**생물학**은 생명현상과 살아있는 생명체의 물리적 구조, 화학적 과정, 분자적 상호작용, 생리적 메커니즘, 발생 및 진화에 대해 연구하는 자연과학이다. 과학의 복잡성에도 불구하고, 그것을 하나의 일관성 있는 분야로 통합하는 특정 공통 개념들이 있다. 생물학은 세포를 생명체의 기본 단위로, 유전자를 유전의 기본 단위로, 진화를 생물 종들의 출현과 멸종을 추진하는 수단으로 인정하고 있다. 살아있는 생명체는 항상성으로 정의되는 안정되고,

생물학의 하위분야는 연구 방법과 목적에 따라 나뉠 수 있는데, 생물에서 일어나는 화학적 현상을 연구하는 생화학, 분자 수준에서 일어나는 생명 현상을 탐구하는 분자생물학, 세포에서 일어나는 생명 현상을 다루는 세포생물학, 기관이나 조직을 연구대상으로 삼는 생리학, 환경에서 다양한 생물 개체들이 맺는 관계를 탐구하는 생태학 등이 있다.

## 역사
생물학(biology)이라는 용어는 그리스어 "βίος"와 접미사 "-λογία"(-logia, "study of", "-학(學)"이라는 뜻)로부터 유래되었다.

현대적인 생물학은 비교적 최근에 발전되어 왔지만, 생물학에 관련되고 그 안에 포함되는 과학은 고대부터 연구되어 왔다. 자연철학은 일찍이 메소포타미아, 이집트, 인도, 중국의 고대 문명에서 연구되었다. 그러나 현대 생물학의 기원과 자연 연구에 대한 접근 방식은 대부분 고대 그리스로 거슬러 올라간다.

이후 생물학은 중세 이슬람 세계의 학자들에 의해 큰 발전을 이루었는데 식물학에 대한 저술을 남긴 알 자히즈,

생물학은 안톤 판 레이우엔훅에 의한 현미경 성능의 극적인 개선과 함께 빠르게 발전하고 성장하기 시작했다. 학자들이 정자, 세균, 적충류, 미생물들의 다양성을 발견한 것은 이 시기였다. 얀 슈밤메르담의 연구는 곤충학에 대한 새로운 관심을 불러 일으켰고, 현미경적인 해부와 염색의 기본적인 기술을 개발하는데 도움을 주었다.

또한 현미경 관찰 기술의 발전은 생물학적 사고에도 중대한 영향을 미쳤다. 19세기 초에 많은 생물학자들은 세포의 중요성을 지적했다. 1838년 독일의 식물학자 마티아스 야코프 슐라이덴은 "모든 식물은 세포로 이루어져 있다"는 식물 세포설을 주장하였다. 1839년에 독일의 의사이자 생리학자인 테오도어 슈반은 "모든 동물은 세포로 이루어져 있다"는 동물 세포설을 주장하였다. 슐라이덴과 슈반은 "세포는 모든 생물의 구조적 단위일 뿐만 아니라 생명활동이 일어나는 기능적 단위"라는 세포설을 제창하였다. 1855년에 독일의 의사이자 생물학자인 루돌프 피르호는 "세포는 기존의 살아있는 세포로부터만 만들어진다"라고 주장하였다. 로베르트 레마크와 루돌프 피르호의 연구 덕분에 1860년에 이르러 대부분의 생물학자들은 세포설을 받아들이게 되었다.

한편, 분류학 및 분류는 박물학자들이 초점을 기울인 연구 분야였다. 칼 폰 린네는 1735년에 자연계에 대한 기본적인 분류체계를 발표했으며, 1750년대에는 그가 분류한 모든 종에 학명을 부여했다.

진지한 진화적 사고는 일관성 있는 진화론을 처음으로 제시한 장바티스트 라마르크의 연구에서 시작되었다. 영국의 박물학자 찰스 다윈은 알렉산더 폰 훔볼트의 생물지리학적 접근법, 찰스 라이엘의 동일과정설 지질학, 멜서스의 인구 증가에 관한 저술, 그리고 자신의 형태학적 전문 지식과 광범위한 자연 관찰을 결합해서 자연선택에 기초한 보다 성공적인 진화론을 만들어냈다. 이와 유사한 증거와 추론을 바탕으로 앨프리드 러셀 월리스도 독자적으로 같은 결론에 도달했다. 비록 논란의 대상이었지만(논쟁은 오늘날까지 계속되고 있음), 다윈의 이론은 과학계를 통해 빠르게 확산되어, 급속하게 발전하는 생물학의 중심축이 되었다.

19세기말 멘델은 멘델의 유전법칙을 정리하여 유전학의 기초를 쌓았다. 멘델의 이론은 한동안 외면되었으나 20세기에 들어와서 독자적인 실험들을 통해 재발견되어, 생물학자들의 인정을 받게 되었다. 이후, 1940년대에서 1950년대에 이르는 동안 집단유전학의 발전으로 진화에 대한 이해를 넓히게 되었다.

1940년대와 1950년대 초의 실험들은 유전자로 알려진 형질 전달의 단위를 가진 염색체의 구성 성분으로 DNA를 지목하였다. 1953년에 DNA 이중 나선 구조의 발견과 함께 바이러스나 세균과 같은 새로운 종류의 모델 생물에 대한 연구는 분자유전학 시대로의 전환을 가져왔다. 1950년대부터 현재까지 생물학은 분자 영역에서 크게 확장되었다. DNA가 트리플렛 코드를 가지고 있는 것으로 파악된 후에 마셜 워런 니런버그, 하르 고빈드 코라나, 로버트 윌리엄 홀리는 유전 암호를 해독하였다. 인간 게놈 프로젝트는 일반적인 인간 게놈 지도 완성을 목표로 1990년에 시작되었다. 인간 게놈 프로젝트는 2003년에 완료되었으며, 추가적인 분석은 여전히 계속되고 있다. 인간 게놈 프로젝트는 생물학의 축적된 지식을 인간과 다른 생물들의 기능적, 분자적 연구로 통합하려는 세계적인 노력의 첫 걸음이었다.

## 현대 생물학의 기초

### 세포설
세포설에 따르면 세포는 생명체의 기본 단위이며, 모든 생명체는 하나 이상의 세포로 구성되며, 모든 세포는 세포 분열을 통해 기존의 세포로부터 생성된다고 설명한다. 다세포 생물에서 모든 세포는 궁극적으로 단일 세포인 수정란으로부터 유래한다. 세포는 또한 많은 병리학적 과정에서 기본 단위로 간주된다. 세포에서는 물질대사가 일어나며, 물질대사 중에 에너지 흡수 또는 에너지 방출이 일어난다. 세포는 세포 분열동안 세포에서 세포로 전달되는 유전 정보(DNA)를 가지고 있다. 생명의 기원에 대한 연구는 최초의 세포의 기원을 밝히기 위한 시도이다.

### 진화
생물학에서 중심 개념은 생명은 진화를 통해 변화하고 발전하며, 알려져 있는 모든 생명체는 공통적인 기원을 가지고 있다는 것이다. 진화학은 지구 상의 모든 생명체들이(현존하는 것과 멸종된 것 모두) 공통 조상 또는 공통 조상의 유전자풀로부터 유래했다는 것을 연구하는 학문이다. 모든 생명체들의 공통 조상은 약 35억년 전에 출현한 것으로 보인다.

"진화(evolution)"라는 용어는 1809년에 장바티스트 라마르크가 과학 용어로 도입하였고, 50년 후인 1859년에 찰스 다윈은 자신의 저서 종의 기원에서 자연선택에 의한 과학적 모델을 진화의 원동력으로 제시했다. 진화는 현재 지구 상에서 발견되는 생명체의 변화를 설명하기 위해 사용되며, 현대에서 진화는 직접 관찰이 가능해지게 되면서 "관찰 가능한 현상"으로 인정받고 있다.

다윈은 자연선택이나 선택적 교배 과정을 통해 생물 종이 번성하거나 도태된다는 것을 이론화했다.

진화가 일어나는 근본적인 원인은 생물 종이나 개체군 내에 대립하는 유전형질이 다양하게 존재하는 유전적 다양성 때문이다. 생물의 유전형질은 세대에서 세대로 이어지면서 유전적 부동, 자연선택과 같은 외부의 작용에 의해 변화하게 된다. 그 결과 생물 개채군은 환경 적응에 유리한 형질은 유전되고, 그렇지 않은 형질은 사라지는 변화를 겪게 된다. 이것이 진화의 과정이다. 현재는 진화의 과정을 직접 관찰하기도 함으로써, 진화는 관찰가능한 자연현상의 하나로 집단유전학 등을 통해 연구되고 있다.

계통은 생물이 진화해 온 경로를 바탕으로 한 생물 종 간의 유연관계이며, 생물 종의 진화 역사이다. 계통수는 생물의 계통을 알 수 있도록 나뭇가지 모양으로 나타낸 것으로, 생물 종 간의 진화적 유연관계를 알 수 있다. 생물학에 대한 다양한 접근법은 계통 발생에 대한 정보를 생성하도록 한다. 여기에는 분자생물학(특히 유전체학)의 산물인 DNA 염기서열의 비교와 고생물학의 산물인 고대 생명체의 화석이나 다른 증거들이 포함된다. 생물학자들은 계통학, 표형분류학, 분지학 등 다양한 방법들을 통해 진화적 유연관계를 정리하고 분석한다.

진화는 생명체의 자연사에 대한 이해와 현존하는 생명체의 구성에 대한 이해와 관련이 있다. 이러한 구성은 생명체가 어떠한 진화 과정을 거쳐왔는지를 알아야만 이해될 수 있다. 결론적으로 진화는 모든 생물학 분야의 중심을 차지하고 있다.

### 유전학
유전자는 모든 생명체에서 유전의 기본 단위이다. 유전자는 유전의 단위이며, 특정 방식으로 생명체의 형태 또는 기능에 영향을 미치는 DNA 상의 특정 영역이다. 세균에서 동물에 이르기까지 모든 생명체는 DNA를 복제하고, RNA로 전사하고, 단백질로 번역하는 동일한 메커니즘을 사용한다. 세포는 DNA의 정보를 RNA로 전사하고, 리보솜은 RNA로 전사된 정보를 단백질로 알려진 일련의 아미노산 서열로 번역한다. RNA 코돈으로부터 아미노산으로의 유전 암호는 대부분의 생명체에서 동일하다. 예를 들어, 사람의 인슐린을 암호화하는 DNA 염기서열을 식물과 같은 다른 생명체에 삽입하면 인슐린을 생성시킬 수 있다.

DNA는 진핵생물에서는 선형 염색체로, 원핵생물에서는 원형 염색체로 존재한다. 염색체는 DNA와 히스톤 단백질로 구성되어 있다. 세포 내의 염색체 세트와 미토콘드리아, 엽록체 또는 다른 장소에서 발견되는 유전 정보는 세포의 게놈으로 알려져 있다. 진핵생물에서 DNA는 세포핵에 국한되어 있거나 미토콘드리아와 엽록체에 소량으로 존재한다. 원핵생물에서 DNA는 세포질에 핵양체라고 불리는 불규칙적인 형태로 존재한다.

### 항상성
항상성은 상호 연관된 조절 메커니즘에 의해 통제되는 여러 동적 평형 조절을 통해 안정된 상태를 유지하기 위한 생명체의 내부 환경을 조절하는 생명체(개방계의 일종)의 능력을 뜻한다. 모든 생명체는 단세포 생물이든 다세포 생물이든 항상성을 유지하려고 한다.

동적 평형을 유지하고 특정 기능을 효과적으로 수행하기 위해서 생명체는 환경의 변화를 감지하고 반응할 수 있어야 한다. 환경 변화가 감지되면, 생명체는 일반적으로 음성 피드백을 통해 기관이나 기관계의 활동을 증가시키거나 감소시켜서 환경 변화에 반응한다. 혈당량이 낮아지면, 글루카곤을 분비하여 혈당량을 높이는 것은 항상성 조절의 한 예이다.

### 에너지
살아있는 생명체의 생존은 에너지의 지속적인 투입에 달려있다. 생명체의 구조와 기능에 관련된 화학 반응은 음식물로 섭취된 물질로부터 에너지를 추출하고, 새로운 세포를 생성하고, 세포를 유지하는 것을 돕기 위해 사용된다. 이 과정에서 음식물을 구성하는 화학 물질의 분자는 두 가지 역할을 한다. 첫째, 생명체의 생물학적, 화학적 반응에서 변형되고 재사용될 수 있는 에너지를 포함하고 있다. 둘째, 음식물은 생명체에 유용한 새로운 분자 구조(생체분자)로 전환될 수 있다.

에너지를 생태계로 유입시키는 역할을 하는 생명체들은 생산자 또는 독립영양생물로 알려져 있다. 거의 모든 생명체들은 태양으로부터 온 에너지를 근원으로 해서 살아간다. 식물과 다른 광영양생물은 광합성으로 알려진 과정을 통해 태양의 빛 에너지를 이용하여 원료 분자를 ATP와 같은 유기 분자로 전환한다.

따라서 저장되는 에너지 중 일부는 다른 생명체의 성장과 발달에 사용할 수 있는 바이오매스와 에너지를 생성하는데 사용된다. 이러한 바이오매스와 에너지의 대부분은 부산물과 열로 소실된다. 화학 물질에 저장된 에너지를 생명 활동에 필요한 에너지로 전환시키는 가장 중요한 과정은 세포 호흡을 비롯한 여러 물질대사들이다.

### 발생
발생은 동물의 정자와 난자가 수정된 후 배를 형성하고 생장하여 새로운 개체가 되는 과정이다.

## 연구 및 조사

### 구조적 연구
분자생물학은 분자 수준에서 생물학을 연구하는 학문이다. 분자생물학은 생물학의 다른 분야, 특히 유전학 및 생화학과 연구 분야가 중첩된다. 분자생물학은 DNA, RNA, 단백질 합성의 상호 관계와 그러한 상호 작용이 어떻게 조절되는지를 포함하여 세포 내 다양한 시스템의 상호 작용에 대해 연구하는 학문이다.

세포생물학은 세포 수준에서 세포의 내부 행동, 다른 세포와의 상호 작용, 환경과의 상호작용과 같은 세포의 구조적, 생리학적 특성에 대해 연구하는 학문이다. 세포생물학은 세균과 같은 단세포 생물 뿐만 아니라 사람과 같은 특화된 세포에 대해 현미경 및 분자 수준에서 연구가 이루어진다. 세포의 구조와 기능을 이해하는 것은 모든 생물학 분야의 기본이다. 세포 유형 간의 유사점과 차이점은 특히 분자생물학과 관련이 있다.

해부학은 구조에 대해 보다 거시적인 형태인 기관 및 기관계에 대해 연구하는 학문이다.

유전학은 유전자, 유전 및 생명체의 변이에 관해 연구하는 학문이다. 유전자는 단백질의 합성을 위해 세포가 필요로 하는 정보를 암호화하며, 이는 결국 생명체의 최종 표현형에 영향을 미치는 중심적인 역할을 한다. 유전학은 특정 유전자의 기능을 조사하거나 유전자 상호작용을 분석하는데 사용되는 연구 도구를 제공한다. 생명체 내에서 유전 정보는 물리적으로 염색체 내에 존재하며, 특히 DNA 상의 특정 부위에 유전 정보가 저장되어 있다.

발생생물학은 생명체가 발생하고 생장하는 과정에 대해 연구하는 학문이다. 발생학으로부터 유래된 발생생물학은 세포 생장, 세포 분화 및 세포의 형태형성에 대한 유전적인 조절에 대해 연구하는데, 세포는 점차적으로 조직, 기관으로 발달해 나간다. 발생생물학에서 주로 사용되는 모델 생물로는 선형동물인 예쁜꼬마선충,

### 생리학
생리학은 생명체의 기계적, 물리적, 생화학적 과정을 전반적으로 연구하는 학문이다. "기능하기 위한 구조"에 대한 문제는 생물학의 핵심 주제이다. 생리학에 대한 연구는 전통적으로 식물생리학과 동물생리학으로 나뉘어 왔으나, 어떤 생물체가 연구되더라도 생리학의 기본 원리는 보편적이다. 예를 들어, 효모 세포의 생리학에 대해 알게 된 것은 사람의 세포에도 적용될 수 있다. 동물생리학은 인체생리학의 도구와 방법을 사람이 아닌 동물 종으로 확장한다. 식물생리학 연구에서도 동물생리학의 방법을 적용할 수 있다.

생리학은 신경계, 면역계, 내분비계, 호흡계, 순환계가 어떻게 작용하고, 서로 상호작용을 하는지를 연구한다. 이러한 기관계에 대한 연구는 신경학 및 면역학과 같은 의학적으로 지향하는 분야로 연결된다.

### 진화
진화에 대한 연구는 종의 기원과 멸종, 시간에 따른 생물 종의 변화에 관한 것이다. 진화는 예를 들어 포유류학, 조류학, 식물학, 양서파충류학과 같은 특정 생명체에 대한 특별한 훈련을 받은 많은 분류학을 지향하는 분야의 과학자들이 연구에 참여하고 있고, 진화에 관한 보다 일반적인 해답을 찾기 위해 연구 중이다.

진화생물학은 부분적으로 진화의 형태와 속도에 관한 질문에 답하기 위해 화석 기록을 사용하는 고생물학을 기반으로 하고, 집단유전학과 같은 분야의 발전에도 기반을 두고 있다. 계통학, 계통분류학, 분류학은 종종 진화생물학의 일부로 간주되는 관련 분야이다.

### 계통분류학
여러 종 분화 사건들은 생물 종들 간의 유연관계를 체계적으로 나타낸 계통수로 표현할 수 있다. 계통분류학은 이러한 생물 종들 간의 관계 및 종들 간의 유사점과 차이점에 대해 연구하는 학문이다.

전통적으로 생물들은 원핵생물계, 원생생물계, 균계, 식물계, 동물계의 5계 분류 체계로 분류되어 왔다. 이러한 역들은 리보솜과 같은 핵심적인 생체분자의 화학적 조성에서의 차이 뿐만 아니라 세포핵의 존재 유무를 반영한다.

또한 생물 분류군들을 좀 더 세분화하여 역, 계, 문, 강, 목, 과, 속, 종으로 분류한다. 예를 들어, 사람은 진핵생물역, 동물계, 척삭동물문, 포유강, 영장목, 사람과, 사람속(''Homo''), 사람종(''sapiens'')로 분류한다.

이러한 범주 외에도 대사 활동과 관련하여 "생명의 가장자리에 있는" 세포 내에서 기생생활을 하는 존재들이 있는데, 이러한 존재들은 많은 과학자들이 생명체를 정의하는 기본적인 기능이나 특성들 중 적어도 하나 이상이 부족하기 때문에 일반적으로 살아있는 생명체로 분류하지 않는다. 생명 현상의 특성들 중 일부만 나타내는 존재들은 바이러스, 바이로이드, 프라이온, 위성 바이러스로 분류된다.

생물의 학명은 속명(속을 나타냄)과 종소명(종을 나타냄)으로 나타낸다. 종명이라는 용어 대신에 학명 표기시 분류 단계상 종의 명칭인 "종소명"을 사용한다. 예를 들어, 사람의 학명은 호모 사피엔스(''Homo sapiens'')이다. 호모는(''Homo'')는 속명이고, 사피엔스(''sapiens'')는 종소명이다. 생물의 학명을 표기할 때는 라틴어를 사용하여, 속명의 첫 글자는 대문자로, 종소명의 첫 글자는 소문자로 표기한다.

지배적인 분류 체계는 린네 분류학이라고 한다. 린네 분류학은 분류 단계와 이명법을 포함한다. 생물체의 명명 방법은 국제조류균류식물명명규약(ICN), 국제동물명명규약(ICZN), 국제원핵생물명명규약(ICNB)과 같은 국제 규약에 의해 결정된다. 일부 생물학적 특성을 나타내는 바이러스, 바이로이드, 프라이온 및 기타 바이러스 이하의 존재들의 분류는 국제바이러스분류위원회(ICTV)에 의해 수행되며, 국제바이러스분류및명명규약(ICVCN)으로 알려져 있다. 그러나 몇몇 다른 바이러스 분류 체계가 존재한다.

통합하기 위한 초안인 바이오코드(BioCode)는 위의 세 분야의 명명법을 표준화하기 위한 시도로 1997년에 출판되었지만, 아직 공식적으로 채택되지는 않았다. 그러나 2011년에 국제식물학회는 바이오코드 제안에 대한 검토를 거부했다. 국제바이러스분류및명명규약(ICVCN)은 바이러스 분류를 포함하지 않는 바이오코드 밖에 남아있다.

### 생태계 및 환경
생태학은 살아있는 생물의 분포와 개체수, 생물과 환경 사이의 상호 작용에 대해 연구하는 학문이다. 생물학적 시스템이 연구하기 어려울 수 있는 한 가지 이유는 다른 생물들 및 환경과의 다양한 상호 작용이 작은 규모에서도 가능하다는 것이다. 국지적인 당의 농도 기울기에 반응하는 세균은 아프리카 사바나에서 먹이를 찾는 사자 만큼이나 환경에 민감하게 반응한다. 어떤 생물 종의 경우, 행동은 경쟁, 기생, 공생들 중 하나일 수 있다. 생태계에서 두 가지 이상의 종이 상호작용을 할 때 문제는 더 복잡해진다.

생태계는 개별 생물 개체부터 개체군, 군집, 생태계, 생물권에 이르기까지 여러 가지 다른 수준에서 연구된다. 집단생물학이라는 용어는 종종 개체군생태학과 교환가능한 의미로 사용되지만, 집단생물학은 질병, 바이러스, 미생물의 경우에 더 자주 사용되는 반면, 인구생태학이라는 용어는 식물과 동물의 연구에 더 일반적으로 적용된다. 생태학은 많은 하위 분야에서 사용된다.

동물행동학은 동물의 행동(특히 영장류 및 개과 동물과 같은 사회적 동물의 행동)에 대해 연구하는 학문이며, 동물학의 한 분야로 간주된다. 동물행동학자들은 특히 자연선택설의 관점에서 행동의 진화 및 행동의 이해에 관심을 가져왔다. 어떤 의미에서 최초의 동물행동학자는 찰스 다윈이었는데, 그의 저서 인간과 동물의 감정표현(The Expression of the Emotions in Man and Animals)은 많은 동물행동학자들에게 영향을 주었다.

생물지리학은 판 구조론, 기후 변화, 분산 및 이주, 분지학과 같은 주제에 초점을 맞추어 지구 상의 생물체의 공간 분포에 대해 연구하는 학문이다.

## 생물학의 미해결 문제
생명의 근본적인 과정에 대한 우리의 이해는 최근 수 십년 동안 이루어진 많은 발전에도 불구하고, 몇 가지 기본적인 문제들은 해결되지 못한 채로 남아있다. 생물학이 해결하지 못한 주요 문제들 중 하나는 성의 주요 적응 기능, 특히 진핵생물에서 감수 분열 및 상동 재조합의 주요 과정이다. 한 가지 견해는 성은 주로 유전적 다양성을 증가시키는 적응으로 진화해 왔다는 것이다.

생물학이 해결하지 못한 또 다른 기본적인 문제는 노화에 대한 생물학적 기초에 대한 문제이다. 노화에 대해 설명하는 다양한 경쟁 이론들이 존재한다.

## 연구 분야
다음은 생물학의 주요 연구 분야들이다.