Biologi
Walaupun diperkenalkan dalam kamus ilmiah oleh Jean-Baptiste de Lamarck pada tahun 1809, evolusi baru dikukuhkan sebagai teori ilmiah lima puluh tahun kemudian oleh Charles Darwin dengan menjelaskan mekanisme pendorongnya: seleksi alam (Alfred Russel Wallace juga diakui sebagai salah satu penemu evolusi karena ia membantu penelitian, dan percobaan yang terkait dengan
konsep ini). Darwin menjelaskan bahwa spesies, dan ras berkembang melalui proses seleksi alam, dan seleksi buatan atau pengembangbiakan selektif. Hanyutan genetik dianggap sebagai mekanisme tambahan dalam sintesis modern teori evolusi. Evolusi kini digunakan untuk menjelaskan keanekaragaman kehidupan di Bumi.
Sejarah evolusioner spesies, dan hubungan genealogisnya dengan spesies lain disebut filogeni. Informasi tentang filogeni dihasilkan dari berbagai macam pendekatan, seperti perbandingan rangkaian ADN yang dilakukan dalam bidang biologi molekuler atau genomika, dan perbandingan fosil dalam bidang paleontologi. Untuk memperkirakan jangka waktu terjadinya evolusi, ilmuwan juga menggunakan berbagai metode, seperti penanggalan radiokarbon. Ahli biologi menganalisis hubungan evolusioner dengan metode filogenetika, fenetika, dan kladistika.
Gen adalah satuan pewarisan utama semua organisme. Gen merupakan bagian dari ADN yang memengaruhi bentuk atau fungsi organisme. Semua organisme, dari bakteri hingga hewan, memiliki mekanisme yang mentranslasi ADN menjadi protein. Sel mentranskripsi ADN menjadi asam ribonukleat (ARN), dan ribosom kemudian mentranslasi ARN menjadi protein, sebuah rangkaian asam amino. Kode translasi semua organisme pada dasarnya sama.
Misalnya, rangkaian ADN yang menyandikan insulin dalam tubuh manusia juga menyandikan insulin ketika dimasukkan ke organisme lain seperti tumbuhan.
ADN biasanya berbentuk kromosom linear dalam eukariota, dan kromosom lingkaran dalam prokariota. Kromosom adalah struktur yang terdiri dari ADN, dan histon. Rangkaian kromosom dalam sel, dan satuan pewarisan lain yang dapat ditemui dalam mitokondria, kloroplas, dan tempat lain secara kolektif disebut genom. Dalam eukariota, ADN genomik terletak di nukleus sel,
bersama dengan sejumlah mitokondria, dan kloroplas. Dalam prokariota, ADN ada di dalam sitoplasma yang disebut nukleoid. Informasi genetik dalam sebuah genom disimpan dalam gen, dan himpunan informasi tersebut dalam suatu organisme disebut genotip.
Homeostasis adalah kemampuan suatu sistem terbuka dalam meregulasi stabilitas lingkungan dengan melakukan penyesuaian keseimbangan dinamika yang diatur oleh mekanisme regulasi yang terkait. Semua organisme hidup, baik uniseluler maupun multiseluler, mengalami homeostasis.
Untuk menjaga keseimbangan dinamika, dan melakukan fungsi tertentu secara efektif, suatu sistem harus melacak, dan menanggapi gangguan. Setelah melacak gangguan, sistem biologis biasanya menanggapi melalui proses umpan balik negatif. Artinya, sistem tersebut menstabilkan keadaan dengan mengurangi atau meningkatkan aktivitas suatu organ atau sistem. Contohnya adalah pelepasan glukagon ketika kadar gula dalam tubuh terlalu rendah.
Keberlangsungan suatu organisme bergantung pada masukan energi secara terus menerus. Reaksi kimia yang membentuk struktur, dan fungsi tertentu dapat mengambil energi dari suatu substansi yang menjadi makanannya untuk membantu membentuk, dan mempertahankan sel baru. Dalam proses ini, molekul bahan kimia yang menjadi makanan memainkan dua peran; pertama, makanan tersebut mengandung energi yang dapat diubah untuk mendukung reaksi kimia biologis; kedua, makanan tersebut mengembangkan struktur molekuler baru.
Organisme yang berperan dalam menghantarkan energi ke suatu ekosistem disebut autotrof. Hampir semua organisme autotrof memperoleh energi dari matahari. Tumbuhan, dan fototrof lainnya menggunakan energi matahari melalui proses fotosintesis yang mengubah bahan baku menjadi molekul organik, seperti ATP, yang dapat dipecahkan ikatannya untuk menghasilkan energi. Namun, beberapa ekosistem
hanya bergantung pada kemotrof yang mendapatkan energi dari metana, sulfida, atau sumber energi non-matahari lainnya.
Beberapa energi yang diperoleh digunakan untuk menghasilkan biomassa yang dapat mempertahankan kehidupan, dan mendukung pertumbuhan, dan perkembangan. Kebanyakan sisa energi hanya menjadi panas, dan molekul buangan. Proses penting yang mengubah energi yang terperangkap dalam substansi kimia menjadi energi yang berguna untuk kehidupan disebut metabolisme, dan respirasi sel.
Biologi molekuler mempelajari biologi dalam tingkatan molekul. Bidang ini bersentuhan dengan bidang biologi lainnya, terutama genetika, dan biokimia. Biologi molekuler mencoba memahami interaksi antara berbagai sistem sel, termasuk hubungan antar ADN, ARN, dan sintesis protein. Selain itu, bidang ini juga membelajari bagaimana interaksi tersebut diatur.
Biologi sel adalah ilmu yang terkait dengan properti struktural, dan fisiologis sel, termasuk perilaku, interaksi, dan lingkungan. Hal ini dilakukan dalam tingkatan mikroskopik, dan molekuler untuk mempelajari organisme bersel satu seperti bakteri serta sel dalam organisme multiseluler seperti manusia. Pemahaman akan fungsi, dan struktur sel berperan penting dalam ilmu biologi. Kemiripan, dan pebedaan antara berbagai jenis sel juga sangat terkait dengan bidang biologi molekuler.
Anatomi mempelajari struktur makroskopik seperti organ, dan sistem organ, sementara genetika merupakan ilmu gen, pewarisan, dan variasi dalam organisme. Gen menyandikan informasi yang penting untuk mensintesiskan protein, yang kemudian membentuk fenotip organisme. Dalam penelitian modern, genetika juga menyelidiki fungsi gen tertentu, dan menganalisis interaksi genetik. Di dalam tubuh organisme, informasi genetik biasanya ada di dalam kromosom, di dalam struktur kimia molekul ADN tertentu.
Biologi perkembangan mempelajari proses pertumbuhan, dan perkembangan organisme. Bidang ini berasal dari embriologi, dan menyelidiki kuasa genetik atas pertumbuhan sel, diferensiasi sel, dan morfogenesis, yang merupakan proses yang menghasilkan jaringan, organ, dan anatomi. Organisme yang biasanya menjadi model dalam bidang ini meliputi cacing "Caenorhabditis elegans," lalat buah "Drosophila
melanogaster," ikan zebra "Danio rerio," tikus "Mus musculus", dan tumbuhan "Arabidopsis thaliana". Organisme-organisme tersebut dipelajari untuk memahami fenomena biologi tertentu, dengan harapan penemuan pada organisme tersebut dapat menambah pengetahuan tentang cara kerja organisme lain.
Fisiologi menyelidiki proses mekanik, fisik, dan biokimia organisme hidup dengan mencoba memahami bagaimana semua struktur bekerja secara keseluruhan. Gagasan "dari struktur ke fungsi" merupakan gagasan yang penting dalam bidang biologi. Penelitian fisiologis secara tradisional terbagi menjadi fisiologi tumbuhan, dan hewan, namun beberapa prinsip fisiologi berlaku untuk semua organisme. Misalnya,
fisiologi sel ragi mungkin juga berlaku untuk sel manusia. Bidang fisiologi hewan menggunakan alat, dan metode dalam fisiologi manusia untuk spesies non-manusia. Fisiologi tumbuhan meminjam teknik dari kedua bidang tersebut.
Fisiologi juga mempelajari bagaimana sistem saraf, kekebalan, endokrin, pernapasan, dan peredaran darah bekerja, dan berinteraksi. Penelitian sistem tersebut juga dilakukan oleh bidang yang berorientasi pada kedokteran seperti neurologi, dan imunologi.
Penelitian evolusioner terkait dengan asal usul dan nenek moyang spesies, dan juga perubahannya seiring berjalannya waktu. Bidang ini juga meliputi ilmuwan dari berbagai bidang yang terkait dengan taksonomi. Contohnya adalah ilmuwan yang berspesialisasi dalam organisme tertentu seperti mamalogi, ornitologi, botani dan herpetologi. Organisme-organisme tersebut digunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan evolusi yang umum.