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Biologia

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A biologia lida com o estudo da vida e dos organismos .

Biologia é a ciência natural que estuda a vida e os organismos vivos , incluindo sua estrutura física , processos químicos , interações moleculares , mecanismos fisiológicos , desenvolvimento e evolução . [1] Apesar da complexidade da ciência, certos conceitos unificadores consolidá-la em um único campo, coerente. A biologia reconhece a célula como a unidade básica da vida, os genes como a unidade básica da hereditariedade e a evolução como o motor que impulsiona ocriação e extinção de espécies . Os organismos vivos são sistemas abertos que sobrevivem transformando energia e diminuindo sua entropia local [2] para manter uma condição estável e vital definida como homeostase . [3]

As subdisciplinas da biologia são definidas pelos métodos de pesquisa empregados e pelo tipo de sistema estudado: a biologia teórica usa métodos matemáticos para formular modelos quantitativos enquanto a biologia experimental realiza experimentos empíricos para testar a validade das teorias propostas e compreender os mecanismos subjacentes à vida e como ela apareceu e evoluiu de matéria não viva cerca de 4 bilhões de anos atrás por meio de um aumento gradual na complexidade do sistema. [4] [5] [6]

Etimologia

"Biologia" deriva das palavras do grego antigo βίος; bíos romanizados que significam "vida" e -λογία; romanized logía (-logy) que significa "ramo de estudo" ou "falar". [7] [8] Esses combinados formam a palavra grega βιολογία; biología romanizada que significa biologia. Apesar disso, o termo βιολογία como um todo não existia no grego antigo. O primeiro a tomá-lo emprestado foi o inglês e o francês ( biologie ). Historicamente, havia outro termo para "biologia" em inglês, lifelore ; raramente é usado hoje.

A forma em língua latina do termo apareceu pela primeira vez em 1736, quando o cientista sueco Carl Linnaeus (Carl von Linné) usou biologi em sua Bibliotheca Botanica . Foi usado novamente em 1766 em uma obra intitulada Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis , de Michael Christoph Hanov , um discípulo de Christian Wolff . O primeiro uso alemão, Biologie , foi em uma tradução de 1771 da obra de Linnaeus. Em 1797, Theodor Georg August Roose usou o termo no prefácio de um livro, Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft . Karl Friedrich Burdachusou o termo em 1800 em um sentido mais restrito do estudo dos seres humanos de uma perspectiva morfológica, fisiológica e psicológica ( Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst ). O termo entrou em seu uso moderno com o tratado de seis volumes Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (1802–22) por Gottfried Reinhold Treviranus , que anunciou: [9]

Os objetos de nossa pesquisa serão as diferentes formas e manifestações da vida, as condições e leis sob as quais esses fenômenos ocorrem e as causas pelas quais eles foram afetados. A ciência que se preocupa com esses objetos vamos indicar pelo nome de biologia [Biologie] ou a doutrina da vida [Lebenslehre].

História

Um diagrama de uma mosca da inovadora Micrographia de Robert Hooke , 1665
A Árvore da Vida de Ernst Haeckel (1879)

Embora a biologia moderna seja um desenvolvimento relativamente recente, as ciências relacionadas e incluídas nela foram estudadas desde os tempos antigos. A filosofia natural foi estudada já nas antigas civilizações da Mesopotâmia , Egito , subcontinente indiano e China . No entanto, as origens da biologia moderna e sua abordagem ao estudo da natureza remontam com mais frequência à Grécia antiga . [10] [11] Enquanto o estudo formal da medicina remonta ao Egito faraônico , foi Aristóteles(384-322 aC), que contribuiu mais amplamente para o desenvolvimento da biologia. Especialmente importantes são sua História dos Animais e outros trabalhos onde ele mostrou inclinações naturalistas e, posteriormente, trabalhos mais empíricos que enfocaram a causalidade biológica e a diversidade da vida. O sucessor de Aristóteles no Liceu , Teofrasto , escreveu uma série de livros sobre botânica que sobreviveram como a mais importante contribuição da antiguidade para as ciências das plantas, mesmo na Idade Média . [12]

Estudiosos do mundo islâmico medieval que escreveram sobre biologia incluíram al-Jahiz (781-869), Al-Dīnawarī (828-896), que escreveu sobre botânica, [13] e Rhazes (865-925) que escreveu sobre anatomia e fisiologia . A medicina foi especialmente bem estudada por estudiosos islâmicos que trabalhavam nas tradições do filósofo grego, enquanto a história natural se baseava fortemente no pensamento aristotélico, especialmente na manutenção de uma hierarquia fixa de vida.

A biologia começou a se desenvolver e crescer rapidamente com o aprimoramento dramático do microscópio de Anton van Leeuwenhoek . Foi então que os estudiosos descobriram espermatozóides , bactérias , infusórios e a diversidade da vida microscópica. As investigações de Jan Swammerdam levaram a um novo interesse em entomologia e ajudaram a desenvolver as técnicas básicas de dissecção microscópica e coloração . [14]

Os avanços na microscopia também tiveram um impacto profundo no pensamento biológico. No início do século 19, vários biólogos apontaram para a importância central da célula . Então, em 1838, Schleiden e Schwann começaram a promover as idéias agora universais de que (1) a unidade básica dos organismos é a célula e (2) que as células individuais têm todas as características da vida , embora se opusessem à idéia de que (3) todos as células vêm da divisão de outras células. Graças ao trabalho de Robert Remak e Rudolf Virchow , no entanto, na década de 1860, a maioria dos biólogos aceitou todos os três princípios do que veio a ser conhecido como teoria celular . [15][16]

Enquanto isso, a taxonomia e a classificação se tornaram o foco dos historiadores naturais. Carl Linnaeus publicou uma taxonomia básica para o mundo natural em 1735 (variações da qual estão em uso desde então), e na década de 1750 introduziu nomes científicos para todas as suas espécies. [17] Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon , tratou as espécies como categorias artificiais e as formas vivas como maleáveis ​​- até sugerindo a possibilidade de descendência comum . Embora ele se opusesse à evolução, Buffon é uma figura chave na história do pensamento evolucionário ; seu trabalho influenciou as teorias evolucionárias de Lamarck e Darwin . [18]

O pensamento evolucionário sério originou-se com as obras de Jean-Baptiste Lamarck , que foi o primeiro a apresentar uma teoria coerente da evolução. [19] Ele postulou que a evolução era o resultado do estresse ambiental nas propriedades dos animais, o que significa que quanto mais frequente e rigorosamente um órgão era usado, mais complexo e eficiente ele se tornava, adaptando assim o animal ao seu ambiente. Lamarck acreditava que essas características adquiridas poderiam então ser transmitidas à prole do animal, que as desenvolveria e aperfeiçoaria. [20] No entanto, foi o naturalista britânico Charles Darwin , combinando a abordagem biogeográfica de Humboldt , a geologia uniformitarista de Lyell ,Os escritos de Malthus sobre o crescimento populacional e sua própria experiência morfológica e extensas observações naturais, que forjou uma teoria evolucionária mais bem-sucedida com base na seleção natural ; raciocínio e evidências semelhantes levaram Alfred Russel Wallace a chegar independentemente às mesmas conclusões. [21] [22] Embora tenha sido objeto de controvérsia (que continua até hoje), a teoria de Darwin rapidamente se espalhou pela comunidade científica e logo se tornou um axioma central da ciência da biologia em rápido desenvolvimento.

A descoberta da representação física da hereditariedade veio junto com os princípios evolutivos e a genética populacional . Na década de 1940 e no início da década de 1950, experimentos apontaram o DNA como o componente dos cromossomos que continha as unidades portadoras de características que se tornaram conhecidas como genes . O foco em novos tipos de organismos modelo, como vírus e bactérias , junto com a descoberta da estrutura em dupla hélice do DNA em 1953, marcou a transição para a era da genética molecular . Dos anos 1950 até os tempos atuais, a biologia foi amplamente estendida no domínio molecular . O código genético foi quebrado porHar Gobind Khorana , Robert W. Holley e Marshall Warren Nirenberg depois que o DNA foi entendido como contendo códons . Finalmente, o Projeto Genoma Humano foi lançado em 1990 com o objetivo de mapear o genoma humano geral . Este projeto foi essencialmente concluído em 2003, [23] com análises adicionais ainda sendo publicadas. O Projeto Genoma Humano foi o primeiro passo em um esforço globalizado para incorporar o conhecimento acumulado de biologia em uma definição funcional e molecular do corpo humano e dos corpos de outros organismos.

Fundamentos da biologia moderna

Teoria celular

Células HeLa com núcleos (especificamente o DNA) coradas de azul. As células centrais e mais à direita estão em interfase , de modo que todos os núcleos são marcados. A célula da esquerda está passando por mitose e seu DNA se condensou.

A teoria celular afirma que a célula é a unidade fundamental da vida , que todos os seres vivos são compostos de uma ou mais células e que todas as células surgem de células pré-existentes por meio da divisão celular . Em organismos multicelulares , cada célula do corpo do organismo deriva, em última análise, de uma única célula de um óvulo fertilizado . A célula também é considerada a unidade básica em muitos processos patológicos. [24] Além disso, o fenômeno do fluxo de energia ocorre nas células em processos que fazem parte da função conhecida como metabolismo . Finalmente, as células contêm informações hereditárias ( DNA), que é passado de uma célula para outra durante a divisão celular. A pesquisa sobre a origem da vida, a abiogênese , equivale a uma tentativa de descobrir a origem das primeiras células.

Evolução

Seleção natural de uma população para coloração escura.

Um conceito central de organização em biologia é que a vida muda e se desenvolve através da evolução, e que todas as formas de vida conhecidas têm uma origem comum . A teoria da evolução postula que todos os organismos na Terra , tanto vivos quanto extintos, descendem de um ancestral comum ou de um pool genético ancestral . Acredita-se que esse ancestral comum universal de todos os organismos tenha surgido há cerca de 3,5 bilhões de anos . [25] Os biólogos consideram a ubiqüidade do código genético como evidência definitiva a favor da teoria da descendência comum universal para todas as bactérias , arquéias eeucariotos (ver: origem da vida ). [26]

O termo "evolução" foi introduzido no léxico científico por Jean-Baptiste de Lamarck em 1809, [27] e cinquenta anos depois, Charles Darwin postulou um modelo científico de seleção natural como a força motriz da evolução. [28] [29] [30] ( Alfred Russel Wallace é reconhecido como o co-descobridor deste conceito, pois ajudou a pesquisar e experimentar o conceito de evolução.) [31] A evolução agora é usada para explicar as grandes variações da vida encontrado na Terra.

Darwin teorizou que as espécies florescem ou morrem quando submetidas aos processos de seleção natural ou reprodução seletiva . [32] A deriva genética foi adotada como um mecanismo adicional de desenvolvimento evolutivo na síntese moderna da teoria. [33]

A história evolutiva da espécie - que descreve as características das várias espécies das quais descendeu - junto com sua relação genealógica com todas as outras espécies é conhecida como sua filogenia . Abordagens amplamente variadas à biologia geram informações sobre a filogenia. Isso inclui as comparações de sequências de DNA , um produto da biologia molecular (mais particularmente da genômica ), e comparações de fósseis ou outros registros de organismos antigos, um produto da paleontologia . [34] Os biólogos organizam e analisam as relações evolutivas por meio de vários métodos, incluindo filogenética ,fenética e cladística . (Para um resumo dos principais eventos na evolução da vida como atualmente entendida pelos biólogos, consulte a linha do tempo evolucionária .)

A evolução é relevante para a compreensão da história natural das formas de vida e para a compreensão da organização das formas de vida atuais. Mas essas organizações só podem ser entendidas à luz de como surgiram por meio do processo de evolução. Consequentemente, a evolução é central para todos os campos da biologia. [35]

Genética

Um quadrado de Punnett representando um cruzamento entre duas plantas de ervilha heterozigotas para flores roxas (B) e brancas (b)

Os genes são as unidades primárias de herança em todos os organismos. Um gene é uma unidade de hereditariedade e corresponde a uma região do DNA que influencia a forma ou função de um organismo de maneiras específicas. Todos os organismos, de bactérias a animais, compartilham a mesma maquinaria básica que copia e traduz o DNA em proteínas . As células transcrevem um gene de DNA em uma versão de RNA do gene, e um ribossomo então traduz o RNA em uma sequência de aminoácidos conhecida como proteína. O código de tradução do códon do RNA para o aminoácido é o mesmo para a maioria dos organismos. Por exemplo, uma sequência de DNA que codifica paraa insulina em humanos também codifica a insulina quando inserida em outros organismos, como plantas. [36]

O DNA é encontrado como cromossomos lineares em eucariotos e cromossomos circulares em procariotos . Um cromossomo é uma estrutura organizada que consiste em DNA e histonas . O conjunto de cromossomos em uma célula e qualquer outra informação hereditária encontrada nas mitocôndrias , cloroplastos ou outros locais é conhecido coletivamente como genoma celular . Nos eucariotos, o DNA genômico está localizado no núcleo da célula ou com pequenas quantidades nas mitocôndrias e cloroplastos . Em procariotos, o DNA é mantido dentro de um corpo de forma irregular no citoplasma denominadonucleóide . [37] A informação genética em um genoma é mantida dentro dos genes, e a montagem completa dessa informação em um organismo é chamada de genótipo . [38]

Homeostase

O hipotálamo secreta CRH , que direciona a glândula pituitária a secretar ACTH . Por sua vez, o ACTH direciona o córtex adrenal para secretar glicocorticóides , como o cortisol . Os GCs então reduzem a taxa de secreção pelo hipotálamo e pela glândula pituitária, uma vez que uma quantidade suficiente de GCs tenha sido liberada. [39]

A homeostase é a habilidade de um sistema aberto de regular seu ambiente interno para manter condições estáveis ​​por meio de múltiplos ajustes de equilíbrio dinâmico que são controlados por mecanismos de regulação inter-relacionados. Todos os organismos vivos , sejam unicelulares ou multicelulares , apresentam homeostase. [40]

Para manter o equilíbrio dinâmico e realizar com eficácia certas funções, um sistema deve detectar e responder às perturbações. Após a detecção de uma perturbação, um sistema biológico normalmente responde por meio de feedback negativo que estabiliza as condições, reduzindo ou aumentando a atividade de um órgão ou sistema. Um exemplo é a liberação de glucagon quando os níveis de açúcar estão muito baixos.

Visão geral básica da energia e da vida humana .

Energia

A sobrevivência de um organismo vivo depende da entrada contínua de energia . As reações químicas responsáveis ​​por sua estrutura e função são ajustadas para extrair energia de substâncias que atuam como seu alimento e transformá-las para ajudar a formar novas células e sustentá-las. Nesse processo, as moléculas de substâncias químicas que constituem os alimentos desempenham dois papéis; primeiro, eles contêm energia que pode ser transformada e reutilizada nas reações biológicas e químicas do organismo ; segundo, os alimentos podem ser transformados em novas estruturas moleculares (biomoléculas) que são úteis para aquele organismo.

Os organismos responsáveis ​​pela introdução de energia em um ecossistema são conhecidos como produtores ou autótrofos . Quase todos esses organismos originalmente extraem sua energia do sol. [41] Plantas e outros fototróficos usam energia solar por meio de um processo conhecido como fotossíntese para converter matérias-primas em moléculas orgânicas, como ATP , cujas ligações podem ser quebradas para liberar energia. [42] Alguns ecossistemas , no entanto, dependem inteiramente da energia extraída por quimiotróficos do metano , sulfetos ou outras fontes de energia não luminais . [43]

Parte da energia assim capturada produz biomassa e energia que está disponível para o crescimento e desenvolvimento de outras formas de vida . A maior parte do restante dessa biomassa e energia são perdidos como moléculas de resíduos e calor. Os processos mais importantes para converter a energia aprisionada nas substâncias químicas em energia útil para sustentar a vida são o metabolismo [44] e a respiração celular . [45]

Estudo e pesquisa

Estrutural

Esquema de célula animal típica representando as várias organelas e estruturas.

Biologia molecular é o estudo da biologia em nível molecular. [46] Este campo se sobrepõe a outras áreas da biologia, particularmente as da genética e bioquímica . Biologia molecular é um estudo das interações dos vários sistemas dentro de uma célula, incluindo as inter-relações de DNA, RNA e síntese de proteínas e como essas interações são reguladas.

A próxima escala maior, a biologia celular , estuda as propriedades estruturais e fisiológicas das células , incluindo seu comportamento interno , interações com outras células e com seu ambiente . Isso é feito em níveis microscópicos e moleculares , para organismos unicelulares como bactérias , bem como células especializadas de organismos multicelulares como os humanos . Compreender a estrutura e a função das células é fundamental para todas as ciências biológicas. As semelhanças e diferenças entre os tipos de células são particularmente relevantes para a biologia molecular.

A anatomia é um tratamento das formas macroscópicas de tais estruturas, órgãos e sistemas orgânicos. [47]

A genética é a ciência dos genes , da hereditariedade e da variação dos organismos . [48] [49] Os genes codificam as informações necessárias às células para a síntese de proteínas, que por sua vez desempenham um papel central em influenciar o fenótipo final do organismo. A genética fornece ferramentas de pesquisa usadas na investigação da função de um determinado gene ou na análise de interações genéticas . Dentro dos organismos, a informação genética é fisicamente representada como cromossomos , dentro dos quais é representada por uma sequência particular de aminoácidos em moléculas de DNA particulares .

A biologia do desenvolvimento estuda o processo pelo qual os organismos crescem e se desenvolvem. A biologia do desenvolvimento, originada da embriologia , estuda o controle genético do crescimento celular , da diferenciação celular e da " morfogênese celular ", que é o processo que dá origem progressivamente aos tecidos , órgãos e anatomia . Organismos modelo para biologia do desenvolvimento incluem o verme redondo Caenorhabditis elegans , [50] a mosca da fruta Drosophila melanogaster , [51] o peixe-zebra Danio rerio , [52]o rato Mus musculus , [53] e a erva daninha Arabidopsis thaliana . [54] [55] (Um organismo modelo é uma espécie amplamente estudada para compreender fenômenos biológicos específicos , com a expectativa de que as descobertas feitas nesse organismo forneçam uma visão sobre o funcionamento de outros organismos.) [56]

Fisiológico

Fisiologia é o estudo dos processos mecânicos, físicos e bioquímicos dos organismos vivos que funcionam como um todo. O tema da "estrutura para funcionar" é central para a biologia. Os estudos fisiológicos têm sido tradicionalmente divididos em fisiologia vegetal e fisiologia animal , mas alguns princípios da fisiologia são universais, não importa o organismo em particular que esteja sendo estudado. Por exemplo, o que se aprende sobre a fisiologia das células de levedura também pode ser aplicado às células humanas. O campo da fisiologia animal estende as ferramentas e métodos da fisiologia humana às espécies não humanas. A fisiologia vegetal empresta técnicas de ambos os campos de pesquisa.

Fisiologia é o estudo da interação de como, por exemplo, os sistemas nervoso , imunológico , endócrino , respiratório e circulatório funcionam e interagem. O estudo desses sistemas é compartilhado com disciplinas com orientação médica , como neurologia e imunologia .

Evolucionário

A pesquisa evolucionária se preocupa com a origem e descendência das espécies e sua mudança ao longo do tempo. Ele emprega cientistas de muitas disciplinas orientadas taxonomicamente; por exemplo, aqueles com treinamento especial em organismos específicos , como mamíferos , ornitologia , botânica ou herpetologia , mas são úteis para responder a questões mais gerais sobre a evolução.

A biologia evolutiva é parcialmente baseada na paleontologia , que usa o registro fóssil para responder a perguntas sobre o modo e o ritmo da evolução, [57] e parcialmente sobre os desenvolvimentos em áreas como genética de populações . [58] Na década de 1980, a biologia do desenvolvimento reentrou na biologia evolutiva após sua exclusão inicial da síntese moderna por meio do estudo da biologia evolutiva do desenvolvimento . [59] Filogenética , sistemática e taxonomia são campos relacionados frequentemente considerados parte da biologia evolutiva.

Sistemático

BacteriaArchaeaEucaryotaAquifexThermotogaCytophagaBacteroidesBacteroides-CytophagaPlanctomycesCyanobacteriaProteobacteriaSpirochetesGram-positive bacteriaGreen filantous bacteriaPyrodicticumThermoproteusThermococcus celerMethanococcusMethanobacteriumMethanosarcinaHalophilesEntamoebaeSlime moldAnimalFungusPlantCiliateFlagellateTrichomonadMicrosporidiaDiplomonad
Uma árvore filogenética de todos os seres vivos, com base em dados do gene rRNA , mostrando a separação dos três domínios: bactérias , arquéias e eucariotos, conforme descrito inicialmente por Carl Woese . Árvores construídas com outros genes são geralmente semelhantes, embora possam colocar alguns grupos de ramificação inicial de maneira muito diferente, provavelmente devido à rápida evolução do rRNA. As relações exatas entre os três domínios ainda estão sendo debatidas.
A hierarquia da classificação biológica apresenta as oito principais classificações taxonômicas. Classificações intermediárias secundárias não são mostradas. Este diagrama utiliza um três Domínios / 6 reinos formato

Vários eventos de especiação criam um sistema estruturado de árvore de relações entre as espécies. O papel da sistemática é estudar essas relações e, portanto, as diferenças e semelhanças entre espécies e grupos de espécies. [60] No entanto, a sistemática era um campo ativo de pesquisa muito antes do pensamento evolucionário ser comum. [61]

Tradicionalmente, os seres vivos foram divididos em cinco reinos: Monera ; Protista ; Fungi ; Plantae ; Animalia . [62] No entanto, muitos cientistas agora consideram este sistema de cinco reinos desatualizado. Os sistemas de classificação alternativos modernos geralmente começam com o sistema de três domínios : Archaea (originalmente Archaebacteria); Bactérias (originalmente Eubactérias) e Eucariotos (incluindo protistas , fungos , plantas e animais ). [63]Esses domínios refletem se as células têm núcleos ou não, bem como as diferenças na composição química de biomoléculas importantes, como os ribossomos . [63]

Além disso, cada reino é dividido recursivamente até que cada espécie seja classificada separadamente. O pedido é: Domínio ; Reino ; Filo ; Classe ; Ordem ; Família ; Gênero ; Espécies .

Fora dessas categorias, existem parasitas intracelulares obrigatórios que estão "no limite da vida" [64] em termos de atividade metabólica , o que significa que muitos cientistas não classificam de fato tais estruturas como vivas, devido à falta de pelo menos um ou mais das funções ou características fundamentais que definem a vida. Eles são classificados como vírus , viróides , príons ou satélites .

O nome científico de um organismo é gerado a partir de seu gênero e espécie. Por exemplo, os humanos são listados como Homo sapiens . Homo é o gênero e sapiens a espécie. Ao escrever o nome científico de um organismo, é adequado colocar em maiúscula a primeira letra do gênero e colocar todas as espécies em minúsculas. [65] Além disso, todo o termo pode estar em itálico ou sublinhado. [66]

O sistema de classificação dominante é chamado de taxonomia Linnaeana . Inclui classificações e nomenclatura binomial . O modo como os organismos são nomeados é regido por acordos internacionais, como o Código Internacional de Nomenclatura para algas, fungos e plantas (ICN), o Código Internacional de Nomenclatura Zoológica (ICZN) e o Código Internacional de Nomenclatura de Bactérias (ICNB). A classificação de vírus , viróides , príons e todos os outros agentes sub-virais que demonstram características biológicas é realizada pelo Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus(ICTV) e é conhecido como Código Internacional de Classificação e Nomenclatura Viral (ICVCN). [67] [68] [69] [70] No entanto, existem vários outros sistemas de classificação viral.

Um projeto de fusão, BioCode, foi publicado em 1997 em uma tentativa de padronizar a nomenclatura nessas três áreas, mas ainda não foi formalmente adotado. [71] O rascunho do BioCode recebeu pouca atenção desde 1997; a data de implementação originalmente planejada, 1º de janeiro de 2000, passou despercebida. Um BioCode revisado que, em vez de substituir os códigos existentes, forneceria um contexto unificado para eles, foi proposto em 2011. [72] [73] [74] No entanto, o Congresso Botânico Internacional de 2011 recusou-se a considerar a proposta do BioCode. O ICVCN permanece fora do BioCode, que não inclui a classificação viral.

Reinos

Ecológico e ambiental

Simbiose mútua entre peixes-palhaço do gênero Amphiprion que habitam entre os tentáculos de anêmonas marinhas tropicais . O peixe territorial protege a anêmona dos peixes comedores de anêmona e, por sua vez, os tentáculos pungentes da anêmona protegem o peixe-palhaço de seus predadores.

Ecologia é o estudo da distribuição e abundância dos organismos vivos , a interação entre eles e seu ambiente . [75] Um organismo compartilha um ambiente que inclui outros organismos e fatores bióticos , bem como fatores abióticos locais (não vivos), como clima e ecologia . [76] Uma razão pela qual os sistemas biológicos podem ser difíceis de estudar é que muitas interações diferentes com outros organismos e o meio ambiente são possíveis, mesmo em pequenas escalas. Uma bactéria microscópicaresponder a um gradiente local de açúcar é responder ao ambiente da mesma forma que um leão em busca de alimento na savana africana . Para qualquer espécie, os comportamentos podem ser cooperativos , competitivos , parasitários ou simbióticos . As coisas se tornam mais complexas quando duas ou mais espécies interagem em um ecossistema .

Os sistemas ecológicos são estudados em vários níveis diferentes, desde a escala da ecologia dos organismos individuais, às das populações , aos ecossistemas e, finalmente, à biosfera . O termo biologia populacional é freqüentemente usado como sinônimo de ecologia populacional , embora biologia populacional seja mais frequentemente usado no caso de doenças , vírus e micróbios , enquanto o termo ecologia populacional é mais comumente aplicado ao estudo de plantas e animais. A ecologia baseia-se em muitas subdisciplinas.

Etologia é o estudo do comportamento animal (particularmente o de animais sociais como primatas e canídeos ), e às vezes é considerada um ramo da zoologia. Os etólogos têm se preocupado particularmente com a evolução do comportamento e a compreensão do comportamento em termos da teoria da seleção natural . Em certo sentido, o primeiro etologista moderno foi Charles Darwin , cujo livro, A Expressão das Emoções no Homem e nos Animais , influenciou muitos etólogos que viriam. [77]

A biogeografia estuda a distribuição espacial dos organismos na Terra , enfocando tópicos como placas tectônicas , mudanças climáticas , dispersão e migração e cladística .

Problemas básicos não resolvidos em biologia

Apesar dos avanços profundos feitos nas últimas décadas em nossa compreensão dos processos fundamentais da vida, alguns problemas básicos permaneceram sem solução. Alguns exemplos são

Origem da vida . Embora haja evidências muito boas da origem abiótica de compostos biológicos, como aminoácidos , nucleotídeos e lipídeos , não está muito claro como essas moléculas se juntaram para formar as primeiras células . Relacionada está a questão da vida extraterrestre . Se entendermos como a vida se originou na Terra, podemos prever com mais segurança quais condições são necessárias para gerar vida em outros planetas.

Envelhecimento . No momento, não há um consenso sobre a causa subjacente do envelhecimento. Várias teorias concorrentes são descritas em Teorias do Envelhecimento .

Formação de padrões . Temos uma boa compreensão da formação de padrões em alguns sistemas, como o embrião inicial do inseto , mas a geração de muitos padrões na natureza não pode ser explicada facilmente, por exemplo, as listras nas zebras ou muitas cobras , como as cobras coral . Embora saibamos que os padrões são gerados pela ativação ou repressão seletiva de genes , muitos desses genes e seus mecanismos regulatórios permanecem desconhecidos.

Ramos e opções de carreira

Biologia é uma área da ciência com numerosas subdisciplinas que se preocupam com todos os aspectos da vida, na verdade, todos os aspectos da vida humana moderna. Dito isso, há inúmeras opções de carreira, que vão desde ciências básicas até aplicações industriais ou agrícolas. Estes são os principais ramos da biologia: [78] [79] [a]

  • Anatomia - o estudo das estruturas dos organismos
    • Anatomia comparada - o estudo da evolução das espécies por meio de semelhanças e diferenças em sua anatomia
    • Histologia - o estudo dos tecidos, um ramo microscópico da anatomia
  • Astrobiologia (também conhecida como exobiologia, exopaleontologia e bioastronomia) - o estudo da evolução, distribuição e futuro da vida no universo
  • Bioquímica - o estudo das reações químicas necessárias para que a vida exista e funcione, geralmente com foco no nível celular
  • Engenharia biológica - a tentativa de criar produtos inspirados em sistemas biológicos ou modificar e interagir com os sistemas biológicos
  • Biogeografia - o estudo da distribuição das espécies espacial e temporalmente
  • Bioinformática - o uso da tecnologia da informação para o estudo, coleta e armazenamento de dados genômicos e outros dados biológicos
  • Biolinguística - o estudo da biologia e evolução da linguagem
  • Biomecânica - o estudo da mecânica dos seres vivos
  • Pesquisa biomédica - o estudo da saúde e da doença
  • Biofísica - o estudo dos processos biológicos através da aplicação de teorias e métodos tradicionalmente empregados nas ciências físicas
  • Biotecnologia - o estudo da manipulação de matéria viva, incluindo modificação genética e biologia sintética
    • Biologia sintética - pesquisa integrando biologia e engenharia; construção de funções biológicas não encontradas na natureza
  • Botânica - o estudo das plantas
    • Ficologia - o estudo científico das algas
    • Fisiologia vegetal - preocupada com o funcionamento, ou fisiologia , das plantas
    • Astrobotânica - o estudo das plantas no espaço
  • Biologia celular - o estudo da célula como uma unidade completa e as interações moleculares e químicas que ocorrem dentro de uma célula viva
  • Cronobiologia - o estudo de eventos periódicos em sistemas vivos
  • Biologia cognitiva - o estudo da cognição
  • Biologia da conservação - o estudo da preservação, proteção ou restauração do ambiente natural, ecossistemas naturais, vegetação e vida selvagem
  • Criobiologia - o estudo dos efeitos de temperaturas mais baixas do que as normalmente preferidas nos seres vivos
  • Biologia do desenvolvimento - o estudo dos processos através dos quais um organismo se forma, do zigoto à estrutura completa
    • Embriologia - o estudo do desenvolvimento do embrião (da fecundação ao nascimento)
    • Gerontologia - o estudo dos processos de envelhecimento
  • Ecologia - o estudo das interações dos organismos vivos uns com os outros e com os elementos não vivos de seu ambiente
  • Biologia evolutiva - o estudo da origem e descendência das espécies ao longo do tempo
  • Genética - o estudo dos genes e da hereditariedade
    • Genômica - o estudo dos genomas
    • Epigenética - o estudo de mudanças hereditárias na expressão gênica ou fenótipo celular causado por outros mecanismos além das mudanças na sequência de DNA subjacente
  • Imunologia - o estudo do sistema imunológico
  • Biologia marinha (ou oceanografia biológica) - o estudo dos ecossistemas oceânicos, plantas, animais e outros seres vivos
  • Microbiologia - o estudo de organismos microscópicos (microrganismos) e suas interações com outros seres vivos
    • Bacteriologia - o estudo das bactérias
    • Micologia - o estudo dos fungos
    • Parasitologia - o estudo de parasitas e parasitismo
    • Virologia - o estudo de vírus e alguns outros agentes semelhantes a vírus
  • Biologia molecular - o estudo da biologia e funções biológicas a nível molecular, algumas cruzadas com a bioquímica
  • Nanobiologia - a aplicação da nanotecnologia na pesquisa biológica e o estudo de organismos vivos e partes no nível de organização em nanoescala
  • Neurociência - o estudo do sistema nervoso
  • Paleontologia - o estudo de fósseis e às vezes evidências geográficas de vida pré-histórica
  • Patobiologia ou patologia - o estudo de doenças e as causas, processos, natureza e desenvolvimento de doenças
  • Farmacologia - o estudo das interações entre drogas e organismos
  • Ficologia - o estudo de algas marinhas e outras algas
  • Fisiologia - o estudo das funções e mecanismos que ocorrem nos organismos vivos
  • Fitopatologia - o estudo de doenças de plantas (também chamado de Fitopatologia)
  • Psicobiologia - a aplicação de métodos tradicionalmente usados ​​em biologia para estudar o comportamento de animais humanos e não humanos
  • Biologia quântica - o estudo do papel dos fenômenos quânticos nos processos biológicos
  • Sociobiologia - o estudo do comportamento social em termos de evolução
  • Biologia de sistemas - o estudo de interações complexas dentro de sistemas biológicos por meio de uma abordagem holística
  • Biologia estrutural - um ramo da biologia molecular , bioquímica e biofísica relacionado com a estrutura molecular das macromoléculas biológicas
  • Biologia teórica - o ramo da biologia que emprega abstrações e modelos matemáticos para explicar os fenômenos biológicos
  • Zoologia - o estudo de animais, incluindo classificação, fisiologia, desenvolvimento, evolução e comportamento, incluindo:
    • Etologia - o estudo do comportamento animal
    • Entomologia - o estudo dos insetos
    • Herpetologia - o estudo de répteis e anfíbios
    • Ictiologia - o estudo dos peixes
    • Mammalogia - o estudo dos mamíferos
    • Ornitologia - o estudo dos pássaros

Veja também

  • Biologia na ficção
  • Glossário de biologia
  • Lista de sites biológicos
  • Lista de biólogos
  • Lista de revistas de biologia
  • Lista de tópicos de biologia
  • Lista de ciências da vida
  • Lista de tópicos ômicos em biologia
  • Associação Nacional de Professores de Biologia
  • Esboço da biologia
  • Tabela periódica das ciências da vida nas quatro questões de Tinbergen
  • Reprodução
  • Turismo de ciência
  • Terminologia da biologia

Notas

  1. ^ Para uma lista mais detalhada, consulte Outline of biology .

Referências

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links externos

  • Biologia na Curlie
  • Filocódigo OSU
  • Biologia Online - Dicionário Wiki
  • Série de vídeo palestras do MIT sobre biologia
  • The Tree of Life : Um projeto multi-autoria e distribuído na Internet contendo informações sobre filogenia e biodiversidade.

Links de jornal

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