出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』「2017/06/05 08:48:34」(JST)
出典は列挙するだけでなく、脚注などを用いてどの記述の情報源であるかを明記してください。記事の信頼性向上にご協力をお願いいたします。(2010年6月) |
生物学(せいぶつがく、英: biology、羅: biologia[1])とは、生命現象を研究する、自然科学の一分野である[2]。
広義には医学や農学など応用科学・総合科学も含み[要出典]、狭義には基礎科学(理学)の部分を指す[要出典]。一般的には後者の意味で用いられることが多い。
類義語として生命科学や生物科学がある(後述の#「生物学」と「生命科学」参照)。
生物学とは、生命現象を研究する分野である。 日本の『生化学辞典』によると、生物学は生物やその存在様式を研究対象としている[3]、ということになっており、 Aquarena Wetlands Project glossary of termsの定義では、生物学の研究対象には構造・機能・成長・発生・進化・分布・分類を含む[4]ということになっている。
扱う対象の大きさは、一分子生物学における「細胞内の一分子の挙動」から、生態学における「生物圏レベルの現象」まで幅広い。
現代の生物学が成立したのは比較的最近だが、関連し含まれていた科学は古代から存在した。自然哲学はメソポタミア、古代エジプト、古代インド、古代中国で研究されていた。しかし、現在に繋がる生物学や自然研究の萌芽は古代ギリシアに見られる[5]。
一般に、諸研究に先駆しているという意味で、古代ギリシャのアリストテレスをもって生物学史の始めとする[6][7]。「アリストテレスは実証的観察を創始した[8]」「全時代を通じて最も観察力の鋭い博物学者の一人[9]」などとされ、生物の分類法を提示するなどし、後世に至るまで多大なる影響を及ぼしたのである。アリストテレスの動物学上の著作として残っているものとしてはHistoria animalium『動物誌』、De generatione animalium『動物発生論』、De partibus animalium『動物部分論』、De anima『心について』(『霊魂論』とも)がある。[10]『動物誌』では、500を越える種の動物(約120種の魚類や約60種の昆虫を含む)を扱っており、随所で優れた観察眼を発揮している[11]。植物に関する研究も行い著作もあったとされるが、失われ現在では残っていないとされる。アリストテレスの生物に関する研究の中でも動物に関する研究は秀でており、特に動物学の始原とされる。分類、生殖、発生、その他の分野において先駆的な研究を行い、その生命論や発生論は17世紀や18世紀の学者にまで影響を与えた。
ただし、アリストテレスの生物学は、今日の視点から見れば生気論・目的論的であり、その意味では哲学的といえる[12]。
古代ギリシアの哲学者たちは有生物と無生物を区別する原理として「プシュケー」という用語を用いて説明していたが、アリストテレスはこのプシュケーを、可能態において生命を持つ自然的物体の形相(エイドス)、と定義し、プシュケーは生命の本質をなしており、自己目的機能であり 起動因だ、と記述した[13]。
中世には、イスラム世界でジャーヒズ(781年-869年)やAbū Ḥanīfa Dīnawarī(828年-896年)らが植物学の著作を残した[14]。
現代生物学は、アントニ・ファン・レーウェンフックが発明した顕微鏡の普及とともに発展した。科学者らによる精子・バクテリア・滴虫類、そして生命が持つ驚くべき奇妙さと多様性が次々と明らかにされた。ヤン・スワンメルダムの調査は昆虫学に対する関心を新たにし、顕微鏡を用いた解剖や標本用染色の技術を向上させた[15]。
17世紀にロバート・フックが顕微鏡を用いた観察で細胞を発見し、18世紀のカール・フォン・リンネによる生物の系統的分類の発表を経て、チャールズ・ダーウィンの進化論やグレゴール・ヨハン・メンデルの遺伝子法則などが認められるに及び、それまでの博物学の一領域に過ぎなかった生物についての知識が、ひとつの学問分野を成り立たせるに充分にまで蓄積された事で成立した[3]。19世紀前半には、細胞の中心組織が重要な役割を持つという認識が広がった。1838年と1839年、マティアス・ヤーコプ・シュライデンとテオドール・シュワンは、(1)有機体の基本単位は細胞であり、(2)個別の細胞がそれぞれ生きて、多くの否定的意見があったが(3)全ての細胞は分裂によって生じるという考えを促進する役割を果たした。1860年代には、ロベルト・レーマクとルドルフ・ルートヴィヒ・カール・ヴィルヒョウの仕事によって細胞説として知られる上記3説は多くの支持を受けるようになった[16]。
20世紀になると、生物学的知識は膨大かつ複雑になったため、これらを統一的に理解しようとする試みが重視されるようになった。さらに、生物を高度に組織化された分子の集合体と捉え、環境の中からどのように自己の秩序と維持を満たすかという視点から、分子工学的な理解を強める傾向にある。そのため、従来の記述を主体とした学問から、原理的そして実体論的な学問へと変貌しつつある[3]。1990年には一般的なヒトゲノムを図像化する計画(ヒトゲノム計画)が実行に移され、2003年に完成した[17]。
英語の biology はギリシア語の βίος(bios、生命)に接尾語 -λογία(-logia、〜の学問)である[18]。これは、K.F.ブルダッハ(1800年)、ゴットフリート・ラインホルト・トレフィラヌス(1802年)、ジャン=バティスト・ラマルク(1802年)らによって、それぞれ独立に用いられはじめ[19][20][21]、広まることになった(→#「生物学」と「生命科学」)。
現代の生物学者は、基本的に唯物論或いは機械論の立場を取り、生物は有機化合物などの物質から構成された複雑な機械であると見なす。一つ一つの要素を解明していく還元主義が有効である場面は依然存在するが、還元主義だけで複雑な生命現象を理解する試みには限界があることが理解され始めたため、生物を複雑系として扱う考えかたも発展してきている。
生物学では、一般的にヒトを特別な生物種としては扱わない。しかし、我々自身がヒトであり、その研究は医療や産業などと関連しているため、生物学の中でヒト研究は重要であり関心も高い。生物学研究の成果は医療や農業における基礎を提供し、応用面で人類に大きな利益をもたらしている。生物学に関連する産業はバイオ産業と呼ばれ、IT産業と並び発展性のある大きな市場を形成し、経済的にも重要な位置にあるとされる。生物学の知見や技術は生命の根幹に大きく関わるようになり、倫理的・社会的な影響も注目されている。
生物学では、他の自然科学分野と同様に、記載・実験・理論といった科学的方法によって研究が行われる(ここでの「理論」は方法論としての理論を指す)。これらは独立したものではなく、それぞれが関連し合って一連の研究を形作る。
記載とは、詳細な観察に基づいて基礎となる事象を明らかにすることであり、研究において最も始めに行われる。生物種を同定するための形態学的観察をはじめとして、実験操作を加えない状態での発生現象や細胞構造の観察、生理条件下での生理活性物質の測定、ひいてはゲノムの解読も記載と言える。
また、個々の事例の記載を基礎とし、それらを比較することからより一般的な知見を得ることは、特に生物学では重視されてきた。これは一つにはその構造や現象が複雑で,研究史の初期において実験系を作りにくかったこと、他方で生物が多様であり、その背後に進化があることからそれを比較によってあぶり出すことに大きな意味があったからである。たとえば比較解剖学や比較発生学はそれぞれの分野の発展の中では大きな意味を持ち、それらは直接に進化論の発展に結びついた。
実験は人為的に操作を加えることにより通常と異なる条件を作り出し、その後の変化を観察・観測することで、生物に備わっている機構を解明しようとする実証主義的な試みである。突然変異の誘発や、遺伝子導入、移植実験などさまざまな手法を使う。現代生物学は実験生物学の性質が強くなっている。実験操作は科学的方法に基づき、対照実験や再現性の確認などにより、実験者の主観が除かれる必要がある。
一方、進化や生物圏レベルの生態学研究のように実験による証明が困難である場合は、様々な観測データや古生物の化石などを用い、比較や構造化など理論による説明を試みる。またバイオインフォマティクスのように膨大なデータを統合して理解しようとする場合も、理論によるアプローチに重点が置かれる。実験を行う前に仮説を立て結果を予想したり、実験結果を解釈して抽象化や普遍化させて法則や規則性を見いだしたりすることも理論の一部である。このような理論面に重点を置いた分野を理論生物学、数理モデルを用いる分野を数理生物学とよぶ。これらの分野は高度に抽象化するため、対象の生物学的階層には捕われない性質がある。
新たな方法論として、蓄積したデータに基づいてコンピュータ上に仮想システムを構築することで構造を理解したり、そのパラメータを変化させるシミュレーションにより実験の代わりとするシステム生物学も登場している。
20世紀半ばの分子生物学の台頭以降、その周辺分野では、一つの遺伝子・タンパク質の機能に注目する還元主義的なアプローチが主体だった。この手法は強力で、さまざまな生命現象を解き明かしてきた。しかし、分子レベルで明らかにしたことを組み合わせるだけでは、脳の活動や行動など複雑な現象は理解しがたく、還元主義のみでは限界があることもわかってきた。このことへの反省もあり、物理学的還元主義への傾倒から抜け出し、21世紀に入ってからは生物を複雑な系としてそのままあつかうオーミクスやシステム生物学等のアプローチも盛んになっている。一方、生物多様性をあつかう伝統的な生物学や生態学では、生物の作りだす系が複雑であることは自明だったため、複雑系のような全体論は目新しいものではない。生物学の両輪である、生物の多様性と普遍性に関する知見は、ゲノム解析によって結びつけられつつある。
生物学のパラダイムを大きく変えたものには細胞の発見、進化の提唱、遺伝子の示唆、DNA の構造決定、セントラルドグマの否定、ゲノムプロジェクトの実現などがある。細胞の発見やゲノムプロジェクトは主に技術の進歩によってもたらされ、進化や遺伝子の発見は個人の深い洞察によるところが大きい。
17世紀に発明された顕微鏡による細胞の発見は、微生物の発見をはじめとして、動物と植物がいずれも同じ構造単位から成っていることを認識させ、動物学と植物学の上位分野として生物学を誕生させることになった。また自然発生説の否定によって、いかなる細胞も既存の細胞から生じることが示され、生命の起源という現在も未解明の大きな問題の提示につながっている。
進化はチャールズ・ダーウィンをはじめとする数人の博物学者によって19世紀に提唱された概念である。それまでは経験的にも宗教的にも、生物種は固定したものとされていたが、現在では、同じ種の中でも形質に多様性があり、生物の形質は変化するものとされ、種の区別が困難なものもあるという指摘がされている。単純な生物から多様化することで現在のような多様な生物が存在すると考えることが可能になり、生命の起源を研究可能なテーマとすることができるようになった。進化論は社会や思想にも大きな影響を与え、近代で最も大きなパラダイムシフトの1つであった。
遺伝自体は古くから経験的に知られていた現象である。しかし、19世紀後半、メンデルは交雑実験から遺伝の法則を発見し、世代を経た後にも分離可能な因子、すなわち遺伝子が存在することを証明した。さらに染色体が発見され、20世紀前半の遺伝学・細胞学による研究から、染色体が遺伝子の担体であることが確証づけられた。この過程において古典的な遺伝学が発展し、その後の分子生物学の誕生にもつながった。
1953年、ジェームズ・ワトソン、フランシス・クリックらが、X線回折の結果から、立体模型を用いた推論により遺伝物質 DNA の二重らせん構造を明らかにした。DNA構造の解明は、分子生物学の構造学派にとって最大の成功である。相補的な2本の分子鎖が逆向きにらせん状構造をとっているというモデルは、染色体分配による遺伝のメカニズムを見事に説明しており、その後の分子生物学を爆発的に発展させた。
DNAからRNAへの転写、RNAからタンパク質への翻訳、遺伝暗号などの解明により、セントラルドグマと呼ばれる「DNA→RNA→タンパク質」といった一方向の情報伝達がまるで教義のように思われた時期もあったが、これを裏切るかのように逆転写酵素やリボザイムといった発見も20世紀後半に相次いだ。
ゲノムという概念は、ある生物種における遺伝情報の総和として提唱された。ゲノム genome という語は遺伝子 gene と、総体を表す接尾語 -ome の合成語である。技術発展によりゲノムプロジェクトが可能になり、ゲノム研究は、生物学における還元論と全体論、普遍性と多様性を結びつける役割をもつようになった。生物種間でのゲノムの比較により普遍性と多様性理解への糸口を与え、還元的な研究に因子の有限性を与えることで、個々の研究を全体論の中で語ることを可能にした。他にも様々な総体に対する研究が始まっている。
Vernon L.が1995年に主張したところところによると、([いつ?]の生物学においては)特に重要な題材は、以下に挙げる5つの原則で、それらは「基本公理とも言える」と言う:[22]。
この節は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(2010年8月) |
生物学が自然史学の一部だった時代には、記載生物学が主体だった。現代生物学は、実験が主体になっている。さらに将来は、ゲノムやプロテオーム研究などで蓄積された膨大なデータをコンピュータで処理し、そこから生命の原理に迫る生物情報学が主体になるかもしれない。急激なコンピュータの高速化と並行して、実験や観察技術、新たな分析手法の発見など技術発展も進むだろう。
純粋生物学に残された大きなテーマには生命の起源、ヒトの精神あるいは心理過程、地球外生命体などがある。すでに起きてしまった生命の起源や進化は、実験で再現できない。ただし、生物物理学的・生化学的に生命(細胞)の誕生を再現する試みはある。
心理学はヒトやほかの動物の行動や心理過程を研究しているが、生物学と心理学とは、従来よりおもに神経メカニズムという観点から関係をもってきた。しかし、とくにヒトの高次心理過程は、いまだ現在の生物学の知見を超える部分が大きい。今後、そういった高次心理過程も、心理学における行動・認知レベルの研究に加えて、生物学における分子レベルの、細胞レベルの、皮質のグローバルなレベルでの研究を進めることにより、両分野のあいだで統合的に説明できるようになるかもしれない。
地球以外に生命は存在するかという問題は、まだ生物学のテーマではないと、現在の多くの生物学者は考えている。しかし、火星やその他の惑星、衛星の探索が進み、生命やその痕跡が発見されれば、重要なテーマの一つとなり、現在の生物学に大きな改変が迫られる可能性がある[3]。
また、医学や農学、薬学や化学工学などへの重要性は増し、応用は今後もますます増加していく[3]。
生物学の諸分野は、各論・方法論・理論の視点から分類できる。各論は研究対象によって、方法論は手法によって、理論は普遍化された学説によって分野名がつけられる。ただしいずれの分野も、程度の差はあれ3つすべての性質をあわせもっているため、分類は便宜的なものになる。
生物学を大きくふたつに分ける場合、個体の内部の生命現象を解析する方向(=広義の生理学)と、個体間・種間・個体と環境など関係を個体の外に求めてゆく方向(=広義の生態学)がある[23]。
また、生物学の各論には、生物の系統分類と生物学的階層性という大きな2つの軸があるとされる。前者によって分類する場合、代表的な分野は、動物学、植物学、微生物学の3つである[3]。それぞれは系統分類にしたがってさらに細分化できる。動物学の下位には原生動物学、昆虫学や魚類学、脊椎動物学などがある。同様に、植物学の下には顕花植物学や樹木学など、微生物学の下にはウイルス学や細菌学などがある[3]。これらの分野では、生物の特異性・多様性を重視する流れがある。
一方、対象の大きさ、つまり生物学的階層性(すなわち現象[3])を軸にすると、代表的な分野は、分子生物学・生化学、細胞生物学、発生生物学、動物行動学、生態学などがある(図)。生態学は生物群の大きさによって個体群生態学、群集生態学などに分けられる他、対象とする場所を重視する場合は森林生態学や海洋生態学、極地生態学などの名称も用いられる。生物学的階層性は生物の分類に対して横断的であり、生物の普遍性が注目される。この軸では個体レベルを境として大きく2つに分けることができる。この視点から諸分野を見ると、個体レベル以下を扱う分野は分子生物学の影響が強く還元主義的な傾向があり、個体レベル以上を扱う分野は全体論的な傾向がある。動物発生学や植物細胞学などの分野は、この2つの軸を考えるとその領域が把握しやすい。
方法論は各論分野に必要に応じて導入され、実際の研究を発展させるために必須なものである。理論は抽象化により総合的・普遍的な視点を各論に提供する。
最も古くからある方法論の一つは、生物の分類を扱う分類学である。分類は生物学の基礎であり、進化研究の手がかりにもなる。伝統的には形態に注目して分類されていたが、近年では分子生物学の手法を取り入れた分子系統分類がさかんである。生化学は化学的手法、分子生物学は DNA 操作を使う方法論でもある。分子遺伝学や逆遺伝学から発展したゲノムプロジェクトやバイオインフォマティクスは、新たな方法論として脚光を浴びている。
生物学の理論としては、遺伝学や進化学が代表的である。遺伝学は、遺伝子の機能を間接的に観察するという方法論でもある。遺伝や進化の理論は、具体的なレベルでは未だ議論があるが、総論としては生物学に必要不可欠な基盤となっている。
生物学の分類として、記載生物学・比較生物学・実験生物学といった類型化もある。記載・比較・実験は上記のように生物学の基本的な手法なので、このような区分は成立しないことが多いが、むしろ歴史的な展開の中での各部分に対してこの名が使われることがある。それも個々の分野名にこの名を被せる例が多い。
記載生物学は、生物の形や構造を把握し、図や文で記載することを行うのを主目的とする。比較生物学はそれによって知られるようになったものを他の生物のそれと比較することから何かをえようとする。実験生物学は記載や比較では得られない知識を、生物を操作することで得ようとする。従って、生物学はこの順番で発展する。ただし記載はあまりにも最低限基本的な操作なので、これを冠する例はない。記載をしなければそれは科学以前である。
たとえば近世から近代の生物学発展の初期、比較解剖学は極めて重要な分野として独立していた。これは発生学に結びついて比較発生学の流れをつくり、両者融合して比較形態学と呼ばれた。しかしこの分野は内部造反的に実験的手法に頼る実験発生学を生み出す。
20世紀に入るまで、各分野はそれぞれ独自の手法や観点で異なる対象を研究し、内容の重複はわずかだった。しかし、20世紀後半の分子生物学の爆発的な発展や顕微鏡などの技術発展により、研究分野はさらに細分化されつつも、それらの境界はあいまいになり、分野の名称は便宜的・主観的なものになってきている。例えば、イモリの足の再生を研究し「再生生物学」という名称を使ったとしても、再生にかかわる遺伝子は遺伝学や分子生物学、その遺伝子が作る化学物質の性質は生化学、再生する細胞の挙動は細胞生物学、組織が正確に再生する仕組みは発生生物学、などさまざまな分野が関連する。このような経緯から、「〜学」という古典的な名称を、「〜生物学」や「〜科学」に変えることも多い。
生物学は、さまざまな形で他の学問分野と関係している[3]。概念、理論、研究手法などの面で生物学に影響を与えた自然科学の分野としては、先に発展していた物理学と化学が挙げられる。特に分子生物学以降は物理学の影響が強い。生化学や生物物理学などはこれらの境界領域の分野と言える。応用科学では医学における生化学や生理学、解剖学は、動物学や発生学と関連し、農学における育種学は遺伝学の誕生に寄与し、その過程で近代的な推測統計学を醸成した。また、数学は自然科学の基礎として生物学に影響を与えているほか、特に数理生物学や集団遺伝学などでは高度に数学的な概念、分析手法が用いられる。
近年では、ゲノムやプロテオームの解析から得られる膨大なデータを処理する必要があるため、バイオインフォマティクス(生物情報学)と呼ばれる分野では情報学の方法論が取り入れられ、ゲノミクスやプロテオミクスで用いられている。また、生命現象をシステムとして理解することを目的とするシステム生物学が発展しつつある。
生物学と相互に影響しあっている分野も数多い。生態学は理論面で経済学と強い関連があり、地球科学と観測技術を共有している。これらの影響は、一方通行ではなく相互的である。
人文科学系の分野の中では、自然哲学の一分野である生物哲学、方法論としては科学哲学、倫理面を研究する生命倫理学などが生物学と対象を共有している。科学史の一分野である生物学史は、生物学の歴史が研究対象である。
生物学から多くの影響を受けた分野に、理論社会学や社会思想がある。ダーウィンと同時代に生き、適者生存などの語の発案者でもあるハーバート・スペンサーや、エミール・デュルケームは、社会の変化、特に分業の発達と構成要素の多様化を生物進化になぞらえて考察する理論を打ちたてた。彼らの学問は社会学の中でも多く知られているが、スペンサーを除けば、生物学から影響を受ける量が多く、生物学への影響は限られている。また、生物をメタファーとして社会を説明する理論にはほかに、マーシャル・マクルーハンによるメディア論や梅棹忠夫による情報産業論など、広く知られたものが多くある。
システム理論やサイバネティックスは、生物学による生命体の理解を手がかりに、秩序や変化についての一般理論を構築している。これは社会学にも社会システム論として影響を与えている。
この節は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(2010年6月) |
生物学の知見と技術を応用に用いる分野は、バイオテクノロジーまたは生物工学と呼ばれる。遺伝子操作に重点が置かれる場合は遺伝子工学、発生過程に重点が置かれる場合は発生工学ともいう。生物学の成果を実業に活用する産業はバイオ産業と呼ばれ、ITとならんで勢いのある市場であり、ベンチャー企業が次々と誕生している。アメリカでは大学の研究者が起業することも多い。遺伝子治療、幹細胞を用いた再生医学、一塩基多型 (SNPs) を用いたオーダメイド医療やゲノム創薬などが注目されている。農業や畜産関連でもバイオテクノロジーが生かされており、これらを支える基礎研究は重要である。政府や企業は多大な資金を提供し、その発展を促している。
応用分野に輝かしい貢献をすると同時に、現代生物学はさまざまな倫理的問題を抱えている。それらはゲノム情報、遺伝子操作、クローン技術など、生命の根幹に関わる技術や情報によりもたらされた。これらは、臨床医療においては恩恵をもたらす一方で、差別や生命の軽視など深刻な社会問題を引き起こしつつある。このような課題は生命倫理学によって扱われる。また、遺伝子操作によって作られた遺伝子組み換え作物(GM作物)の環境への影響(遺伝子汚染)という問題提起がなされており、議論が行われている。近代から現代にかけて、人間の活動によって環境破壊が起こり、生物多様性が急速に失われている。生物学は観測を行い、科学的裏付けのあるデータに基づいた提唱をしたり、生態系や生物多様性について正しい情報を発信するなどの取り組みも必要である。
現代生物学およびそれに携わる人々は、純粋な科学的研究成果のみならず、このような倫理的側面に対しても熟考し議論を深め、社会的責任を果たすことが求められている。
Biology という語は、「生命」を意味するギリシャ語の βίος (bios) と「言葉・論」を意味する λόγος (logos) から造られた。K. F. ブルダッハ(1800年)、G. R. トレヴィラヌス(1802年)、ジャン=バティスト・ラマルク(1802年)らによって独立に用いられた。生物学が様々な生物を分類記載する博物学から発展したことからもわかるように、生物学には生物の多様性を理解しようとする伝統がある。
一方、生命科学 (Life science) や生物科学 (Bioscience, Biological science) という語は、分子生物学が誕生してから新しく作られたものである[要出典]。全ての生物に共通する「言葉」であるDNAを分子生物学が提供したことで、分野ごとに断片化していた生物学が統合されつつある。そこで新たに生命科学という言葉が用いられるようになった。 ただし、生物学も生命科学も広義に解釈すると範囲は広く重なり、実際の生物研究をどちらかにわけることは難しいことがある。また「生物学」の意味も時代とともに変化しており、しばしば「生物科学」や「生命科学」と同じ意味に使われる。
[ヘルプ] |
ポータル 生物学 |
ウィキペディアの姉妹プロジェクトで 「生物学」に関する情報が検索できます。 |
|
ウィクショナリーの辞書項目 | |
ウィキブックスの教科書や解説書 |
|
ウィキクォートの引用句集 |
|
ウィキソースの原文 |
|
コモンズでメディア |
|
ウィキニュースのニュース |
|
ウィキバーシティの学習支援 |
|
|
|
|
||||
Biology deals with the study of the many living organisms.
|
Biology is a natural science concerned with the study of life and living organisms, including their structure, function, growth, evolution, distribution, identification and taxonomy.[1] Modern biology is a vast and eclectic field, composed of many branches and subdisciplines.[clarification needed] However, despite the broad scope of biology, there are certain unifying concepts within it that consolidate it into single, coherent field. In general, biology recognizes the cell as the basic unit of life, genes as the basic unit of heredity, and evolution as the engine that propels the creation of new species. It is also understood today that all organisms survive by consuming and transforming energy and by regulating their internal environment to maintain a stable and vital condition known as homeostasis.
Sub-disciplines of biology are defined by the scale at which organisms are studied, the kinds of organisms studied, and the methods used to study them: biochemistry examines the rudimentary chemistry of life; molecular biology studies the complex interactions among biological molecules; botany studies the biology of plants; cellular biology examines the basic building-block of all life, the cell; physiology examines the physical and chemical functions of tissues, organs, and organ systems of an organism; evolutionary biology examines the processes that produced the diversity of life; and ecology examines how organisms interact in their environment.[2]
The term biology is derived from the Greek word βίος, bios, "life" and the suffix -λογία, -logia, "study of."[3][4] The Latin-language form of the term first appeared in 1736 when Swedish scientist Carl Linnaeus (Carl von Linné) used biologi in his Bibliotheca botanica. It was used again in 1766 in a work entitled Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis, by Michael Christoph Hanov, a disciple of Christian Wolff. The first German use, Biologie, was in a 1771 translation of Linnaeus' work. In 1797, Theodor Georg August Roose used the term in the preface of a book, Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft. Karl Friedrich Burdach used the term in 1800 in a more restricted sense of the study of human beings from a morphological, physiological and psychological perspective (Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst). The term came into its modern usage with the six-volume treatise Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (1802–22) by Gottfried Reinhold Treviranus, who announced:[5]
Although modern biology is a relatively recent development, sciences related to and included within it have been studied since ancient times. Natural philosophy was studied as early as the ancient civilizations of Mesopotamia, Egypt, the Indian subcontinent, and China. However, the origins of modern biology and its approach to the study of nature are most often traced back to ancient Greece.[6][7] While the formal study of medicine dates back to Hippocrates (ca. 460 BC – ca. 370 BC), it was Aristotle (384 BC – 322 BC) who contributed most extensively to the development of biology. Especially important are his History of Animals and other works where he showed naturalist leanings, and later more empirical works that focused on biological causation and the diversity of life. Aristotle's successor at the Lyceum, Theophrastus, wrote a series of books on botany that survived as the most important contribution of antiquity to the plant sciences, even into the Middle Ages.[8]
Scholars of the medieval Islamic world who wrote on biology included al-Jahiz (781–869), Al-Dīnawarī (828–896), who wrote on botany,[9] and Rhazes (865–925) who wrote on anatomy and physiology. Medicine was especially well studied by Islamic scholars working in Greek philosopher traditions, while natural history drew heavily on Aristotelian thought, especially in upholding a fixed hierarchy of life.
Biology began to quickly develop and grow with Anton van Leeuwenhoek's dramatic improvement of the microscope. It was then that scholars discovered spermatozoa, bacteria, infusoria and the diversity of microscopic life. Investigations by Jan Swammerdam led to new interest in entomology and helped to develop the basic techniques of microscopic dissection and staining.[10]
Advances in microscopy also had a profound impact on biological thinking. In the early 19th century, a number of biologists pointed to the central importance of the cell. Then, in 1838, Schleiden and Schwann began promoting the now universal ideas that (1) the basic unit of organisms is the cell and (2) that individual cells have all the characteristics of life, although they opposed the idea that (3) all cells come from the division of other cells. Thanks to the work of Robert Remak and Rudolf Virchow, however, by the 1860s most biologists accepted all three tenets of what came to be known as cell theory.[11][12]
Meanwhile, taxonomy and classification became the focus of natural historians. Carl Linnaeus published a basic taxonomy for the natural world in 1735 (variations of which have been in use ever since), and in the 1750s introduced scientific names for all his species.[13] Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, treated species as artificial categories and living forms as malleable—even suggesting the possibility of common descent. Though he was opposed to evolution, Buffon is a key figure in the history of evolutionary thought; his work influenced the evolutionary theories of both Lamarck and Darwin.[14]
Serious evolutionary thinking originated with the works of Jean-Baptiste Lamarck, who was the first to present a coherent theory of evolution.[15] He posited that evolution was the result of environmental stress on properties of animals, meaning that the more frequently and rigorously an organ was used, the more complex and efficient it would become, thus adapting the animal to its environment. Lamarck believed that these acquired traits could then be passed on to the animal's offspring, who would further develop and perfect them.[16] However, it was the British naturalist Charles Darwin, combining the biogeographical approach of Humboldt, the uniformitarian geology of Lyell, Malthus's writings on population growth, and his own morphological expertise and extensive natural observations, who forged a more successful evolutionary theory based on natural selection; similar reasoning and evidence led Alfred Russel Wallace to independently reach the same conclusions.[17][18] Although it was the subject of controversy (which continues to this day), Darwin's theory quickly spread through the scientific community and soon became a central axiom of the rapidly developing science of biology.
The discovery of the physical representation of heredity came along with evolutionary principles and population genetics. In the 1940s and early 1950s, experiments pointed to DNA as the component of chromosomes that held the trait-carrying units that had become known as genes. A focus on new kinds of model organisms such as viruses and bacteria, along with the discovery of the double helical structure of DNA in 1953, marked the transition to the era of molecular genetics. From the 1950s to present times, biology has been vastly extended in the molecular domain. The genetic code was cracked by Har Gobind Khorana, Robert W. Holley and Marshall Warren Nirenberg after DNA was understood to contain codons. Finally, the Human Genome Project was launched in 1990 with the goal of mapping the general human genome. This project was essentially completed in 2003,[19] with further analysis still being published. The Human Genome Project was the first step in a globalized effort to incorporate accumulated knowledge of biology into a functional, molecular definition of the human body and the bodies of other organisms.
Cell theory states that the cell is the fundamental unit of life, that all living things are composed of one or more cells, and that all cells arise from other cells through cell division. In multicellular organisms, every cell in the organism's body derives ultimately from a single cell in a fertilized egg. The cell is also considered to be the basic unit in many pathological processes.[20] In addition, the phenomenon of energy flow occurs in cells in processes that are part of the function known as metabolism. Finally, cells contain hereditary information (DNA), which is passed from cell to cell during cell division. Research into the origin of life, abiogenesis, amounts to an attempt to discover the origin of the first cells.
A central organizing concept in biology is that life changes and develops through evolution, and that all life-forms known have a common origin. The theory of evolution postulates that all organisms on the Earth, both living and extinct, have descended from a common ancestor or an ancestral gene pool. This universal common ancestor of all organisms is believed to have appeared about 3.5 billion years ago.[21] Biologists regard the ubiquity of the genetic code as definitive evidence in favor of the theory of universal common descent for all bacteria, archaea, and eukaryotes (see: origin of life).[22]
The term "evolution" was introduced into the scientific lexicon by Jean-Baptiste de Lamarck in 1809,[23] and fifty years later Charles Darwin posited a scientific model of natural selection as evolution's driving force.[24][25][26] (Alfred Russel Wallace is recognized as the co-discoverer of this concept as he helped research and experiment with the concept of evolution.)[27] Evolution is now used to explain the great variations of life found on Earth.
Darwin theorized that species flourish or die when subjected to the processes of natural selection or selective breeding.[28] Genetic drift was embraced as an additional mechanism of evolutionary development in the modern synthesis of the theory.[29]
The evolutionary history of the species—which describes the characteristics of the various species from which it descended—together with its genealogical relationship to every other species is known as its phylogeny. Widely varied approaches to biology generate information about phylogeny. These include the comparisons of DNA sequences, a product of molecular biology (more particularly genomics), and comparisons of fossils or other records of ancient organisms, a product of paleontology.[30] Biologists organize and analyze evolutionary relationships through various methods, including phylogenetics, phenetics, and cladistics. (For a summary of major events in the evolution of life as currently understood by biologists, see evolutionary timeline.)
Evolution is relevant to the understanding of the natural history of life forms and to the understanding of the organization of current life forms. But, those organizations can only be understood in the light of how they came to be by way of the process of evolution. Consequently, evolution is central to all fields of biology.[31]
Genes are the primary units of inheritance in all organisms. A gene is a unit of heredity and corresponds to a region of DNA that influences the form or function of an organism in specific ways. All organisms, from bacteria to animals, share the same basic machinery that copies and translates DNA into proteins. Cells transcribe a DNA gene into an RNA version of the gene, and a ribosome then translates the RNA into a sequence of amino acids known as a protein. The translation code from RNA codon to amino acid is the same for most organisms. For example, a sequence of DNA that codes for insulin in humans also codes for insulin when inserted into other organisms, such as plants.[32]
DNA is found as linear chromosomes in eukaryotes, and circular chromosomes in prokaryotes. A chromosome is an organized structure consisting of DNA and histones. The set of chromosomes in a cell and any other hereditary information found in the mitochondria, chloroplasts, or other locations is collectively known as a cell's genome. In eukaryotes, genomic DNA is localized in the cell nucleus, or with small amounts in mitochondria and chloroplasts. In prokaryotes, the DNA is held within an irregularly shaped body in the cytoplasm called the nucleoid.[33] The genetic information in a genome is held within genes, and the complete assemblage of this information in an organism is called its genotype.[34]
Homeostasis is the ability of an open system to regulate its internal environment to maintain stable conditions by means of multiple dynamic equilibrium adjustments that are controlled by interrelated regulation mechanisms. All living organisms, whether unicellular or multicellular, exhibit homeostasis.[36]
To maintain dynamic equilibrium and effectively carry out certain functions, a system must detect and respond to perturbations. After the detection of a perturbation, a biological system normally responds through negative feedback that stabilize conditions by reducing or increasing the activity of an organ or system. One example is the release of glucagon when sugar levels are too low.
The survival of a living organism depends on the continuous input of energy. Chemical reactions that are responsible for its structure and function are tuned to extract energy from substances that act as its food and transform them to help form new cells and sustain them. In this process, molecules of chemical substances that constitute food play two roles; first, they contain energy that can be transformed and reused in that organism's biological, chemical reactions; second, food can be transformed into new molecular structures (biomolecules) that are of use to that organism.
The organisms responsible for the introduction of energy into an ecosystem are known as producers or autotrophs. Nearly all such organisms originally draw their energy from the sun.[37] Plants and other phototrophs use solar energy via a process known as photosynthesis to convert raw materials into organic molecules, such as ATP, whose bonds can be broken to release energy.[38] A few ecosystems, however, depend entirely on energy extracted by chemotrophs from methane, sulfides, or other non-luminal energy sources.[39]
Some of the energy thus captured produces biomass and energy that is available for growth and development of other life forms. The majority of the rest of this biomass and energy are lost as waste molecules and heat. The most important processes for converting the energy trapped in chemical substances into energy useful to sustain life are metabolism[40] and cellular respiration.[41]
Molecular biology is the study of biology at the molecular level.[42] This field overlaps with other areas of biology, particularly those of genetics and biochemistry. Molecular biology is a study of the interactions of the various systems within a cell, including the interrelationships of DNA, RNA, and protein synthesis and how those interactions are regulated.
The next larger scale, cell biology, studies the structural and physiological properties of cells, including their internal behavior, interactions with other cells, and with their environment. This is done on both the microscopic and molecular levels, for unicellular organisms such as bacteria, as well as the specialized cells of multicellular organisms such as humans. Understanding the structure and function of cells is fundamental to all of the biological sciences. The similarities and differences between cell types are particularly relevant to molecular biology.
Anatomy is a treatment of the macroscopic forms of such structures organs and organ systems.[43]
Genetics is the science of genes, heredity, and the variation of organisms.[44][45] Genes encode the information needed by cells for the synthesis of proteins, which in turn play a central role in influencing the final phenotype of the organism. Genetics provides research tools used in the investigation of the function of a particular gene, or the analysis of genetic interactions. Within organisms, genetic information is physically represented as chromosomes, within which it is represented by a particular sequence of amino acids in particular DNA molecules.
Developmental biology studies the process by which organisms grow and develop. Developmental biology, originated from embryology, studies the genetic control of cell growth, cellular differentiation, and "cellular morphogenesis," which is the process that progressively gives rise to tissues, organs, and anatomy. Model organisms for developmental biology include the round worm Caenorhabditis elegans,[46] the fruit fly Drosophila melanogaster,[47] the zebrafish Danio rerio,[48] the mouse Mus musculus,[49] and the weed Arabidopsis thaliana.[50][51] (A model organism is a species that is extensively studied to understand particular biological phenomena, with the expectation that discoveries made in that organism provide insight into the workings of other organisms.)[52]
Physiology is the study of the mechanical, physical, and biochemical processes of living organisms function as a whole. The theme of "structure to function" is central to biology. Physiological studies have traditionally been divided into plant physiology and animal physiology, but some principles of physiology are universal, no matter what particular organism is being studied. For example, what is learned about the physiology of yeast cells can also apply to human cells. The field of animal physiology extends the tools and methods of human physiology to non-human species. Plant physiology borrows techniques from both research fields.
Physiology is the study the interaction of how, for example, the nervous, immune, endocrine, respiratory, and circulatory systems, function and interact. The study of these systems is shared with suchmedically oriented disciplines as neurology and immunology.
Evolutionary research is concerned with the origin and descent of species, and their change over time. It employs scientists from many taxonomically oriented disciplines, for example, those with special training in particular organisms such as mammalogy, ornithology, botany, or herpetology, but are of use in answering more general questions about evolution.
Evolutionary biology is partly based on paleontology, which uses the fossil record to answer questions about the mode and tempo of evolution,[53] and partly on the developments in areas such as population genetics.[54] In the 1980s, developmental biology re-entered evolutionary biology after its initial exclusion from the modern synthesis through the study of evolutionary developmental biology.[55] Phylogenetics, systematics, and taxonomy are related fields often considered part of evolutionary biology.
Multiple speciation events create a tree structured system of relationships between species. The role of systematics is to study these relationships and thus the differences and similarities between species and groups of species.[56] However, systematics was an active field of research long before evolutionary thinking was common.[57]
Traditionally, living things have been divided into five kingdoms: Monera; Protista; Fungi; Plantae; Animalia.[58] However, many scientists now consider this five-kingdom system outdated. Modern alternative classification systems generally begin with the three-domain system: Archaea (originally Archaebacteria); Bacteria (originally Eubacteria) and Eukaryota (including protists, fungi, plants, and animals)[59] These domains reflect whether the cells have nuclei or not, as well as differences in the chemical composition of key biomolecules such as ribosomes.[59]
Further, each kingdom is broken down recursively until each species is separately classified. The order is: Domain; Kingdom; Phylum; Class; Order; Family; Genus; Species.
Outside of these categories, there are obligate intracellular parasites that are "on the edge of life"[60] in terms of metabolic activity, meaning that many scientists do not actually classify such structures as alive, due to their lack of at least one or more of the fundamental functions or characteristics that define life. They are classified as viruses, viroids, prions, or satellites.
The scientific name of an organism is generated from its genus and species. For example, humans are listed as Homo sapiens. Homo is the genus, and sapiens the species. When writing the scientific name of an organism, it is proper to capitalize the first letter in the genus and put all of the species in lowercase.[61] Additionally, the entire term may be italicized or underlined.[62]
The dominant classification system is called the Linnaean taxonomy. It includes ranks and binomial nomenclature. How organisms are named is governed by international agreements such as the International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants (ICN), the International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), and the International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB). The classification of viruses, viroids, prions, and all other sub-viral agents that demonstrate biological characteristics is conducted by the International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) and is known as the International Code of Viral Classification and Nomenclature (ICVCN).[63][64][65][66] However, several other viral classification systems do exist.
A merging draft, BioCode, was published in 1997 in an attempt to standardize nomenclature in these three areas, but has yet to be formally adopted.[67] The BioCode draft has received little attention since 1997; its originally planned implementation date of January 1, 2000, has passed unnoticed. A revised BioCode that, instead of replacing the existing codes, would provide a unified context for them, was proposed in 2011.[68][69][70] However, the International Botanical Congress of 2011 declined to consider the BioCode proposal. The ICVCN remains outside the BioCode, which does not include viral classification.
Animalia – Bos primigenius taurus
Planta – Triticum
Fungi – Morchella esculenta
Stramenopila/Chromista – Fucus serratus
Bacteria – Gemmatimonas aurantiaca (- = 1 Micrometer)
Archaea – Halobacteria
Virus – Gamma phage
Ecology is the study of the distribution and abundance of living organisms, the interaction between them and their environment.[71] An organism shares an environment that includes other organisms and biotic factors as well as local abiotic factors (non-living) such as climate and ecology.[72] One reason that biological systems can be difficult to study is that so many different interactions with other organisms and the environment are possible, even on small scales. A microscopic bacterium responding to a local sugar gradient is responding to its environment as much as a lion searching for food in the African savanna. For any species, behaviors can be co-operative, competitive, parasitic, or symbiotic. Matters become more complex when two or more species interact in an ecosystem.
Ecological systems are studied at several different levels, from the scale of the ecology of individual organisms, to those of populations, to the ecosystems and finally the biosphere. The term population biology is often used interchangeably with population ecology, although population biology is more frequently used in the case of diseases, viruses, and microbes, while the term population ecology is more commonly applied to the study of plants and animals. Ecology draws on many subdisciplines.
Ethology is the study of animal behavior (particularly that of social animals such as primates and canids), and is sometimes considered a branch of zoology. Ethologists have been particularly concerned with the evolution of behavior and the understanding of behavior in terms of the theory of natural selection. In one sense, the first modern ethologist was Charles Darwin, whose book, The Expression of the Emotions in Man and Animals, influenced many ethologists to come.[73]
Biogeography studies the spatial distribution of organisms on the Earth, focusing on such topics as plate tectonics, climate change, dispersal and migration, and cladistics.
Despite the profound advances made over recent decades in our understanding of life's fundamental processes, some basic problems have remained unresolved. One of the major unresolved problems in biology is the primary adaptive function of sex, and particularly its key processes in eukaryotes of meiosis and homologous recombination. One view is that sex evolved primarily as an adaptation that promoted increased genetic diversity (see references e.g.[74][75]). An alternative view is that sex is an adaptation for promoting accurate DNA repair in germ-line DNA, and that increased genetic diversity is primarily a byproduct that may be useful in the long run.[76][77] (See also Evolution of sexual reproduction).
Another basic unresolved problem in biology is the biologic basis of aging. At present, there is no consensus view on the underlying cause of aging. Various competing theories are outlined in Ageing Theories.
These are the main branches of biology:[78][79]
|
Photosynthesis – the synthesis by organisms of organic chemical compounds, esp. carbohydrates, from carbon dioxide using energy obtained from light rather than the oxidation of chemical compounds.
Wikibooks has more on the topic of: Biology |
Wikisource has original works on the topic: Natural History and Biology |
Look up biology in Wiktionary, the free dictionary. |
Wikiversity has learning resources about Biology at
The School of Biology
|
Biology
|
|||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Subdisciplines |
|
||||||||
Hierarchy of life |
|
||||||||
Foundations |
|
||||||||
Principles |
|
||||||||
Glossaries |
|
||||||||
|
History of biology
|
|||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fields and disciplines |
|
||||||||
Institutions |
|
||||||||
Experiments |
|
||||||||
Theories and concepts |
|
||||||||
Influential figures |
|
||||||||
Related |
|
Topics related to biology
|
|
---|---|
People and history |
|
Institutions, publications |
|
Terms and phrases |
|
Related disciplines |
|
Other |
|
Natural science
|
|
---|---|
|
Elements of nature
|
|||||
---|---|---|---|---|---|
Universe |
|
||||
Earth |
|
||||
Weather |
|
||||
Natural environment |
|
||||
Life |
|
||||
|
Authority control |
|
---|
全文を閲覧するには購読必要です。 To read the full text you will need to subscribe.
リンク元 | 「biological」「biologic」「生物学」「biol」「バイオロジー」 |
拡張検索 | 「molecular biology」「computational molecular biology」「chronobiology」 |
.