌اند توصیف می‌کند – همراه با رابطه شجره نامه شان با دیگر گونه‌ها به عنوان تبارزایش شناخته می‌شود. با روش‌های گسترده متفاوت زیست‌شناسی، اطلاعاتی درباره تبارزایش به دست آمده است. این اطلاعات عبارتند از مقایسه توالی اسید نوکلئیک در زیست‌شناسی مولکولی یا ژنومیک، و مقایسه فسیل‌ها یا دیگر موجودات باستانی در دیرینه شناسی.[۲۲] زیست‌شناسان روابط تکاملی را با روش‌های مختلف از جمله تبارزایش، فنوتیک و شاخه بندی سازماندهی و تجزیه و تحلیل می‌کنند. (برای مشاهده خلاصه‌ای از رویدادهای مهم در تکامل زندگی که در حال حاضر توسط زیست‌شناسان درک شده است جدول زمانی تکاملی را مطالعه کنید)

ژنتیک[ویرایش]

نوشتار اصلی: ژنتیک


ژن‌ها واحد اصلی وراثت در تمام موجودات زنده هستند. یک ژن واحد اصلی وراثت بوده و قسمتی از دی ان ای می‌باشد که شکل یا عملکرد یک موجود را با روش‌های خاص تحت تاثیر قرار می‌دهد. تمام موجودات زنده، از باکتری‌ها تا جانوران، دستگاه‌های اساسی یکسانی که توسط دی ان ای کپی شده و به پروتئین ترجمه می‌شوند را به اشتراک می‌گذارند. سلول‌ها ژن دی ان ای را به نسخه آران‌ای ژن رونویسی می‌کنند، و سپس ریبوزوم آران‌ای را به پروتئین ترجمه می‌کند، و یک توالی اسید آمینه به وجود می‌آید. رمز ترجمه از کدون آر ان ای به اسید آمینه در بیشتر موجودات زنده مشابه است، اما در بعضی از آنها تفاوت‌های کمی دارد. به عنوان مثال، توالی از دی ان ای که انسولین را در انسان‌ها کد می‌کند وقتی درون موجود زنده دیگری مثل گیاهان قرار بگیرد نیز انسولین را کد می‌کند.[۲۳]

دی ان ای معمولا به شکل کروموزوم خطی در یوکاریوت‌ها و کروموزوم حلقوی در پروکاریوت‌ها وجود دارد. کروموزوم ساختاری سازمان یافته متشکل از دی ان ای و هیستون‌ها می‌باشد. مجموعه‌ای از کروموزوم‌ها در یک سلول و دیگر اطلاعات وراثتی یافت شده در میتوکندری‌ها، کلروپلاست‌ها، یا دیگر مکان‌ها در مجموع به عنوان ژنوم شناخته می‌شوند. در یوکاریوت‌ها، ژنوم دی ان ای در هسته سلول و به مقدار کم همراه میتوکندری و کلروپلاست وجود دارد. در پروکاریوت‌ها، دی ان ای درون منطقه‌ای نامنظم از سیتوپلاسم به نام نوکلئوئید (ناحیه هسته) قرار گرفته است.[۲۴] اطلاعات ژنتیکی در یک ژنوم درون ژن‌ها قرار دارند، و مجموعه کاملی از این اطلاعات را در یک موجود زنده ژنوتیپ می‌نامند.[۲۵]

هموستازی[ویرایش]

نوشتار اصلی: هموستازی


هومئوستازی توانایی یک سیستم باز در تنظیم محیط داخلی برای حفظ شرایط پایدار با استفاده از تعادل پویای چندگانه می‌باشد که با مکانیسم‌های تنظیمی مرتبط می‌باشد. در تمام موجودات زنده، خواه جانداران تک یاخته‌ای یا چند یاخته‌ای، هومئوستاز وجود دارد.[۲۶]

برای حفظ تعادل پویا و انجام موثر عملکردهای خاص، یک سیستم باید اختلال را شناسایی و به آن پاسخ دهد. پس از تشخیص یک اختلال، یک سیستم بیولوژیکی به طور معمول از طریق خودتنظیمی منفی به آن پاسخ می‌دهد. به این معنی که با کاهش یا افزایش فعالیت هر اندام یا سیستم، شرایط ثابت می‌شود. به عنوان مثال آزاد شدن گلوکاگون در زمان کاهش شدید سطح قند.

انرژی[ویرایش]

بقای یک موجود زنده بستگی به ورود مداوم انرژی دارد. واکنش‌های شیمیایی که مسئول این ساختارها و عملکردها هستند انرژی را برای کمک به سلول‌های جدید و حفظ آنها از موادی که به عنوان غذا عمل می‌کنند استخراج می‌کنند. در این فرایند مولکول‌های مواد شیمیایی که غذا را تشکیل می‌دهند نقش دارند؛ اول، آنها حاوی انرژی هستند که می‌توانند مبدل واکنش‌های شیمیایی باشند؛ دوم، آنها ساختارهای مولکولی جدید را از مولکول‌های زیستی می‌سازند.

موجودات زنده‌ای که مسئول تولید انرژی به اکوسیستم هستند به نام تولیدکننده یا اتوتروف شناخته می‌شوند. تقریبا تمام این موجودات انرژی اولیه را از خورشید به دست می‌آورند.[۲۷] گیاهان یا نورپروردها (فتواتوتروف) با انجام فرآیندی به نام فتوسنتز از انرژی خورشید برای تبدیل مواد خام به مولکول‌های آلی استفاده می‌کنند، از جمله ATP (آدنوزین تری فسفات)، که با شکستن پیوندهایش انرژی آزاد می‌شود.[۲۸] هرچند در بعضی اکوسیستم‌ها استخراج انرژی توسط شیمی پروردها از متان، سولفید یا دیگر منابع انرژی غیر خورشیدی صورت می‌گیرد.[۲۹]

برخی از انرژی‌های بدست آمده برای تولید زیست توده‌ها برای حفظ حیات و تامین انرژی برای رشد و توسعه استفاده می‌شوند. اکثریت باقیمانده این انرژی به عنوان گرما و مولکول‌های زاید از دست می‌رود. مهمترین فرآیندهایی که انرژی به دام افتاده در مواد شیمیایی را برای حفظ حیات استفاده می‌کنند متابولیزم[۳۰] و تنفس یاخته‌ای (تنفس سلولی) هستند.[۳۱]

پژوهش[ویرایش]

ساختار[ویرایش]

نوشتارهای اصلی: زیست‌شناسی مولکولی، زیست‌شناسی سلولی، ژنتیک، و زیست‌شناسی رشد


زیست‌شناسی مولکولی، مطالعه زیست‌شناسی در سطح مولکولی می‌باشد.[۳۲] این زمینه، با دیگر موضوعات زیست‌شناسی همپوشانی دارد، به خصوص با ژنتیک و بیوشیمی. زیست‌شناسی مولکولی عمدتا به درک فعل و انفعالات بین سیستم‌های مختلف یک سلول می‌پردازد، از جمله ارتباطات دی ان ای، آر ان ای، و سنتز پروتئین و یادگیری اینکه چگونه این فعل و انفعالات تنظیم می‌شوند.

زیست‌شناسی سلولی، به مطالعه ساختاری و فیزیولوژیکی خواص سلول‌ها از جمله، رفتار آنها، فعل و انفعالات، و محیط می‌پردازد. این مطالعات در سطح میکروسکوپی و مولکولی برای جانداران تک یاخته‌ای مثل باکتری‌ها، همچنین، سلول‌های تخصص یافته جانداران چندیاخته‌ای مثل انسان‌ها، انجام می‌شوند. درک ساختار و عملکرد سلول‌ها برای تمام علوم زیستی اساسی می‌باشد. شباهت‌ها و تفاوت‌های بین انواع سلول‌ها به زیست‌شناسی مولکولی مربوط می‌باشد.

آناتومی، اشکال میکروسکوپی ساختارها از جمله اندام‌ها و دستگاه‌های اندام‌ها را در نظر می‌گیرد.[۳۳]

ژنتیک، علم مربوط به ژن، وراثت و گوناگونی ارگانیسم‌ها است.[۳۴][۳۵] ژن‌ها اطلاعات لازم برای سنتز پروتئین‌ها را کد می‌کنند، که به نوبه خود نقش مهمی در فنوتیپ نهایی ارگانیسم دارند. در تحقیقات جدید، ژنتیک ابزار مهمی در بررسی عملکرد یک ژن خاص یا بررسی فعل و انفعالات ژنتیکی فراهم می‌کند. در بدن جانداران، اطلاعات ژنتیکی معمولا در کروموزوم‌ها حمل می‌شوند، جایی که ساختار شیمیایی مولکول دی ان ای خاص ارائه شده است.

زیست‌شناسی رشد، در مورد فرآیندهایی که در آن اندام‌ها رشد و توسعه می‌یابند، مطالعه می‌کند. در منشا رویان شناسی، زیست‌شناسی رشد مدرن در مورد کنترل ژنتیکی رشد یاخته، دگرگونی یاخته، و "ریخت زایی" و اینکه کدام فرایند به تدریج باعث افزایش بافت‌ها، اندام‌ها، و کالبدشناسی می‌شود، مطالعه می‌کند. مدل ارگانیسم برای زیست‌شناسی رشد شامل کرم گرد سینورابدیتیس الگانس،[۳۶] مگس سرکه،[۳۷] ماهی گورخری دانیو رریو،[۳۸] موش خانگی،[۳۹] و علف هرز رشادی گوش موشی[۴۰][۴۱] می‌باشند. (یک ارگانیسم مدل، گونه ای است که مطالعه گسترده برای درک پدیده زیستی خاص روی آن انجام می‌شود، با انتظار اینکه این اکتشافات بینشی از ارگانیسم را نسبت به ارگانیسسم‌های دیگر ارائه می‌دهد)[۴۲]

فیزیولوژیکی[ویرایش]

نوشتار اصلی: کاراندام‌شناسی


فیزیولوژی در مورد فرآیندهای مکانیکی، فیزیکی و بیوشیمیایی موجودات زنده و تلاش برای درک این موضوع که چگونه تمام ساختارها به عنوان یک کل عمل می‌کنند، مطالعه می‌کند. موضوع «ساختار به عملکرد» در زیست‌شناسی اساسی است. مطالعات فیزیولوژیکی به طور سنتی به فیزیولوژی گیاهی و فیزیولوژی جانوری تقسیم شده است، اما بعضی از اصول فیزیولوژی بدون توجه به اینکه کدام ارگانیسم خاص مطالعه می‌شود، جهانی هستند. به عنوان مثال، آنچه که در مورد فیزیولوژی سلول‌های مخمری آموخته شده می‌تواند در مورد سلول‌های انسانی نیز به کار برده شود. زمینه فیزیولوژی جانوری ابزارها و روش‌های فیزیولوژی انسانی را به گونه‌های غیر انسانی گسترش می‌دهد. فیزیولوژی گیاهی روش‌ها را از هر دو زمینه تحقیقات اقتباس می‌کند.

فیزیولوژی چگونگی تعاملات و عملکردهای دستگاه عصبی، دستگاه ایمنی، دستگاه درون ریز، دستگاه تنفس، و دستگاه گردش خون را مطالعه می‌کند. مطالعه این دستگاه‌ها با رشته‌های مرتبط پزشکی مثل عصب شناسی و ایمنی شناسی به اشتراک گذاشته شده است

تکاملی[ویرایش]

پژوهش‌های تکاملی به اصل و نسب گونه‌ها علاقه مند است، و در طول زمان تغییر می‌کند، و شامل دانشمندان بسیاری از رشته‌های طبقه‌بندی می‌باشد. به عنوان مثال، به طور کلی شامل دانشمندانی می‌شود که آموزش ویژه‌ای در مورد ارگانیسم‌های خاص دیده‌اند از جمله پستاندارشناسی، پرنده‌شناسی، گیاه‌شناسی، یا خزنده‌شناسی، اما از آن ارگانیسم‌ها به عنوان سیستم‌هایی برای پاسخگویی به سوالات اصلی درباره تکامل استفاده می‌کنند.

زیست‌شناسی تکاملی تاحدودی بر اساس دیرینه شناسی می‌باشد، که با استفاده از سنگواره‌ها به پرسش‌هایی در مورد حالت و سرعت تکامل،[۴۳] و تا حدی بر تحولاتی در زمینه ژنتیک جمعیت پاسخ می‌دهد.[۴۴] در سال‌های ۱۹۸۰، زیست‌شناسی رشد، با حذف اولیه از سنتز مدرن، از طریق مطالعه زیست‌شناسی رشد تکاملی، دوباره وارد زیست‌شناسی تکاملی شد.[۴۵] رشته‌های مرتبط که اغلب بخشی از زیست‌شناسی تکاملی در نظر گرفته می‌شوند تبارزایش، سامانه‌شناسی و آرایه‌شناسی می‌باشند.

سیستماتیک[ویرایش]

نوشتار اصلی: سامانه شناسی


رویداد گونه‌زایی چندگانه یک ساختار درختی از رابطه بین گونه‌ها ایجاد می‌کند. نقش سامانه‌شناسی مطالعه این روابط و در نتیجه شباهت‌ها و تفاوت‌های بین گونه‌ها و گروه‌های گونه‌ای است.[۴۶] هرچند، سامانه‌شناسی یک زمینه فعال پژوهشی طولانی قبل از اینکه تفکر تکاملی عمومی شود، دارد.[۴۷]

به طور سنتی، موجودات زنده به پنج فرمانرو تقسیم می‌شوند: تک یاخته‌ها، آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان، جانوران.[۴۸] هرچند، امروزه بیشتر دانشمندان این پنج فرمانرو را سیستمی قدیمی در نظر می‌گیرند. سیستم‌های جایگزین مدرن طبقه‌بندی به طور کلی با سیستم سه قلمرو آغاز می‌شوند: باستانیان (در اصل آرکی باکتری‌ها)؛ باکتری‌ها (در اصل یوباکتری‌ها) و یوکاریوت‌ها (شامل آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان و جانوران).[۴۹] این قلمروها داشتن یا نداشتن هسته سلول را منعکس می‌کنند، همچنین تفاوت در ترکیب شیمیایی مولکول‌های زیستی کلیدی مثل ریبوزوم‌ها را نشان می‌دهند.

علاوه بر این، هر قلمرو به صورت برگشت‌پذیر شکسته می‌شود تا هر گونه‌ای جداگانه دسته بندی شود. به این صورت که:حوزه؛فرمانرو،شاخه،رده،راسته،تیره،سرده،گونه.

خارج از این دسته‌بندی، انگل‌های دورن سلولی اجباری وجود دارند که در اصطلاح فعالیت‌های متابولیکی «بر روی لبه زندگی»[۵۰] قرار دارند، به این معنی که بسیاری از دانشمندان این موجودات را به عنوان موجود زنده دسته بندی نکرده‌اند، با توجه به عدم یا حداقل نیاز به یک یا بیشتر توابع اساسی یا مشخصاتی که حیات را تعریف می‌کنند، آنها به عنوان ویروس‌ها، ویروئیدها، پریون‌ها یا حامل‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.

نام علمی یک ارگانیسم از جنس و گونه اش به وجود می‌آید. به عنوان مثال، انسان‌ها به عنوان انسان اندیشه ورز (Homo sapiens) ذکر شده‌اند. انسان جنس، و اندیشه ورز گونه است. زمانی که دانشمندان نام یک ارگانیسم را می‌نویسند، اولین حرف جنس را با حروف بزرگ نوشته و بقیه جنس را با حروف کوچک می‌نویسند.[۵۱] علاوه بر این، تمام اصطلاح به شکل ایتالیک یا زیر خط دار نوشته می‌شود.[۵۲]

سیستم طبقه‌بندی غالب را طبقه‌بندی لینائن می‌نامند. این طبقه‌بندی شامل رتبه و نام علمی می‌باشد. چگونگی نامگذاری این ارگانیسم‌ها توسط توافقنامه‌های بین‌المللی از جمله قوانین جهانی نام‌گذاری برای جلبک‌ها، قارچ‌ها و گیاهان (ICN)، قوانین جهانی نام‌گذاری برای جانوران (ICZN)، و قوانین جهانی نام‌گذاری برای باکتری‌ها (ICNB) اداره می‌شود. طبقه‌بندی ویروس‌ها، ویروئیدها، پریون‌ها و تمام عوامل زیر-ویروسی که ویژگی‌های بیولوژیکی را نشان می‌دهند توسط کمیته بین‌المللی طبقه‌بندی ویروس‌ها (ICTV) اداره شده و به نام قوانین جهانی طبقه‌بندی و نام‌گذاری ویروس‌ها شناخته می‌شود (ICVCN).[۵۳][۵۴][۵۵][۵۶] هر چند، چندین سیستم طبقه‌بندی ویروسی وجود دارند.

بوم شناسی[ویرایش]

نوشتارهای اصلی: بوم‌شناسی، رفتارشناسی جانوران، رفتار، و زیست‌جغرافی


اکولوژی به مطالعه توزیع و فراوانی موجودات زنده، و فعل و انفعالات بین موجودات و محیط زیست می‌پردازد.[۵۷] زیست‌گاه یک ارگانیسم می‌تواند به عنوان عوامل غیر زنده محلی توصیف شود از جمله اقلیم و بوم‌شناسی، به علاوه سایر ارگانیسم‌ها و اجزاء حیاتی نیز محیط زیست خود را به اشتراک می‌گذارند.[۵۸] یکی از دلایلی که سیستم‌های بیولوژیکی برای مطالعه مشکل هستند این است که بسیاری از فعل و انفعالات مختلف با دیگر موجودات زنده و محیط زیست حتی در مقیاس‌های کوچک امکان‌پذیر است. یک باکتری میکروسکوپی در شیب قند مورد نیاز خود به اندازه یک شیر در ساوانای آفریقا که برای یافتن غذا تلاش می‌کند در قبال محیط مسئول است. رفتارهای هر گونه، می‌تواند همکاری، رقابتی، انگلی، هم‌زیستی باشد. وقتی که دو یا چند گونه در یک اکوسیستم تداخل می‌کنند مسایل پیچیده تر می‌شود.

سیستم‌های زیست محیطی در چند سطح مختلف از افراد و جمعیت به اکوسیستم و زیست‌کره مورد مطالعه قرار می‌گیرند. اصطلاح زیست‌شناسی جمعیت اغلب به جای بوم‌شناسی جمعیت استفاده می‌شود، اگرچه زیست‌شناسی جمعیت اغلب زمانی که در مورد بیماری‌ها، ویروس‌ها و میکروب‌ها مطالعه می‌شود استفاده می‌شود در حالیکه بوم‌شناسی جمعیت معمولا در زمان مطالعه گیاهان و جانوران استفاده می‌شود. بوم‌شناسی به دیگر رشته‌های فرعی متصل است.

کردارشناسی رفتارهای جانوران را مطالعه می‌کند (بخصوص جانوران اجتماعی مثل نخستی سانان و سگ‌سانان)، و گاهی اوقات شاخه‌ای از جانورشناسی در نظر گرفته می‌شود. کردارشناسان بخصوص علاقه‌مند به تکامل رفتار و درک رفتار در اصطلاحات نظریه انتخاب طبیعی هستند. به یک معنا، اولین کردارشناس مدرن چارلز داروین، کسی که کتاب بیان احساسات در انسان و جانوران را نوشته است و بسیاری از کردارشناسان را تحت تاثیر قرار داده‌است.[۵۹]

جغرافیای‌زیستی توزیع فضایی ارگانیسم‌های روی زمین، با تمرکز بر موضوعاتی مانند زمین‌ساخت بشقابی، تغییر اقلیم، پراکندگی و مهاجرت و شاخه‌بندی را مطالعه می‌کند.

مشکلات عمومی حل نشده در زیست‌شناسی[ویرایش]

با وجود پیشرفت‌های عمیقی که در درک ما از فرآیندهای اساسی زندگی در دهه‌های اخیر به دست آمده، برخی از مشکلات اساسی حل نشده باقی مانده است. به عنوان مثال، یکی از بزرگترین مشکلات حل نشده عملکرد انطباقی اولیه در جنس، و به ویژه فرآیندهای کلیدی در یوکاریوت‌ها، میوز و نوترکیبی همولوگ می‌باشد. یک دیدگاه این است که رابطه جنسی تکامل یافته در درجه اول به عنوان یک سازگاری برای افزایش تنوع ژنتیکی می‌باشد (منابع را ببینید).[۶۰][۶۱]) دیدگاه دیگر این است که رابطه جنسی برای ترویج دقیق اصلاح دی ان ای در خط اصلی دی ان ای می‌باشد، که افزایش تنوع ژنتیکی در درجه اول یک محصول جانبی است که ممکن است در دراز مدت مفید باشد.[۶۲][۶۳]

یکی دیگر از مشکلات اساسی حل نشده در زیست‌شناسی، اساس بیولوژیک سالخوردی است. در حال حاضر، هیچ توافقی بر علت سالخوردگی وجود ندارد. نظریه‌های مختلف رقابتی در سالخوردگی مشخص شده است.

سطوح زیست‌شناسی[ویرایش]

زیست‌شناسی گستره پهناوری از رشته‌های تحصیلی دانشگاهی را دربرمی‌گیرد. بسیاری از این عرصه‌ها گاه خود به عنوان رشته‌های جدا و مستقلی قلمداد می‌گردند. روی‌هم‌رفته این رشته‌ها به مطالعه زیست در مقیاس‌ها و سطوح گوناگون می‌پردازند از جمله:

شاخه‌ها[ویرایش]

موارد زیر شاخه‌های اصلی زیست‌شناسی می‌باشند:


جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • Biology: Concepts and Connections by Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Martha R. Taylor and Eric J. Simon, Publisher: Benjamin Cummings, 2008
  • Biology by Peter Raven, George Johnson, Kenneth Mason, and Jonathan Losos, Publisher: McGraw-Hill Science, 2007
  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Avila, Vernon L. (1995). Biology: Investigating life on earth. Boston: Jones and Bartlett. pp. 11–18. ISBN 0-86720-942-9. 
  2. "Life Science, Weber State Museum of Natural Science". Community.weber.edu. Retrieved 2013-10-02. 
  3. Magner, A History of the Life Sciences
  4. Fahd, Toufic. "Botany and agriculture". p. 815. , in Morelon, Régis; Rashed, Roshdi (1996). Encyclopedia of the History of Arabic Science 3. Routledge. ISBN 0-415-12410-7. 
  5. Magner, Lois N. (2002). A History of the Life Sciences, Revised and Expanded. CRC Press. pp. 133–144. ISBN 978-0-203-91100-6. 
  6. Sapp, Jan (2003) Genesis: The Evolution of Biology, Ch. 7. Oxford University Press: New York. ISBN 0-19-515618-8
  7. Coleman, William (1977) Biology in the Nineteenth Century: Problems of Form, Function, and Transformation, Ch. 2. Cambridge University Press: New York. ISBN 0-521-29293-X
  8. Mayr, The Growth of Biological Thought, chapter 4
  9. Mayr, The Growth of Biological Thought, chapter 7
  10. Gould, Stephen Jay. The Structure of Evolutionary Theory. The Belknap Press of Harvard University Press: Cambridge, 2002. ISBN 0-674-00613-5. p. 187.
  11. Lamarck (1914)
  12. 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"
  13. Larson, Edward J. (2006). "Ch. 3". Evolution: The Remarkable History of a Scientific Theory. Random House Publishing Group. ISBN 978-1-58836-538-5. 
  14. Noble, Ivan (2003-04-14). "BBC NEWS | Science/Nature | Human genome finally complete". BBC News. Retrieved 2006-07-22. 
  15. Mazzarello, P (1999). "A unifying concept: the history of cell theory". Nature Cell Biology 1 (1): E13–E15. doi:10.1038/8964. PMID 10559875. 
  16. De Duve, Christian (2002). Life Evolving: Molecules, Mind, and Meaning. New York: Oxford University Press. p. 44. ISBN 0-19-515605-6. 
  17. The Complete Works of Darwin Online – Biography. darwin-online.org.uk. Retrieved on 2006-12-15
  18. Dobzhansky, T. (1973). "Nothing in biology makes sense except in the light of evolution". The American Biology Teacher 35 (3): 125–129. doi:10.2307/4444260. 
  19. Shermer p. 149.
  20. Darwin, Charles (1859). On the Origin of Species, John Murray.
  21. Simpson, George Gaylord (1967). The Meaning of Evolution (Second ed.). Yale University Press. ISBN 0-300-00952-6. 
  22. "Phylogeny". Bio-medicine.org. 2007-11-11. Retrieved 2013-10-02. 
  23. Marcial, Gene G. (August 13, 2007) From SemBiosys, A New Kind Of Insulin. businessweek.com
  24. Thanbichler M, Wang S, Shapiro L (2005). "The bacterial nucleoid: a highly organized and dynamic structure". J Cell Biochem 96 (3): 506–21. doi:10.1002/jcb.20519. PMID 15988757. 
  25. "Genotype definition – Medical Dictionary definitions". Medterms.com. 2012-03-19. Retrieved 2013-10-02. 
  26. Rodolfo, Kelvin (2000-01-03) What is homeostasis? Scientific American.
  27. Bryant, D.A. and Frigaard, N. -U. (2006). "Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated". Trends Microbiol 14 (11): 488–96. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. PMID 16997562. 
  28. Smith, A. L. (1997). Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. p. 508. ISBN 0-19-854768-4. "Photosynthesis – the synthesis by organisms of organic chemical compounds, esp. carbohydrates, from carbon dioxide using energy obtained from light rather than the oxidation of chemical compounds." 
  29. Edwards, Katrina. Microbiology of a Sediment Pond and the Underlying Young, Cold, Hydrologically Active Ridge Flank. Woods Hole Oceanographic Institution.
  30. Campbell, Neil A. and Reece, Jane B (2001). "6". Biology. Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-6624-2. OCLC 47521441 48195194 53439122 55707478 64759228 79136407. 
  31. Bartsch, John and Colvard, Mary P. (2009) The Living Environment. New York State Prentice Hall. ISBN 0133612023.
  32. "Molecular Biology – Definition". biology-online.org. Retrieved 2013-10-02. 
  33. Gray, Henry (1918) "Anatomy of the Human Body". 20th edition.
  34. Anthony J. F. Griffiths ... (2000). "Genetics and the Organism: Introduction". In Griffiths, Anthony J. F.; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. An Introduction to Genetic Analysis (7th ed.). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-3520-2. 
  35. Hartl D, Jones E (2005). Genetics: Analysis of Genes and Genomes (6th ed.). Jones & Bartlett. ISBN 0-7637-1511-5. 
  36. Brenner, S. (1974). "The genetics of Caenorhabditis elegans". Genetics 77 (1): 71–94. PMC 1213120. PMID 4366476. 
  37. Sang, James H. (2001). "Drosophila melanogaster: The Fruit Fly". In Eric C. R. Reeve. Encyclopedia of genetics. USA: Fitzroy Dearborn Publishers, I. p. 157. ISBN 978-1-884964-34-3. 
  38. Haffter P; Nüsslein-Volhard C (1996). "Large scale genetics in a small vertebrate, the zebrafish". Int. J. Dev. Biol. 40 (1): 221–7. PMID 8735932. 
  39. Keller G (2005). "Embryonic stem cell differentiation: emergence of a new era in biology and medicine". Genes Dev. 19 (10): 1129–55. doi:10.1101/gad.1303605. PMID 15905405. 
  40. Rensink WA, Buell CR (2004). "Arabidopsis to Rice. Applying Knowledge from a Weed to Enhance Our Understanding of a Crop Species". Plant Physiol. 135 (2): 622–9. doi:10.1104/pp.104.040170. PMC 514098. PMID 15208410. 
  41. Coelho SM, Peters AF, Charrier B, et al. (2007). "Complex life cycles of multicellular eukaryotes: new approaches based on the use of model organisms". Gene 406 (1–2): 152–70. doi:10.1016/j.gene.2007.07.025. PMID 17870254. 
  42. Fields S, Johnston M (2005). "Cell biology. Whither model organism research?". Science 307 (5717): 1885–6. doi:10.1126/science.1108872. PMID 15790833. 
  43. Jablonski D (1999). "The future of the fossil record". Science 284 (5423): 2114–16. doi:10.1126/science.284.5423.2114. PMID 10381868. 
  44. Gillespie, John H. (1998) Population Genetics: A Concise Guide, Johns Hopkins Press. ISBN 0-8018-5755-4.
  45. Vassiliki Betta Smocovitis (1996) Unifiying Biology: the evolutionary synthesis and evolutionary biology. Princeton University Press. ISBN 0-691-03343-9.
  46. Neill, Campbell (1996). Biology; Fourth edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company. p. G-21 (Glossary). ISBN 0-8053-1940-9. 
  47. Douglas, Futuyma (1998). Evolutionary Biology; Third edition. Sinauer Associates. p. 88. ISBN 0-87893-189-9. 
  48. Margulis, L; Schwartz, KV (1997). Five Kingdoms: An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth (3rd ed.). WH Freeman & Co. ISBN 978-0-7167-3183-2. OCLC 223623098 237138975. 
  49. Woese C, Kandler O, Wheelis M (1990). "Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya". Proc Natl Acad Sci USA 87 (12): 4576–9. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. PMC 54159. PMID 2112744. 
  50. Rybicki EP (1990). "The classification of organisms at the edge of life, or problems with virus systematics". S Aft J Sci 86: 182–186. 
  51. McNeill, J. ; Barrie, F.R. ; Buck, W.R. ; Demoulin, V. ; Greuter, W. ; Hawksworth, D.L. ; Herendeen, P.S. ; Knapp, S. ; Marhold, K. ; Prado, J. ; Prud'homme Van Reine, W.F. ; Smith, G.F. ; Wiersema, J.H. ; Turland, N.J. (2012). International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants (Melbourne Code) adopted by the Eighteenth International Botanical Congress Melbourne, Australia, July 2011. Regnum Vegetabile 154. A.R.G. Gantner Verlag KG. ISBN 978-3-87429-425-6.  Recommendation 60F
  52. Silyn-Roberts, Heather (2000). Writing for Science and Engineering: Papers, Presentation. Oxford: Butterworth-Heinemann. p. 198. ISBN 0-7506-4636-5. 
  53. "ICTV Virus Taxonomy 2009". Ictvonline.org. Retrieved 2013-10-02. 
  54. Index of Viruses – Pospiviroidae (2006). In: ICTVdB – The Universal Virus Database, version 4. Büchen-Osmond, C (Ed), Columbia University, New York, USA. Version 4 is based on Virus Taxonomy, Classification and Nomenclature of Viruses, 8th ICTV Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. Fauquet, CM, Mayo, MA, Maniloff, J, Desselberger, U, and Ball, LA (EDS) (2005) Elsevier/Academic Press, pp. 1259.
  55. Prusiner SB; Baldwin M; Collinge J; DeArmond SJ; Marsh R; Tateishi J; Weissmann C. "90. Prions – ICTVdB Index of Viruses". United States National Institutes of Health. Archived from the original on 2009-08-27. Retrieved 2009-10-28. 
  56. Mayo MA; Berns KI; Fritsch C; Jackson AO; Leibowitz MJ; Taylor JM. "81. Satellites – ICTVdB Index of Viruses". United States National Institutes of Health. Archived from the original on 2009-05-01. Retrieved 2009-10-28. 
  57. Begon, M.; Townsend, C. R.; Harper, J. L. (2006). Ecology: From individuals to ecosystems. (4th ed.). Blackwell. ISBN 1-4051-1117-8. 
  58. Habitats of the world. New York: Marshall Cavendish. 2004. p. 238. ISBN 978-0-7614-7523-1. 
  59. Black, J (2002). "Darwin in the world of emotions". Journal of the Royal Society of Medicine 95 (6): 311–3. doi:10.1258/jrsm.95.6.311. PMC 1279921. PMID 12042386. 
  60. PMID 16856849 (PubMed)
    ارجاع بعد از چند دقیقه به صورت خودکار انجام می‌گیرد. Jump the queue or expand by hand
  61. PMID 16950096 (PubMed)
    ارجاع بعد از چند دقیقه به صورت خودکار انجام می‌گیرد. Jump the queue or expand by hand
  62. Bernstein, Harris; Bernstein, Carol and Michod, Richard E. (2011). "Meiosis as an Evolutionary Adaptation for DNA Repair". Chapter 19 in DNA Repair. Inna Kruman editor. InTech Open Publisher. نشانگر دیجیتالی شی:10.5772/25117
  63. Hörandl, Elvira (2013). Meiosis and the Paradox of Sex in Nature, Meiosis, Dr. Carol Bernstein (Ed.), ISBN 978-953-51-1197-9, InTech, نشانگر دیجیتالی شی:10.5772/56542.