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生物学は生命と生物の科学的研究です。生物学は、生命の構造、機能、成長、起源、進化、分布を説明する幅広い分野と統一原理を包含する広範な自然科学です。生物学の中心には、生命の基本単位としての細胞、遺伝の基礎としての遺伝子と遺伝、生物多様性の原動力としての進化、生命過程を維持するためのエネルギー変換、そして内部安定性の維持である恒常性という5つの基本的なテーマがあります。[ 1 ] [ 2 ]
生物学は、分子や細胞から生物、個体群、生態系に至るまで、複数の組織レベルにわたる生命を研究する学問です。その下位分野には、分子生物学、生理学、生態学、進化生物学、発生生物学、系統分類学などがあります。これらの各分野では、観察、実験、数理モデル化など、さまざまな手法を用いて生物学的現象を調査します。現代生物学は、チャールズ・ダーウィンが最初に提唱した自然選択による進化論と、 DNAにコードされた遺伝子の分子レベルでの理解に基づいています。DNAの構造の発見と分子遺伝学の進歩は、生物学の多くの分野を変革し、医学、農業、バイオテクノロジー、環境科学への応用につながっています。
生物学者は、分類学と系統発生学を用いて、単細胞の古細菌や細菌から多細胞の植物、菌類、動物に至るまで、生物を共通の特徴と進化上の関係に基づいて分類する。
ギリシャ語のβίος ( bíos ) 「生命」 (インド・ヨーロッパ祖語の語根 *gwei- から、生きる) とλογία ( logia ) 「研究」から。この化合物は、1766 年に出版されたMichael Christoph HanowのPhilosophiae Naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia Generalis et Dendrologiaの第 3 巻のタイトルに登場します。現代の意味での生物学という用語は、Thomas Beddoes (1799 年)、[ 3 ] Karl Friedrich Burdach (in 1800年）、ゴットフリード・ラインホルト・トレヴィラヌス（自然哲学の生物学、1802年）、ジャン＝バティスト・ラマルク（水文学、1802年）。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
医学を含む科学の最も古い起源は、紀元前3000年から1200年頃の古代エジプトとメソポタミアに遡ることができます。[ 7 ] [ 8 ]彼らの貢献は、古代ギリシャの自然哲学を形成しました。[ 9 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 10 ] [ 11 ]アリストテレス（紀元前384～322年）などの古代ギリシャの哲学者は、生物学的知識の発展に大きく貢献しました。[ 12 ]彼は生物学的原因と生命の多様性を探求しました。彼の後継者であるテオフラストスは、植物の科学的研究を開始しました。[ 13 ]生物学について書いた中世イスラム世界の学者には、アル＝ジャヒズ（781～869年）、植物学について書いたアル＝ディーナワリー（828～896年）などがいます。[ 14 ]
アントン・ファン・レーウェンフックによる顕微鏡の劇的な改良により、生物学は急速に発展し始めました。この時、学者たちは精子、細菌、繊毛虫、そして微生物の多様性を発見しました。ヤン・スワンメルダムの研究は昆虫学への新たな関心を促し、顕微鏡解剖と染色技術の開発に役立ちました。[ 15 ]顕微鏡の進歩は生物学的思考に大きな影響を与えました。19世紀初頭、生物学者たちは細胞の重要性を指摘しました。1838年、シュライデンとシュワンは、(1)生物の基本単位は細胞であり、(2)個々の細胞は生命のすべての特徴を持っているという考えを提唱し始めましたが、(3)すべての細胞は他の細胞の分裂から生じるという考えには反対し、自然発生説を支持し続けました。しかし、ロベルト・レマクとルドルフ・フィルヒョウは3番目の原則を具体化することができ、1860年代までにほとんどの生物学者が3つの原則すべてを受け入れ、細胞説に統合された。[ 16 ] [ 17 ]
一方、分類学と分類体系は博物学者の関心事となった。カール・リンネは1735年に自然界の基本的な分類体系を発表し、1750年代にはすべての種に学名を導入した。[ 18 ]ジョルジュ＝ルイ・ルクレール、ビュフォン伯爵は、種を人為的なカテゴリー、生物の形態を可塑的なものとみなし、共通祖先の可能性さえ示唆した。[ 19 ]
本格的な進化論的思考は、首尾一貫した進化論を提示したジャン＝バティスト・ラマルクの著作に端を発する。 [ 21 ]イギリスの博物学者チャールズ・ダーウィンは、フンボルトの生物地理学的アプローチ、ライエルの斉一説的地質学、マルサスの人口増加に関する著作、そして自身の形態学の専門知識と広範な自然観察を組み合わせ、自然選択に基づくより成功した進化論を構築した。同様の推論と証拠により、アルフレッド・ラッセル・ウォレスも独立して同じ結論に達した。[ 22 ] [ 23 ]
現代遺伝学の基礎は、 1865 年のグレゴール・メンデルの研究から始まった。[ 24 ]これは生物学的遺伝の原理を概説した。[ 25 ]しかし、彼の研究の重要性は、進化が統一理論となり、現代総合説がダーウィン進化論と古典遺伝学を調和させた 20 世紀初頭まで認識されなかった。[ 26 ] 1940 年代から 1950 年代初頭にかけて、アルフレッド・ハーシーとマーサ・チェイスによる一連の実験により、 DNA が、遺伝子として知られるようになった形質を運ぶ単位を保持する染色体の構成要素であることが示された。ウイルスや細菌などの新しい種類のモデル生物への注目と、1953 年のジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックによる DNA の二重らせん構造の発見は、分子遺伝学の時代への移行を特徴づけた。1950 年代以降、生物学は分子領域で大きく拡張された。DNAにコドンが含まれていることが理解された後、遺伝暗号はハル・ゴビンド・コラナ、ロバート・W・ホリー、マーシャル・ウォーレン・ニーレンバーグによって解読された。ヒトゲノム計画は、ヒトゲノムをマッピングするために1990年に開始された。[ 27 ]
分子生物学は、細胞内および細胞間の生物学的活動の分子基盤を理解しようとする生物学の一分野です。主に核酸（ DNAやRNAなど）とタンパク質の研究を中心としています。複製、転写、翻訳、タンパク質合成、複雑な生体分子相互作用などのプロセスを調整するこれらの高分子の構造、機能、および相互作用を調べます。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]
1953年、ミラー・ユーリー実験は、初期地球の条件を模倣した閉鎖系内で有機化合物が非生物的に合成できることを示し、複雑な有機分子が初期地球の生命発生の過程で自然発生的に生じた可能性を示唆した。[ 32 ] [ 33 ]
細胞生物学は、細胞の構造、機能、および挙動を研究する生物学の一分野である。[ 34 ] [ 35 ]
生体エネルギー学は、生化学および細胞生物学の分野であり、生体システムにおけるエネルギーの流れを扱っています。 [ 36 ]これは、生物におけるエネルギー変換の研究や、細胞呼吸やエネルギー利用を可能にするその他の代謝および酵素プロセスなど、数千もの異なる細胞プロセスの研究を含む、活発な生物学研究分野です。[ 37 ]
遺伝学は遺伝の科学的研究である。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]特に古典遺伝学は、遺伝子と形質が親から子にどのように受け継がれるかを研究するものであり、その原理はメンデル遺伝と呼ばれる。[ 25 ]パネット四角形は検定交配の結果を予測するために使用できる。遺伝子は染色体上に存在するという染色体遺伝説は、ショウジョウバエを用いたトーマス・モーガンの実験によって支持され、この実験ではこれらの昆虫の目の色と性別の間の性連鎖が確立された。 [ 41 ]
進化発生生物学は、異なる生物の発生過程を比較して、発生過程がどのように進化してきたかを推測する学問である。この分野は、発生学が謎に直面していた19世紀に始まった。動物学者は、胚発生が分子レベルでどのように制御されているかを知らなかった。チャールズ・ダーウィンは、類似した胚が存在することは共通の祖先を示唆すると指摘したが、1970年代までほとんど進展はなかった。その後、組換えDNA技術によって、発生学と分子遺伝学がようやく結びついた。[ 42 ] [ 43 ]初期の重要な発見の一つは、幅広い真核生物の発生を制御するホメオティック遺伝子の発見であった。[ 44 ]この分野では、昆虫、脊椎動物、頭足類軟体動物の目など、長い間別々に進化してきたと考えられてきた異質な器官が、進化発生遺伝子ツールキットの類似した遺伝子によって制御されているという発見である、深い相同性を探求している。[ 45 ]
進化生物学は、進化のメカニズムを分析する生物学のサブ分野です。進化は地球上の生命の統一性と多様性を説明するものであり、テオドシウス・ドブジャンスキーは「生物学において、進化の光なしには意味をなさないものはない」と有名な言葉を残しました。[ 46 ] 例えば、集団遺伝学は、遺伝的変異がどのように発生し、どのように遺伝し、進化メカニズムがどのように集団の遺伝的構成を形成するかを研究します。 [ 47 ]進化生物学の研究は多くのトピックを網羅し、分子遺伝学や数理生物学、理論生物学など、さまざまな分野のアイデアを取り入れています。進化研究のいくつかの分野は、現代の進化総合説では十分に説明されていない現象を説明しようとしています。これには、種分化[ 48 ] [ 49 ]、有性生殖の進化[ 50 ] [ 51 ] 、協力の進化、老化の進化[ 52 ]、進化可能性[ 53 ]が含まれます。
分類学は、過去と現在の生物形態の多様化と、時間の経過に伴う生物間の関係を研究する学問である。関係は進化系統樹として視覚化され、系統発生学を用いて研究され、統一的な生命の分類体系が作られる。[ 55 ] [ 56 ]
保全生物学は、地球の生物多様性の保全を研究し、種、その生息地、生態系を過剰な絶滅率や生物間の相互作用の侵食から保護することを目的としています。 [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]生物多様性の維持、喪失、回復に影響を与える要因と、遺伝的、個体群、種、生態系の多様性を生み出す進化プロセスを維持する科学に関心があります。[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]この懸念は、地球上の全種の最大50%が今後50年以内に消滅するという推定に基づいています。[ 64 ]これは貧困や飢餓の一因となっており、この惑星の進化の方向性をリセットすることになります。[ 65 ] [ 66 ]保全生物学者は、生物多様性の喪失、種の絶滅、そしてこれらが人間社会の幸福を維持する能力に及ぼす悪影響の傾向を研究しています。 [ 67 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]
生物学者は、形態は変化し、自然選択は変化の重要な力であると自信を持って言うことができた。しかし、その変化がどのように達成されるかについては何も言えなかった。身体や身体の一部がどのように変化するのか、あるいは新しい構造がどのように発生するのかは、まったくの謎のままだった。
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