زیست‌شناسی

تاریخچه

اصطلاح بیولوژی (به فرانسوی: Biologie، بیولوژی)(به انگلیسی: Biology، بایالوجی) 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 شده‌است.
اگرچه زیست‌شناسی در قالب مدرن خود پیشرفت‌های بسیاری یافته‌است، اما علوم 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. 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 نوشته‌است، و رازی (۹۲۵–۸۶۵) که در مورد آناتومی و فیزیولوژی کتاب نوشته‌است، می‌باشند. دانش پزشکی با تحقیقات دانشمندان اسلامی در مورد سنت‌های فیلسوف یونانی، به خوبی مطالعه شده‌است، 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، مژک‌داران و تنوع زندگی میکروسکوپی را کشف کردند. تحقیقات انجام شده توسط یان سوامردام منجر به اطلاعات جدید در حشره‌شناسی شده و به توسعه روش‌های اساسی کالبدشکافی میکروسکوپی و رنگ‌آمیزی کمک بسیاری کرده‌است.
پیشرفت در تکنیک‌های میکروسکوپی تأثیر 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 روبرت ریماک و رودولف فیرخو، در ۱۸۶۰ بیشتر زیست‌شناسان همه سه اصلی را که به عنوان نظریه سلول شناخته می‌شد، قبول کردند.
در همین هنگام، طبقه‌بندی موجودات زنده و رده‌بندی آن‌ها 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. 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 آن‌ها احتمالاً از نسب مشترک هستند. اگرچه او با فرگشت مخالف بود، بوفون یک چهره کلیدی در تاریخچه اندیشه تکامل بود چرا که کارهایش بعدها بر نظریه‌های فرگشتی لامارک و داروین تأثیر گذاشت.
آغاز جدی اندیشه فرگشتی با آثار ژان-باپتیست لامارک می‌باشد، که برای نخستین بار یک نظریه منسجم از تکامل را ارائه کرد. او فرض کرد که تکامل نتیجه فشارهای محیطی بر ویژگی‌های 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. 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 مورفولوژی 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 به‌طور مستقل به همان نتایج رسانید. هرچند که این موضوع باعث بحث فراوان شد (که تا امروز نیز ادامه دارد)، اما نگرهٔ 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 تکامل 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 برگزار به ژنتیک مولکولی باز کردند. از سال‌های ۱۹۵۰ تا زمان حال، زیست‌شناسی در حوزه مولکولی بسیاری گسترده شده‌است. 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 شده‌است، شکسته شد. در نهایت، پروژه ژنوم انسان در سال ۱۹۹۰ با هدف ترسیم نقشه ژنتیکی انسان به‌طور کلی راه‌اندازی شد. این پروژه در اصل در سال ۲۰۰۳ تکمیل شد، و تجزیه و تحلیل بیشتر آن هنوز در حال انتشار است. 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

بخش عمده‌ای از زیست‌شناسی مدرن را می‌توان متشکل از پنج اصل به هم وابسته دانست که شامل: نظریه سلولی، تکامل، ژنتیک، هومئوستازی و انرژی است.

تکامل (فرگشت)

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 شده‌است. هر چند که فسیل‌هایی از مولکول‌های آلی مربوط به ۳ میلیارد و ۸۵۰ میلیون سال پیش کشف شده‌است. به‌طور 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 واژه‌نامه 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. (آلفرد راسل والاس به عنوان همکار کاشف، زمانی که به تحقیق و پژوهش مفهوم تکامل کمک می‌کرد، شناخته شد). 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 فرایندهای انتخاب طبیعی و انتخاب مصنوعی یا پرورش انتخابی توسعه یافته‌اند. رانش ژن به عنوان یک مکانیسم اضافی از توسعه تکاملی در سنتز مدرن نظریه بیان می‌شود.
تاریخچه تکاملی گونه‌ها – که ویژگی‌های گونه‌های مختلف را از جایی که آمده‌اند توصیف می‌کند – همراه با رابطه شجره نامه‌شان با دیگر گونه‌ها به عنوان تبارزایش شناخته می‌شود. با روش‌های گسترده متفاوت زیست‌شناسی، اطلاعاتی دربارهٔ تبارزایش به دست آمده‌است. این اطلاعات عبارتند از مقایسه توالی اسید نوکلئیک در زیست‌شناسی مولکولی یا ژنومیک، و مقایسه فسیل‌ها یا دیگر موجودات باستانی در دیرینه‌شناسی. 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 شده‌است جدول زمانی تکاملی را مطالعه کنید).

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 تأثیر 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.
دی ان ای معمولاً 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 گرفته‌است. اطلاعات ژنتیکی در یک ژنوم درون ژن‌ها قرار دارند، و مجموعه کاملی از این اطلاعات را در یک موجود زنده ژنوتیپ می‌نامند.

هومئوستازی

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 سلولی یا چند سلولی، هومئوستاز وجود دارد.
برای حفظ تعادل پویا و انجام مؤثر عملکردهای خاص، یک سیستم باید اختلال را شناسایی و به آن پاسخ دهد. پس از تشخیص یک اختلال، یک سیستم بیولوژیکی به‌طور 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

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. تقریباً تمام این موجودات انرژی اولیه را از خورشید به دست می‌آورند. گیاهان یا نورپروردها (فتواتوتروف) با انجام فرایندی 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. هرچند در بعضی اکوسیستم‌ها استخراج انرژی توسط شیمی پروردها (شیمیوتروف) از متان، سولفید یا دیگر منابع انرژی غیر خورشیدی صورت می‌گیرد.
برخی از انرژی‌های بدست آمده برای تولید زیست توده‌ها برای حفظ حیات و تأمین انرژی برای رشد و توسعه استفاده می‌شوند. اکثریت باقی‌مانده این انرژی به عنوان گرما و مولکول‌های زاید از دست می‌رود. مهم‌ترین فرایندهایی که انرژی به دام افتاده در مواد شیمیایی را برای حفظ حیات استفاده می‌کنند متابولیسم و تنفس سلولی (تنفس یاخته ای) هستند.

ساختار

زیست‌شناسی مولکولی، مطالعه زیست‌شناسی در سطح مولکولی می‌باشد. این زمینه، با دیگر موضوعات زیست‌شناسی همپوشانی دارد، به خصوص با ژنتیک و بیوشیمی. زیست‌شناسی مولکولی عمدتاً 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 انسان، 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.
ژنتیک، علم مربوط به ژن، وراثت و گوناگونی ارگانیسم‌ها است. 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 معمولاً در کروموزوم‌ها حمل می‌شوند، جایی که ساختار شیمیایی مولکول دی ان ای خاص ارائه شده‌است.
زیست‌شناسی رشد، در مورد فرایندهایی که در آن اندام‌ها رشد و توسعه می‌یابند، مطالعه می‌کند. در منشأ رویان‌شناسی، زیست‌شناسی رشد مدرن در مورد کنترل ژنتیکی رشدی، دگرگونی سلول، و «ریخت زایی» و اینکه کدام فرایند به تدریج باعث افزایش بافت‌ها، اندام‌ها، و آناتومی می‌شود، مطالعه می‌کند. مدل ارگانیسم برای زیست‌شناسی رشد شامل کرم گرد سینورابدیتیس الگانس، مگس سرکه، ماهی گورخری دانیو رریو، موش خانگی، و علف هرز رشادی گوش موشی می‌باشند. (یک ارگانیسم مدل، گونه‌ای است که مطالعه گسترده برای درک پدیده زیستی خاص روی آن انجام می‌شود، با انتظار اینکه این اکتشافات بینشی از ارگانیسم را نسبت به ارگانیسم‌های دیگر ارائه می‌دهد)

فیزیولوژی

فیزیولوژی در مورد فرایندهای 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 به‌طور سنتی به فیزیولوژی گیاهی و فیزیولوژی جانوری تقسیم شده‌است، 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 غیرانسانی 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 عصب‌شناسی و ایمنی‌شناسی به اشتراک گذاشته شده‌است.

تکاملی

پژوهش‌های تکاملی به اصل و نسب گونه‌ها علاقه‌مند است، و در طول زمان تغییر می‌کند، و شامل دانشمندان بسیاری از رشته‌های طبقه‌بندی می‌باشد. به عنوان مثال، به‌طور 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 دربارهٔ تکامل استفاده می‌کنند.
زیست‌شناسی تکاملی تاحدودی بر اساس دیرینه‌شناسی می‌باشد، که با استفاده از سنگواره‌ها به پرسش‌هایی در مورد حالت و سرعت تکامل، و تا حدی بر تحولاتی در زمینه ژنتیک جمعیت پاسخ می‌دهد. در سال‌های ۱۹۸۰، زیست‌شناسی رشد، با حذف اولیه از سنتز مدرن، از طریق مطالعه زیست‌شناسی رشد تکاملی، دوباره وارد زیست‌شناسی تکاملی شد. رشته‌های مرتبط که اغلب بخشی از زیست‌شناسی تکاملی در نظر گرفته می‌شوند تبارزایش، سامانه‌شناسی و آرایه‌شناسی می‌باشند.

سامانه‌شناسی

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. هرچند، سامانه‌شناسی یک زمینه فعال پژوهشی طولانی قبل از اینکه تفکر تکاملی عمومی‌شود، دارد.
به‌طور سنتی، موجودات زنده به پنج فرمانرو تقسیم می‌شوند: تک یاخته‌ها، آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان، جانوران. هرچند، امروزه بیشتر دانشمندان این پنج فرمانرو را سیستمی قدیمی در نظر می‌گیرند. سیستم‌های جایگزین مدرن طبقه‌بندی به‌طور کلی با سیستم سه قلمرو آغاز می‌شوند: باستانیان (در اصل آرکی باکتری‌ها)؛ باکتری‌ها (در اصل یوباکتری‌ها) و یوکاریوت‌ها (شامل آغازیان، قارچ‌ها، گیاهان و جانوران). 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 دسته‌بندی 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» قرار دارند، به این معنی که بسیاری از دانشمندان این موجودات را به عنوان موجود زنده دسته‌بندی 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. علاوه بر این، تمام اصطلاح به شکل ایتالیک یا زیر خط دار نوشته می‌شود.
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). هر چند، چندین سیستم طبقه‌بندی ویروسی وجود دارند.

بوم‌شناسی

اکولوژی به مطالعه توزیع و فراوانی موجودات زنده، و فعل و انفعالات بین موجودات و محیط زیست می‌پردازد. 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. 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 پیچیده‌تر می‌شود.
سیستم‌های زیست‌محیطی 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 معمولاً 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 نوشته‌است و بسیاری از کردارشناسان را تحت تأثیر قرار داده‌است.
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

با وجود پیشرفت‌های عمیقی که در درک ما از فرایندهای اساسی زندگی در دهه‌های اخیر به دست آمده، برخی از مشکلات اساسی حل نشده باقی‌مانده‌است. به عنوان مثال، یکی از بزرگترین مشکلات حل نشده عملکرد انطباقی اولیه در جنس، و به ویژه فرایندهای 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).) 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.
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 شده‌است.