Bioloģija

Bioloģija (grieķu: βίος, bios - ‘dzīvība’; λόγος, logos - ‘jēdziens, zinātne’) ir dabas zinātne par dzīvību visās tās izpausmēs un par dzīvās matērijas organizāciju molekulārā, šūnu, audu, orgānu, organismu un organismu kopu līmenī. Bioloģijas galvenais uzdevums ir noskaidrot dzīvības būtību un likumsakarības, kas saistītas ar to. Tā ir zinātne par visiem dzīvajiem organismiem, kur noskaidro to, kā tie aug, barojas un kustas, kā tie vairojas un kā attīstās ilgā laika periodā (evolūcija).
Ir vairākas bioloģijas apakšnozares atkarībā no tā, kas tiek konkrēti pētīts. Divas lielākās apakšnozares ir zooloģija, kurā tiek pētīti dzīvnieki, un botānika, kurā tiek pētīti augi. Ir arī citas nozīmīgas apakšnozares, piemēram, ģenētika, evolūcija, mikrobioloģija, paleontoloģija, sistemātika un citas. Bioloģija ir cieši saistīta ar fiziku, ķīmiju, medicīnu, lauksaimniecību, mežsaimniecību un citām zinātņu nozarēm, kuras apvienojot ir izveidojušas tādas zinātnes kā biofizika, bioķīmija, bioģeogrāfija, bioinženierija, biometrija, biostatika, bioenerģētika un pat biomatemātika.

Biologi

Cilvēki, kuri veic pētījumus bioloģijā, tiek saukti par biologiem. Starp slavenākajiem biologiem ir Klods Bernards (Claude Bernard), Žoržs Kivjē (Georges Cuvier), Čārlzs Darvins, Tomass Hekslijs, Žans Batists Lamarks, Kārlis Linnejs, Gregors Mendelis un Luijs Pastērs, bet bioloģijas aizsākumi ir meklējami Senajā Grieķijā. Tās pamatus lika Aristotelis, Hipokrats, kā arī romiešu filozofs Galēns. Kopš 1901. gada pasaules labākie biologi ir Nobela prēmijas fizioloģijā un medicīnā kandidāti, un nereti viņi arī to iegūst.

Vēsture

Neviens tieši nezin, kad cilvēki pirmo reizi sāka uzkrāt zināšanas par dabu. Zinātnieki un vēsturnieki uzskata, ka cilvēki vispirms pieradināja dažādus mājdzīvniekus un sākā audzēt kultūraugus, un tikai pēc tam sāka to izpēti. Ir atrastas liecības, ka asīriešiem un babiloniešiem bija zināšanas lauksaimniecībā un medicīnā jau ap 3500. gadu p.m.ē. Līdz 2500. gadam p.m.ē. šīs zināšanas jau bija izplatījušas tālāk uz lielajām civilizācijām kā uz Seno Ķīnu, Seno Ēģipti un Seno Indiju.
Lai gan bioloģija kā vienota un saskaņota zinātne radās tikai 19. gadsimtā, tās pirmsākumi ir meklējami antīkajā pasaulē. Aptuveni 500. gadus p.m.ē. grieķis Alkmaions ir veicis dzīvnieku sekcijas, un bija pirmais, kas aprakstīja acis un ausis. Savukārt Hipokrats domāja, ka dievišķais nekad nevar būt par iemeslu slimībām, jo to cēloņi ir jāmeklē organismā.
Bioloģijas pirmsākumu ziedu laiki bija sengrieķu filozofa Aristoteļa dzīves laikā (384-322 p.m.ē.). Viņš aprakstīja vairāk par 500 dzīvnieku sugām. Līdz ar to viņu var uzskatīt par zooloģijas "tēvu". Jau antīkajā pasaulē viens no centrālajiem jautājumiem dabas izzināšanā bija dzīvības rašanās, piemēram, Aristotelis uzskatīja, ka zivis veidojas no dūņām. Šī hipotēze bija vispārpieņemta līdz pat 17. gadsimtam. Aristoteļa skolnieks Teofrasts kļuva par botānikas pamatlicēju, jo viņš aizrāvās ar augu valsts novērojumiem, aprakstot ap 500 augu sugām.
1. gadsimtā grieķu ārsts Dioskorīds pievērsa uzmanību ārstniecības augu aprakstīšanai, tādēļ viņš tiek uzskatīts par farmakoloģijas pamatlicēju. Savukārt romiešu ārsts Galēns (ap 129-199) nodarbojās ar dažādu orgānu funkciju pētīšanu, piemēram ar urīnvadu sitēmas izpēti. Līdz 17. gadsimtam viņu darbi bija ārstu galvenās rokasgrāmatas.
Antīkajos darbos izteiktās domas tālāk attīstīja viduslaiku musulmaņu ārsti un zinātnieki kā Al-Džāhizs, Avicenna, Ibn Zuhrs, Ibn Al-Baitars un Ibn al-Nafiss.
17. gadsimtā angļu zinātnieks Roberts Huks ar jaunizgudroto mikroskopu atklāja, ka organismus veido šūnas.
1953. gadā angļu ģenētiķis Frānsiss Kriks un amerikāņu bioķīmiķis Džeimss Votsons atklāja dezoksiribonukleīnskābes (DNS) struktūru.
Ilgu laiku bioloģija uzskatīta vienīgi par aprakstošu zinātni, taču laika gaitā tika atklātas nozīmīgas teorētiskas likumsakarības, kas ļāva labāk izprast dzīvību. Līdz ar to izveidojās dažādas bioloģijas nozares un ciešāka kļuva bioloģijas saistība ar citām dabas zinātnēm (ar ķīmiju, fiziku).

Modernās bioloģijas pamati

Lielākā daļa no modernās bioloģijas ietver piecus vienojošus principus: šūnu teoriju, evolūciju, ģenētiku, homeostāzi un enerģiju.

Šūnu teorija

Šūnu teorija nosaka, ka šūna ir dzīvības pamatvienība, un ka visas dzīvas būtnes sastāv no vienas vai vairākām šūnām. Šūnas rodas šūnu dalīšanās procesā. Šūna tiek arī uzskatīta par pamatvienību daudzos patoloģiskos procesos. Šūnas nodrošina vielmaiņu, kā arī tās satur iedzimto informāciju (DNS), kas tiek nodota no šūnas šūnai dalīšanās procesa laikā.

Homeostāze

Homeostāze ir organismu spēja jebkurā līmenī saglabāt patstāvību un pastāvību. Tā ir organisma patstāvīgas eksistences pamatā, kas nodrošina funkcionālo sistēmu vienotību un pilnvērtīgu fizioloģisko procesu saglabāšanu. Piemēram, ja nebūtu homeostāzes, tad siltasiņu dzīvniekiem nebūtu nodrošināta nemainīga ķermeņa temperatūra. Šo jēdzienu bieži izmanto ģenētikā un ekoloģijā.

Enerģija

Lai dzīvi organismu izdzīvotu, ir nepieciešama nepārtraukta enerģijas uzņemšana. Gandrīz visa enerģija, kas nepieciešama dzīvības pastāvēšanai nāk no Saules. Augi enerģiju no Saules iegūst fotosintēzes rezultātā.

Bioloģiskie pētījumi

Tāpat kā citās dabas zinātnēs, arī bioloģijā tiek veikti novērojumi, uz kuriem balstās tās turpmākā attīstība. Jaunas teorijas bioloģijā tiek izstrādātas, veicot eksperimentus. Bioloģisko pētījumu galvenais mērķis ir noskaidrot dzīvības būtību un tās parādību likumsakarības.
Ja novērošanas procesā rodas neskaidrības, tad tiek veikti dziļāki pētījumi. Zinātniskie pētījumi bioloģijā jāveic brīvi, saskaņā ar Konvencijas par cilvēktiesību un cieņas aizsardzību bioloģijā un medicīnā noteikumiem un citiem juridiskiem nosacījumiem, kas nodrošina cilvēka aizsardzību. Piemēram, pēc dzīvo organismu ārējām pazīmēm var noteikt tās piederību konkrētai sugai.
Pētnieciskā darbība var būt atšķirīga, bet galvenokārt tā parasti tiek uzsākta ar informācijas iegūšanu. Pēc tam tiek izvirzīta hipotēze, uz kuru balstoties tiek plānota turpmākā darbība. Tad tiek veikts eksperiments, pēc kura veic rezultāta analīzi un izvērtēšanu.
Viens no grūtākajiem bioloģisko pētījumu uzdevumiem ir noskaidrot to, kāda ir bijusi biosfēra aizvēsturiskajā laikmetā. No tiem laikiem ir saglabājušās tikai dažu organismu fosilijas, kas sniedz tikai nelielu ieskatu aizvēsturisko organismu jomā. Tādēļ šo problēmu mēdz risināt bioinformātikā, kas ir zinātnes nozare, kur tiek izmantoti matemātiskās un informātiskās metodes. Galvenais bioinformātikas uzdevums ir dažādu genomu datu ieguve un šo datu analīze.

Bioloģijas paradigmas

Modernās bioloģijas attīstībā ir bijušas vairākas paradigmas. Piemēram, agrāk tika uzskatīts, ka sugas ir nemainīgas, bet mūsdienās ir pieņemts, ka tās tomēr evolucionē. Vēl tika uzskatīts, ka viss dzīvais radās spontāni ne no kā, bet mūsdienās ir zināms, ka "dzīvais rodas no dzīvā".

Dzīvo organismu klasifikācija

Par dzīvo organismu klasifikācijas pamatlicēju tiek uzskatīts Kārlis Linnejs, kurš 18. gadsimtā aizsāka organismu klasificēšanas procesu. Viņš ieviesa bināros sugu nosaukumus, kuri plaši tiek izmantoti joprojām. Šajos nosaukumos viens vārds raksturo organisma īpatnības, bet otrs norāda tā radniecību ar citiem organismiem. Zinātniskajā literatūrā visi organismu nosaukumi tiek rakstīti latīņu valodā. Tas ļauj saprasties zinātniekiem visā pasaulē, kā arī palīdz izslēgt pārpratumus, jo pat vienā valodā kādam organismam var būt vairāki nosaukumi, piemēram, latviešu valodā ērkšķogas mēdz saukt arī par kristdolēm vai stiķenēm.
Radniecīgās sugas tiek apvienotās vienotā ģintī, savukārt radniecīgas ģintis apvieno viena dzimtā. Dzīvnieku dzimtas apvieno kārtās, bet augu dzimtas apvieno rindās. Abu organismu veidu kārtas un rindas apvieno klasēs, tālāk apvieno tipos un visbeidzot vienotā valstī.
Organismu latīņu nosaukumi tiek rakstīti sākot ar ģints nosaukumu un tikai tad norāda sugas nosaukumu (latviešu valodā parasti ir otrādi). Ja nenorāda konkrētu sugu, tad raksta ģints nosaukumu un saīsinājumu "sp."

Iedalījums

Bioloģija pētī dzīvību kā kvalitatīvi specifisku matērijas kustības formu. Atbilstoši dzīvo organismu pamatgrupām bioloģiju iedala botānikā, zooloģijā, (ieskaitot antropoloģiju), mikoloģijā, mikrobioloģijā un virusoloģijā. Šīs zinātnes savukārt iedala daudzās nozarēs, kuru lielākā daļa kļuvušas par patstāvīgām bioloģijas nozarēm. Dzīvo organismu iedalījumu grupās izstrādā sistemātika, bet to veidu un struktūru pētī morfoloģija, citoloģija, histoloģija, anatomija. Organismos un populācijās notiekošos procesus pētī fizioloģija, bioķīmija, ģenētika, ekoloģija, biocenoloģija, etoloģija. Raksturīgas jaunas mūsdienu zinātnes ir molekulārā bioloģija, biofizika, bionika, kosmiskā bioloģija, biotehnoloģija.