Życie to cecha, która odróżnia byty fizyczne posiadające procesy biologiczne, takie jak procesy sygnalizacyjne i samowystarczalne, od tych, które ich nie posiadają, ponieważ albo ustały takie funkcje, albo dlatego, że nigdy takich funkcji nie pełniły i są klasyfikowane jako nieożywione.
W swej istocie życie definiuje się na podstawie zestawu kryteriów, w tym zdolności do wzrostu, rozmnażania się, utrzymywania homeostazy, reagowania na bodźce i dostosowywania się do środowiska w miarę upływu czasu poprzez zmiany przekazywane podczas reprodukcji. Biologia , nauka o życiu, obejmuje szerokie spektrum organizmów, od prostych jednokomórkowych bakterii po złożone organizmy wielokomórkowe, takie jak ludzie.
Wszystkie żywe organizmy składają się z komórek, co czyni je podstawowymi elementami budulcowymi życia. Komórka może funkcjonować samodzielnie lub jako część organizmu wielokomórkowego. Komórki przeprowadzają procesy chemiczne niezbędne do przetrwania, w tym przekształcanie pożywienia w energię i wytwarzanie białek.
Istnieją dwa typy komórek: prokariotyczne i eukariotyczne . Komórki prokariotyczne są prostsze i nie mają jądra, jak bakterie. Komórki eukariotyczne występujące u roślin i zwierząt mają jądro i inne wyspecjalizowane struktury zwane organellami.
Genetyka to nauka o dziedziczności i zmienności organizmów. Materiał genetyczny, DNA, zawiera instrukcje dotyczące rozwoju, funkcjonowania, wzrostu i reprodukcji wszystkich żywych istot. Strukturę DNA, czyli podwójną helisę, odkryli James Watson i Francis Crick, ujawniając, w jaki sposób informacja genetyczna jest przekazywana z rodziców na potomstwo.
DNA replikuje się w procesie zwanym mitozą w celu wzrostu i naprawy oraz mejozą w celu wytwarzania gamet w procesie rozmnażania płciowego. Kod genetyczny w DNA składa się z czterech nukleotydów (A, T, C, G), które określają cechy fizyczne i cechy organizmu.
Ewolucja poprzez dobór naturalny to proces, w wyniku którego organizmy zmieniają się w czasie w wyniku zmian w dziedzicznych cechach fizycznych lub behawioralnych. Charles Darwin i Alfred Russel Wallace zaproponowali, że organizmy najlepiej przystosowane do swojego środowiska mają większe szanse na przeżycie i rozmnażanie się.
Przykład: Dzioby zięb zamieszkujących Wyspy Galapagos ewoluowały przez pokolenia, aby lepiej odpowiadać rodzajowi dostępnego im pożywienia.
Wszystkie żywe organizmy potrzebują energii do przeprowadzenia procesów życiowych. Energia w układach biologicznych pochodzi głównie ze Słońca i jest wychwytywana przez rośliny w procesie zwanym fotosyntezą . Równanie fotosyntezy można przedstawić jako: \(6CO_2 + 6H_2O + light \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2\)
Zwierzęta uzyskują energię poprzez spożywanie roślin lub innych zwierząt, rozkładając pożywienie w procesie zwanym oddychaniem komórkowym , który można podsumować odwrotnością równania fotosyntezy.
Homeostaza to zdolność organizmu do utrzymania stałych warunków wewnętrznych pomimo zmian zewnętrznych. Obejmuje to regulację temperatury, pH, nawodnienia i nie tylko. Na przykład ludzie pocą się, aby się ochłodzić w upalne dni, co jest bezpośrednią reakcją na utrzymanie homeostazy.
Ekosystem składa się ze wszystkich żywych istot na danym obszarze wraz z ich środowiskiem fizycznym. Obejmuje rośliny, zwierzęta, mikroorganizmy, wodę, skały i glebę. Ekosystemy charakteryzują się przepływem energii przez łańcuchy i sieci pokarmowe oraz obiegiem składników odżywczych.
Organizmy żywe oddziałują ze sobą i ze swoim środowiskiem w złożony sposób. Relacje drapieżnik-ofiara , symbioza (mutualizm, komensalizm, pasożytnictwo) i konkurencja to przykłady takich interakcji, które odgrywają kluczową rolę w równowadze ekologicznej.
Różnorodność biologiczna odnosi się do różnorodności i zmienności życia na Ziemi. Różnorodność ta występuje na różnych poziomach, w tym różnorodności gatunkowej, genetycznej i ekosystemowej. Wysoka różnorodność biologiczna ma kluczowe znaczenie, ponieważ pomaga ekosystemom zachować odporność, zapewniając ludziom podstawowe usługi, takie jak czysta woda, zapylanie i zwalczanie chorób.
Biologia konserwatorska koncentruje się na ochronie i zachowaniu różnorodności biologicznej poprzez zarządzanie ekosystemami i dziką przyrodą. Strategie obejmują ustanawianie obszarów chronionych, przywracanie siedlisk oraz wysiłki na rzecz zwalczania zanieczyszczeń i zmian klimatycznych.
Studiowanie biologii człowieka wymaga zrozumienia zawiłości ludzkiego ciała, jego układów oraz tego, jak oddziałują one na siebie, aby utrzymać nas przy życiu. Do ważnych układów zalicza się układ krwionośny, który transportuje krew po całym organizmie; układ oddechowy, który pobiera tlen i wydala dwutlenek węgla; układ trawienny, który rozkłada żywność na składniki odżywcze; oraz układ nerwowy, który koordynuje działania i informacje zmysłowe.
Zdrowie i choroby ludzkie stanowią również kluczową część badań biologicznych, badających, jak utrzymać zdrowie poprzez dietę, ćwiczenia i zapobieganie chorobom. Badania z zakresu genetyki i biologii molekularnej prowadzą do postępu w medycynie, poprawy diagnostyki i leczenia chorób.
Wraz z postępem technologii zmienia się także nasze rozumienie życia. Biotechnologia, czyli wykorzystanie żywych systemów i organizmów do opracowywania lub wytwarzania produktów, rewolucjonizuje takie dziedziny, jak rolnictwo, medycyna i ochrona środowiska. Inżynieria genetyczna, w tym edycja genów CRISPR-Cas9, oferuje możliwości leczenia chorób genetycznych i poprawy plonów.
Co więcej, biologia syntetyczna, interdyscyplinarna dziedzina nauki łącząca biologię i inżynierię, tworzy nowe formy życia poprzez projektowanie i konstruowanie nowych części i układów biologicznych lub przeprojektowywanie istniejących do użytecznych celów. Może to doprowadzić do przełomów w produkcji energii odnawialnej, biodegradowalnych tworzyw sztucznych, a nawet terraformowaniu innych planet, aby nadawały się do zamieszkania przez ludzi.
Podsumowując, badanie życia od mikroskopijnej skali komórek i genów po złożone interakcje w ekosystemach ujawnia piękno i złożoność świata biologicznego. Studiując biologię, zyskujemy wgląd nie tylko w naturę naszego własnego istnienia, ale także w mechanizmy podtrzymujące życie na Ziemi. W miarę odkrywania tajemnic życia stajemy przed względami etycznymi i odpowiedzialnością za wykorzystanie naszej wiedzy dla dobra wszystkich żywych istot i ochrony środowiska.
