Biologia

Metoda naukowa służy do rozwiązywania problemów i wyjaśniania zjawisk. Rozwój metody naukowej zbiegł się w czasie ze zmianami w filozofii leżącymi u podstaw odkryć naukowych, radykalnie zmieniając poglądy społeczeństwa na przyrodę. W okresie europejskiego renesansu osoby takie jak Francis Bacon, Galileusz i Izaak Newton sformalizowały koncepcję metody naukowej i wprowadziły ją w życie. Chociaż metoda naukowa została zrewidowana od czasu jej wczesnych koncepcji, wiele ram i filozofii pozostaje w...

Błony komórkowe i dyfuzja Aby funkcjonować, komórki muszą przenosić materiały do i z cytoplazmy przez błony komórkowe. Błony te są półprzepuszczalne, co oznacza, że niektóre cząsteczki mogą przez nie przechodzić, ale inne nie. W tym ruchu cząsteczek pośredniczy dwuwarstwa fosfolipidowa i osadzone w niej białka, z których niektóre działają jako kanały transportowe dla cząsteczek, które w przeciwnym razie nie byłyby w stanie przejść przez błonę, takich jak jony i węglowodany. Rozmiar komórki i...

Tło Komórki reprezentują najbardziej podstawowe jednostki biologiczne wszystkich organizmów, niezależnie od tego, czy są to proste, jednokomórkowe organizmy, takie jak bakterie, czy duże, wielokomórkowe organizmy, takie jak słonie i gigantyczne sekwoje. W połowie XIX wieku zaproponowano teorię komórki, aby zdefiniować komórkę, która stwierdza: Każdy żywy organizm składa się z jednej lub więcej komórek. Komórki są jednostkami funkcjonalnymi wszystkich organizmów. Wszystkie komórki powstają z...

Biomolekuły Organizmy zawierają szeroką gamę cząsteczek organicznych o wielu funkcjach, które zależą od struktur chemicznych i właściwości tych cząsteczek. Wszystkie cząsteczki organiczne zawierają szkielet węglowy i atomy wodoru. Atom węgla odgrywa kluczową rolę w tworzeniu szerokiej gamy cząsteczek organicznych o różnej wielkości, kształcie i złożoności; Z drugiej strony cząsteczki nieorganiczne mają na ogół prostszą strukturę. Najbardziej zewnętrzna powłoka wolnego atomu węgla może pomieścić...

Homeostaza Warunki w środowisku zewnętrznym organizmu mogą zmieniać się szybko i drastycznie. Aby przetrwać, organizmy muszą utrzymywać w miarę stałe środowisko wewnętrzne, które obejmuje ciągłą regulację temperatury, pH i innych czynników. Ten zrównoważony stan jest znany jako homeostaza, która opisuje procesy, dzięki którym organizmy utrzymują optymalne warunki wewnętrzne. Aby utrzymać homeostazę, organizmy rozwinęły struktury o różnych funkcjach. Fizjologia to nauka o normalnych funkcjach i...

Genetyka mendlowska Ewolucja jest spowodowana zmianami w składzie genetycznym populacji. W dziedzinie genetyki populacyjnej naukowcy modelują ten proces jako zmiany częstości występowania alleli w poszczególnych loci genetycznych. To proste przedstawienie tego, jak zachodzi ewolucja, pochodzi z analizy Gregora Mendla dotyczącej wzorców dziedziczenia cech u roślin grochu, po raz pierwszy zaprezentowanej w 1865 roku. Mendel ustalił, korzystając z rygorystycznego zbierania danych, że zauważalne...

Odkrycie DNA jako cząsteczki dziedzicznej we wszystkich organizmach doprowadziło do ogromnych przełomów naukowych i medycznych oraz znacznie poszerzyło nasze zrozumienie nas samych i innych organizmów. Izolacja i profilowanie DNA były podstawowymi pierwszymi krokami dla wielu postępów w minionym stuleciu; Od identyfikacji funkcji genów po rewolucje w rolnictwie i kryminalistyce. Izolowanie DNA od komórek Izolacja DNA to dość prosta procedura, która wymaga kilku, ale niezbędnych kroków:...

Tło Na początku XX wieku zapalenie płuc było odpowiedzialne za dużą część zgonów z powodu chorób zakaźnych1. Aby opracować skuteczną szczepionkę przeciwko zapaleniu płuc, Frederick Griffith postanowił zbadać dwa różne szczepy Streptococcus pneumoniae: niezjadliwy szczep o szorstkim wyglądzie (szczep R) i zjadliwy szczep o gładkim wyglądzie (szczep S) ze względu na zewnętrzną kapsułkę polisacharydową2. Ta zewnętrzna warstwa bakterii szczepu S umożliwiła im oparcie się układowi odpornościowemu...

Autotrofy Prawie wszystkie żywe organizmy na Ziemi są zależne od fotosyntezy, która jest procesem, który przekształca energię światła słonecznego w cukier prosty zwany glukozą. Cząsteczka ta może być wykorzystana jako krótkoterminowe źródło energii lub do budowy bardziej złożonych węglowodanów, takich jak skrobia, do długoterminowego magazynowania energii. Autotrofy to organizmy, które wychwytują energię świetlną za pomocą fotosyntezy. Znane również jako producenci pierwotni, dostarczają...

Autotrofy i heterotrofy Organizmy żywe wymagają ciągłego dopływu energii do utrzymania funkcji komórkowych i organizmu, takich jak wzrost, naprawa, ruch, obrona i rozmnażanie. Komórki mogą wykorzystywać energię chemiczną tylko do napędzania swoich funkcji, dlatego muszą pozyskiwać energię z wiązań chemicznych biomolekuł, takich jak cukry i lipidy. Organizmy autotroficzne, a mianowicie rośliny, glony oraz bakterie fotosyntetyczne i chemosyntetyczne, przekształcają materiały nieorganiczne w...

Podział komórek ma fundamentalne znaczenie dla wszystkich żywych organizmów i jest niezbędny do wzrostu i rozwoju. Jako podstawowy środek rozmnażania wszystkich żywych istot, podział komórek umożliwia organizmom przenoszenie materiału genetycznego na potomstwo. W przypadku organizmu jednokomórkowego podział komórkowy generuje zupełnie nowy organizm. W przypadku organizmów wielokomórkowych podział komórkowy wytwarza nowe komórki do ogólnego rozwoju organizmu, a także wytwarza zdrowe komórki,...

Tło Wszystkie żywe organizmy muszą wykonywać zestaw podstawowych funkcji, aby się utrzymać. Jeden z tych procesów polega na transporcie materiałów w całym organizmie. Dlatego organizmy muszą wymieniać się materiałami ze środowiskiem, co można zaobserwować w małej skali komórek transportujących między sobą białka i inne materiały lub na większą skalę, taką jak obieg wody, gdzie woda stale porusza się na, nad i pod powierzchnią Ziemi. W obu przykładach przemieszczanie się materiałów z jednego...

Katalizatory biologiczne Wszystkie żywe organizmy nieustannie przeprowadzają liczne reakcje biochemiczne, aby podtrzymać swoją obecność. Większość z tych reakcji wymaga do rozpoczęcia wkładu energii, która nazywa się energią aktywacji. Katalizatory to substancje chemiczne, które obniżają energię aktywacji. Mimo że katalizatory ułatwiają reakcję chemiczną, nie są przez nią zużywane. Oznacza to, że katalizator może ułatwiać określoną reakcję chemiczną w kółko po kolei, zwiększając szybkość tej...

Drosophila jako organizm modelowy Pospolita muszka owocowa, Drosophila melanogaster, jest szeroko stosowanym organizmem modelowym w biologii, chociaż może być częściej rozpoznawana jako szkodnik kochający owoce. Istnieje wiele powodów, dla których D. melanogaster jest doskonałym organizmem eksperymentalnym: ich około dwutygodniowy czas pokolenia pozwala na badanie wielu pokoleń, są łatwo utrzymywane w bardzo małych rurkach, a ich dymorfizm płciowy umożliwia badaczom łatwe rozróżnienie samców,...

Łańcuch pokarmowy Energia jest jednym z najważniejszych czynników abiotycznych w ekosystemie, a organizmy w ekosystemie są połączone przepływem energii i materii między sobą. Ponieważ energia nie może być ani stworzona, ani zniszczona, może jedynie zmienić formę lub zostać przekazana następnemu organizmowi w łańcuchu pokarmowym. Na przykład za każdym razem, gdy krowa pasie się na trawie lub rybołów poluje i zjada ryby, energia jest przekazywana ze spożywanego organizmu do konsumenta. Każda z...

Zróżnicowane ekosystemy są ważne dla zdrowia planety i naszego przetrwania jako ludzi; dlatego niezwykle ważne jest dla nas zrozumienie i zmierzenie różnorodności biologicznej, która jest definiowana jako zmienność organizmów żywych w ekosystemie. Różnorodność biologiczną można mierzyć na wielu różnych poziomach, w tym genetycznym, gatunkowym, społecznościowym i ekosystemowym. Jednym ze sposobów pomiaru różnorodności biologicznej jest ocena bogactwa gatunkowego ekosystemu, czyli całkowitej...

Historia życia na Ziemi Skamieniałości organizmów, które różniły się od wszystkiego, co żyje dzisiaj, zostały udokumentowane już w XVII wieku, ale dopiero na początku XIX wieku naukowcy zaczęli dostrzegać, że kolejne warstwy skał zawierających skamieniałości są jak kolejne karty w historii życia na Ziemi. Chociaż to uznanie dało początek narodzinom paleontologii, idea całkowitego globalnego wyginięcia gatunku nie została jeszcze w pełni zaakceptowana. W tamtym czasie można było argumentować, że...

Rozmieszczenie gatunków Biogeografia to nauka zajmująca się badaniem rozmieszczenia gatunków w przestrzeni geograficznej i procesów, które kształtują to rozmieszczenie. Dyscyplina ta opiera się na założeniu, że każdy gatunek w obrębie danego miejsca musiał wyemigrować z innego obszaru geograficznego lub wyewoluować z gatunku lokalnego. W każdym siedlisku na poszczególne gatunki oddziałują różne czynniki biotyczne i abiotyczne, kształtując wskaźniki urodzeń, śmierci, imigracji i emigracji. Aby...

Modele populacji Populacja ekologiczna to grupa osobników jednego gatunku żyjących na danym obszarze w tym samym czasie. Aby przetrwać, populacja musi albo rosnąć, albo utrzymywać swoją wielkość. Ekologia populacji to nauka o tym, jak wielkość populacji i rozkład wieku zmieniają się w czasie poprzez interakcje z innymi gatunkami i środowiskiem, a także z osobnikami własnego gatunku. Szczególnie ważną cechą, która jest badana przez ekologów, jest tempo, w jakim populacja rośnie lub maleje.

Populacje nie żyją w izolacji, a zatem każda populacja wchodzi w interakcje z innymi w określony sposób. Interakcje te prowadzą do powstania sieci populacji. W związku z tym społeczność ekologiczna składa się z takich sieci populacji różnych gatunków oddziałujących ze sobą na tym samym obszarze. Te biologiczne lub biotyczne składniki mogą również ściśle wchodzić w interakcje ze składnikami nieożywionymi lub abiotycznymi, tworząc ekosystem. Ekosystemy mogą być tak małe, jak zbiorowiska...

Pewność co do zmiany klimatu pozostaje publiczną kontrowersją, pomimo konsensusu wśród około 97% aktywnych badaczy klimatu, którzy nie tylko zgadzają się, że klimat Ziemi się zmienia, ale także twierdzą, że zmiana ta jest intensyfikowana przez działalność człowieka, głównie emisję dwutlenku węgla1. Rozdźwięk między opinią publiczną a ekspertami wynika częściowo ze słabego zrozumienia mechanizmów związanych ze zmianą klimatu, a także z różnic między podstawowymi pojęciami, takimi jak pogoda i...

Życie w populacji Organizmy w populacjach oddziałują ze sobą w złożony sposób, w którym osobniki konkurują o zasoby, takie jak pożywienie, schronienie i partnerzy. Interakcje te są kosztowne, ponieważ jednostki inwestują energię, aby zdobyć zasób, dlatego istnieje wiele strategii, które organizmy przyjmują, aby uzyskać przewagę nad konkurentami. Jest to wyraźnie widoczne w polimorficznych systemach kojarzenia, w których jedna płeć, głównie samce, wykazuje wiele strategii godowych. Na przykład...

Optymalne żerowanie Organizmy muszą pozyskiwać i wykorzystywać zasoby w swoim środowisku, aby przetrwać. Podczas gdy pożywienie jest jednym z podstawowych zasobów, których organizmy muszą szukać, osobniki muszą również szukać siedlisk, schronienia i partnerów. Ten proces poszukiwania zasobów jest znany jako zbieractwo, które wiąże się z szeregiem kosztów i korzyści. Mówiąc dokładniej, zdobycie zasobu zapewnia organizmowi korzyść, jednak poszukiwanie i przechwytywanie zasobu wymaga poświęcenia...

Wybieranie wiązań Dopasowanie ewolucyjne jest w dużej mierze zdeterminowane przez zdolność organizmu do przetrwania i pomyślnego wydania na świat potomstwa. Kluczowe znaczenie dla tego procesu ma dobór płciowy, który odgrywa dużą rolę w określaniu par godowych, a tym samym, które geny są przekazywane następnemu pokoleniu. Często intensywna rywalizacja o partnerów w populacji wywiera selektywną presję na cechy związane z zalotami i kopulacją. Dobór naturalny, który wynika z tych nacisków,...

Organizacja społeczna W królestwie zwierząt obserwuje się różne poziomy organizacji społecznej, od prostych do bardzo złożonych. Systemy te mogą znacznie zwiększyć przeżywalność i sukces reprodukcyjny osobnika lub populacji. Spośród nich eusocjalność jest najwyższym poziomem organizacji społecznej, obejmującym podział pracy oparty na kastach społecznych. Jednak system ten jest rzadko obserwowany w przyrodzie, ponieważ wymaga od osobników pomagania innym w populacji, co wiąże się z dużymi...

Fitness Powszechna zmienność fenotypów w naturalnych populacjach stanowi surowiec dla ewolucji, czyli zmiany cech dziedzicznych populacji na przestrzeni kolejnych pokoleń. Dobór naturalny jest jednym z głównych mechanizmów ewolucji i wymaga, aby zmienne cechy były dziedziczne i wiązały się z różnorodnym przeżyciem i/lub sukcesem reprodukcyjnym. Fenotypy, które korelują z większym sukcesem, będą miały więcej potomstwa, które przetrwa, aby rozmnażać się w następnym pokoleniu, a zatem będą...

Dobór naturalny i ewolucja adaptacyjna W środowisku naturalnym ewolucja adaptacyjna odbywa się przez dobór naturalny, proces, w którym różnice w cechach prowadzą do różnic w przetrwaniu i sukcesie reprodukcyjnym między osobnikami. Dzieje się tak, ponieważ osobniki o określonych fenotypach mają większe prawdopodobieństwo przeżycia i/lub produkują więcej ocalałego potomstwa niż osoby o innych fenotypach. Klasycznym tego przykładem było badanie Rosemary i Petera Grantów populacji zięb średnich na...

Zmiany ewolucyjne są interesujące i ważne do zbadania, ale zmiany w populacjach zachodzą w długich okresach czasu i w ogromnych przestrzeniach fizycznych, a zatem są bardzo trudne do zmierzenia. Ogólnie rzecz biorąc, badanie takich zjawisk wymaga użycia modeli matematycznych, które są budowane przy użyciu parametrów, które można wygodnie zmierzyć. Modele te są następnie wykorzystywane do przewidywania, w jaki sposób zmiany w systemie mogą wpłynąć na wynik. Na przykład zmiany częstości...

Ludzie próbują właściwie sklasyfikować żywe istoty od czasu, gdy Arystoteles podjął pierwszą próbę w IV wieku p.n.e. System Arystotelesa został ulepszony w okresie renesansu, a następnie przez Karola Linneusza w połowie XVIII wieku. Te bardziej formalne systemy klasyfikacji i organizacji grupowały gatunki według ich fizycznego podobieństwa do siebie. Na przykład wszystkie kręgowce mają kręgosłup, ale bezkręgowce nie. Cechy takie jak kręgosłup nazywane są synapomorfiami, które są cechami...

Z wody na ląd Kingdom Plantae po raz pierwszy pojawiło się około 410 milionów lat temu, gdy zielone algi przeniosły się z wody na ląd. Choć było to trudne, transformacja ta przyniosła korzyści wczesnym kolonizatorom na kilka sposobów. Początkowo większość organizmów żywych (w tym rośliny i zwierzęta) zamieszkiwała oceany, co sprawiało, że środowiska wodne były zatłoczone i wysoce konkurencyjne. W przeciwieństwie do tego, ziemia była stosunkowo nieskolonizowanym środowiskiem z obfitymi zasobami...

Kingdom Animalia składa się z szeregu organizmów, które łączy zestaw wspólnych cech. Poza kilkoma wyjątkami, zwierzęta są wielokomórkowymi eukariontami, które poruszają się, spożywają materię organiczną i rozmnażają się płciowo. Chociaż te cechy są wspólne, gatunki w tym królestwie są również niezwykle różnorodne. Ta różnorodność wynika z adaptacji każdego gatunku do innej niszy. Nisza gatunku obejmuje obszar, funkcję i wzajemne powiązania tego gatunku z innymi czynnikami biotycznymi i...

Bakterie i grzyby to dwie bardzo zróżnicowane grupy organizmów, które mogą mieć znaczący korzystny lub szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka. Z tego powodu ważne jest zrozumienie i rozróżnienie poszczególnych gatunków tych grup. Jak zapewne pamiętasz, taksonomowie biologiczni grupują organizmy na podstawie ich filogenetycznego pokrewieństwa. Trzy domeny życia, bakterie, archeony i eukariota, dzielą życie na trzy odrębne grupy. Podczas gdy wszystkie bakterie należą do domeny Bakterie, grzyby...