Sự sống là một đặc điểm giúp phân biệt các thực thể vật chất với các quá trình sinh học, chẳng hạn như quá trình truyền tín hiệu và tự duy trì, với những thực thể không có, vì các chức năng đó đã ngừng hoặc vì chúng chưa bao giờ có các chức năng đó và được phân loại là vô tri.
Về cốt lõi, sự sống được xác định bởi một bộ tiêu chí, bao gồm khả năng phát triển, sinh sản, duy trì cân bằng nội môi, phản ứng với các kích thích và thích nghi với môi trường theo thời gian thông qua những thay đổi được truyền lại trong quá trình sinh sản. Sinh học , nghiên cứu về sự sống, bao gồm nhiều loại sinh vật từ vi khuẩn đơn bào đơn giản đến các sinh vật đa bào phức tạp như con người.
Tất cả các sinh vật sống đều được cấu tạo từ các tế bào, khiến chúng trở thành những khối xây dựng cơ bản của sự sống. Một tế bào có thể hoạt động độc lập hoặc là một phần của cơ thể đa bào. Tế bào thực hiện các quá trình hóa học cần thiết cho sự sống, bao gồm chuyển đổi thức ăn thành năng lượng và tạo ra protein.
Có hai loại tế bào: Prokaryotic và Eukaryotic . Tế bào nhân sơ đơn giản hơn và thiếu nhân, chẳng hạn như vi khuẩn. Tế bào nhân chuẩn, được tìm thấy ở thực vật và động vật, có nhân và các cấu trúc chuyên biệt khác gọi là bào quan.
Di truyền học là nghiên cứu về tính di truyền và biến dị ở sinh vật. Vật liệu di truyền, DNA, mang các hướng dẫn về sự phát triển, hoạt động, tăng trưởng và sinh sản của mọi sinh vật. Cấu trúc của DNA, một chuỗi xoắn kép, được phát hiện bởi James Watson và Francis Crick, tiết lộ cách thức thông tin di truyền được truyền từ cha mẹ sang con cái.
DNA sao chép thông qua một quá trình gọi là nguyên phân để tăng trưởng và sửa chữa, và phân bào để tạo ra giao tử trong sinh sản hữu tính. Mã di truyền trong DNA được tạo thành từ bốn nucleotide (A, T, C, G), xác định các đặc tính và đặc điểm vật lý của sinh vật.
Sự tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên là quá trình các sinh vật thay đổi theo thời gian do những thay đổi về đặc điểm thể chất hoặc hành vi di truyền. Charles Darwin và Alfred Russel Wallace đề xuất rằng những sinh vật phù hợp nhất với môi trường của chúng sẽ có nhiều khả năng sống sót và sinh sản hơn.
Ví dụ: Mỏ của loài chim sẻ trên Quần đảo Galápagos đã tiến hóa qua nhiều thế hệ để phù hợp hơn với loại thức ăn sẵn có cho chúng.
Mọi sinh vật sống đều cần năng lượng để thực hiện các quá trình sống. Năng lượng trong các hệ thống sinh học chủ yếu đến từ Mặt trời và được thực vật hấp thụ thông qua một quá trình gọi là quang hợp . Phương trình quang hợp có thể được biểu diễn dưới dạng: \(6CO_2 + 6H_2O + light \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2\)
Động vật lấy năng lượng bằng cách tiêu thụ thực vật hoặc động vật khác, phân hủy thức ăn trong một quá trình gọi là hô hấp tế bào , có thể tóm tắt bằng phương trình ngược của phương trình quang hợp.
Cân bằng nội môi là khả năng của cơ thể duy trì các điều kiện bên trong không đổi bất chấp những thay đổi bên ngoài. Điều này bao gồm việc điều chỉnh nhiệt độ, độ pH, hydrat hóa, v.v. Ví dụ, con người đổ mồ hôi để hạ nhiệt trong điều kiện nóng bức, một phản ứng trực tiếp để duy trì cân bằng nội môi.
Một hệ sinh thái bao gồm tất cả các sinh vật sống trong một khu vực cụ thể, cùng với môi trường vật lý của chúng. Nó bao gồm thực vật, động vật, vi sinh vật, nước, đá và đất. Các hệ sinh thái được đặc trưng bởi dòng năng lượng thông qua chuỗi và lưới thức ăn và vòng tuần hoàn của các chất dinh dưỡng.
Các sinh vật sống tương tác với nhau và môi trường của chúng theo những cách phức tạp. Mối quan hệ động vật ăn thịt-con mồi , sự cộng sinh (tương sinh, hội sinh, ký sinh) và cạnh tranh là những ví dụ về những tương tác đóng vai trò quan trọng trong cân bằng sinh thái.
Đa dạng sinh học đề cập đến sự đa dạng và đa dạng của sự sống trên Trái đất. Sự đa dạng này xảy ra ở các cấp độ khác nhau, bao gồm đa dạng loài, di truyền và hệ sinh thái. Đa dạng sinh học cao rất quan trọng vì nó giúp các hệ sinh thái duy trì khả năng phục hồi, cung cấp các dịch vụ thiết yếu cho con người như nước sạch, thụ phấn và kiểm soát dịch bệnh.
Sinh học bảo tồn tập trung vào việc bảo vệ và bảo tồn đa dạng sinh học thông qua việc quản lý hệ sinh thái và động vật hoang dã. Các chiến lược bao gồm việc thành lập các khu bảo tồn, phục hồi môi trường sống và nỗ lực chống ô nhiễm và biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu sinh học con người liên quan đến việc tìm hiểu sự phức tạp của cơ thể con người, các hệ thống của nó và cách chúng tương tác để duy trì sự sống của chúng ta. Các hệ thống quan trọng bao gồm hệ tuần hoàn, vận chuyển máu đi khắp cơ thể; hệ hô hấp lấy oxy và thải carbon dioxide; hệ thống tiêu hóa phân hủy thức ăn thành chất dinh dưỡng; và hệ thống thần kinh, điều phối các hành động và thông tin cảm giác.
Sức khỏe và bệnh tật của con người cũng là một phần quan trọng của nghiên cứu sinh học, khám phá cách duy trì sức khỏe thông qua chế độ ăn uống, tập thể dục và phòng ngừa bệnh tật. Nghiên cứu về di truyền và sinh học phân tử đang dẫn đến những tiến bộ trong y học, cải thiện việc chẩn đoán và điều trị bệnh.
Khi công nghệ tiến bộ, sự hiểu biết của chúng ta về cuộc sống cũng vậy. Công nghệ sinh học, việc sử dụng các hệ thống sống và sinh vật để phát triển hoặc tạo ra sản phẩm, đang cách mạng hóa các lĩnh vực như nông nghiệp, y học và bảo tồn môi trường. Kỹ thuật di truyền, bao gồm chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9, mang đến khả năng chữa các bệnh di truyền và cải thiện năng suất cây trồng.
Hơn nữa, sinh học tổng hợp, một nhánh khoa học liên ngành kết hợp sinh học và kỹ thuật, đang tạo ra các dạng sống mới bằng cách thiết kế và xây dựng các bộ phận và hệ thống sinh học mới hoặc thiết kế lại những bộ phận và hệ thống sinh học hiện có cho các mục đích hữu ích. Điều này có thể dẫn đến những đột phá trong việc sản xuất năng lượng tái tạo, nhựa phân hủy sinh học và thậm chí là địa khai hóa các hành tinh khác để con người có thể sinh sống được.
Tóm lại, việc khám phá sự sống từ quy mô vi mô của tế bào và gen đến các tương tác phức tạp trong hệ sinh thái cho thấy vẻ đẹp và sự phức tạp của thế giới sinh học. Thông qua nghiên cứu sinh học, chúng ta có được cái nhìn sâu sắc không chỉ về bản chất sự tồn tại của chúng ta mà còn về các cơ chế duy trì sự sống trên Trái đất. Khi tiếp tục làm sáng tỏ những bí ẩn của cuộc sống, chúng ta phải đối mặt với những cân nhắc về mặt đạo đức và trách nhiệm sử dụng kiến thức của mình vì lợi ích của mọi sinh vật và bảo tồn môi trường.
