Biyoloji

Tarihi

Biyolojinin tek bir bilimdalı olarak ortaya çıkması 19. yüzyılda olmuşsa da, biyolojik bilimlerinden, tıp gelenekleri ve doğa tarihiyle ilgili olanlarının izi Greklere kadar sürülebilir. Rönesans ve Keşif Çağı'nda, deneyciliğin tekrar revaşta olması, bilinen organizmaların sayısının da hızla artmasıyla, biyolojik düşünceyi geliştirdi. Vesalius, fizyolojideki dikkatli gözlemin artmasını başlattı, Carolus Linnaeus, Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon gibi insanlar hayatın çeşitliliğini anlamak, fosil kayıtlarında bulunmak ve organizma davranışlarını incelemek adına kavramsal çalışmalar başlattılar. Mekanik felsefenin güçlenmesiyle doğa teolojisinin önem kazanması da doğa tarihinin gelişmesi açısından bir etkide bulunmuş olabilir.
18. yüzyılda, biyolojinin çoğu dalı - botanik, zooloji ve jeoloji - profesyonelleşmeye başladı ve bu bilimsel anlamda bir dal olmaları yolundaki adımları hızlandırdı. Ancak yine de 1800'lerin sonuna kadar bu işlem tamamlanmadı. Antoine Lavoisier ve diğer fizikçiler, fiziksel ve kimyasal teorilerle hayvansal ve hayvansal olmayan âlemleri birleştirmeye başladı. 19. yüzyıla doğru gidildikçe, Alexander von Humboldt gibi kâşif-doğacılar, organizmaların aralarındaki ilişkileri ve bu ilişkilerin bulundukları ortama göre nasıl farklılık gösterdiklerini inceleyerek biyocoğrafya, ekoloji ve etoloji gibi bilimdallarını başlattı. Çoğu doğacılar, organizmaların değişmediği fikrini reddetmeye başlayıp soy tükenmesi ve türlerin değişebilmesi gibi fikirlere sıcak bakmaya başladı. Embriyoloji ve paleontoloji gibi yeni alanlarla bu tarz tutumlar birleşince Charles Darwin'in doğal seleksiyon yoluyla meydana gelen evrim teorisi ortaya çıktı. 19. yüzyılın sonu; hayatın kaynağı ve hastalıklara mikroorganizmaların neden olması konularında tartışmalar, sitoloji, bakterioloji ve fizyolojik kimya gibi alanlara şahitlik yaptı. Ancak yine de kalıtım konusu tamamıyla bir gizemdi.
20. yüzyılın başında, Gregor Mendel'in çalışmaları, Thomas Hunt Morgan ve öğrencileri tarafından genetiğin hızla gelişmesini sağladı. 1930'lara gelindiğinde nüfus genetiği ve doğal seleksiyonun birleşimi, modern evrim sentezinin ve evrim biyolojisinin ortaya çıkmasını sağladı. Özellikle de James D. Watson'la Francis Crick'in DNA'yı 1953'te keşfetmesinin ardından birçok dal gelişti. Genetik kodun kırılmasının ve merkezi dogmanın (central dogma) kurulmasının ardından, biyoloji; ekoloji, etoloji, sistematik paleontoloji, evrimsel biyoloji, gelişim biyolojisi ve diğer organizmalarla ilgili dalları kapsayan organizma biyolojisi ile hücre biyolojisi, biyofizik, biyokimya, nörobiyoloji, immünoloji ve birçok benzer dalı kapsayan moleküler biyoloji olarak ikiye ayrıldı. 21. yüzyılın başına gelindiğinde bu kadar ayrı parçanın oluşturduğu karışıklık ve anlaşmazlık geçmeye başladı. Organizmal biyologlar moleküler teknik ve fikirlere, moleküler biyologlar da genler ve doğal çevre arasındaki fikirlerle genetik kalıtımla ilgili fikirlere önem vermeye başladı.

Biyolojinin İlkeleri

Biyoloji, bilgiye ulaşmak için bilimsel metodu kullanır. Bilimsel teoriler, bilimsel gözlemlere dayanır ve bu teoriler, yeni araştırmalarla bazen geliştirilirler. Bilimsel teoriler aynı zamanda, daha gözlenmemiş bir fenomenin tahmin edilebilmesi için de kullanılabilirler. Biyolojik sistemler, bazen sistematik olarak modellenirler; ancak yine de - diğer bilim dallarında da olduğu gibi - teoriler sadece matematik kullanarak açıklanmazlar.
Biyolojik bilimler, birkaç temel ilkenin altında toplanılabilirler: evrensellik, evrim, çeşitlilik, devamlılık, genetik, homeostasis, ve etkileşimler.

Evrensellik

Organizmalar; görüntüde, doğal ortamında ve davranışlarında fazlaca farklılık göstermelerine rağmen, aslında tüm canlılar bazı evrensel temelleri paylaşırlar. Bütün canlı yaşamının karbon bazlı bir biyokimyası vardır: Karbon, tüm canlıları oluşturan temel yapı taşıdır. Aynı şekilde, su da, temel çözendir. Dünya'daki tüm organizmalar, genetik bilgiyi depolamak için DNA ve RNA-bazlı mekanizmalar kullanırlar. Bir diğer evrensel ilke ise, virüslerin dışındaki tüm canlıların hücrelerden oluştuğudur. Aynı şekilde, tüm organizmalar, benzer büyüme süreçleri geçirirler.
Tüm bu sayılanlar, Dünya'daki tüm organizmalar için geçerli olsa da, teoride alternatif bir yaşam türü de varolabileceğinden, bilim insanları, alternatif bir biyokimyayı araştırmaktadırlar.

Devamlılık

19. yüzyıla kadar, yaşamsal formların bazı şartlarda aniden ortaya çıkabileceği düşünülüyordu. William Harvey, bu yanlış kavramı, "tüm yaşam bir yumurtadan gelir" (Latince'de Omne vivum ex ovo) sözüyle düzeltmiş ve modern biyolojinin temellerini atmıştır. Kısaca anlatmak gerekirse, bu söz, hayatın bir kaynaktan kırılmayan bir devamlılıkla geldiğini söyler.
Aynı ataya sahip birkaç organizma benzer özellikler gösterirler. Dünya'daki tüm organizmalar, ortak bir atadan ya da ortak bir gen havuzundan gelirler. Tüm dünyanın en son ortak atasının 3.5 milyar yıl önce ortaya çıktığı düşünülmektedir. Biyologlar, genetik kodun evrenselliğini; Bacteria, archaea ve eukaryotun hepsinin aynı atadan geldiğinin önemli bir kanıtı olarak düşünmektedirler.

Homeostazi (Homeostasis)

Homeostazi (denge), açık bir sistemin, bağlantılı kontrol mekanizmaları tarafından kontrol edilen dinamik eşitlikler aracılığıyla, kendi iç ortamının sabit bir hal sağlayabilmesidir. Tek hücreli ya da çok hücreli tüm organizmalar, homeostasis gösterir: Hücresel düzeyde pH değerinin ayarlanması, organizma düzeyinde vücut sıcaklığının sabit tutulması ve ekosistem düzeyinde bitkilerin karbondioksit fazlalığında daha hızlı büyümesi buna örnek olarak gösterilebilir. Doku ve organlar da homeostasis sergilerler.

Etkileşimler

Her şey diğer organizmalar ve çevreyle etkileşim içerisindedir. Biyolojik sistemleri incelemenin bir zor kısmı da, incelenen organizmanın diğer faktörlerle çok sayıda etkileşim içerisinde olmasıdır. Mikroskobik bir bakterinin lokal şeker eğimine tepkide bulunması, aslında, bir aslanın Afrika savanasında yemek aramasından farklı değildir. Herhangi bir tür için, davranışlar; agresif, yardımcı, parazitsel ya da simbiyotik olabilir. İşler, herhangi bir ekosistemde, birden fazla tür etkileşime girdiğinde karışır. Bu türdeki çalışmalar, ekolojinin çalışma alanındadır.

Çalışma alanları

Biyoloji o kadar büyük bir araştırma sahası haline gelmiştir ki, genellikle bir dal olarak değil de, birbirine geçmiş birçok alt dal olarak görülür. Bu madde, dört ana grubu incelemektedir. İlk grup; hücre, gen, vb. temel yapı taşlarını inceleyen dallardan oluşmaktadır. İkincisi; doku, organ ve vücut düzeyindeki yapıları inceleyen dallardan oluşmaktadır. Üçüncüsü, organizmalar ve onların geçmişlerini incelerken, sonuncusu da onların etkileşimlerini inceler. Bu sınırların, gruplaşmaların ve açıklamaların sadece biyolojik araştırmanın basitleştirilmiş bir betimlemesi olduğu unutulmamalıdır. Gerçekte, bu dallar arasındaki sınırlar belirli değildir ve birçok dal, birbirinin yöntemlerini kullanırlar. Mesela, evrimsel biyoloji, DNA zincirlerini belirlemede moleküler biyolojiden fazlaca etkilenir. Başka bir örnek vermek gerekirse, fizyoloji, organ sistemlerinin görevlerini açıklarken hücre biyolojisinden oldukça yararlanır. Bunun dışında, etoloji ve karşılaştırmalı psikoloji, hayvan davranışlarının incelenmesi ve düşünsel özelliklerini incelemesiyle biyolojinin sınırlarını genişletirler. Nitekim, evrimsel psikoloji, psikolojinin de bir biyoloji dalını savunmaktadır.

Hayatın yapısı

Moleküler biyoloji, biyolojinin moleküler düzeyde yapılanıdır. Genetik ve biyokimya başta gelmek üzere, bu dal, birçok dalla iç içe geçmiştir. Moleküler biyolojinin ilgi alanı hücrenin değişik sistemleri - DNA, RNA ve protein sentezini de kapsayarak - ve bu etkileşimlerin nasıl kontrol edildiğidir.
Hücre biyolojisi ise hücrenin fizyolojik, davranışsal - etkileşimleri ve hareketleri de dahil - özelliklerini inceler. Bu işlem, hem mikroskobik hem de moleküler düzeyde yapılır. Hücre biyolojisi, hem Bacteria gibi tek hücreli hem de insan gibi çok hücreli organizmaları inceler.
Hücre oluşumu ve görevinin anlaşılması, tüm biyolojik bilimler için hayati değer taşır. Hücre türleri arasındaki benzerlik ve farklılıkların ortaya çıkarılması ise özellikle hücresel ve moleküler biyolojinin konusudur. Bu farklar ve benzerlikler, birleştirici bir fikir oluşturmada kullanılırlar.
Genetik, genlerin, kalıtımın ve organizmaların değişkenliğinin bilimidir. Modern araştırmalarda, belirli bir genin ne işe yaradığı konusunda önemli bilgiler verir. Genetik bilgi, genellikle, DNA moleküllerinin kimyasal yapılarının ifade edildiğikromozomlarda taşınır. Genler, protein sentezi için gerekli bilgiyi kodlarlar. Dolayısıyla da bir bireyin fenotipinin belirlenmesinde büyük görev alırlar.
Gelişim biyolojisi, organizmaların büyüyüp gelişmesini inceler. Embriyolojiden ortaya çıkan bu dal, hücre büyümesinin genetik kontrolünü, hücresel farklılaşmayı ve değişimi inceler. Gelişim biyolojisinde kullanılan model organizmalardan bazıları Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Brachydanio rerio, Mus musculus ve Arabidopsis thaliana'dır.

Organizmaların fizyolojisi

Fizyoloji, tüm yapıların birlikte nasıl çalıştığını anlamaya çalışarak, organizmaların mekanik, fiziksel ve biyokimyasal süreçlerini inceler. "Yapıdan göreve" anlayışı, biyoloji için çok önemlidir. Fizyolojik çalışmalar genellikle, bitki fizyolojisi ve hayvan fizyolojisi olarak ikiye ayrılırlar; ancak fizyolojinin ilkeleri evrenseldir ve her tür organizma üzerinde incelenilebilir. Mesela, maya hücresi hakkında öğrenilen bir özellik, insan hücresi üzerinde de incelenilebilir. Hayvan fizyolojisi, insan fizyolojisinin method ve araçlarını insan olmayan türlere taşır. Bitki fizyolojisi bile, bu türlerden bazı fikirleri ödünç alır..
Anatomi, fizyolojinin önemli bir dalıdır ve sinir, bağışıklık, hormon, dolaşım ve solunum gibi organ sistemlerini inceler. Bu daldan öğrenilenler, tıbbın nöroloji ve immünoloji gibi dallarına büyük yarar sağlar.

Organizmaların çeşitliliği ve evrimi

Evrimsel biyoloji, organizmaların zamanla değişmeleri de dahil, onların kökleriyle ilgilenir ve birçok taksonomiyle ilintili bilim insanını bünyesinde bulundurur. Mesela, genellikle belirli bir organizma hakkında eğitim almış - mammaloji, ornitoloji ya da herpetoloji gibi - birçok bilim insanını içine alıp, evrim hakkındaki daha genel sorulara cevap arar. Evrimsel biyoloji, fosil kalıntılarını inceleyerek evrimin hızı ve türünü inceleyen paleontoloji üzerine kurulmuştur. 1990larda, daha önceden modern sentezden dışlanmış olan gelişim biyolojisi, evrim biyolojisinin sahasına, evrimsel-gelişimsel biyolojinin çalışmalarıyla tekrar girdi. Evrimsel biyolojiyle alakalı dalların bazıları; filojenetik, sistematik ve taksonomidir.
Taksonomik açıdan ilintili iki büyük geleneksel bölüm, botanik ve zoolojidir. Botanik, bitkilerin bilimidir. Bu bilimdalı, bitkilerin gelişim, üreme, metabolizma, gelişim, hastalık ve evrimlerini inceleyen birçok daldan oluşmaktadır. Zooloji ise Hayvanlarla ilgilidir. Bu bilim dalı, anatomi ve embriyolojinin dalları olan fizyolojiyi de kapsar. Hayvanların ve bitkilerin genel genetik ve gelişimsel mekanizmaları; moleküler biyoloji, moleküler genetik ve gelişim biyolojisi altında yapılır. Hayvanların ekolojisi ise davranışsal ekoloji ve diğer dallarla incelenilir.

Hayatın sınıflandırılması

Çoğunlukla kullanılan sınıflandırma sisteminin adı, rütbe ve iki isim içeren "Linnaean taksonomi"dir. Organizmaların isimlendirilmesi ise "International Code of Botanical Nomenclature (ICBN)", "International Code of Zoological Nomenclature (ICZN)", "International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB)" gibi uluslararası anlaşmalarla yapılır. Bu üç alandaki isimlendirmeyi standart haline getirmeye çalışan Draft BioCode 1997'de yayımlansa da resmi olarak kabul görmeyi beklemektedir. "International Code of Virus Classification and Nomenclature (ICVCN)" ise BioCode'un dışında kalmaktadır.

Organizmaların etkileşimleri

Ekoloji, yaşayan organizmaların dağılım ve sıklığıyla birlikte organizmaların aralarındaki ve çevreleriyle ilişkilerini de inceler. Bir organizmanın çevresi, hem onun doğal ortamını hem de iklim ve jeoloji gibi abiotik faktörlerin toplamını kapsar. Ekolojik sistemler, birçok düzeyde incelenirler: birey, nüfus, topluluk, ekosistem  ve biyosfer. Tahmin edilebileceği gibi ekolojinin de birçok alt bilimdalı vardır.
Etoloji, hayvan davranışını (özellikle de primatlar ve Canidae familyaları gibi sosyal hayvanları) incelemekle beraber, bazen zoolojinin bir alt bilimdalı olarak görülür. Etyologlar, özellikle, davranışın evrimi ve doğal seleksiyon gözüyle davranışı anlamakla ilgilidirler. Bir anlamda, Charles Darwin ilk etyologtur ki kitabı The expression of the emotions in animals and men'le (Hayvan ve insanlarda duyguların gösterilmesi) birçok etyologu etkilemiştir. Biyocoğrafya, plaka tektoniği, iklim değişimleri, göç ve yer değiştirme gibi konulara özel bir yer vererek organizmaların Dünya'ya yayılışını inceler.