Capitolo 1 : Biologia
Lo studio scientifico della vita è indicato come biologia. Nonostante si tratti di una scienza naturale con una vasta gamma di applicazioni, è unificata da una serie di fili comuni che la rendono un campo unico e coerente. Per fare solo un esempio, ogni essere vivente è composto da almeno una cellula che è responsabile dell'elaborazione dell'informazione genetica che è codificata nei geni. Queste informazioni possono essere trasmesse alle generazioni successive. Il concetto di evoluzione, che spiega sia l'identità che la diversità della vita, è un altro tema significativo. Il movimento, la crescita e la riproduzione sono tutti resi possibili dall'elaborazione dell'energia, che è un altro motivo per cui la vita è così cruciale. Infine, ogni essere vivente possiede la capacità di controllare le condizioni che esistono all'interno del proprio corpo.
Gli scienziati che studiano la biologia sono in grado di studiare la vita su una varietà di diversi livelli di organizzazione, che vanno dalla biologia molecolare di una cellula alla morfologia e fisiologia di piante e animali, nonché allo sviluppo delle popolazioni. Di conseguenza, ci sono numerose sottodiscipline che rientrano nell'ombrello della biologia. Queste sottodiscipline si distinguono l'una dall'altra per le caratteristiche delle questioni di ricerca che indagano e per i metodi che impiegano. Allo stesso modo di altri scienziati, i biologi utilizzano il metodo scientifico per raccogliere informazioni sul mondo che li circonda facendo osservazioni, ponendo domande, sviluppando ipotesi, conducendo test e formulando conclusioni.
La diversità della vita sulla Terra, che può essere fatta risalire a più di 3,7 miliardi di anni fa, è davvero sbalorditiva. A partire dalle specie procariotiche come gli archei e i batteri e progredendo fino agli organismi eucarioti come i protisti, i funghi, le piante e gli animali, i biologi hanno cercato di indagare e classificare le molte forme di vita man mano che sono state scoperte. Ci sono molte specie diverse che contribuiscono alla biodiversità di un ecosistema. Questi organismi hanno ruoli specializzati nel trasferimento di nutrienti ed energia attraverso il loro ambiente biofisico, motivo per cui sono importanti per l'ecosistema.
Approssimativamente tra gli anni 3000 e 1200 a.C., le prime radici della scienza, che includeva la medicina, possono essere fatte risalire all'antico Egitto e alla Mesopotamia. I contributi che hanno dato hanno influenzato la filosofia naturale dell'antica Grecia. Aristotele, che visse dal 384 al 322 a.C., fu uno dei più importanti filosofi greci antichi che diede un contributo significativo al progresso della conoscenza biologica. Ha studiato il processo di causalità biologica e la varietà della vita. Seguendo le sue orme, Teofrasto iniziò la ricerca scientifica sulle piante. Nel mondo islamico medievale, ci sono stati diversi studiosi che hanno contribuito al campo della biologia. Tra loro c'erano al-Jahiz (781-869), al-Dinawari (828-896), che pubblicarono sulla botanica, e Rhazes (865-925), che presentarono i loro scritti di anatomia e fisiologia. Il campo della medicina è stato particolarmente studiato dagli studiosi islamici che lavoravano all'interno delle tradizioni dei filosofi greci, mentre il campo della storia naturale si è concentrato principalmente sulle idee aristoteliche.
Durante il periodo in cui Anton van Leeuwenhoek stava facendo progressi significativi nel microscopio, il campo della biologia iniziò a progredire rapidamente. Gli scienziati hanno fatto le scoperte che hanno portato alla scoperta di spermatozoi, batteri, infusori e la varietà di vita che esiste su piccola scala. Le ricerche condotte da Jan Swammerdam hanno contribuito allo sviluppo di tecniche per la dissezione e la colorazione microscopica, oltre a suscitare un nuovo interesse nel campo dell'entomologia. Il pensiero biologico è stato profondamente influenzato dai progressi compiuti in microscopia. All'inizio dell'Ottocento, i biologi concentrarono la loro attenzione sul significato centrale della cellula. Nell'anno 1838, Schleiden e Schwann iniziarono a sostenere i concetti ora universali che (1) l'unità fondamentale degli organismi è la cellula e (2) che le singole cellule possiedono tutte le caratteristiche della vita. Tuttavia, si opponevano al concetto che (3) tutte le cellule hanno origine dalla divisione di altre cellule, e continuarono a sostenere il concetto di generazione spontanea. Tuttavia, Robert Remak e Rudolf Virchow riuscirono a reificare il terzo principio e, negli anni '60 dell'Ottocento, la maggior parte dei biologi aveva abbracciato tutte e tre le premesse, il che portò al consolidamento della teoria cellulare.
Gli storici naturali, d'altra parte, iniziarono a concentrare la loro attenzione sulla tassonomia e sulla classificazione. Una tassonomia fondamentale per il mondo naturale fu pubblicata da Carlo Linneo nell'anno 1735. Nel 1750 introdusse i nomi scientifici per tutte le specie che aveva scoperto. Il conte di Buffon, Georges-Louis Leclerc, considerava le specie come categorie artificiali e le forme viventi come flessibili, implicando persino l'idea di una discendenza comune. Credeva anche che gli esseri viventi potessero essere manipolati.
Le opere di Jean-Baptiste Lamarck, che ha stabilito una teoria coerente dell'evoluzione, sono considerate la nascita di un serio pensiero evoluzionistico. Al fine di sviluppare una teoria evoluzionistica più efficace basata sulla selezione naturale, il naturalista britannico Charles Darwin combinò l'approccio biogeografico di Humboldt, la geologia uniformitaria di Lyell, gli scritti di Malthus sulla crescita della popolazione, così come la sua esperienza morfologica e le sue estese osservazioni naturali. Alfred Russel Wallace arrivò indipendentemente alle stesse conclusioni; Ragionamenti e prove simili lo hanno portato a raggiungere questo obiettivo.
Nel 1865, Gregor Mendel gettò le basi per quella che in seguito sarebbe diventata nota come genetica moderna. In questa discussione sono stati presentati i fondamenti dell'ereditarietà biologica. Il valore del suo lavoro, d'altra parte, non è stato pienamente apprezzato fino all'inizio del XX secolo, quando l'evoluzione è stata riconosciuta per la prima volta come una teoria coesa. Ciò è avvenuto quando la sintesi moderna ha riunito l'evoluzione darwiniana e la genetica classica. Sia Alfred Hershey che Martha Chase condussero una serie di studi negli anni '40 e nei primi anni '50 che indicavano il DNA come il componente dei cromosomi che trasportavano le unità portatrici di tratti che erano diventate note come geni. Questi test sono stati condotti negli anni '40 e nei primi anni '50. L'inizio del periodo della genetica molecolare fu caratterizzato dalla scoperta della struttura a doppia elica del DNA da parte di James Watson e Francis Crick nel 1953. Questa scoperta ha coinciso con l'attenzione su nuovi tipi di organismi modello, come virus e batteri. Dagli anni '50, c'è stata una significativa espansione del campo della biologia nel regno della biologia molecolare. Dopo che è stato scoperto che il DNA contiene codoni, Har Gobind Khorana, Robert W. Holley e Marshall Warren Nirenberg sono stati in grado di decifrare il codice genetico. Con l'obiettivo di mappare il genoma umano, nel 1990 è stato avviato il Progetto Genoma Umano.
La maggior parte della massa di tutti gli organismi è composta da elementi chimici; L'ossigeno, il carbonio, l'idrogeno e l'azoto costituiscono la maggior parte della massa (96%) di tutti gli organismi. Calcio, fosforo, zolfo, sodio, cloro e magnesio costituiscono la maggior parte della massa rimanente. L'acqua, essenziale per la vita, è uno dei composti che possono formarsi quando vari elementi si combinano per formare composti. Lo studio dei processi chimici che avvengono all'interno degli organismi viventi e delle relazioni tra di essi è noto come biochimica. Il campo della biologia noto come biologia molecolare si occupa dello studio dei fondamenti molecolari dell'attività biologica all'interno e tra le cellule. Ciò include lo studio della sintesi molecolare, della modificazione, dei meccanismi e delle interazioni relative ai processi biologici.
Circa 3,8 miliardi di anni fa, si è sviluppato il primo oceano sulla Terra, ed è stato da questo oceano che è emersa la vita. Da quel momento, l'acqua è rimasta la sostanza chimica che si trova in maggior quantità da ogni vivente. L'acqua è essenziale per la vita perché è un potente solvente in grado di dissolvere soluti come ioni sodio e cloruro, nonché altre minuscole molecole per produrre una soluzione acquosa. Questa caratteristica rende l'acqua una componente essenziale della vita. Dopo essere stati disciolti in acqua, questi soluti hanno maggiori possibilità di entrare in contatto tra loro e, di conseguenza, di partecipare alle reazioni chimiche necessarie per la continuazione della vita. Per quanto riguarda la sua struttura molecolare, l'acqua è una minuscola molecola polare che ha una forma piegata. Questa forma è il risultato della formazione di legami covalenti polari tra due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O), o H2O. Una minuscola carica negativa è posseduta dall'atomo di ossigeno, mentre i due atomi di idrogeno possiedono una leggera carica positiva. Ciò è dovuto al fatto che i legami O-H sono cariche polari. Poiché l'acqua possiede una caratteristica polare, è in grado di attrarre altre molecole d'acqua attraverso la formazione di legami idrogeno, il che si traduce in acqua che aderisce a se stessa. Come risultato della forza coesiva causata dall'attrazione tra le molecole che si trovano sulla superficie del liquido, si produce una tensione superficiale. Inoltre, l'acqua è una sostanza adesiva perché ha la capacità di aderire...
