Sinh học

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
microscopic view of E. Coli a Thompson's Gazelle in profile facing right
a Goliath beetle facing up with white stripes on carapace A tree fern unrolling a new frond
Sinh học nghiên cứu về các sinh vật và các khía cạnh khác của sự sống

Ảnh trên: Vi khuẩn E. Coli linh dương

Ảnh dưới: Bọ cánh cứng lớndương xỉ

Sinh học hay là Sinh vật học là một môn khoa học về sự sống (từ tiếng Anh: biology bắt nguồn từ Hy Lạp với bios là sự sống và logos là môn học). Nó là một nhánh của khoa học tự nhiên, tập trung nghiên cứu các cá thể sống, mối quan hệ giữa chúng với nhau và với môi trường. Nó miêu tả những đặc điểm và tập tính của sinh vật (ví dụ: cấu trúc, chức năng, sự phát triển, môi trường sống), cách thức các cá thểloài tồn tại (ví dụ: nguồn gốc, sự tiến hóa và phân bổ của chúng).

Sinh học bao hàm nhiều ngành học khác nhau được xây dựng dựa trên những nguyên lý riêng. Có 4 nguyên lý tạo thành nền tảng cho sinh học hiện đại: lý thuyết tế bào, tiến hóa, di truyềncân bằng nội môi (homeostasis )[1]. Các môn học này có mối quan hệ qua lại với nhau, giúp ta hiểu về sự sống với các mức độ, phạm vi khác nhau.

Sự ra đời của sinh học bắt đầu từ thế kỉ 19, khi các nhà khoa học tìm thấy được các đặc điểm chung cơ bản giữa các loài. Ngày nay, sinh học trở thành một môn học chuẩn và bắt buộc tại các trường học và Đại học trên khắp thế giới. Rất nhiều bài báo được công bố hằng năm ở trên khắp các tạp chí chuyên ngành về y và sinh.[2]

Việc phân loại các ngành con của sinh học rất đa dạng. Ban đầu, chúng được phân loại theo chủng loại các cá thể làm đối tượng nghiên cứu. Ví dụ: thực vật học, nghiên cứu về cây; động vật học, nghiên cứu về động vật; và vi sinh học, nghiên cứu về các vi sinh vật. Tiếp đến, chúng lại được chia nhỏ dựa trên quy mô của các cá thể và phương pháp nghiên cứu chúng: hóa sinh nghiên cứu về hóa cơ bản của sự sống; sinh học phân tử nghiên cứu các tương tác phức tạp giữa các hệ thống của các phân tử sinh học; sinh học tế bào tìm hiểu các cấu trúc cơ bản tạo thành mọi sự sống. Như vậy, sự sống ở mức độ nguyên tửphân tử được nghiên cứu thông qua sinh học phân tử, hóa sinhdi truyền phân tử. Ở mức độ tế bào, nó được hiểu biết thông qua sinh học tế bào và mức độ đa bào thì thông qua sinh lý học, giải phẫu họcmô học. Sinh học phát triển nghiên cứu sự sống ở các giai đoạn phát triển khác nhau hoặc phát triển cá thể (ontogeny) của sinh vật.

Với mức độ lớn hơn, di truyền học quan tâm đến tính di truyền giữa cha mẹ và con cái. Phong tục học (ethology) nghiên cứu nhóm hành vi của một tập hợp cá thể. Di truyền học quần thể (population genetics) xem xét toàn bộ quần thểhệ thống học quan tâm đến sự tiến hóa của nhiều loài thuộc các nhánh tiến hóa (lineage). Mối quan hệ qua lại giữa các quần thể với nhau và với ổ sinh thái của chúng là đối tượng của sinh thái họcsinh học tiến hóa. Một lĩnh vực tương đối mới là sinh học vũ trụ (astrobiology hoặc xenobiology) nghiên cứu về khả năng tồn tại sự sống ngoài Trái Đất.

Lược sử sinh học[sửa | sửa mã nguồn]

Cuốn Lịch sử Động vật của Aristole. Một cuốn sách quan trọng của Động vật học nói riêng và Sinh học nói chung.

Thuật ngữ "sinh học" (biology) có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp với βίος, bios, "sự sống" và hậu tố -λογία, -logia, "môn học." [3] [4]Thuật ngữ Latinh này lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1736: nhà khoa học Thụy Điển Carl Linnaeus (Carl von Linné) đã sử dụng từ biologi trong quyển Bibliotheca botanica (Từ điển thực vật) của ông. Nó được sử dụng lại vào năm 1766 trong một tác phẩm có tựa Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis (Triết học tự nhiên và vật lý: Tập III) viết bởi Michael Christoph Hanov, học trò của Christian Wolff. Thuật ngữ tiếng Đức, biologie, xuất hiện lần đầu một bản dịch tác phẩm Linnaeus năm 1771. Năm 1797, Theodor Georg August Roose sử dụng thuật ngữ trong lời nói đầu của cuốn sách với tựa Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft (Các đặc điểm chính của học thuyết về sự sống). Karl Friedrich Burdach đã sử dụng thuật ngữ này vào năm 1800 trong một nghiên cứu về con người dưới các góc độ hình thái học, sinh lý họctâm lý học (Propädeut zum Studien der Gesammten Heilkunst). Thuật ngữ ở dạng ngày nay xuất hiện trong cuốn luận án sáu tập: Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (Sinh học, hoặc triết học về bản chất sống)(1802-22) của Gottfried Reinhold Treviranus, người đã tuyên bố:[5]

Cây phát sinh sự sống của Ernst Haeckel

Các đối tượng nghiên cứu của chúng tôi sẽ là các hình thức và biểu hiện khác nhau của sự sống, các điều kiện và quy luật theo đó các hiện tượng này xảy ra, và các nguyên nhân mà chúng đã được thực hiện. Khoa học liên quan đến những vấn đề này chúng tôi sẽ chỉ ra với cái tên "sinh học" [biologie] hoặc học thuyết về sự sống [Lebenslehre].

Mặc dù sinh học hiện đại là một phát triển trong thời gian tương đối gần đây, các ngành khoa học liên quan và bao gồm nó đã được nghiên cứu từ thời Cổ đại. Triết học tự nhiên đã được nghiên cứu sớm nhất tận các nền văn minh cổ đại như Lưỡng Hà, Ai Cập, tiểu lục địa Ấn ĐộTrung Hoa. Tuy nhiên, nguồn gốc của sinh học hiện đại và cách tiếp cận đối với việc nghiên cứu về tự nhiên dường như lại bắt nguồn từ Hy Lạp cổ đại[6] [7]. Trong khi nghiên cứu chính thức về thuốc bắt đầu từ thời Hippocrates (khoảng 460-370 TCN), chính Aristotle (384-322 TCN) lại đóng góp nhiều nhất cho sự phát triển của sinh học. Đặc biệt quan trọng là cuốn Lịch sử Động vật của ông cùng các công trình khác, tác phẩm cho thấy những khuynh hướng thiên về lịch sử tự nhiên; sau đó là những công trình thực nghiệm hơn tập trung vào các nguyên nhân sinh học và đa dạng của sự sống. Người kế vị của AristotleTheophrastus xứ Lyceum, ông đã viết một loạt sách về thực vật học. Tập sách vẫn tồn tại như đóng góp quan trọng nhất của thời Cổ đại cho ngành khoa học thực vật, thậm chí đến tận thời Trung Cổ[8].

Các học giả của thế giới Hồi giáo thời Trung cổ đã viết về sinh học có thể kể đến al-Jahiz (781-869), Al-Dīnawarī (828-896), viết về thực vật học, [9]Rhazes (865-925), viết về giải phẫu họcsinh lý học. Dược học được nghiên cứu đặc biệt kỹ lưỡng bởi các học giả Hồi giáo, với nguồn khai thác từ các truyền thống triết học Hy Lạp. Lịch sử tự nhiên lại đặt nặng tư tưởng của Aristotle, đặc biệt là tư tưởng: trật tự sự sống là cố định, bất biến.

Sinh học bắt đầu nhảy vọt với sự cải tiến vượt bậc kính hiển vi bởi Anton van Leeuwenhoek. Nhờ đó, các học giả đã khám phá và quan sát tinh trùng, vi khuẩn, trùng cỏ. Họ đã tìm ra thế giới hiển vi thật phong phú. Các cuộc điều tra của Jan Swammerdam đã dẫn tới mối quan tâm mới trong côn trùng học và giúp phát triển các kỹ thuật cơ bản về giải phẫu và nhuộm vi mẫu.[10]

ADN, biểu tượng của sinh học hiện đại

Những tiến bộ trong kính hiển vi cũng có một tác động sâu sắc đến tư duy sinh học. Vào đầu thế kỷ 19, một số nhà sinh học đã chỉ ra tầm quan trọng của tế bào. Sau đó, vào năm 1838, SchleidenSchwann bắt đầu truyền bá những ý tưởng mà rất phổ quát hiện nay rằng (1) đơn vị cơ bản của sinh vậttế bào và (2) các tế bào riêng biệt có tất cả các đặc tính của sự sống, mặc dù họ phản đối ý tưởng rằng (3) tất cả tế bào đến từ sự phân chia các tế bào khác. Nhờ vào công trình của Robert RemakRudolf Virchow vào những năm 1860 hầu hết các nhà sinh vật học đã chấp nhận cả ba nguyên lý, nay được gọi là học thuyết tế bào. [11] [12]

Trong khi đó, phân loại học (taxonomyclassification) đã trở thành tâm điểm của các nhà sử gia tự nhiên. Carl Linnaeus xuất bản một hệ thống phân loại cơ bản cho thế giới tự nhiên vào năm 1735 (biến thể của những hệ thống đã được sử dụng từ lâu), và trong những năm 1750 ông đã đặt tên khoa học cho tất cả các loài vào thời của ông [13]. Georges-Louis Leclerc, bá tước Buffon, đã đưa các loài vào các phân loại và coi các dạng sống là mềm dẻo, thậm chí còn đưa ra khả năng có tổ tiên chung. Mặc dù ông đã phản đối tiến hóa, Buffon là một nhân vật chủ chốt trong lịch sử các ý niệm về tiến hóa; tác phẩm của ông cũng ảnh hưởng đến các lý thuyết tiến hóa của LamarckDarwin [14].

Ý niệm tiến hoá đầy đủ và nghiêm túc có nguồn gốc từ các tác phẩm của Jean-Baptiste Lamarck, ông là người đầu tiên đưa ra một học thuyết tiến hoá rõ ràng.[15] Ông cho rằng sự tiến hoá là kết quả của áp lực môi trường đối với đặc tính của động vật, có nghĩa là nếu sử dụng một cơ quan thường xuyên và chặt chẽ hơn, nó sẽ trở nên phức tạp và hiệu quả hơn, do đó động vật sẽ thích nghi với môi trường của nó. Lamarck tin rằng những đặc điểm có được sau đó có thể được chuyển sang cho hậu duệ của chúng, bọn hậu duệ sẽ tiếp tục phát triển và hoàn thiện bản thân.[16] Tuy nhiên, nhà tự nhiên học lỗi lạc người Anh Charles Darwin, kết hợp cách tiếp cận địa lý học của Humboldt, lý thuyết địa chất thống nhất của Lyell, các bài luận của Malthus về tăng trưởng dân số, với chuyên môn về hình thái học và các quan sát tự nhiên rộng lớn, đã tạo ra một lý thuyết tiến hóa hợp lý hơn dựa trên chọn lọc tự nhiên ; lý luận và bằng chứng tương tự đã dẫn Alfred Russel Wallace đi đến những kết luận tương tự [17] [18] Mặc dù nó là chủ đề gây tranh cãi xung quanh lý thuyết tiến hóa này (vẫn tiếp tục cho đến ngày nay), lý thuyết của Darwin đã nhanh chóng lan rộng khắp cộng đồng khoa học và sớm trở thành một tiên đề trung tâm của khoa học sinh học đang phát triển nhanh chóng.

Khám phá về sự biểu hiện vật lý của di truyền đã đến cùng với các nguyên tắc tiến hoá và di truyền quần thể. Trong những năm 1940 và đầu những năm 1950, các thí nghiệm đã chỉ ra DNA là thành phần của nhiễm sắc thể với chức năng mang các tính trạng đã được biết đến với tên gọi là gen . Tập trung vào các loại dạng sống mới như vi khuẩnvirus, cùng với việc khám phá ra cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA năm 1953, sinh học đã tiến sang thời kỳ di truyền phân tử. Từ những năm 1950 đến nay, sinh học đã được mở rộng rất nhiều trong lĩnh vực phân tử. Mã di truyền đã được khám phá bởi Har Gobind Khorana, Robert W. HolleyMarshall Warren Nirenberg sau khi DNA được biết là chứa các codon-bộ ba mã hóa. Cuối cùng, Dự án Hệ gen Con người đã được đưa ra vào năm 1990 với mục đích lập bản đồ bộ gen chung của toàn thể con người. Dự án này đã được hoàn thành vào năm 2003, [19] với những phân tích tiếp tục được xuất bản. Dự án Hệ gen Con người là bước đầu tiên trong nỗ lực toàn cầu hoá để tích hợp kiến ​​thức về sinh học với một định nghĩa chức năng, phân tử cho cơ thể con người và của các sinh vật khác.

Các nguyên lý nền tảng trong sinh học hiện đại[sửa | sửa mã nguồn]

Như đã nói, có 4 nguyên lý tạo thành nền tảng cho sinh học hiện đại: lý thuyết tế bào, tiến hóa, di truyềncân bằng nội môi (homeostasis )[1]. Ta sẽ xem xét kỹ hơn ở dưới đây:

Học thuyết tế bào[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Học thuyết tế bào
Ảnh chụp tế bào ung thư đang phân chia, với nhân (đặc biệt là DNA được nhuộm xanh). Tế bào giữa và bên phải đang ở kỳ trung gian nên DNA duỗi. Còn tế bào ở bên trái đang trải qua nguyên phân nên DNA đã cô đặc.
Minh họa cho chọn lọc tự nhiên, ở đây chọn lọc đã ủng hộ tính trạng màu tối.

Học thuyết tế bào phát biểu rằng: tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống, rằng tất cả các sinh vật sống cấu tạo từ một tế bào (đơn bào) hoặc nhiều tế bào (đa bào), và tất cả các tế bào đều sinh ra từ các tế bào trước đó thông qua sự phân bào. Trong các sinh vật đa bào, mỗi tế bào trong cơ thể của cơ thể xuất phát từ một tế bào hợp tử duy nhất. Tế bào cũng được coi là đơn vị cơ bản liên quan đến nhiều quá trình bệnh lý[20]. Ngoài ra, dòng năng lượng diễn ra ở các tế bào trong các quá trình khác nhau là một phần của chức năng quan trọng: trao đổi chất. Cuối cùng, các tế bào chứa thông tin di truyền (DNA), được truyền từ tế bào sang tế bào trong quá trình phân bào. Nghiên cứu về nguồn gốc của sự sống, thuyết tự phát sinh (abiogenesis) , là những nỗ lực lớn để khám phá nguồn gốc của các tế bào khởi nguyên.

Tiến hóa[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Tiến hóa

Một khái niệm đóng vai trò trung tâm trong sinh học là sự sống thay đổi và phát triển thông qua quá trình tiến hóa, và rằng tất cả các dạng sống đều có nguồn gốc chung. Lý thuyết tiến hóa phát biểu rằng tất cả các sinh vật trên trái đất, dù còn tồn tại hay đã tuyệt chủng, đều có nguồn gốc từ một tổ tiên chung hoặc vốn gen chung. Tổ tiên chung nhất (last universal common ancestor viết tắt là LUCA) này của tất cả các sinh vật được cho là xuất hiện vào khoảng 3,5 tỷ năm trước[21]. Các nhà sinh học coi tính phổ biến của mã di truyền là bằng chứng thuyết phục để ủng hộ lý thuyết tổ tiên chung nhất cho tất cả các vi khuẩn, cổ khuẩn, và các sinh vật nhân thực (Xem: Nguồn gốc của sự sống)[22].

Thuật ngữ "tiến hóa" đã bước vào từ điển thuật ngữ khoa học nhờ Jean-Baptiste de Lamarck năm 1809[23], và năm mươi năm sau, Charles Darwin đã đưa ra một mô hình khoa học về chọn lọc tự nhiên là động lực cho tiến hóa.[24][25][26] (Alfred Russel Wallace cũng được coi là người đồng khám phá ra khái niệm này khi ông giúp nghiên cứu và thử nghiệm với ý tưởng tiến hóa, xem: Nguồn gốc các loài)[27] Sự tiến hóa bây giờ được sử dụng để giải thích những đa dạng lớn của sự sống được tìm thấy trên Trái đất.

Darwin đã giả thuyết rằng các loài sinh sôi hoặc diệt vong chịu tác dụng của chọn lọc tự nhiên hoặc giao phối chọn lọc[28]. Phiêu bạt di truyền được coi là một cơ chế bổ sung cho sự phát triển của lý thuyết tiến hóa hay thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại[29].

Lịch sử tiến hóa của loài - mô tả các đặc tính của các loài khác nhau mà từ hậu duệ loài đó - cùng với mối quan hệ gia phả của nó với mọi loài khác được gọi là phát sinh chủng loại (phylogeny) loài đó. Các phương pháp tiếp cận khác nhau trong sinh học cho ta các thông tin về phát sinh chủng loại. Có thể bao kể đến như so sánh trình tự ADN (đặc biệt là so sánh bộ gen), thuộc lĩnh vực sinh học phân tử , và so sánh hóa thạch hoặc các di chỉ khác của sinh vật cổ đại, thuộc về cổ sinh vật học[30]. Các nhà sinh học tổ chức và phân tích mối quan hệ tiến hóa thông qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phát sinh chủng loài học (phylogenetics), phân loại theo ngoại hình (phenetics) và phân loại theo nhánh (cladistics). (Để tóm tắt các sự kiện lớn trong sự tiến hóa của sự sống theo như các nhà sinh vật học hiện đại, xem Tiến trình tiến hóa)

Sự tiến hoá có liên quan đến việc hiểu về lịch sử tự nhiên của các dạng sống và sự hiểu về tổ chức của các dạng sống hiện tại. Tuy nhiên, sự tổ chức này chỉ có thể hiểu được bằng cách hiểu chúng đã trải qua quá trình tiến hóa như thế nào. Do đó, tiến hóa là trung tâm của mọi lĩnh vực sinh học[31].

Di truyền[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Di truyền học
two by two table showing genetic crosses
Ô vuông Punnett cho 2 cây dị hợp với hoa màu tím (B) và trắng (b)

Gen là đơn vị cơ bản của di truyền ở tất cả các sinh vật. Gen là một đơn vị di truyền và tương ứng với một đoạn DNA có ảnh hưởng đến hình thức hoặc chức năng của một cơ thể theo những cách cụ thể. Tất cả các sinh vật, dù là vi khuẩn hay động vật, chia sẻ cùng một bộ máy cơ bản sao chép và 'dịch' DNA thành các protein. Các tế bào sẽ phiên mã một gen DNA thành một phiên bản RNA của gen, và một ribosome sau đó dịch RNA thành một chuỗi các axit amin được gọi là một protein. Mã để dịch từ RNA đến amino acid là khá giống nhau đối với hầu hết các sinh vật. Chẳng hạn, một dãy trình tự DNA mã hóa cho protein insulin ở người cũng mã hóa cho insulin nếu chèn vào các sinh vật khác, ví dụ như thực vật.[32]

DNA được tìm thấy là ở dạng các nhiễm sắc thể thẳng trong sinh vật nhân thực và các nhiễm sắc thể vòng trong sinh vật nhân sơ. Một nhiễm sắc thể là một cấu trúc được tổ chức bao gồm DNA và protein loại histones. Bộ nhiễm sắc thể định vị trong tế bào và bất kỳ thông tin di truyền nào tìm thấy trong ty thể, lục lạp, hoặc tại các địa điểm khác được gọi chung là bộ gen của tế bào. Trong bọn nhân thực, DNA mang gen được định vị trong nhân tế bào, hoặc với một lượng nhỏ trong ti thể và lục lạp. Trong bọn nhân sơ, DNA được giữ với một hình dạng không cố định trong tế bào chất được gọi là chất nhân[33]. Thông tin di truyền trong một bộ gen được giữ trong các gen và tập hợp hoàn chỉnh của bộ thông tin này trong một cơ thể được gọi là kiểu gen của nó.[34]

Cân bằng nội môi[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Cân bằng nội môi

Cân bằng nội môi là khả năng của một hệ thống mở điều chỉnh môi trường bên trong của nó nhằm duy trì các điều kiện ổn định. Chúng làm được điều này bằng cách thông qua các điều chỉnh cân bằng đa dạng được điều khiển bởi các cơ chế điều hòa tương quan. Tất cả các sinh vật sống, dù là đơn bào hoặc đa bào, đều có sự cân bằng nội môi.[35]

Để duy trì trạng thái cân bằng động-cân bằng nội môi và thực hiện một cách hiệu quả các chức năng nhất định, một hệ thống phải phát hiện và đáp ứng các thay đổi, kích thích. Sau khi phát hiện các thay đổi hoặc kích thích, một hệ thống sinh học thường phản ứng thông qua vòng phản hồi âm tính nhằm ổn định các điều kiện bằng cách làm giảm hoặc tăng hoạt động của cơ quan hoặc hệ cơ quan. Một ví dụ là việc phóng glucagon giúp phân giải glycogen thành đường khi lượng đường huyết quá thấp.

Năng lượng[sửa | sửa mã nguồn]

Sự sống còn của một sinh vật sống phụ thuộc vào tiếp nhận dòng lượng năng lượng liên tục. Các phản ứng hóa học chịu trách nhiệm về cấu trúc và chức năng của sinh vật được điều chỉnh để lấy năng lượng từ các chất trong thức ăn của chúng và biến đổi các chất này hình thành các tế bào mới và duy trì các tế bào này. Trong quá trình này, các phân tử của các chất hóa học trong thức ăn đóng hai vai trò; thứ nhất, chúng chứa năng lượng có thể biến đổi và sử dụng lại trong các phản ứng sinh học, hóa học của sinh vật đó; thứ hai, thức ăn có thể được biến đổi thành các phân tử với cấu trúc mới mới (các phân tử sinh học mới) và sẽ sử dụng cho sinh vật đó.

Các sinh vật chịu trách nhiệm về việc đưa năng lượng vào một hệ sinh thái được gọi là các sinh vật sản xuất hoặc các sinh vật tự dưỡng. Gần như tất cả các sinh vật như vậy lấy năng lượng ban đầu của chúng từ mặt trời. [36] Thực vật và một số sinh vật quang dưỡng khác sử dụng năng lượng mặt trời thông qua một quá trình được gọi là quang hợp để chuyển đổi nguyên liệu thô thành các phân tử hữu cơ, như ATP, có liên kết có thể bị phá vỡ để giải phóng năng lượng.[37] Tuy nhiên, một số hệ sinh thái phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng do sinh vật hóa dưỡng lấy từ ​​mêtan, sulfua, hoặc các nguồn năng lượng khác những không phải ánh sáng [38].

Một số năng lượng do đó, được giữ lại tạo sinh khối và năng lượng giúp cho sự sinh trưởng và phát triển của các dạng sống khác. Đa số phần còn lại (tức không được chuyển thành sinh khối và năng lượng) sẽ bị mất đi như các phân tử chất thải và nhiệt. Các quá trình quan trọng nhất để chuyển đổi năng lượng bị dự trữ trong các chất hoá học thành năng lượng hữu ích để duy trì sự sống là sự trao đổi chất [39] và hô hấp tế bào.[40]

Đối tượng của sinh học[sửa | sửa mã nguồn]

Sinh học ngày nay đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu lớn, phức tạp bao gồm nhiều chuyên ngành hẹp. Ở đây, chúng tôi muốn đề cập đến 4 nhóm ngành chính trong Sinh học.

  1. các ngành nghiên cứu cấu trúc cơ bản của hệ thống sống: như tế bào, gene v.v.;
  2. nhóm ngành nghiên cứu sự vận hành, hoạt động của các cấu trúc này ở cấp độ , cơ quan (organ) và cơ thể (body);
  3. nhóm quan tâm đến sinh vật và lịch sử phát triển của các sinh vật;
  4. nhóm ngành xem xét các mối quan hệ, tương tác giữa các hệ thống sống.

Tuy nhiên, các ranh giới và phân chia chuyên ngành trên chỉ có tính ước lệ. Trong thực tế, các ranh giới này là không rõ ràng và thường xuyên có sự vay mượn về kỹ thuật, thuật ngữ, nguyên lý chung giữa các chuyên ngành.

Cấu trúc của sự sống[sửa | sửa mã nguồn]

Mô hình một tế bào động vật điển hình với rất nhiều các bào quan (organelle) và cấu trúc khác nhau

Sinh học phân tử là một môn khoa học nghiên cứu giới sinh vật ở mức độ phân tử. Phạm vị nghiên cứu của môn này có phần trùng lặp với các ngành khác trong Sinh học đặc biệt là di truyền họchoá sinh. Sinh học phân tử chủ yếu tập trung nghiên cứu mối tương tác giữa các hệ thống cấu trúc khác nhau trong tế bào, bao gồm mối quan hệ qua lại giữa quá trình tổng hợp của DNA, RNAprotein và tìm hiểu cách thức điều hòa các mối tương tác này.

Tế bào học nghiên cứu các đặc tính sinh lý của tế bào, cũng như các phản ứng, tương tác mà môi trường của chúng ở cả cấp độ hiển vi lẫn cấp độ phân tử. Tế bào học quan tâm đến cả những sinh vật đơn bào (như vi khuẩn) và đa bào (như con người).

Thành phần cấu tạo nên tế bào và cách thức tế bào vận hành là một trong những hướng nghiên cứu chính của khoa học sự sống. Sự giống nhau và khác nhau giữa các loại tế bào cũng được nghiên cứu trong sinh học phân tử và tế bào học. Những sự giống và khác nhau cơ bản tạo nên một bộ khung kiến thức chung mà người ta có thể áp dụng cho các loài tế bào khác cũng như quy nạp cho tất cả các loại tế bào.

Di truyền học là khoa học về gene, tính di truyềnbiến dị (variation) của sinh vật.

Trong các nghiên cứu hiện đại, di truyền học cũng cấp các phương pháp nghiên cứu các chức năng của một gene nhất định. Mọi sinh vật đều lưu giữ thông tin di truyền của mình dưới dạng trình tự các nucleotide của phân tử DNA hoặc RNA.

Gene cấu trúc mã hóa thông tin cần thiết cho quá trình tổng hợp các protein. Protein là nhóm phân tử đóng vai trò quan trọng (nhưng không phải là hoàn toàn) quy định kiểu hình của sinh vật.

Sinh học phát triển nghiên cứu quá trình sinh vật sinh trưởng (growth) và phát triển (development). Có nguồn gốc từ bộ môn phôi học, sinh học phát triển ngày nay nghiên cứu sự điều khiển về mặt di truyền các quá trình sinh trưởng tế bào (cell growth), biệt hóa tế bào (cellular differentiation) và tạo hình (morphogenesis). Sinh vật mô hình dùng trong sinh học phát triển bao gồm giun tròn Caenorhabditis elegans, ruồi giấm Drosophila melanogaster, cá ngựa Brachydanio rerio, chuột Mus musculus và cây Arabidopsis thaliana.

Cấu trúc, chức năng của cơ thể sống[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Giải phẫu họcSinh lý học

Giải phẫu học là một bộ môn quan trọng của hình thái học và quan tâm đến cấu trúc và tổ chức của các hệ cơ quan trong cơ thể động vật. Đó là hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ nội tiết, hệ hô hấphệ tuần hoàn...

Sinh lý học nghiên cứu các quá trình cơ học, vật lý và hoá sinh xảy ra trong cơ thể các sinh vật sống bằng cách xem xét hoạt động của tất cả các cấu trúc, bộ phận trong sinh vật hoạt động như thế nào. Sinh lý học được phân chia thành 2 bộ môn nhỏ là sinh lý học thực vậtsinh lý học động vật nhưng các nguyên lý về sinh lý học mang tính tổng quát đối với tất cả các loài sinh vật. Ví dụ, nhưng kiến thức về sinh lý tế bào nấm cũng có thể áp dụng đối với các tế bào người. Lĩnh vực sinh lý học động vật sử dụng các công cụ và phương pháp cho cả sinh lý học người cũng như các động vật khác. Sinh lý học thực vật cũng sử dụng một số kỹ thuật nghiên cứu của các bộ môn trên.

Sự đa dạng và tiến hóa của sinh vật[sửa | sửa mã nguồn]

Trong di truyền học quần thể, sự phát triển số lượng của một quần thể sinh vật lúc tăng lúc giảm như trên đường đồi núi. Những mũi tên chỉ hướng phát triển ưu tiên của quần thể, các điểm A, B và C là các điểm cực thịnh. Quả cầu đỏ miêu tả quần thể đang phát triển từ một điểm thấp lên đến đỉnh cực đại của một peak.

Sinh học tiến hóa nghiên cứu nguồn gốc và tổ tiên của các loài, cũng như các thay đổi của chúng theo thời gian.

Sinh học tiến hóa là một lĩnh vực sinh học đa ngành vì rằng nó bao gồm các nhà khoa học từ nhiều chuyên môn khác nhau theo định hướng phân loại học. Ví dụ, thông thường mỗi nhà phân loại học thường chuyên về một nhóm sinh vật nhất định như là động vật có vú, chim (ornithology), hoặc bò sát (herpetology). Mặc dù nghiên cứu trên các đối tượng khác nhau nhưng các nhà phân loại học vẫn cùng giải quyết những vấn đề chung trong tiến hóa.

Sinh học tiến hóa cũng bao hàm cả lĩnh vực cổ sinh vật học. Các nhà cổ sinh vật học thường sử dụng các mẫu vật để lý giải về mô hình và hiện trạng của sự tiến hóa, cũng như các thuyết tiến hóa hoặc thuyết về di truyền quần thể.

Vào thập niên 1990, sinh học phát triển cũng trở thành một phần của sinh học tiến hóa để phát triển thành một ngành có tên là sinh học phát triển trong tiến hóa (evolutionary developmental biology).

Ngoài ra, một số ngành liên quan đến sinh học tiến hóa là phát sinh chủng loài học (phylogenetics), hệ thống họcphân loại học.

Trong phân loại học, người ta thường chia thành hai bộ môn lớn là thực vật họcđộng vật học. Thực vật học là môn học về cây cối. Thực vật học bao hàm nhiều lĩnh vực nghiên cứu về thực vật như quá trình sinh trưởng, sinh sản, trao đổi chất, phát sinh hình thái (morphogenesis development), bệnh học thực vậttiến hóa.

Động vật học là ngành học liên quan đến các loài động vật, bao gồm sinh lý học, giải phẫu họcphôi học. Các cơ chế phát triển và di truyền chung của cả động vật và thực vật được nghiên cứu trong sinh học phân tử, di truyền phân tửsinh học phát triển. Sinh thái học về động vật được nghiên cứu bởi sinh thái học tập tính (behavioral ecology) và các ngành khác.

Phân loại học[sửa | sửa mã nguồn]

Phân loại Linnaean hiện là hệ thống phân loại chính, bao gồm các cấp bậc phân loại và danh pháp 2 phần. Tên của một loài sinh vật được thống nhát thông qua các Hệ thống mã danh pháp quốc tế cho thực vật (International Code of Botanical Nomenclature, ICBN), Hệ thống mã danh pháp quốc tế cho động vật (International Code of Zoological Nomenclature, ICZN) và Hệ thống mã danh pháp quốc tế cho vi khuẩn (International Code of Nomenclature of Bacteria, ICNB). Hiện nay, người ta đang cố gắng chuẩn hóa 3 chuẩn quốc tế trên trong BioCode. Tuy nhiên hệ thống mã phân loại và danh pháp của virus (International Code of Virus Classification and Nomenclature, ICVCN) vẫn nằm ngoài BioCode.

Nhiều sự kiện biệt hóa tạo ra một hệ thống có cấu trúc cây về các mối quan hệ giữa các loài. Vai trò của hệ thống học là nghiên cứu các mối quan hệ và sự khác biệt và tương đồng giữa các loài và các nhóm loài.[41] Tuy nhiên, các hệ thống học đã từng là một lĩnh vực nghiên cứu năng động trong thời gian dài trước khi những tư tưởng tiến hóa học trở nên phổ biến.[42]

Theo truyền thống, các sinh vật sống được chia thành 5 giới:: Monera; Protista; Fungi; Plantae; Animalia.[43] Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học hiện xem cách phân loại 5 giới này đã lỗi thời. Các hệ thống phân loại học hiện đại ban đầu với 3 vực: Archaea (vi khuẩn cổ); Bacteria (vi khuẩn Eubacteria) và Eukaryota (bao gồm sinh vật nguyên sinh, nấm, thực vậtđộng vật)[44] Các vực này phản ảnh liệu các tế bào có nhân hay không có nhân, cũng như sự khác biệt về thành phần hóa học của lớp bên ngoài tế bàor.[44]

Tiếp theo, các giới được chia thành các đơn vị nhỏ hơn theo thứ tự: Vực (Domain); Giới (Kingdom); Ngành (Phylum); Lớp (Clas); Bộ (Order); Họ (Familia); Chi (Genus); Loài (Species).

Các mối quan hệ hữu sinh[sửa | sửa mã nguồn]

Một lưới thức ăn là hệ thống các chuỗi thức ăn đan xen với nhau thông qua một số mắt xích chung, miêu tả mối quan hệ phức tạp giữa các sinh vật trong một hệ sinh thái.

Sinh thái học nghiên cứu sự phân bố và sinh sống của các sinh vật sống và mối quan hệ qua lại giữa các sinh vật với nhau và với môi trường sống.[45] Môi trường sống của một sinh vật bao gồm các yếu tố vô sinh như khí hậu và địa chất cũng như các yếu tố hữu sinh là các sinh vật sống trong cùng một ổ sinh thái.[46] Các hệ sinh thái thường được nghiên cứu ở nhiều cấp độ khác nhau từ cá thể (individual) và các quần thể cho đến các hệ sinh tháisinh quyển. Sinh thái học là môn khoa học đa ngành, nghĩa là dựa trên nhiều ngành khoa học khác nhau.

Tập tính học nghiên cứu các hành vi của động vật (đặc biệt trong xã hội của loài vật như ở khỉchó sói, do đó đôi khi bộ môn này được coi là một nhánh của động vật học. Các nhà tập tính học nghiên cứu chủ yếu quá trình tiến hóa của hành vi và kiến thức về tập tính học tuân theo thuyết chọn lọc tự nhiên. Một trong những người đặt nền móng cho tập tính học hiện đại là nhà tập tính học Charles Darwin với cuốn sách mang tựa đề "Sự bộc lộ cảm xúc ở động vật và người".[47]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a ă Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-250882-6. OCLC 75299209. 
  2. ^ King, TJ & Roberts, MBV (1986). Biology: A Functional Approach. Thomas Nelson and Sons. ISBN 978-0174480358. OCLC 20717292. 
  3. ^ "Ai đặt ra thuật ngữ sinh học?" (tiếng Anh). Info.com. Truy cập 03-06-2012
  4. ^ "biology". Từ điển Từ nguyên Trực tuyến.
  5. ^ Richards, Robert J. (2002). The Romantic Conception of Life: Science and Philosophy in the Age of Goethe (Quan niệm Lãng mạn về Sự sống: Khoa học và Triết học trong Thời đại Goethe). Ấn bản Đại học Chicago . ISBN 978-0-226-71210-9.
  6. ^ Magner, Lois N. (2002). A History of the Life Sciences, Revised and Expanded (Lịch sử về khoa học của sự sống: Xem lại và mở rộng) Ấn bản CRC. ISBN 978-0-203-91100-6.
  7. ^ Serafini, Anthony (2013). The Epic History of Biology (Lịch sử hào hùng của sinh học) ISBN 9781489963277. Truy cập 14-7-2015.
  8. ^ "Theophrastus". Bách khoa Britannica (tái bản lần thứ 11). Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
  9. ^ Fahd, Toufic (1996). "Thực vật học và nông nghiệp". In Morelon, Régis; Rashed, Roshdi. Encyclopedia of the History of Arabic Science (Bách khoa lịch sử khoa học Arab) 3. Routledge. p. 815. ISBN 978-0-415-12410-2.
  10. ^ Magner, Lois N. (2002). A History of the Life Sciences, Revised and Expanded (Lịch sử về khoa học sự sống, xem lại và mở rộng) CRC Press. tr. 133–44. ISBN 978-0-203-91100-6.
  11. ^ Sapp, Jan (2003). "7". Genesis: The Evolution of Biology (Truy nguyên: Tiến hóa của sinh học) New York.: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-515618-8.
  12. ^ Coleman, William (1977). Biology in the Nineteenth Century: Problems of Form, Function, and Transformation (Sinh học thế kỷ 19: Vấn đề của hình thái, chức năng và biến đổi) New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-29293-1.
  13. ^ Mayr, Ernst. The Growth of Biological Thought (Sự phát triển của tư duy sinh học) chương 4
  14. ^ Mayr, Ernst. The Growth of Biological Thought (Sự phát triển của tư duy sinh học) chương 7
  15. ^ Gould, Stephen Jay. The Structure of Evolutionary Theory (Cấu trúc của lý thuyết tiến hóa) The Belknap Press of Harvard University Press: Cambridge, 2002. ISBN 0-674-00613-5. tr. 187.
  16. ^ Lamarck (1914)
  17. ^ Mayr, Ernst. The Growth of Biological Thought, (Sự phát triển của tư duy sinh học) chương 10: "Bằng chứng của Darwin về tiến hóa và tổ tiên chung"; và chương 11: "Nguyên nhân tiến hóa: Chọn lọc tự nhiên"
  18. ^ Larson, Edward J. (2006). "Ch. 3". Evolution: The Remarkable History of a Scientific Theory (Tiến hóa: Lịch sử đáng chú ý về lý thuyết khoa học) Random House Publishing Group. ISBN 978-1-58836-538-5.
  19. ^ Noble, Ivan (14-04-2003). "Human genome finally complete" (Giải mã hoàn toàn bộ gen người). BBC News. Truy cập 22-07-2006.
  20. ^ Mazzarello, P (tháng 5 năm 1999). “A unifying concept: the history of cell theory”. Nature Cell Biology 1 (1): E13–15. PMID 10559875. doi:10.1038/8964. 
  21. ^ De Duve, Christian (2002). Life Evolving: Molecules, Mind, and Meaning. New York: Oxford University Press. tr. 44. ISBN 0-19-515605-6. 
  22. ^ Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-187-3. OCLC 57311264. 
  23. ^ Packard, Alpheus Spring (1901). Lamarck, the founder of Evolution: his life and work with translations of his writings on organic evolution. New York: Longmans, Green. ISBN 978-0-405-12562-1. 
  24. ^ “The Complete Works of Darwin Online – Biography”. darwin-online.org.uk. Truy cập ngày 15 tháng 12 năm 2006. 
  25. ^ Dobzhansky, T. (1973). “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”. The American Biology Teacher 35 (3): 125–29. JSTOR 4444260. doi:10.2307/4444260. 
  26. ^ Carroll, Joseph biên tập (2003). On the origin of species by means of natural selection. Peterborough, Ontario: Broadview. tr. 15. ISBN 978-1-55111-337-1. As Darwinian scholar Joseph Carroll of the University of Missouri–St. Louis puts it in his introduction to a modern reprint of Darwin's work: "The Origin of Species has special claims on our attention. It is one of the two or three most significant works of all time—one of those works that fundamentally and permanently alter our vision of the world ... It is argued with a singularly rigorous consistency but it is also eloquent, imaginatively evocative, and rhetorically compelling." 
  27. ^ Shermer p. 149.
  28. ^ Darwin, Charles (1859). On the Origin of Species, John Murray.
  29. ^ Simpson, George Gaylord (1967). The Meaning of Evolution . Yale University Press. ISBN 978-0-300-00952-1. 
  30. ^ “Phylogeny”. Bio-medicine.org. 11 tháng 11 năm 2007. Truy cập ngày 2 tháng 10 năm 2013. 
  31. ^ Montévil, M; Mossio, M; Pocheville, A; Longo, G (tháng 10 năm 2016). “Theoretical principles for biology: Variation”. Progress in Biophysics and Molecular Biology. From the Century of the Genome to the Century of the Organism: New Theoretical Approaches 122 (1): 36–50. PMID 27530930. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2016.08.005. 
  32. ^ Marcial, Gene G. (August 13, 2007) From SemBiosys, A New Kind Of Insulin. businessweek.com
  33. ^ Thanbichler, M; Wang, SC; Shapiro, L (tháng 10 năm 2005). “The bacterial nucleoid: a highly organized and dynamic structure”. Journal of Cellular Biochemistry 96 (3): 506–21. PMID 15988757. doi:10.1002/jcb.20519. 
  34. ^ “Genotype definition – Medical Dictionary definitions”. Medterms.com. 19 tháng 3 năm 2012. Truy cập ngày 2 tháng 10 năm 2013. 
  35. ^ Rodolfo, Kelvin (Tháng 1 2000). "Cân bằng nội môi là gì?". Scientific American.
  36. ^ Bryant, DA; Frigaard, NU (Tháng 11 2006). "Khai phá ra sinh vật nhân sơ quang hợp và quang dưỡng". Trends in Microbiology. 14 (11): 488–96. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. PMID 16997562.
  37. ^ Smith, AL (1997). Từ điển về sinh học và hóa sinh. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. p. 508. ISBN 978-0-19-854768-6. Quang hợp - sự tổng hợp bởi các sinh vật tạo nên hợp chất hữu cơ, như carbohydrate, từ carbon dioxide sử dụng năng lượng thu được từ ánh sáng chứ không phải là oxy hóa các hợp chất hóa học.
  38. ^ Edwards, Katrina. "Vi sinh vật của ao trũng và hẻm núi trẻ, lạnh, thủy văn hoạt động". Woods Hole Oceanographic Institution.
  39. ^ Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2001). "6". Sinh học. Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-6624-2. OCLC 47521441.
  40. ^ Bartsch, John; Colvard, Mary P. (2009). Môi trường sống New York State: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-361202-8.
  41. ^ Neill, Campbell (1996). Biology; Fourth edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company. tr. G-21 (Glossary). ISBN 0-8053-1940-9. 
  42. ^ Douglas, Futuyma (1998). Evolutionary Biology; Third edition. Sinauer Associates. tr. 88. ISBN 0-87893-189-9. 
  43. ^ Margulis, L; Schwartz, KV (1997). Five Kingdoms: An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth (ấn bản 3). WH Freeman & Co. ISBN 978-0-7167-3183-2. OCLC 223623098 237138975. 
  44. ^ a ă Woese C, Kandler O, Wheelis M (1990). “Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya”. Proc Natl Acad Sci USA 87 (12): 4576–9. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. PMC 54159. PMID 2112744. doi:10.1073/pnas.87.12.4576.  Lỗi chú thích: Thẻ <ref> không hợp lệ: tên “domain” được định rõ nhiều lần, mỗi lần có nội dung khác
  45. ^ Begon, M.; Townsend, C. R., Harper, J. L. (2006). Ecology: From individuals to ecosystems. (4th ed.). Blackwell. ISBN 1-4051-1117-8. 
  46. ^ Habitats of the world. New York: Marshall Cavendish. 2004. tr. 238. ISBN 978-0-7614-7523-1. 
  47. ^ Black, J (tháng 6 năm 2002). “Darwin in the world of emotions” (Free full text). Journal of the Royal Society of Medicine 95 (6): 311–3. ISSN 0141-0768. PMC 1279921. PMID 12042386. doi:10.1258/jrsm.95.6.311. 

Đọc thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Liên kết bên ngoài[sửa | sửa mã nguồn]

Journal links
Khoa học tự nhiên
Toán họcVật lý họcHóa họcSinh họcKhoa học Trái ĐấtThiên văn học