1.1: What is Biology?
1.1: Qu'est-ce que la Biologie?
Overview
Biology is the natural science that focuses on the study of life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, distribution, and taxonomy. The scope of the field is extensive and is divided into several specialized disciplines, such as anatomy, physiology, ethology, genetics, and many more.
All living things share a few key traits: cellular organization, heritable genetic material and the ability to adapt/evolve, metabolism to regulate energy needs, the ability to interact with the environment, maintain homeostasis, reproduce, and the ability to grow and change.
The Complexity of Life
Despite its complexity, life is organized and structured. The cell theory in biology states that all living organisms are composed of one or more cells. The cell is the basic unit of life, and all cells arise from previously existing cells. Even single-celled organisms, such as bacteria, have structures that allow them to carry out essential functions, such as interacting with the environment and carry out chemical reactions that maintain life, or metabolism. In multicellular organisms, cells work together to form tissues, organs, organ systems, and finally, entire organisms. This hierarchical organization can extend further into populations, communities, ecosystems, and the biosphere.
Genetics and Adaptation
An organism’s genetic material, the biological “blueprints” encoded in their DNA, is passed down to their offspring. Over the course of several generations, the genetic material is shaped by the biotic (living) and abiotic (non-living) environment. This process is called adaptation. Offspring of well-adapted parents have a high likelihood to survive in conditions that are similar to those that their parents lived in.
The process in which inherited traits increase survival and reproduction is called natural selection. Natural selection is the central mechanism of evolution. For example, some kangaroo rats live in hot and dry areas with little rainfall. To avoid the blistering heat and conserve water, they burrow into the soil where it is cooler and lower their metabolic rate to slow down evaporation. In this way, the kangaroo rat’s genetics—encoding this behavior and passed down through generations—enables the animal to survive in such extreme environmental conditions.
Environmental Interactions
Organisms must also be able to successfully interact with their environment. This includes being able to navigate the world around them in search of resources or potential mates but also includes regulating their internal environments. Homeostasis is the ability of an organism to keep steady internal conditions. For example, humans maintain constant body temperature. If they get cold, they shiver; if they are too hot, they start to sweat. Living things also maintain metabolism—the chemical processes that regulate energy needs. For instance, plants convert sunlight into sugar and store chemical energy in adenosine triphosphate.
Building Upwards from Basic Tenets
While “What is biology?” and “What is life” may seem like basic questions, they are important to understand and are prerequisites to asking more complicated questions. For example, without understanding the basic tenets of life—such as how cells divide and replicate—it would be difficult to investigate what causes cancer. This knowledge also allows scientist to develop the required tools and methods to study biological processes.
Aperçu
La biologie est la science naturelle qui se concentre sur l’étude de la vie et des organismes vivants, y compris leur structure, leur fonction, leur développement, leurs interactions, leur évolution, leur distribution et leur taxonomie. La portée du domaine est étendue et est divisée en plusieurs disciplines spécialisées, telles que l’anatomie, la physiologie, l’éthologie, la génétique, et bien d’autres.
Tous les êtres vivants partagent quelques traits clés : l’organisation cellulaire, le matériel génétique héréditaire et la capacité d’adaptation/évolution, le métabolisme pour réguler les besoins énergétiques, la capacité d’interagir avec l’environnement, de maintenir l’homéostasie, de se reproduire et la capacité de croître et de changer.
La complexité de la vie
Malgré sa complexité, la vie est organisée et structurée. La théorie cellulaire en biologie indique que tous les organismes vivants sont composés d’une ou de plusieurs cellules. La cellule est l’unité de base de la vie, et toutes les cellules proviennent de cellules précédemment existantes. Même les organismes unicellulaires, comme les bactéries, ont des structures qui leur permettent d’effectuer des fonctions essentielles, telles que l’interaction avec l’environnement et effectuer des réactions chimiques qui maintiennent la vie, ou le métabolisme. Dans les organismes multicellulaires, les cellules travaillent ensemble pour former des tissus, des organes, des systèmes d’organes, et enfin, des organismes entiers. Cette organisation hiérarchique peut s’étendre davantage aux populations, aux communautés, aux écosystèmes et à la biosphère.
Génétique et adaptation
Le matériel génétique d’un organisme, les « plans » biologiques codés dans son ADN, est transmis à sa progéniture. Au cours de plusieurs générations, le matériel génétique est façonné par l’environnement biotique (vivant) et abiotique (non vivant). Ce processus est appelé adaptation. Les descendants de parents bien adaptés ont une forte probabilité de survivre dans des conditions semblables à celles dans lesquelles leurs parents vivaient.
Le processus dans lequel les traits hérités augmentent la survie et la reproduction est appelé sélection naturelle. La sélection naturelle est le mécanisme central de l’évolution. Par exemple, certains rats kangourous vivent dans des zones chaudes et sèches avec peu de précipitations. Pour éviter la chaleur boursouflante et conserver l’eau, ils creusent dans le sol où il est plus frais et abaissent leur taux métabolique pour ralentir l’évaporation. De cette façon, la génétique du rat kangourou, encodant ce comportement et transmis à travers les générations, permet à l’animal de survivre dans des conditions environnementales aussi extrêmes.
Interactions environnementales
Les organismes doivent également être en mesure d’interagir avec succès avec leur environnement. Cela inclut la possibilité de naviguer dans le monde qui les entoure à la recherche de ressources ou de partenaires potentiels, mais comprend également la régulation de leurs environnements internes. L’homéostasie est la capacité d’un organisme à maintenir des conditions internes stables. Par exemple, les humains maintiennent une température corporelle constante. S’ils ont froid, ils frissonnent; s’ils sont trop chauds, ils commencent à transpirer. Les êtres vivants maintiennent également le métabolisme , les processus chimiques qui régulent les besoins énergétiques. Par exemple, les plantes transforment la lumière du soleil en sucre et stockent l’énergie chimique dans l’adénosine triphosphate.
Construire vers le haut à partir de principes de base
Bien que « Qu’est-ce que la biologie ? » et « Qu’est-ce que la vie » peuvent sembler des questions de base, elles sont importantes à comprendre et sont des conditions préalables pour poser des questions plus compliquées. Par exemple, sans comprendre les principes de base de la vie, comme la façon dont les cellules se divisent et se reproduisent, il serait difficile d’étudier ce qui cause le cancer. Ces connaissances permettent également aux scientifiques de développer les outils et les méthodes nécessaires pour étudier les processus biologiques.
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