Biyolohiya

Etimolohiya

Isang makabagong katawagan ang salitang biyolohiya.  Ipinakilala ito ni Gottfried Reinhold Treviranus, isang propesor ng panggagamot at matematika sa liseo ng Bremen.  Ginamit ni Treviranus ang salita sa loob ng kanyang tratasong Biologie; oder die Philosphie der lebenden Natur noong 1802.  Inampon ni Jean-Baptiste Lamarck ang termino.  Sa ngayon, ginagamit na ito sa buong mundo.
Ang salitang haynayan ay galing sa mga salitang buhay at kasanayan. Ito ay salitang binuo ng mga purista noong panahon ng Lumang Tagalog na kalauna'y hindi na gaanong ginagamit sa kasalukuyang panahon sa panahon ng Wikang Filipino, ngunit may iba rin namang gumagamit nito.

Mga pundasyon ng modernong biyolohiya

Ang modernong biyolohiya ay pinagkakaisa ng limang mga prinsipyo: ang teoriya ng sihay, ebolusyon, henetika, homeostasis at enerhiya

Teoriya ng sihay

Ang teoriya ng sihay ay nagsasaad na ang sihay ang pundamental na unit ng buhay at ang lahat ng mga nabubuhay na organismo ay binubuo ng isa o higit pang mga sihay o mga produkto ng mga sihayng ito(e.g. mga shell). Ang lahat ng mga sihay ay lumilitaw mula sa ibang mga sihay sa pamamagitan ng paghahati ng sihay. Sa mga organismong multisihayr, ang bawat sihay sa katawan ng organismo ay nagmumula sa isang sihay sa isang pertilisadong itlog. Ang sihay ay ang basikong unit ng maraming mga patolohikal na proseso. Ang phenomenon ng pagdaloy ng enerhiya ay nangyayari sa mga sihay sa mga prosesong bahagi ng tungkuling tinatawag na metabolismo. Ang mga sihay ay naglalaman ng impormasyong namamana na DNA na ipinapasa mula sihay sa ibang sihay habang nangyayari ang paghahati ng sihay.

Ebolusyon

Ang isang sentral na konsepto sa biyolohiya ay ang buhay ay nagbabago at umuunlad sa pamamagitan ng ebolusyon at ang lahat ng mga anyo ng buhay ay may isang karaniwang pinagmulan. Itinuturing ng mga biologo ang pagiging pangkalahatan at pag-iral saanman ng kodigong henetiko bilang depinitibong ebidensiya na pumapabor sa teoriya ng pangkalahatang karaniwang pinagmulan ng ebolusyon para sa lahat ng mga bakterya, archaea at mga eukaryote Ang ebolusyon na sinusuportahan ng malaking ebidensiya ang paliwanag na tinatanggap sa agham sa malaking mga pagkakaiba ng mga anyo ng buhay sa mundo. Ang mga species at mga breed ay umuunlad sa pamamagitan ng mga proseso ng natural na seleksiyon at artipisyal na seleksiyon o selektibong pagpaparami ng organismo. Bukod dito, ang Genetic drift ay isa pang karagdagang mekanismo sa pag-unlad na ebolusyonaryo sa modernong sintesis ng ebolusyon. Ang kasaysayang ebolusyonaryo ng species na naglalarawan ng mga katangian ng mga iba't ibang species na pinagmulan nito kasama ng mga relasyong henealohikal nito sa bawat ibang mga species ay kilala bilang piloheniya. Ang mga iba't ibang pamamaraan sa biyolohiya ay lumilikha ng impormasyon tungkol sa piloheniya. Kabilang dito ang paghahambing ng mga sekwensiya ng DNA na isinasagawa sa loob ng biyolohiyang molekular o henomika at paghahambing ng mga fossil o iba pang mga rekord ng mga sinaunang organismo sa paleontolohiya. Isinasaayos at sinisiyasat ng mga biologo ang mga relasyong ebolusyonaryo ng mga species sa pamamagitan ng mga pamamaraang kinabibilangan ng  phylogenetics, phenetics, at cladistics.
Ang maraming mga pangyayaring speciation ay lumilikha ng isang puno may istrukturang sistema ng mga relasyon sa pagitan ng mga species. Ang papel ng systematics ay pag-aralan ang mga ugnayang ito at mga pagkakaiba at pagkakatulad sa pagitan ng mga species at mga pangkat ng species.
Ang klasipikasyon na taksonomiya at nomenklatura ng mga organismo ay pinanganagsiwaan ng International Code of Zoological Nomenclature, International Code of Botanical Nomenclature, at International Code of Nomenclature of Bacteria para sa mga respektibong mga hayop, mga halaman at bakterya. Ang klasipikasyon ng mga virus, mga viroid, mga prion at lahat ng iba pang mga sub-viral na ahente na nagpapakita ng mga katangiang biolohikal ay isinasagawa ng International Code of Virus classification and nomenclature. Gayunpmana, ang ilang mga sistema ng klasipikasyon ng virus ay umiiral din. Tradisyonal na ang mga nabubuhay na organismo ay hinahati sa limang mga kaharian: ang mga Monera; Protista; Fungi; Plantae; at  Animalia.
Gayunpaman, ang klasipikasyong ito ng limang kaharian ay wala na sa panahon. Ang modernong alternatibong mga sistema ng klasipikasyon ay nagsisimula sa sistemang tatlong dominyo: ang Archaea (orihinal Archaebacteria); Bacteria (orihinal na Eubacteria); Eukaryota (kabilang ang mga protist, fungi, halaman, at mga hayop) Ang mga sakop na ito ay sumasalamin kung ang mga sihay ay may nukleyo o wala gayundin sa mga pagkakaiba sa komposisyong kimikal ng mga panlabas ng sihay. Sa karagdagan, ang bawat kaharian ay nahahati pang paulit ulit hanggang ang bawat species ay hiwalay na nauuri. Ang pagkakasunod ay: dominyo(domain), kaharian(kingdom), phylum, klase, orden(order), pamilya(family), henus(genus) at species.
Ang pangalang siyentipiko ng isang organismo ay nalilikha mula sa henus at species nito. Halimbawa, ang mga tao ay itinatala bilang mga Homo sapiens. Ang Homo ang henus at ang sapiens ang species.
Ang nananaig na sistema ng klasipikasyon ay tinatawag na Linnaean taxonomy. Ito ay kinabibilangan ng mga ranggo at nomenklaturang binomial. Kung paanong pinapangalanan ang mga organismo ay pinangangasiwaan ng mga kasunduang internasyonal gaya ng International Code of Botanical Nomenclature (ICBN),  International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), at International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB). Ang isang nagsasanib na drapktong BioCode ay inilimbag noong 1997 bilang pagtatangka na gawing pamantayan ang nomenklatura sa mga tatlong saklaw na ito ngunit hindi pa pormal na kinukuha. Ang draptong BioCode ay nakatanggap ng kaunting pansin simula 1997. Ang orihinal na pinlanong pagpapatupad nito noong 1 Enero 2000 ay lumipas ng hindi napansin. Ang isang binagong BioCode na iminungkahi noong 2011 na sa halip ay magpapalit ng mga  umiiral na kodigo ay magbibigay ng isang nagkakaisang konteksto para dito. Tinanggihang isaalang-alang ng International Botanical Congress ang mungkahing BioCode noong 2011. Ang International Code of Virus Classification and Nomenclature (ICVCN) ay nananatiling nasa labas ng BioCode.

Henetika

Ang mga gene ang mga pangunahing unit ng pagmamana sa lahat ng mga organismo. Ito ay tumutugma sa isang rehiyon ng DNA na nag-iimpluwensiya ng anyo o tungkulin ng isang organismo sa mga spesipikong paraan. Ang lahat ng mga organismo mula bakterya hanggang sa mga hayop ay nagsasalo ng parehong makinarya na kumokopya at nagsasalin ng DNA sa mga protina. Ang mga sihay ay nagtatranskriba ng isang DNA gene tungo sa isang bersiyong RNA ng gene at pagkatapos ang isang ribosome ay nagsasalin ng RNA sa protina na isang sekwensiya ng mga asidong amino. Ang nagsasaling kodigo mula sa RNA codon tungo sa asidong amino ay pareho para sa karamihan ng mga organismo ngunit kaunting iba para sa iba. Halimbawa, ang isang sekwensiay ng DNA na nagkokodigo para sa insulin sa mga tao ay nagkokodigo ng insulin kapag ipinasok sa ibang mga organismo gaya ng mga halaman. Ang mga DNA ay karaniwang nangyayari bilang mga linyar na kromosoma sa mga eukaryote at ang mga sirkular na kromosoma sa mga prokaryote. Ang isang kromosoma ay isang organisadong istruktura na binubuo ng DNA at mga histone. Ang hanay ng mga kromosoma sa isang sihay o ibang mga lokasyon ay sama samang tinatawag na genome. Sa mga eukaryote, ang genomic DNA ay matatagpuan sa nukleyo ng sihay kasama ng maliliit na mga halaga sa mga mitochondria at mga chloroplast. Sa mga prokaryote, ang DNA ay matatagpuan sa loob ng isang hindi regular na hugis na katawan sa cytoplasm na tinatawag na nucleoid. Ang impormasyong henetiko sa isang genome ay nasa loob ng mga gene at ang kumpletong pagbuo ng impormasyong ito sa isang organismo ay tinatawag na genotype nito. Ang lahat ng nabubuhay na organismo ay nagpapakita ng bariasyon o pagkakaiba sa loob ng isang populasyon at sa pagitan ng mga populasyon. Ang bariasyong henetiko ay mahalaga dahil nagbibigay ito ng materyal na henetiko para sa natural na seleksiyon. Ang mga pagkakaibang henetiko sa loob ng populasyon ay sanhi ng mga sumusunod: ang mutasyon na mga pagbabago sa DNA, ang pagdaloy ng gene na anumang pagkilos ng mga gene mula sa isang populasyon sa isa pang populasyon at ang reproduksiyong seksuwal na makakalikha ng bagong kombinasyon ng gene mula sa mga magulang sa isang populasyon. Ang mga mutasyon ay nagbabago ng genotype ng isang organismo. Ito ay minsang nagsasanhi para ang mga iba't ibang mga phenotype ay lumitaw. Ang karamihan ng mga mutasyon ay may kaunting epekto sa phenotype, kalusugan o kaangkupang pagpaparami ng organismo. Ang mga mutaysong may epekto ay karaniwang nakakapinsala ngunit minsang mapapakinabangan. Ang mga pag-aaral sa langaw na  Drosophila melanogaster ay nagmumungkahing kung ang mutasyon ay nagbabago ng isang protinang nilikha ng isang gene, ang mga 70 porsiyento ng mga mutasyong ito ay mapanganib na ang mga natirira ay neutral o mapapakinabangan. Ang henetikang pangpopulasyon ay nag-aaral ng distribusyon ng mga pagkakaibang henetiko sa loob ng mga populasyon at kung paanong ang mga distribusyong ito ay nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang mga pagbabago sa prekwensiya ng allele sa isang populasyon ay pangunahing naiimpluwensiyahan ng natural na seleksiyon kung saan ang isang allele ay nagbibigay ng kapakinabangang pagpili o pagpaparami sa organismo gayundin ang ibang mga paktor gaya ng mutasyon, genetic drift, genetic draft, artipisyal na seleksiyon, at migrasyon. Sa paglipas ng maraming mga henerasyon, ang mga genome ng mga organismo ay malaking nagbabago na nagreresulta sa phenomenon ng ebolusyon. Ang pagpili ng mga mapapakinabangang mutasyon ay nagsasanhi sa isang species na mag-ebolb sa mga anyong mas mahusay na makakaangkop sa kanilang kapaligiran na isang prosesong tinatawag na pag-aangkop(adaptation). Ang mga bagong species ay nabubuo sa pamamagitan ng proseso ng speciation na kadalasang sanhi ng mga paghihiwalay sa heograpiya na nagpipigil sa mga populasyon na magpalit ng mga gene sa bawat isa.

Homeostasis

Ang Homeostasis ang kakayahan ng mga bukas na sistema na magregula ng panloob na kapaligiran nito upang panatilihin ang matatag na mga kondisyon sa pamamagitan ng mga maraming dinamikang ekwilibriyum na mga pagsasaayos na kinokontrol ng mga magkakaugnay na mga mekanismo ng regulasyon. Ang lahat ng mga organismo kahit pa unisihayr o multisihayr ay nagpapakita ng homeostasis. Upang panatilihin ang dinamikang ekwilibriyum at epektibong isagawa ang ilang mga tungkulin, ang isang sistema ay dapat makadetekta at tumugon sa mga pertubasyon. Pagkatapos ng deteksiyon ng isang perturbasyon, ang sistemang biolohikal ay normal na tumutugon sa pamamagitan ng negatibong feedback. Ito ay nangangahuluan ng pagpapatatag ng mga kondisyon sa pamamagitan ng pagbabawas o pagtataas ng aktibidad ng organo o sistema. Ang isang halimbawa nito ang paglalabas ng glucagon kapag ang mga lebel ng asukal ay labis na mababa.

Enerhiya

Ang pagpapatuloy na mabuhay ng organismong buhay ay nakasalalay sa patuloy na pagpasok o pagkuha nito ng enerhiya. Ang mga reaksiyong kimikal na responsable para sa istruktura nito at tungkulin ay isinasaayos upang kumukha ng enerhiya mula sa mga substansiya na nagsisilbi nitong pagkain at binabago ang mga ito upang makatulong na bumuo ng mga bagong sihay at tustusan ang mga ito. Sa prosesong ito, ang mga molekula ng mga substansiyang kimikal na bumubuo ng pagkain ay gumagampan ng dalawang mga papel: una ay naglalaman ito ng enerhiya na mababago para sa mga biyolohikal na reaksiyong kimikal, ikalawa, ang mga ito ay bumubuo ng mga bagong istrukturang molekular na binubuo ng mga biyomolekula. Ang mga organismong responsable para sa pagpapakilala ng enerhiya sa isang ekosistema ay kilala bilang mga prodyuser o mga autotroph. Ang halos lahat ng mga organismong ito ay orihinal na kumukuha ng enerhiya mula sa araw. Ang mga halaman at ibang mga phototroph ay gumagamit ng enerhiya mula sa araw sa pamamagitan ng prosesong kilala bilang photosynthesis upang ikomberte ang mga hilaw na materyal tungo sa mga organikong molekula gaya ng ATP na ang mga kawing ay masisira upang maglabas ng enerhiya. Gayunpaman, ang ilang mga ekosistema ay buong nakasalalay sa enerhiyang hinahango ng mga  chemotroph mula sa mga methane, mga sulfides o iba pang mga pinagkukunang enerhiyang luminal. Ang ilang mga nabibihag na enerhiya ay ginagamit upang lumikha ng biyomasa upang tustusan ang buhay at magbigay ng enerhiya para sa paglago at pag-unlad. Ang karamihan ng natitira ng enerhiyang ito ay nawawala bilang mga init at mga itinatapong molekula. Ang pinakamahalgang mga proseso sa pagkokomberte ng enerhiya na nabihag sa mga substansiyang kimikal tungo sa enerhiayng magagamit upang tustusan ang buhay ang metabolismo. at respirasyong pangsihay.