ביולוגיה היא מדע טבע החוקר חיים ואורגניזמים חיים, כולל המבנה שלהם, תפקודם, התפתחותם, יחסי הגומלין, האבולוציה, התפוצה והטקסונומיה שלהם. היקף התחום נרחב ומחולק למספר דיסציפלינות מיוחדות, כגון אנטומיה, פיזיולוגיה, אתולוגיה, גנטיקה ועוד. כל היצורים החיים חולקים כמה תכונות מפתח, כולל ארגון תאי, חומר גנטי תורשתי והיכולת להסתגל / להתפתח, מטבוליזם כדי לווסת את צרכי האנרגיה, היכולת לתקשר עם הסביבה, לשמור על הומאוסטזיס, להתרבות, ואת היכולת לגדול ולהשתנות.

מורכבות החיים

למרות מורכבותם, החיים מאורגנים ומובנים. תורת התא בביולוגיה קובעת שכל האורגניזמים החיים מורכבים מתאים אחד או יותר. התא הוא יחידת החיים הבסיסית, וכל התאים נובעים מתאים שהיו קיימים בעבר. אפילו אורגניזמים חד תאיים, כגון חיידקים, יש מבנים המאפשרים להם לבצע פונקציות חיוניות, כגון אינטראקציה עם הסביבה וביצוע תגובות כימיות השומרות על החיים או חילוף החומרים. באורגניזמים רב-תאיים, תאים עובדים יחד כדי ליצור רקמות, איברים, מערכות איברים ואורגניזמים שלמים. ארגון היררכי זה יכול להתרחב לאוכלוסיות, קהילות, מערכות אקולוגיות והביוספרה.

גנטיקה והסתגלות

החומר הגנטי של אורגניזם, ה"שרטוטים" הביולוגיים המקודדים בדנ"א שלו, מועבר לצאצאיו. במשך כמה דורות, החומר הגנטי מעוצב על ידי הסביבה הביוטית (חיה) והא-ביוטית (לא חיה). תהליך זה נקרא הסתגלות. לצאצאים של הורים מותאמים היטב יש סיכוי גבוה לשרוד בתנאים דומים לאלה שבהם חיו הוריהם. הברירה הטבעית היא התהליך שבו תכונות תורשתיות מגבירות את ההישרדות והרבייה. הברירה הטבעית היא המנגנון המרכזי של האבולוציה. לדוגמה, חלק מחולדות הקנגורו חיות באזורים חמים ויבשים עם מעט גשמים. כדי להימנע מהחום הכבד ולחסוך במים, הם מתחפרים באדמה שבה קר יותר ומורידים את קצב חילוף החומרים שלהם כדי להאט את האידוי. בדרך זו, הגנטיקה של חולדת הקנגורו – המקודדת התנהגות זו ומועברת מדור לדור – מאפשרת לבעל החיים לשרוד בתנאים סביבתיים קיצוניים כאלה.

אינטראקציות סביבתיות

אורגניזמים חייבים גם להיות מסוגלים לתקשר בהצלחה עם סביבתם. זה כולל ניווט בעולם סביבם בחיפוש אחר משאבים או בני זוג פוטנציאליים וויסות הסביבה הפנימית שלהם. הומאוסטזיס היא היכולת של אורגניזם לשמור על תנאים פנימיים יציבים. לדוגמה, בני אדם שומרים על טמפרטורת גוף קבועה. אם קר להם, הם רועדים; אם חם מדי, הם מזיעים. יצורים חיים גם מבצעים חילוף חומרים – התהליכים הכימיים המווסתים את צרכי האנרגיה. לדוגמה, צמחים ממירים אור שמש לסוכר ומאחסנים אנרגיה כימית באדנוזין טריפוספט.

בנייה כלפי מעלה מעקרונות יסוד

בעוד "מהי ביולוגיה?" ו"מהם החיים" עשויים להיראות כמו שאלות בסיסיות, הם חיוניים להבנה והם תנאים מוקדמים לשאול שאלות מורכבות יותר. לדוגמה, ללא הבנת עקרונות החיים הבסיסיים – כגון כיצד תאים מתחלקים ומשתכפלים – יהיה קשה לחקור מה גורם לסרטן. ידע זה גם מאפשר למדענים לפתח את הכלים והשיטות הנדרשים לחקר תהליכים ביולוגיים.