Leven is een kenmerk dat fysieke entiteiten met biologische processen, zoals signalerings- en zelfonderhoudende processen, onderscheidt van entiteiten die dat niet doen, hetzij omdat dergelijke functies zijn opgehouden, hetzij omdat ze nooit dergelijke functies hebben gehad en als levenloos worden geclassificeerd.
In de kern wordt het leven gedefinieerd door een reeks criteria, waaronder het vermogen om te groeien, zich voort te planten, de homeostase te behouden, op stimuli te reageren en zich in de loop van de tijd aan te passen aan de omgeving door middel van veranderingen die tijdens de reproductie worden doorgegeven. Biologie , de studie van het leven, bestrijkt een enorm spectrum aan organismen, van eenvoudige eencellige bacteriën tot complexe meercellige organismen zoals mensen.
Alle levende organismen zijn samengesteld uit cellen, waardoor ze de fundamentele bouwstenen van het leven zijn. Een cel kan zelfstandig functioneren of als onderdeel van een meercellig organisme. Cellen voeren de chemische processen uit die nodig zijn om te overleven, waaronder het omzetten van voedsel in energie en het maken van eiwitten.
Er zijn twee soorten cellen: prokaryotisch en eukaryotisch . Prokaryotische cellen zijn eenvoudiger en missen een kern, zoals bacteriën. Eukaryotische cellen, aangetroffen in planten en dieren, hebben een kern en andere gespecialiseerde structuren die organellen worden genoemd.
Genetica is de studie van erfelijkheid en variatie in organismen. Het genetische materiaal, DNA, bevat instructies voor de ontwikkeling, het functioneren, de groei en de voortplanting van alle levende wezens. De structuur van DNA, een dubbele helix, werd ontdekt door James Watson en Francis Crick en onthult hoe genetische informatie van ouders op nakomelingen wordt doorgegeven.
DNA repliceert via een proces dat mitose wordt genoemd voor groei en herstel, en meiose voor het produceren van gameten bij seksuele voortplanting. De genetische code in DNA bestaat uit vier nucleotiden (A, T, C, G), die de fysieke kenmerken en eigenschappen van een organisme bepalen.
Evolutie door natuurlijke selectie is het proces waarbij organismen in de loop van de tijd veranderen als gevolg van veranderingen in erfelijke fysieke of gedragskenmerken. Charles Darwin en Alfred Russel Wallace stelden voor dat de organismen die het meest geschikt zijn voor hun omgeving een grotere kans hebben om te overleven en zich voort te planten.
Voorbeeld: De snavels van vinken op de Galápagoseilanden zijn in de loop van de generaties geëvolueerd om beter te passen bij het soort voedsel dat voor hen beschikbaar is.
Alle levende organismen hebben energie nodig om levensprocessen uit te voeren. Energie in biologische systemen komt voornamelijk van de zon en wordt door planten opgevangen via een proces dat fotosynthese wordt genoemd. De vergelijking voor fotosynthese kan worden weergegeven als: \(6CO_2 + 6H_2O + light \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2\)
Dieren verkrijgen energie door planten of andere dieren te consumeren en het voedsel af te breken in een proces dat cellulaire ademhaling wordt genoemd en dat kan worden samengevat door het omgekeerde van de fotosynthesevergelijking.
Homeostase is het vermogen van een organisme om ondanks externe veranderingen constante interne omstandigheden te handhaven. Dit omvat het reguleren van de temperatuur, pH, hydratatie en meer. Mensen zweten bijvoorbeeld om af te koelen in warme omstandigheden, een directe reactie om de homeostase te behouden.
Een ecosysteem bestaat uit alle levende wezens in een bepaald gebied, samen met hun fysieke omgeving. Het omvat planten, dieren, micro-organismen, water, rotsen en grond. Ecosystemen worden gekenmerkt door een energiestroom door voedselketens en netwerken, en een kringloop van voedingsstoffen.
Levende organismen hebben op complexe manieren interactie met elkaar en hun omgeving. Relaties tussen roofdieren en prooien , symbiose (mutualisme, commensalisme, parasitisme) en concurrentie zijn voorbeelden van deze interacties die een cruciale rol spelen in het ecologische evenwicht.
Biodiversiteit verwijst naar de verscheidenheid en variabiliteit van het leven op aarde. Deze diversiteit vindt plaats op verschillende niveaus, waaronder soorten-, genetische en ecosysteemdiversiteit. Een hoge biodiversiteit is van cruciaal belang omdat het ecosystemen helpt veerkrachtig te blijven en essentiële diensten aan de mens levert, zoals schoon water, bestuiving en ziektebestrijding.
Conservatiebiologie richt zich op het beschermen en behouden van de biodiversiteit door het beheer van ecosystemen en wilde dieren. Strategieën omvatten de oprichting van beschermde gebieden, het herstel van habitats en inspanningen om vervuiling en klimaatverandering te bestrijden.
Het bestuderen van de menselijke biologie impliceert het begrijpen van de complexiteit van het menselijk lichaam, zijn systemen en hoe deze op elkaar inwerken om ons in leven te houden. Belangrijke systemen zijn onder meer de bloedsomloop, die bloed door het lichaam transporteert; het ademhalingssysteem, dat zuurstof opneemt en kooldioxide uitstoot; het spijsverteringsstelsel, dat voedsel afbreekt in voedingsstoffen; en het zenuwstelsel, dat acties en sensorische informatie coördineert.
De menselijke gezondheid en ziekte vormen ook een belangrijk onderdeel van biologische studies, waarbij wordt onderzocht hoe de gezondheid kan worden behouden door middel van voeding, lichaamsbeweging en preventie van ziekten. Onderzoek naar genetica en moleculaire biologie leidt tot vooruitgang in de geneeskunde en verbetert de diagnose en behandeling van ziekten.
Naarmate de technologie vordert, groeit ook ons begrip van het leven. Biotechnologie, het gebruik van levende systemen en organismen om producten te ontwikkelen of te maken, zorgt voor een revolutie op gebieden als landbouw, geneeskunde en milieubehoud. Genetische manipulatie, waaronder CRISPR-Cas9-genbewerking, biedt mogelijkheden voor het genezen van genetische ziekten en het verbeteren van gewasopbrengsten.
Bovendien creëert synthetische biologie, een interdisciplinaire tak van de wetenschap die biologie en techniek combineert, nieuwe levensvormen door nieuwe biologische onderdelen en systemen te ontwerpen en te construeren, of door bestaande onderdelen en systemen opnieuw te ontwerpen voor nuttige doeleinden. Dit zou kunnen leiden tot doorbraken in de productie van hernieuwbare energie, biologisch afbreekbare kunststoffen en zelfs het terravormen van andere planeten om ze bewoonbaar te maken voor mensen.
Concluderend onthult de verkenning van het leven, van de microscopische schaal van cellen en genen tot de complexe interacties binnen ecosystemen, de schoonheid en complexiteit van de biologische wereld. Door de studie van de biologie krijgen we niet alleen inzicht in de aard van ons eigen bestaan, maar ook in de mechanismen die het leven op aarde in stand houden. Terwijl we doorgaan met het ontrafelen van de mysteries van het leven, worden we geconfronteerd met ethische overwegingen en de verantwoordelijkheid om onze kennis te gebruiken ten behoeve van alle levende wezens en het behoud van het milieu.
