Βιολογία

Η βιολογία είναι η φυσική επιστήμη που μελετά τη ζωή και τους ζωντανούς οργανισμούς, δηλαδή τις φυσικές δομές, χημικές διεργασίες, μοριακές αλληλεπιδράσεις, φυσιολογικούς μηχανισμούς, την ανάπτυξη και την εξέλιξη. Η Βιολογία αναγνωρίζει το κύτταρο ως δομική μονάδα της ζωής, τα γονίδια ως βασικούς φορείς της κληρονομικότητας και την εξέλιξη ως μηχανισμό που επηρεάζει την δημιουργία και εξαφάνιση των ειδών. Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ανοικτά συστήματα που καταναλώνουν ενέργεια για να ζήσουν και περιορίζουν την εντροπία του περιβάλλοντος για να εξασφαλίσουν ομοιόσταση σε ένα σταθερό περιβάλλον. Η διεθνής σήμερα ονομασία της, ως όρος, είναι ελληνογενής και προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις ''βίος'' (= ζωή) + ''λογία'' (= διήγηση, έρευνα, ερμηνεία). Πρώτος που χρησιμοποίησε αυτόν τον όρο ήταν ο Γερμανός φυσιοδίφης Γκότφριντ Ράινχολντ στο ομώνυμο έργο του Biologie το 1802. Στη σύγχρονη ελληνική γραμματεία πρωτοαναφέρθηκε από τον Δημήτριο Μαυροκορδάτο το 1836.Οι κλάδοι της βιολογίας ορίζονται από τις ερευνητικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν και το είδος του συστήματος που μελετήθηκε: η θεωρητική βιολογία χρησιμοποιεί μαθηματικές μεθόδους για να διατυπώσει ποσοτικά πρότυπα, ενώ η πειραματική βιολογία διεξάγει πειραματικές δοκιμασίες για να εξετάσει την εγκυρότητα των προτεινόμενων θεωριών και να διερευνήσει τους υποκείμενους μηχανισμούς της ζωής όπως εμφανίστηκε και εξελίχθηκε από άβια ύλη προ 4 δισεκατομμυρίων χρόνων μέσω σταδιακής αύξησης στην πολυπλοκότητα του συστήματος.

 Ο όρος βιολογία προέρχεται από την ελληνική λέξη βίος που σημαίνει "ζωή" και την κατάληξη -λογία που σημαίνει "μελέτη". Ο όρος πρωτοεμφανίστηκε στα λατινικά το 1736μ.Χ. όταν ο Σουηδός επιστήμονας Κάρολος Λινναίος (Carl von Linné) έγραψε biologi στο Bibliotheca botanica (Βοτανική Βιβλιοθήκη). Το 1766 μ.Χ. επανεμφανίστηκε στη δημοσίευση με τίτλο Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis (Φυσική και Φυσική φιλοσοφία: 3ος τόμος, περιέχει γεωλογία, βιολογία, γενική φυτολογία) από τον Μάικλ Κρίστοφ Χάνοβ, έναν μαθητή του Christian Wolff. Η πρώτη γερμανική χρήση της λέξης Biologie ήταν σε το 1771 σε μια μετάφραση έργου του Λινναίου. Το 1797, ο Θεοντορ Γκέοργκ Αουγκαστ Ρους χρησιμοποίησε τον όρο στον πρόλογο του βιβλίου, Grundzüge der στρατηγική " lehre van der Lebenskraft. Ο Καρλ Φρίντριχ Μπούρνταχ χρησιμοποίησε τον όρο το 1800 εννοώντας τη μελέτη των ανθρώπων από μορφολογική, φυσιολογική και ψυχολογική άποψη (Propädeutik Studien zum der gesammten Heilkunst). Ο όρος εκσυγχρονίστηκε στην εξάτομη έκδοση Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (Βιολογία, ή φιλοσοφία της ζωντανής φύσης)(1802-22) από τον Γκότφριντ Ρέινχολντ Τρεβιράνους, ο οποίος δήλωσε: Τα αντικείμενα της έρευνας μας θα είναι οι διάφορες μορφές και εκδηλώσεις της ζωής, οι συνθήκες και κανόνες που διέπουν τα φαινόμενα, και διερεύνηση των αιτίων τους. Η επιστήμη της οποίας αποτελούν αντικείμενα τα προαναφερθέντα θα ονομάζεται βιολογία [Biologie] ή το δόγμα της ζωής [Lebenslehre].Παρόλο που η σύγχρονη βιολογία είναι ένα σχετικά νέο πεδίο, οι επιστήμες με τις οποίες σχετίζεται και περιλαμβάνει έχουν μελετηθεί από την αρχαιότητα. Η Φυσική φιλοσοφία συνυπάρχει με τους αρχαίους πολιτισμούς της Μεσοποταμίας, της Αιγύπτου, της Ινδίας και της Κίνας. Ωστόσο, η προέλευση της σύγχρονης βιολογίας και η προσέγγιση στη μελέτη της φύσης συχνά αναζητείται στην αρχαία Ελλάδα. Ενώ η συστηματική μελέτη της ιατρικής χρονολογείται από τον Ιπποκράτη (ca. 460-370 π. Χ.), η μέγιστη συνεισφορά στην ανάπτυξη της βιολογίας αποδίδεται στον Αριστοτέλη (384-322 π.Χ.). Ιδιαίτερης σημασίας είναι η Ιστορία των Ζώων και άλλα έργα στα οποία έδειξε νατουραλιστικές τάσεις, και μεταγενέστερα πιο εμπειρικά έργα που εστιάστηκαν σε βιολογικές αιτιολογήσεις και την ποικιλομορφία της ζωής. Ο διάδοχος του Αριστοτέλη στο Λύκειο, ο Θεόφραστος, έγραψε μια σειρά από βιβλία για τη βοτανική που διατηρήθηκαν ως κειμήλια της αρχαιότητας, ακόμη και στο Μεσαίωνα.Στους λόγιους του μεσαιωνικού Ισλαμικού κόσμου που έγραψαν για θέματα βιολογίας περιλαμβάνονται οι Αλ-Τζαχίζ (781-869), Αλ-Ντιναχουάρι (828-896) για βοτανική, και ο Ραζής (865-925) που έγραψε για ανατομία και φυσιολογία. Η Ιατρική μελετήθηκε από Ισλαμικούς λόγιους παράλληλα με τους παραδοσιακούς ελληνικούς φιλοσόφους, ενώ η φυσική ιστορία συσχετίζεται με την Αριστοτέλεια σκέψη ιδιαίτερα για τη συγκροτημένη ιεραρχία της ζωής. Η Βιολογία αναπτύχθηκε τάχιστα κατόπιν της βελτίωσης που επέτυχε ο Άντον βαν Λέβενχουκ στο μικροσκόπιο. Στη συνέχεια οι ερευνητές ανακάλυψαν τα σπερματοζωάρια, τα βακτήρια, τα εγχυματικά και την ποικιλομορφία της μικροσκοπικής ζωής. Οι έρευνες του Τζαν Σουάμμερνταμ στην εντομολογία ήταν ενδιαφέρουσες και εξέλιξαν τις βασικές τεχνικές μικροσκοπικής ανατομής και χρώσης.Τα επιτεύγματα της μικροσκοπίας επηρέασαν σημαντικά τη βιολογική σκέψη. Στις αρχές του 19ου αιώνα πολλοί βιολόγοι επεσήμαναν την σημαντικότητα του κυττάρου. Το 1838 οι Schleiden και Schwann προώθησαν τις καθολικές αλήθειες ότι (1) η δομική μονάδα των οργανισμών είναι το κύτταρο και (2) κάθε μεμονωμένο κύτταρο έχει όλα τα χαρακτηριστικά της ζωής, αλλά εσφαλμένα αντέκρουσαν την άποψη ότι (3) όλα τα κύτταρα προέρχονται από τη διαίρεση άλλων κυττάρων. Περί το 1860, με τη συνεισφορά των Ρομπερτ Ρεμακ και Ρούντολφ Βίρχοβ, οι περισσότεροι βιολόγοι αποδέχτηκαν τα τρία θεμελιώδη δόγματα της κυτταρικής θεωρίας.Εν τω μεταξύ, οι φυσικοί ιστορικοί ασχολήθηκαν με την ταξινομία και την ταξινόμηση. Ο Κάρολος Λινναίος δημοσίευσε μία βασική ταξινόμηση για το φυσικό κόσμο το 1735 (που επανεκδόθηκε πολλάκις), και περί το 1750 εισήγαγε επιστημονικές ονομασίες για όλα τα είδη. Οι Τζεόρτζες-Λουις Λεκλερκ και Κομτε ντε Μπουφον, θεώρησαν τα είδη ως τεχνητές κατηγορίες και τις μορφές ζωής ως εύπλαστες—και πιθανολόγησαν κοινή καταγωγή. Ο Μπουφόν δεν αποδέχτηκε την εξελικτική θεωρία αλλά αποτέλεσε σημαντική μορφή στην ιστορία της εξελικτικής σκέψης, και το έργο του επηρέασε τις εξελικτικές θεωρίες των δύο Λαμάρκ και του Δαρβίνου.Ο Ζαν Μπατίστ Λαμάρκ ήταν ο πρώτος που παρουσιάσε μια εμπεριστατωμένη θεωρία της εξέλιξης. Υποστήριξε ότι η εξέλιξη ήταν αποτέλεσμα της περιβαλλοντικής επίδρασης στα χαρακτηριστικά των ζώων, που σημαίνει ότι με συχνότερη και καλύτερη χρήση ενός οργάνου αυτό αναβαθμίζεται σε πολυπλοκότητα και αποτελεσματικότητα, και έτσι το ζώο προσαρμόζεται στο περιβάλλον του. Ο Λαμάρκ πίστευε ότι αυτά τα επίκτητα χαρακτηριστικά θα κληρονομηθούν από τους απογόνους του ζώου, όπου θα συνεχίσουν να βελτιώνονται. Ο Βρετανός νατουραλιστής Κάρολος Δαρβίνος συνδύασε τη βιογεωγραφική προσέγγιση του Χούμπολτ, την ενιαία γεωλογία του Λάιελ, τις μελέτες του Μάλθους για την αύξηση του πληθυσμού, με τις δική του μορφολογική τεχνογνωσία και εκτεταμένες φυσικές παρατηρήσεις, και διαμόρφωσε μια πιο επιτυχημένη εξελικτική θεωρία που βασίζεται στην φυσική επιλογή. Με παρόμοια λογική και τεκμήρια ο Άλφρεντ Ράσελ Γουάλας κατέληξε ανεξάρτητα στα ίδια συμπεράσματα. Μολονότι συχνά αμφισβητήθηκε, η θεωρία του Δαρβίνου διαδόθηκε γρήγορα στην επιστημονική κοινότητα και αποτέλεσε ένα κεντρικό αξίωμα για τη ραγδαία ανάπτυξη της βιολογικής επιστήμης. Η εξάρτηση της φυσικής μορφής από την κληρονομικότητα διερευνήθηκαν με εξελικτικες αρχές και πληθυσμιακή γενετική. Τις δεκαετίες 1940-1950 από έρευνες διαπιστώθηκε ότι το DNA που είναι συστατικό των χρωμοσωμάτων όπου βρίσκονται οι κληρονομικές μονάδες που ονομάστηκαν γονίδια. Με τη μελέτη νέων πρότυπων μικροοργανισμών όπως ιοί και βακτήρια και την ανακάλυψη της διπλής ελικοειδούς δομής του DNA το 1953, σηματοδοτήθηκε η μετάβαση στην εποχή της μοριακής γενετικής. Από το 1950 έως σήμερα η βιολογία έχει αναπτυχθεί εκτεταμένα στο μοριακό τομέα. Ο γενετικός κώδικας μελετήθηκε από τους Χαρ Γκομπίντ Χοράνα, Ρομπερτ Ηολλευ και Μάρσαλ Γουόρεν Νίρενμπεργκ κατόπιν ανάλυσης του DNA στα κωδόνια. Το 1990 εκκινήθηκε το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος με αντικείμενο την χαρτογράφηση του γονιδιώματος, που ουσιαστικά ολοκληρώθηκε το 2003 και αναμένονται περαιτέρω δημοσιεύσεις αναλύσεων. Επρόκειτο για το πρώτο βήμα μιας παγκοσμιοποιημένης προσπάθειας για ενσωμάτωση συσσωρευμένων γνώσεων βιολογίας σε ένα λειτουργικό, μοριακό ορισμό για το ανθρώπινο σώμα και τα σώματα των άλλων οργανισμών. Η Βιολογία είναι η μελέτη όλων των ζωντανών οργανισμών. Δεν είναι σαν τη Φυσική γι' αυτό και δεν περιγράφει συνήθως βιολογικά συστήματα σε σχέση με αντικείμενα τα οποία υπακούουν σε αμετάβλητους φυσικούς νόμους που περιγράφουν τα μαθηματικά, παρ' όλα αυτά χαρακτηρίζονται από διάφορες σημαντικές αρχές και σκέψεις όπως: η παγκοσμιότητα, η εξέλιξη, η ποικιλία, η κοινή καταγωγή, η ομοιοστασία και οι αλληλεπιδράσεις. Δεν επικαλείται αιτιοκρατικές εξηγήσεις όπως η Φυσική, παρά αναζητά ολιστική και ρεαλιστική ερμηνεία των παρατηρούμενων βιολογικών φαινομένων. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα, τα οποία διαδοχικά, έχουν ένα μοντέλο που βασίζεται στον άνθρακα. Όλοι οι οργανισμοί μεταφέρουν την κληρονομικότητα τους μέσω του γενετικού υλικού το οποίο είναι βασισμένο πάνω στα νουκλεϊκά οξέα όπως είναι το DNA χρησιμοποιώντας έναν παγκόσμιο γενετικό κώδικα. Στην εξελικτική βιολογία το στοιχείο της παγκοσμιότητας των διαδικασιών είναι επίσης παρών, για παράδειγμα στους περισσότερους μεταζωικούς οργανισμούς η βασική πορεία της ανάπτυξης του πρώιμου εμβρύου μοιράζεται πανομοιότυπα μορφολογικά χαρακτηριστικά και περιλαμβάνει αντίστοιχα γονίδια (σε αυτό συμπεριλαμβάνεται και η τρισωμία). Μία από τις κεντρικές, θεμέλιες αρχές της βιολογίας είναι ότι όλοι οι οργανισμοί έχουν προέλθει ξεκινώντας από κοινή προέλευση μέσω μιας διαδικασίας της εξέλιξης. Αυτός είναι και ένας από τους λόγους που οι οργανισμοί εμφανίζουν εντυπωσιακές ομοιότητες σε μονάδες και διαδικασίες που είδαμε στην προηγούμενη ενότητα. Ο Κάρολος Δαρβίνος καθιέρωσε την εξέλιξη σαν μια βιώσιμη θεωρία διευκρινίζοντας το βασικό της θεμέλιο, την φυσική επιλογή. Ο Άλφρεντ Ράσελ Γουάλας (Alfred Russell Wallace) αναγνωρίζεται γενικώς ως συνεπίκουρος στην ανακάλυψη τούτης της ιδέας. Η Γενετική μετατόπιση με τη σειρά της αντιμετωπίστηκε ως επιπρόσθετος μηχανισμός στην αποκαλούμενη σύγχρονη σύνθεση. Η εξελικτική ιστορία των ειδών- η οποία αναφέρει τα χαρακτηριστικά από τα οποία προήλθαν τα διάφορα είδη με τη γενεαλογική τους σχέση με άλλα είδη φυλογονία. Οι διάφορες προσεγγίσεις στη βιολογία παράγουν πληροφορίες για την φυλογονία. Σε αυτές συμπεριλαμβάνονται οι συγκρίσεις αλληλουχιών DNA με τις οποίες ασχολείται η μοριακή βιολογία και η γονιδιωματική, και συγκρίσεις απολιθωμάτων ή άλλων δειγμάτων αρχαίων οργανισμών στην παλαιοντολογία. Οι βιολόγοι οργανώνουν και αναλύουν τις εξελικτικές σχέσεις χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους, όπως την φυλογενετική, τη φαινετική και την κλαδιστική. Στην Ελλάδα, εξελικτικοί βιολόγοι με αναγνωρισμένο κύρος και σημαντική συγγραφική παρουσία είναι οι καθηγητές Κωνσταντίνος Καστρίτσης, Κωνσταντίνος Κριμπάς και Ελευθέριος Ζούρος. Παραδοσιακά οι ζωντανοί οργανισμοί χωρίζονται σε πέντε βασίλεια: Μονήρη -- Πρώτιστα -- Μύκητες -- Φυτά -- ΖώαΤο σύστημα των πέντε βασιλείων θεωρείται πλέον ξεπερασμένο από τους περισσότερους επιστήμονες.Σύμφωνα με τις σύγχρονες ταξινομικές μεθόδους οι οποίες βασίζονται στην ακολουθία διαφόρων γονιδίων (παραδοσιακά ριβοσωματικών RNA), οι οργανισμοί διακρίνονται σε τρεις επικράτειες: Αρχαία (Archaea) Βακτήρια (Bacteria) Ευκάρυα (Eukaryota)Υπάρχει επίσης μια σειρά από υποχρεωτικώς ενδοκυτταρικά παράσιτα που στην σειρά που παρατίθενται μπορούν να θεωρηθούν λιγότερο "ζωντανά". Ιοί - Ιοειδή - Πριόνια Μια ομάδα οργανισμών θεωρείται ότι έχει κοινή καταγωγή αν έχει έναν κοινό πρόγονο. Όλοι οι οργανισμοί που υπάρχουν στη Γη κατάγονται από έναν κοινό πρόγονο ή από μια κοινή δεξαμενή γονιδίων. Αυτός ο "τελευταίος παγκόσμιος κοινός πρόγονος", δηλαδή, ο πιο πρόσφατος κοινός πρόγονος όλων των οργανισμών, πιστεύεται ότι εμφανίστηκε περίπου πριν από 3.5 δισεκατομμύρια χρόνια (δείτε: Αβιογένεση).Η έκφραση «όλη η ζωή από ένα αυγό» (από την λατινική έκφραση "Omne vivum ex ovo") η οποία αποτελεί θεμελιώδη ιδέα της σύγχρονης βιολογίας, φανερώνει την ύπαρξη μίας αδιάκοπης συνέχειας της ζωής από την εμφάνιση της μέχρι και σήμερα.Μέχρι τον 19ο αιώνα ήταν διαδεδομένη αντίληψη ότι μορφές ζωής μπορούσαν να εμφανιστούν ακαριαία υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Η καθολικότητα του γενετικού κώδικα θεωρείται εν γένει από τους βιολόγους ως η οριστική απόδειξη υπέρ της θεωρίας της καθολικής κοινής καταγωγής όλων των βακτηρίων, των αρχαίων και των ευκάρυων. Ομοιοστασία είναι η ιδιότητα ενός ανοιχτού συστήματος να ρυθμίζει το εσωτερικό του περιβάλλον ώστε αυτό να διατηρείται σε μια σταθερή κατάσταση, μέσω πολλαπλών προσαρμογών δυναμικής ισορροπίας, που ελέγχονται από ενδοσυνδεόμενους μηχανισμούς ρύθμισης. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, είτε μονοκύτταροι είτε πολυκύτταροι, παρουσιάζουν ομοιοστασία. Η ομοιοστασία εκδηλώνεται σε κυτταρικό επίπεδο, μέσω της συντήρησης σταθερής εσωτερικής οξύτητας (pH). Σε επίπεδο οργανισμού, τα θερμόαιμα ζώα διατηρούν μια σταθερή εσωτερική θερμοκρασίας σώματος. Σε επίπεδο οικοσυστήματος, όταν για παράδειγμα, τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας ανεβαίνουν, τα φυτά έχουν, θεωρητικά, την ικανότητα υγιούς ανάπτυξης, κι έτσι μπορούν να απομακρύνουν μεγαλύτερη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Οι ιστοί και τα όργανα μπορούν επίσης να διατηρήσουν ομοιοστασία. Κάθε ζωντανός οργανισμός αλληλεπιδρά με άλλους οργανισμούς και με το φυσικό περιβάλλον του. Ένας από τους λόγους που τα βιολογικά συστήματα είναι δύσκολο να μελετηθούν είναι γιατί υπάρχουν πάρα πολλές διαφορετικές πιθανές αλληλεπιδράσεις με τους άλλους οργανισμούς και το περιβάλλον.Οι καταστάσεις μπορεί να γίνουν περισσότερο πολύπλοκες όταν δύο ή περισσότερα διαφορετικά είδη επιδρούν σε ένα οικοσύστημα, και επηρεάζουν την οικολογία. Η βιολογία έχει γίνει ένα τόσο εκτενές ερευνητικό πεδίο, που δεν μελετάται γενικά ως ενιαία επιστήμη αλλά ως διάφορα συγκεντρωμένα επιστημονικά υπο-πεδία. Εδώ εξετάζονται τέσσερις ευρείες ομαδοποιήσεις. Η πρώτη μεγάλη ομάδα αποτελείται από τα βιολογικά πεδία που μελετούν τις βασικές δομές των συστημάτων διαβίωσης: κύτταρα, γονίδια κ.λ.π. Μια δεύτερη ομαδοποίηση εξετάζει τη λειτουργία αυτών των δομών στο επίπεδο ιστών, οργάνων και οργανισμών. Μια τρίτη ομαδοποίηση εξετάζει τους οργανισμούς και την προϊστορία τους. Τέλος μια πλειάδα βιολογικών πεδίων εστιάζει στις αλληλεπιδράσεις. Αυτά τα όρια, οι ομαδοποιήσεις και οι περιγραφές, είναι μια απλουστευμένη περιγραφή της βιολογικής έρευνας. Στην πραγματικότητα, τα όρια μεταξύ των βιολογικών πεδίων είναι πολύ ρευστά και οι περισσότεροι κλάδοι δανείζονται συχνά τεχνικές μεταξύ τους. Παραδείγματος χάριν, η εξελικτική βιολογία βασίζεται πολύ στις τεχνικές της μοριακής βιολογίας για να καθορίσει τις αλληλουχίες του DNA που βοηθούν στην κατανόηση της γενετικής παραλλαγής ενός πληθυσμού. Επίσης, η φυσιολογία δανείζεται πολλά στοιχεία από τη βιολογία κυττάρου για την περιγραφή της λειτουργίας των οργάνων. Η ανατομία είναι η μελέτη της μορφολογίας-δομής των οργανισμών (φυτά, ζώα, άνθρωπος). Σε αντίθεση με τη μακροσκοπική ανατομία, η κυτταρολογία και η ιστολογία ενδιαφέρονται για τις μικροσκοπικές δομές. Η βιοχημεία είναι η μελέτη των χημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στους οργανισμούς Η βιοστατιστική (βιομετρία) είναι η εφαρμογή των στατιστικών μεθόδων στους βιολογικούς τομείς υπό την ευρύτερη έννοια. Η κυτταρολογία (βιολογία κυττάρου-κυτταρική βιολογία) είναι η μικροσκοπική μελέτη των κυττάρων των οργανισμών. Η εμβρυολογία είναι η μελέτη της πρώιμης ανάπτυξης των οργανισμών.Συγγενής κλάδος είναι και η Βιολογία της αναπαραγωγής που ασχολείται με την εξωσωματική γονιμοποίηση σε κλινικό επίπεδο Η επιδημιολογία είναι η μελέτη των δημογραφικών της εξέλιξης των ασθενειών (φυτά, ζώα, άνθρωπος), και περιλαμβάνει, αλλά δεν περιορίζεται, στη μελέτη των επιδημιών. Η γενετική είναι η μελέτη των γονιδίων, και του ρόλου τους στη βιολογική κληρονομικότητα και τις μεταλλάξεις. Η ιστολογία είναι η μελέτη των δομών των βιολογικών ιστών Η ανοσοβιολογία (ανοσολογία) είναι η μελέτη του ανοσοβιολογικού συστήματος Η βιοφυσική είναι η μελέτη των εφαρμογών των αρχών της φυσικής στη βιολογία. Η μικροβιολογία είναι η μελέτη των μικροοργανισμών Η νευροβιολογία περιλαμβάνει εκείνες τις επιστήμες που σχετίζονται με τη μελέτη του νευρικού συστήματος. Μια κύρια εστίαση της νευροβιολογίας είναι η βιολογία και η φυσιολογία του ανθρώπινου εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού. Η ψυχοβιολογία (βιοψυχολογία) είναι η μελέτη της βιολογικής βάσης της συμπεριφοράς στους οργανισμούς (ζώα, άνθρωπος) Η επιστήμη διατροφής είναι η μελέτη της επίδρασης των βιομορίων και των ανόργανων συστατικών των τροφίμων στο μεταβολισμό και τη θρέψη των οργανισμών (διατροφή-θρέψη φυτικών οργανισμών, διατροφή ζωικών οργανισμών, διατροφή ανθρώπου) Η παθοβιολογία ως επιστήμη είναι η μελέτη των βιολογικών αιτίων των ασθενειών καθώς και της εξέλιξής τους στους οργανισμούς. Η φαρμακολογία είναι η μελέτη της βιολογικής δράσης των φαρμάκων στους οργανισμούς (φυτά, ζώα, άνθρωπος) Η φυσιολογία είναι η μελέτη των λειτουργιών και ρυθμιστικών μηχανισμών των οργανισμών (φυτά, ζώα, άνθρωπος) Η τοξικολογία είναι η μελέτη της βιολογικής δράσης των τοξικών ουσιών στους οργανισμούς (φυτά, ζώα, άνθρωπος) Η οικολογία (βιολογία περιβάλλοντος) είναι η μελέτη των οικοσυστημάτων (χερσαία,υδάτινα) Η Μοριακή βιολογία είναι η μελέτη της βιολογίας σε επίπεδο μορίου. Το πεδίο έρευνας της έχει κοινά χαρακτηριστικά με άλλα πεδία της βιολογίας, ιδιαίτερα με τη γενετική και τη βιοχημεία. Η μοριακή βιολογία ασχολείται κυρίως με την κατανόηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ποικίλων συστημάτων ενός κυττάρου, συμπεριλαμβανομένης και της αλληλοσυσχέτισης του DNA, του RNA και της σύνθεσης πρωτεΐνης ερευνώντας τον τρόπο με τον οποίο αυτές οι αλληλεπιδράσεις συντονίζονται.Η κυτταρική βιολογία μελετά τις ιδιότητες της φυσιολογίας των κυττάρων, όπως και τη συμπεριφορά, την αλληλεπίδραση, και το περιβάλλον, όλα αυτά σε μικροσκοπικό και μοριακό επίπεδο. Η κυτταρική βιολογία ερευνά τόσο τους μονοκυτταρικούς οργανισμούς όπως είναι τα βακτήρια όσο και προσαρμοσμένα κύτταρα σε πολυκύτταρους οργανισμούς όπως είναι οι άνθρωποι.Η κατανόηση της σύνθεσης και της λειτουργίας των κυττάρων είναι θεμελιώδης σε όλες τις βιολογικές επιστήμες. Η εκτίμηση των ομοιοτήτων και των διαφορών μεταξύ των διαφορετικών τύπων κυττάρων είναι ιδιαίτερα σημαντική στα πεδία του κυττάρου και της μοριακής βιολογίας. Η Γενετική είναι η επιστήμη των γονιδίων, της κληρονομικότητας, και των μεταλλάξεων των οργανισμών. Στις σύγχρονες έρευνες, η γενετική παρέχει σημαντικά εργαλεία στην εξέταση των λειτουργιών ιδιαίτερων γονιδίων, π.χ. ανάλυση της γενετικής αλληλεπίδρασης. Στους οργανισμούς οι γενετικές πληροφορίες μεταφέρονται μέσω των χρωματοσωμάτων, τα οποία απεικονίζονται στη χημική δομή συγκεκριμένων μορίων DNA.Στα γονίδια βρίσκονται κωδικοποιημένες οι πληροφορίες που είναι απαραίτητες για τη σύνθεση πρωτεϊνών, οι οποίες με τη σειρά τους παίζουν μεγάλο ρόλο στη διαμόρφωση του τελικού φαινότυπου του οργανισμού, αν και σε πολλές περιπτώσεις δεν τον καθορίζουν ολοκληρωτικά. Η αναπτυξιακή βιολογία μελετά τη διαδικασία με την οποία αναπτύσσονται οι οργανισμοί. Έχοντας ξεκινήσει από την εμβρυολογία, σήμερα η αναπτυξιακή βιολογία μελετά το γενετικό έλεγχο της κυτταρικής ανάπτυξης, της κυτταρικής διαφοροποίησης και της "μορφογέννησης", δηλαδή της διαδικασίας που συντελεί στη δημιουργία ιστών, οργάνων και ανατομίας. Οργανισμοί που αποτελούν πρότυπα συστήματα για την μελέτη της αναπτυξιακής βιολογίας περιλαμβάνουν τον νηματώδη Caenorhabditis elegans, τη μύγα των φρούτων Drosophila melanogaster, τον ιχθύ Brachydanio rerio (zebrafish), το ποντίκι Mus musculus, και το φυτό Arabidopsis thaliana. Η Φυσιολογία μελετά τις μηχανικές, φυσικές και βιοχημικές διαδικασίες των ζωντανών οργανισμών, προσπαθώντας να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο όλες οι δομές λειτουργούν σαν σύνολο. Η μελέτη της φυσιολογίας συνήθως χωρίζεται στη φυσιολογία των φυτών και στη φυσιολογία των ζώων, αλλά οι αρχές της φυσιολογίας είναι καθολικές, όποιος και αν είναι ο συγκεκριμένος οργανισμός υπό μελέτη. Για παράδειγμα, όποιες γνώσεις αποκτούμε για την φυσιολογία των κυττάρων της μαγιάς μπορούν να εφαρμοστούν επίσης και στα ανθρώπινα κύτταρα. Ο τομέας της φυσιολογίας των ζώων επεκτείνει τα εργαλεία και τις μεθόδους της ανθρώπινης φυσιολογίας σε είδη ζώων. Η φυσιολογία των φυτών επίσης δανείζεται τεχνικές και από τους δύο αυτούς τομείς. Η Ανατομία είναι ένα βασικό κομμάτι της φυσιολογίας και μελετά πώς λειτουργούν και αλληλεπιδρούν τα οργανικά συστήματα των ζώων, όπως το νευρικό, το ανοσοποιητικό, το ενδοκρινικό, το αναπνευστικό και το κυκλοφορικό. Η μελέτη αυτών των συστημάτων γίνεται από κοινού με τους επιστημονικούς κλάδους της νευρολογίας, της ενδοκρινολογίας και των λοιπών. Η εξελικτική βιολογία ασχολείται με την προέλευση και την καταγωγή των ειδών, όπως και με τις αλλαγές τους στο πέρασμα του χρόνου, δηλαδή με την εξέλιξη τους. Η εξελικτική βιολογία είναι ένα περιεκτικό πεδίο γιατί περιλαμβάνει επιστήμονες από πολλούς παραδοσιακούς επιστημονικούς κλάδους που ασχολούνται με την ταξινομία. Για παράδειγμα, συνήθως περιλαμβάνει επιστήμονες που μπορεί να έχουν μια ειδίκευση σε συγκεκριμένους οργανισμούς όπως ζωολογία, ορνιθολογία, ή ερπετολογία όμως χρησιμοποιούν τις γνώσεις τους για αυτούς τους οργανισμούς για να απαντήσουν σε γενικές ερωτήσεις που αφορούν την εξέλιξη. Επίσης περιλαμβάνει συνήθως παλαιοντολόγους που χρησιμοποιούν απολιθώματα για να απαντήσουν σε ερωτήσεις για τον τρόπο και το ρυθμό της εξέλιξης, καθώς και ειδικοί σε τομείς όπως γενετική των πληθυσμών και θεωρία της εξέλιξης. Στην δεκαετία του 1990 η αναπτυξιακή βιολογία συμπεριελήφθη ξανά στην εξελικτική βιολογία μετά τον αρχικό αποκλεισμό της από τη μοντέρνα σύνθεση, μέσω της μελέτης της εξελικτικής αναπτυξιακής βιολογίας. Σχετικά πεδία που συχνά θεωρούνται κομμάτια της εξελικτικής βιολογίας είναι η φυλογενετική, η συστηματική και η ταξινομία.Τα δύο κύρια παραδοσιακά συστήματα ταξινόμησης είναι η βοτανική και η ζωολογία. Η βοτανική είναι η επιστημονική μελέτη των φυτών. Η Βοτανική καλύπτει μεγάλη κλίμακα των επιστημονικών κλάδων που μελετούν την ανάπτυξη, την αναπαραγωγή, το μεταβολισμό, τις ασθένειες και την εξέλιξη των φυτών.Η ζωολογία είναι η επιστημονική μελέτη των ζώων, και περιλαμβάνει την φυσιολογία των ζώων που μελετά ποικίλα πεδία όπως η ανατομία και η εμβρυολογία. Η κοινή γενετική και οι μηχανισμοί ανάπτυξης των ζώων και των φυτών μελετώνται στη μοριακή βιολογία, στη μοριακή γενετική και στην αναπτυξιακή βιολογία. Η οικολογία των ζώων καλύπτεται από την οικολογία της συμπεριφοράς και άλλους κλάδους. Ταξινόμηση των ζωντανών οργανισμών Το κύριο σύστημα ταξινόμησης ονομάζεται ταξινομία του Λινναίου, και περιλαμβάνει κατατάξεις και διώνυμη ονοματολογία. Η ονοματοδοσία των οργανισμών κατευθύνεται από διεθνείς συμφωνίες όπως είναι η International Code of Botanical Nomenclature (ICBN), η International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), και η International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB). A fourth Draft BioCode δημοσιεύτηκε το 1997 σε μια προσπάθεια να ομαλοποιηθεί η ονοματοδοσία σε αυτούς τους τρεις τομείς, αλλά ακόμα δεν έχει υιοθετηθεί επισήμως. Η οικολογία μελετά τη διανομή και την αφθονία των ζωντανών οργανισμών, καθώς και την αλληλεπίδραση μεταξύ των οργανισμών και του φυσικού περιβάλλοντος. Το περιβάλλον ενός οργανισμού περιλαμβάνει το βιότοπο του που μπορεί να περιγραφεί ως ένα σύνολο τοπικών αβιοτικών παραγόντων όπως το κλίμα και τα γεωλογικά χαρακτηριστικά, καθώς και των βιοτικών παραγόντων όπως είναι οι υπόλοιποι οργανισμοί που μοιράζονται το ίδιο ενδιαίτημα. Τα οικολογικά συστήματα μελετώνται σε πολλά διαφορετικά επίπεδα, από το άτομο και τους πληθυσμούς στα οικοσυστήματα και το επίπεδο της βιόσφαιρας. Η οικολογία είναι μια πολύ-πειθαρχική επιστήμη, σχεδιασμένη από πολλά παρακλάδια άλλων επιστημών.Η Ηθολογία μελετά τη συμπεριφορά των ζώων (ιδιαίτερα των κοινωνικών ζώων όπως είναι τα πρωτεύοντα και τα σαρκοφάγα), και μερικές φορές αντιμετωπίζεται ως παρακλάδι της ζωολογίας. Οι ηθολόγοι ενδιαφέρονται κυρίως για την εξέλιξη της συμπεριφοράς και την κατανόηση της συμπεριφοράς σε σχέση με τη θεωρία της φυσικής επιλογής. Με άλλα λόγια ο πρώτος σύγχρονος ηθολόγος ήταν ο Κάρολος Δαρβίνος, που το βιβλίο του με τίτλο The expression of the emotions in animals and men επηρέασε πολλούς ηθολόγους.