زيست شناسي يك علم طبيعي است كه زندگي و موجودات زنده را مورد مطالعه قرار مي دهد ، از جمله ساختار فيزيكي ، فرآيندهاي شيميايي ، فعل و انفعالات مولكولي ، مكانيسم هاي فيزيولوژيكي ، توسعه و تكامل. [1] علي رغم پيچيدگي اين علم ، برخي از مفاهيم وحدت بخش ، آن را در يك زمينه منسجم و واحد ادغام مي كنند. زيست شناسي سلول را به عنوان واحد اساسي حيات ، ژن ها را به عنوان واحد اساسي وراثت و تكامل را به عنوان موتوري معرفي مي كند كه باعث ايجاد و انقراض گونه ها مي شود. ارگانيسم هاي زنده سيستم هاي باز هستند كه با تبديل انرژي و كاهش آنتروپي موضعي خود زنده مي مانند [2] تا شرايط پايدار و حياتي را كه به عنوان هموستاز تعريف مي شود ، حفظ كنند. [3] زيرشاخه هاي زيست شناسي توسط روش هاي تحقيقاتي به كار رفته و نوع سيستم مورد مطالعه تعريف مي شود: زيست شناسي نظري از روش هاي رياضي براي فرموله كردن مدل هاي كمي استفاده مي كند در حالي كه زيست شناسي تجربي آزمايش هاي تجربي را براي آزمايش اعتبار نظريه هاي پيشنهادي و درك مكانيسم هاي اساسي زندگي و چگونگي آن انجام مي دهد حدود 4 ميليارد سال پيش از طريق افزايش تدريجي پيچيدگي سيستم از ماده غير زنده ظاهر و تكامل يافت. [4] [5] [6]
ريشه شناسي "زيست شناسي" از كلمات يونان باستان βίος گرفته شده است. romanized bíos به معني "زندگي" و -λογία؛ رومي شده logía (-logy) به معناي "شاخه تحصيل" يا "صحبت كردن". [7] [8] آنهايي كه تركيب مي شوند كلمه يوناني βιολογία را مي سازند. romanized biología به معني زيست شناسي. با وجود اين ، اصطلاح بيولوژي در كل يونان باستان وجود نداشت. اولين كساني كه آن را قرض گرفتند انگليسي و فرانسوي بود (biologie). از نظر تاريخي اصطلاح ديگري براي "زيست شناسي" در انگليسي وجود داشت ، مادام العمر. امروزه بندرت مورد استفاده قرار مي گيرد. شكل اين اصطلاح به زبان لاتين براي اولين بار در سال 1736 زماني به وجود آمد كه دانشمند سوئدي كارل لينئوس (كارل فون لينه) از بيولوژي در Bibliotheca Botanica خود استفاده كرد. اين بار ديگر در سال 1766 در اثري با عنوان Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III ، زمين شناس ، قارچ شناس ، گياه شناس ، و توسط مايكل كريستوف هانوف ، شاگرد مسيحيان ولف ، مورد استفاده قرار گرفت. اولين كاربرد آلماني ، Biologie ، در ترجمه 1771 از آثار Linnaeus بود. در سال 1797 ، تئودور گئورگ آگوست روز از اين اصطلاح در مقدمه كتاب Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft استفاده كرد. كارل فردريش بورداخ اين واژه را در 1800 به معناي محدودتر مطالعه انسان از منظر مورفولوژيكي ، فيزيولوژيكي و روانشناختي به كار برد (Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst). اين اصطلاح با رساله شش جلدي Biologie، oder Philosophie der lebenden Natur (222-1802) نوشته گوتفريد رينهولد ترويرانوس به كاربرد امروزي خود رسيد كه اعلام كرد: [9] اهداف تحقيق ما اشكال و مظاهر مختلف زندگي خواهد بود. ، شرايط و قوانيني كه اين پديده ها در آن رخ مي دهند و علل تأثيرپذيري از آنها. علمي را كه مربوط به اين اشيا است ، با نام زيست شناسي [Biologie] يا دكترين زندگي [Lebenslehre] نشان خواهيم داد. تاريخچه مقاله اصلي: تاريخچه زيست شناسي نمودار مگس از ميكروگرافياي ابتكاري رابرت هوك ، 1665 درخت زندگي ارنست هاكل (1879) اگرچه زيست شناسي مدرن پيشرفت نسبتاً جديدي است ، اما علوم مربوط به آن و شامل آن از دوران باستان مورد مطالعه قرار گرفته است. فلسفه طبيعي از اوايل تمدن هاي باستان بين النهرين ، مصر ، شبه قاره هند و چين مورد مطالعه قرار گرفت. با اين حال ، ريشه هاي زيست شناسي مدرن و رويكرد آن در مطالعه طبيعت اغلب به يونان باستان بازمي گردد. [10] [11] در حالي كه مطالعه رسمي پزشكي به مصر فراعنه برمي گردد ، ارسطو (384–322 پيش از ميلاد) بود كه بيشترين سهم را در توسعه زيست شناسي داشت. از اهميت ويژه تاريخ حيوانات و ديگر آثاري كه نشان دهنده گرايش طبيعت گرايانه و بعداً كارهاي تجربي بيشتر بود كه بر علل زيستي و تنوع زندگي متمركز بود. تئوفراستوس ، جانشين ارسطو در ليسه ، مجموعه اي از كتابها را درباره گياه شناسي نوشت كه به عنوان مهمترين سهم باستان در علوم گياهي ، حتي در قرون وسطي ، باقي ماند. [12] دانشمندان جهان اسلام قرون وسطي كه در زمينه زيست شناسي مي نوشتند عبارتند از: الجهيز (869-781) ، الدناواري (896-8288) ، كه در گياه شناسي نوشت ، [13] و رازز (925-865) كه در مورد آناتومي و فيزيولوژي نوشتند . پزشكي به ويژه توسط دانشمندان اسلامي كه در سنت هاي فيلسوف يونان كار مي كردند ، به خوبي مورد مطالعه قرار گرفت ، در حالي كه تاريخ طبيعي به شدت در انديشه ارسطويي متمركز بود ، به ويژه در حفظ سلسله مراتب ثابت زندگي. زيست شناسي با پيشرفت چشمگير ميكروسكوپ آنتون ون ليوانوك شروع به رشد و رشد كرد. پس از آن بود كه دانشمندان اسپرماتوزوئيدها ، باكتريها ، تزريق و تنوع زندگي ميكروسكوپي را كشف كردند. تحقيقات انجام شده توسط Jan Swammerdam منجر به علاقه جديد به حشره شناسي شد و به توسعه روش هاي اساسي تشريح و رنگ آميزي ميكروسكوپي كمك كرد. [14] پيشرفت در ميكروسكوپ نيز تأثير عميقي در تفكر بيولوژيكي داشت. در اوايل قرن نوزدهم ، تعدادي از زيست شناسان به اهميت اصلي سلول اشاره كردند. سپس ، در سال 1838 ، شليدن و شوان شروع به ترويج ايده هاي جهاني كردند كه (1) واحد اصلي ارگانيسم ها سلول است و (2) كه سلولهاي منفرد داراي تمام خصوصيات زندگي هستند ، گرچه آنها با اين عقيده مخالفت مي كردند كه (3) همه سلولها از تقسيم سلولهاي ديگر ناشي مي شوند. با اين حال ، به لطف كار رابرت ريماك و رودولف ويرچوو ، در دهه 1860 اكثر زيست شناسان هر سه اصل آنچه را كه به عنوان تئوري سلول معروف شد پذيرفتند. [15] [16] در همين حال ، طبقه بندي و طبقه بندي مورد توجه مورخان طبيعي قرار گرفت. كارل لينئوس طبقه بندي اساسي را براي جهان طبيعي در سال 1735 منتشر كرد (كه از آن زمان تاكنون استفاده مي شده است) ، و در دهه 1750 اسامي علمي را براي همه گونه هاي خود معرفي كرد. [17] ژرژ-لوئيز لكلرك ، كامت دو بوفون ، گونه ها را به عنوان دسته هاي مصنوعي و اشكال زنده را به عنوان شكل پذير تلقي مي كرد - حتي احتمال تبار مشترك را نشان مي داد. اگرچه او با تكامل مخالف بود ، بوفون يك شخصيت اصلي در تاريخ تفكر تكاملي است. كار او بر نظريه هاي تكاملي هر دو لامارك و داروين تأثير گذاشت. [18]
تفكر تكاملي جدي از آثار ژان باتيست لامارك ، كه اولين كسي بود كه نظريه منسجمي از تكامل را ارائه داد ، سرچشمه گرفت. [19] وي اظهار داشت كه تكامل نتيجه استرس محيطي بر خصوصيات حيوانات است ، به اين معني كه هرچه تعداد اندكي از اعضاي بدن مورد استفاده قرار مي گيرد ، پيچيدگي و كارآيي بيشتري خواهد داشت ، بنابراين حيوان را با محيط خود سازگار مي كند. لامارك معتقد بود كه اين صفات اكتسابي پس از آن مي تواند به فرزندان حيوان منتقل شود ، آنها بيشتر رشد و تكامل مي يابند. [20] با اين حال ، چارلز داروين ، طبيعت شناس انگليسي ، تركيبي از رويكرد زيست جغرافيايي هومبولت ، زمين شناسي يكنواخت ليل ، نوشته هاي مالتوس در مورد رشد جمعيت و تخصص ريخت شناسي و مشاهدات گسترده طبيعي وي بود كه نظريه تكاملي موفق تري را بر اساس انتخاب طبيعي شكل داد ؛ استدلال و شواهد مشابه باعث شد آلفرد راسل والاس به طور مستقل به همان نتايج برسد. [21] [22] گرچه اين موضوع مورد بحث بود (كه تا امروز نيز ادامه دارد) ، نظريه داروين به سرعت در جامعه علمي گسترش يافت و به زودي بديهيات اصلي علم سريع زيست شناسي شد. كشف بازنمايي فيزيكي وراثت همراه با اصول تكاملي و ژنتيك جمعيت بود. در دهه 1940 و اوايل دهه 1950 ، آزمايشات به DNA به عنوان م ofلفه كروموزومهايي كه واحدهاي حامل صفات را در خود نگه داشته اند و به ژن معروف شده بودند ، اشاره داشت. تمركز بر انواع جديد ارگانيسم هاي مدل مانند ويروس ها و باكتري ها ، همراه با كشف ساختار دو مارپيچ DNA در سال 1953 ، انتقال به دوران ژنتيك مولكولي را رقم زد. از دهه 1950 تا زمان حاضر ، زيست شناسي در حوزه مولكولي بسيار گسترش يافته است. اين كد ژنتيكي توسط هار گوبيند خرانا ، رابرت دبليو هولي و مارشال وارن نيرنبرگ شكسته شد پس از اينكه DNA حاوي كدون بود. سرانجام ، پروژه ژنوم انساني با هدف نقشه برداري از ژنوم عمومي انسان در سال 1990 آغاز شد. اين پروژه اساساً در سال 2003 به پايان رسيد ، [23] با تجزيه و تحليل بيشتر كه هنوز منتشر شده است. پروژه ژنوم انساني اولين گام در يك تلاش جهاني براي تلفيق دانش انباشته زيست شناسي در يك تعريف كاربردي و مولكولي از بدن انسان و بدن موجودات ديگر بود. مباني زيست شناسي مدرن تئوري سلول سلولهاي HeLa با هسته (به طور خاص DNA) به رنگ آبي آغشته شده است. سلولهاي مركزي و سمت راست در فاز قرار دارند ، بنابراين كل هسته ها برچسب گذاري مي شوند. سلول سمت چپ دچار ميتوز شده و DNA آن متراكم شده است. مقاله اصلي: تئوري سلول تئوري سلول بيان مي كند كه سلول واحد اساسي حيات است ، همه موجودات زنده از يك يا چند سلول تشكيل شده اند و همه سلول ها از طريق تقسيم سلول از سلول هاي موجود قبلي بوجود مي آيند. در ارگانيسم هاي چند سلولي ، هر سلول در بدن ارگانيسم در نهايت از يك سلول در تخمك بارور حاصل مي شود. همچنين سلول در بسياري از فرايندهاي آسيب شناسي به عنوان واحد اساسي در نظر گرفته شده است. [24] علاوه بر اين ، پديده جريان انرژي در سلول در فرآيندهايي رخ مي دهد كه بخشي از عملكرد شناخته شده به عنوان متابوليسم است. سرانجام ، سلول ها حاوي اطلاعات ارثي (DNA) هستند كه در هنگام تقسيم سلول از سلول به سلول ديگر منتقل مي شوند. تحقيق در مورد منشأ زندگي ، زندگي زايي ، به معناي تلاش براي كشف منشا سلولهاي اول است. تكامل انتخاب طبيعي جمعيت براي رنگ آميزي تيره. مقاله اصلي: تكامل يك مفهوم اصلي سازماني در زيست شناسي اين است كه زندگي از طريق تكامل تغيير مي كند و رشد مي كند و همه اشكال زندگي شناخته شده منشأ مشتركي دارند. نظريه تكامل فرض مي كند كه تمام موجودات روي زمين ، اعم از زنده و منقرض شده ، از يك جد مشترك يا يك مجموعه ژني اجدادي به وجود آمده اند. اعتقاد بر اين است كه اين جد مشترك جهاني همه موجودات در حدود 3.5 ميليارد سال پيش ظاهر شده است. [25] زيست شناسان فراگير بودن كد ژنتيكي را به عنوان شواهد قطعي به نفع تئوري تبار مشترك جهاني براي همه باكتري ها ، باستان و يوكاريوت ها مي دانند (نگاه كنيد به: مبدا زندگي). [26] اصطلاح "تكامل" توسط ژان باتيست دو لامارك در سال 1809 در فرهنگ لغت علمي وارد شد ، [27] و پنجاه سال بعد چارلز داروين يك مدل علمي از انتخاب طبيعي را به عنوان نيروي محرك تكامل مطرح كرد. [28] [29] [30] (آلفرد راسل والاس به عنوان كمك كننده اين مفهوم شناخته شده است ، زيرا وي به تحقيق و آزمايش مفهوم تكامل كمك كرد.) [31] اكنون از تكامل براي توضيح انواع مختلف زندگي در زمين استفاده مي شود.
داروين اين نظريه را مطرح كرد كه گونه ها در معرض فرآيندهاي انتخاب طبيعي يا اصلاح نژادي قرار مي گيرند ، شكوفا مي شوند يا مي ميرند. [32] رانش ژنتيكي به عنوان مكانيسم ديگري از تكامل تكاملي در سنتز مدرن نظريه پذيرفته شد. [33] تاريخچه تكاملي اين گونه - كه ويژگي هاي گونه هاي مختلفي كه از آن به وجود آمده است را توصيف مي كند - همراه با رابطه شجره اي آن با هر گونه ديگر به عنوان گياه شناسي شناخته مي شود. رويكردهاي بسيار متنوع در زمينه زيست شناسي اطلاعاتي را در مورد گياه شناسي توليد مي كند. اين موارد شامل مقايسه توالي DNA ، محصولي از زيست شناسي مولكولي (به ويژه ژنوميك) و مقايسه فسيل ها يا ساير سوابق موجودات باستاني ، محصولي از ديرينه شناسي است. [34] زيست شناسان روابط تكاملي را از طريق روش هاي مختلف ، از جمله فيلوژنتيك ، فنوتيك و طبقه بندي ، سازماندهي و تحليل مي كنند. (براي خلاصه اي از وقايع مهم در تكامل زندگي كه در حال حاضر توسط زيست شناسان درك شده است ، به جدول زماني تكاملي مراجعه كنيد.) تكامل مربوط به درك تاريخ طبيعي اشكال زندگي و درك سازمان از اشكال زندگي فعلي است. اما ، اين سازمانها را فقط مي توان با توجه به چگونگي بوجود آمدن آنها از طريق فرايند تكامل درك كرد. در نتيجه ، تكامل در تمام زمينه هاي زيست شناسي مهم است. [35] ژنتيك يك مربع پونت كه تلاقي بين دو گياه نخود را هتروزيگوت براي شكوفه هاي بنفش (B) و سفيد (ب) نشان مي دهد مقاله اصلي: ژنتيك ژن ها واحد اصلي ارث در همه ارگانيسم ها هستند. ژن واحد وراثت است و مربوط به ناحيه اي از DNA است كه به روش هاي خاصي بر روي شكل يا عملكرد ارگانيسم تأثير مي گذارد. همه ارگانيسم ها ، از باكتري گرفته تا حيوانات ، از همان ماشين هاي اساسي مشترك هستند كه DNA را به پروتئين ها كپي و ترجمه مي كند. سلول ها ژن DNA را به نسخه RNA ژن رونويسي مي كنند و سپس يك ريبوزوم RNA را به دنباله اي از آمينو اسيدها معروف به پروتئين تبديل مي كند. كد ترجمه از كدون RNA به اسيد آمينه براي اكثر موجودات يكسان است. به عنوان مثال ، توالي DNA كه انسولين را در انسان رمزگذاري مي كند ، هنگام وارد شدن به موجودات ديگر مانند گياهان ، انسولين را نيز كد مي كند. [36] DNA به عنوان كروموزوم هاي خطي در يوكاريوت ها ، و كروموزوم هاي دايره اي در پروكاريوت ها يافت مي شود. كروموزوم يك ساختار سازمان يافته متشكل از DNA و هيستون است. مجموعه كروموزوم هاي موجود در سلول و هرگونه اطلاعات ارثي ديگري كه در ميتوكندري ها ، كلروپلاست ها يا مكان هاي ديگر يافت مي شود در مجموع به عنوان ژنوم سلول شناخته مي شوند. در يوكاريوت ها ، DNA ژنومي در هسته سلول يا با مقادير كمي در ميتوكندري و كلروپلاست ها قرار دارد. در پروكاريوت ها ، DNA درون يك بدن با شكل نامنظم در سيتوپلاسم به نام نوكلوئيد نگه داشته مي شود. [37] اطلاعات ژنتيكي در يك ژنوم در داخل ژن ها نگهداري مي شود و مجموعه كامل اين اطلاعات در يك ارگانيسم را ژنوتيپ آن مي نامند. [38] هموستاز مقاله اصلي: هموستاز هيپوتالاموس CRH ترشح مي كند ، كه غده هيپوفيز را به سمت ترشح ACTH هدايت مي كند. به نوبه خود ، ACTH قشر آدرنال را به سمت ترشح گلوكوكورتيكوئيدها ، مانند كورتيزول هدايت مي كند. GC پس از آزاد شدن مقدار كافي از GC ، ميزان ترشح توسط هيپوتالاموس و غده هيپوفيز را كاهش مي دهد. [39] هموستاز توانايي يك سيستم باز براي تنظيم محيط داخلي خود براي حفظ شرايط پايدار با استفاده از تنظيمات تعادل پوياي چندگانه است كه توسط مكانيسم هاي تنظيم متقابل كنترل مي شود. همه ارگانيسم هاي زنده ، چه تك سلولي و چه چند سلولي ، هموستازي از خود نشان مي دهند. [40] براي حفظ تعادل پويا و انجام م effectivelyثر توابع خاص ، يك سيستم بايد آشفتگي ها را تشخيص داده و به آنها پاسخ دهد. پس از تشخيص اختلال ، يك سيستم بيولوژيكي به طور معمول از طريق بازخورد منفي پاسخ مي دهد كه با كاهش يا افزايش فعاليت يك اندام يا سيستم ، شرايط را تثبيت مي كند. يك مثال آزاد شدن گلوكاگون در هنگام كم شدن سطح قند است. مروري اساسي بر انرژي و زندگي انسان. انرژي بقاي موجود زنده زنده به ورودي مداوم انرژي بستگي دارد. واكنش هاي شيميايي كه مسئول ساختار و عملكرد آن هستند ، براي استخراج انرژي از موادي كه به عنوان غذاي آن عمل مي كنند ، تنظيم شده و آنها را براي كمك به تشكيل سلول هاي جديد و پايدار ساختن آنها ، تبديل مي كند. در اين فرآيند ، مولكول هاي مواد شيميايي كه مواد غذايي را تشكيل مي دهند دو نقش دارند. اول ، آنها حاوي انرژي هستند كه مي تواند در واكنشهاي شيميايي و بيولوژيكي موجود زنده تغيير شكل داده و مورد استفاده مجدد قرار گيرد. دوم ، غذا مي تواند به ساختارهاي جديد مولكولي (بيومولكول) تبديل شود كه براي آن موجود زنده مورد استفاده قرار مي گيرد.
