היסטוריה של הביולוגיה

מסופוטמיה הקדומה, סין והודו

מימי קדם היה על האדם לחקור את עולם החי והצומח כדי לשרוד ולהתפתח. עם התפתחות החקלאות, הציד, וביות הצמחים ובעלי החיים הצטברו ידיעות רבות בתחום זה, אך הידע הועבר בעל פה כמסורת חקלאית או שבטית ולא נרשם באופן עקבי.
בני המזרח הקדום הכירו את תהליך ההאבקה של עץ התמר מימים קדומים ביותר. במסופוטמיה ידעו שאבקה זו יכולה לשמש כדשן לצמחים, ובחוזה עסקי מימי חמורבי (1800 לפנה"ס) אף נזכרים פרחי עץ תמר כפריט של מסחר. בהודו נמצאו כתבים המתארים כמה צדדים בחייהם של ציפורים, ובמצרים תוארו תהליכי שינוי צורה של צפרדעים וחרקים. במסופוטמיה אף הוחזקו בעלי חיים לראווה במה שאפשר לתאר כגן החיות הראשון בהיסטוריה.

יוון העתיקה

חקר החי החל בצורה ממשית ביוון העתיקה, כשפילוסופים כמו היפוקרטס, אריסטו, וגלנוס, ניסחו את חוקי הביולוגיה הראשונים. רובם של חוקים אלה התגלו במהלך ההיסטוריה כשגויים, אך הם עדיין מהווים את הסימן הראשון למחקר עולם החי. גלנוס שיכלל את תאוריית ארבע המרות שהציע היפוקרטס והציג אותה כבסיס לידע הביולוגי על טיפוסים שונים של בני אדם. אריסטו, אף כי לא ביצע ניסויים מדעיים, ערך אלפי תצפיות בבעלי חיים בסביבתם הטבעית וקטלג יותר מ-540 מינים של בעלי חיים.

הרנסאנס והמאה השבע-עשרה

לאחר תקופה ארוכה שבה היה העיסוק בביולגיה לא יותר מפרשנות לכתבי אריסטו, הובילו העניין המחודש באמפיריציזם בתקופת הרנסאנס וגילוי בעלי חיים וצמחים חדשים במסעי התגליות להתפתחותיות חשובות בחקר החיים. וסאליוס, הנחשב לאבי האנטומיה המודרנית, קידם את חקר המבנה הביולוגי של האדם בסדרה של תצפיות מדויקות שצבר בניתוח גופות, ותיקן טעויות אצל גאלנוס, שניתח רק בעלי חיים. במקביל חידשו אמני הרנסאנס, ביניהם לאונרדו דה וינצ'י, את המחקר באנטומיית האדם למטרות ייצוגו באמנות. בתחילת המאה ה-17 פותח המיקרוסקופ הראשון בידי מדענים הולנדים. רוברט הוק, שבנה מיקרוסקופ מורכב יותר בשנת 1665, היה הראשון שתיאר תאים חיים בספרות, בעקבות תצפיות שערך בתאי שעם. מאוחר יותר נצפו דרך המיקרוסקופ יצורים חד-תאיים - כגון חיידקים - וכן תאי זרע ותאי דם אדומים.

המאות השמונה-עשרה והתשע-עשרה

במאה ה-18 החלו חוקרי טבע (ביניהם ליניאוס ובופון) לבנות מערכת מושגית שתאפשר מיון מדעי של המגוון הביולוגי ופענוח מסודר של מאובנים.
במאה ה-19 החלה להתערער החלוקה שהייתה נהוגה עד אז בין 'חקר הטבע' (Natural History), שעסק במיון וסיווג בעלי החיים וסביבותיהם, לבין הרפואה, שעסקה בחייו ובמחלותיו של האדם. מתוך המגע בין התחומים נוצרו תחומים חדשים שהיוו בסיס לביולוגיה המודרנית - ציטולוגיה, בקטריולוגיה, חקר האבולוציה ועוד. בתחילת המאה פיתח לאמארק את התאוריה הראשונה שדחתה את תזת אי-ההשתנות של המינים, והניחה את היסוד לאבולוציה. במהלך המאה ה-19 הועלו תאוריות אבולוציוניות נוספות (ביניהן של הביולוג והסוציולוג הרברט ספנסר) ובשנת 1859 פרסם צ'ארלס דרווין לראשונה את תאוריית הברירה הטבעית, הבסיס לחקר האבולוציה כיום. במקביל התקדם הידע האנושי בפיזיולוגיה של בעלי החיים והאדם. ב-1839 פתחו תאודור שוואן ומתיאס שליידן את התאוריה של התא, שקבעה כי התא הוא היחידה הבסיסית של כל בעלי החיים והצמחים, ושכל תא חי נוצר מתאים אחרים שקדמו לו. בהמשך נחקרו עוד תכונות של התא והובהרו תהליכים בסיסיים, כגון חלוקות התא, מיטוזה ומיוזה. צעד חשוב נוסף היה ההכרה שחיידקים הם הגורמים למחלות, ופיתוח הבקטריולוגיה כענף העוסק בהם ובמיקרו-אורגניזמים נוספים.
המחשבה האבולוציונית וחקר התא הצטלבו לקראת סוף המאה ה-19, אז תפס העיסוק בתורשה מקום מרכזי. לאחר מספר ניסיונות כושלים להסביר את התורשה באופן שיתיישב עם תורת האבולוציה של דרווין, נתגלו מחדש בשנת 1900 ממצאיו של הנזיר האוסטרי גרגור מנדל, שערך כבר ב-1866 סדרת ניסויים חשובים על תורשה בצמחים. ניסוייו של מנדל והכללים שניסח הפכו לבסיסה של דיסציפלינה ביולוגית חדשה - הגנטיקה.

מדע החיים במאה העשרים

דיסציפלינת הגנטיקה שהגיחה בסוף המאה ה-19 התפתחה במהירות בארצות הברית בתחילת המאה ה-20, בסדרת ניסויים שביצעו תומאס האנט מורגן ותלמידיו. בשנות ה-30 נוצרה מתוך הגנטיקה של אוכלוסיות, חקר המוטציות וחקר הברירה הטבעית תורה חדשה של התפתחות אבולוציונית, המכונה הסינתזה האבולוציונית המודרנית. במקביל הונח הבסיס לביוכימיה במחקרים שגילו בין השאר את תפקידם של הוויטמינים ואת הדרכים שבהם פועלת המערכת המטבולית בבעלי חיים ובאדם. המחקר הביוכימי אפשר עיסוק בגנטיקה גם ברמה המולקולרית, והוביל לריכוז מאמצים רבים בזיהוי ביוכימי של היחידה הבסיסית של התורשה, הגן. מאמצים אלה נשאו פרי ב-1953, כאשר ווטסון וקריק גילו את מבנה הDNA, המולקולה הנושאת את הקוד הגנטי. התגלית הובילה לעיסוק נרחב במולקולה זו ובתהליכים הקשורים אליה, עיסוק שהגיע לשיאו בין השאר בפרויקט גנום האדם. יישומים אלו ואחרים הביאו לראשונה להתפתחותו של מדע יישומי מתוך הביולוגיה - ביוטכנולוגיה - ויצרו את האפשרות להנדסה גנטית.
בראשית המאה ה-20 התפתח 'חקר הטבע' מעיסוק המבוסס על תצפיות בלבד לדיסציפלינה מדעית המשתמשת גם בניסויים מבוקרים ובשיטות מדידה כמותיות, ומושתתת על בסיס תאורטי. במחצית הראשונה של המאה התפתחו מושגים כגון שרשרת מזון ומערכת אקולוגית, והונח הבסיס לאקולוגיה כדיסציפלינה עצמאית, העוסקת ביחסי הגומלין בין בעלי חיים לסביבתם. לקראת סוף המאה ה-20 נפערה תהום בין ביולוגיה של אורגניזמים - תחומים כגון אקולוגיה, ביולוגיה התפתחותית, חקר האבולוציה, פליאואנתרופולוגיה ודיסציפלינות אחרות העוסקות באורגניזם כולו או בקבוצות של אורגניזמים - לבין ביולוגיה מולקולרית - תחום כגון ביולוגיה תאית, ביוכימיה, ביופיזיקה ועוד. עם זאת, לקראת תחילת המאה ה-21 מתחילה הפרדה זו להתפורר, כאשר ביולוגים של אורגניזמים פונים יותר ויותר לשיטות מולקולריות ואילו ביולוגים מולקולריים מתמקדים יותר ויותר ביחסי הגומלין בין גנים לסביבה ובמגוון הגנטי של אוכלוסיות בעלי-חיים. עיסוק זה מתבטא בין השאר בחקר מנגנונים נוספים של תורשה מעבר לתורשה הגנטית, תחום המכונה אפיגנטיקה.