Biologia

La biologia si occupa dello studio dei molti organismi viventi. (in alto: batterio Escherichia coli e gazzella) (in basso: scarabeo Golia e felce dolce)

La biologia (dal greco βιολογία, composto da βίος, bìos = "vita" e λόγος, lògos = nel senso di "studio") è la scienza che studia tutto ciò che riguarda la vita e gli organismi viventi, tra cui la loro struttura, la funzione, la crescita, l'evoluzione, la distribuzione e la tassonomia.

Tuttavia, nonostante l'ampia portata della disciplina, vi sono alcuni concetti generali e unificanti all'interno di essa che regolano lo studio e la ricerca consolidandoli in singoli e coerenti branche. In generale, la biologia riconosce la cellula come l'unità base della vita, i geni come base dell'ereditarietà genetica e l'evoluzione come il processo che spinge l'estinzione e la nascita delle specie. Altresì, è ad oggi dimostrato che tutti gli organismi sopravvivono consumando e trasformando l'energia e regolando (omeostasi) il loro ambiente interno per mantenere una condizione stabile e vitale.

Sottodiscipline della biologia sono definite dalla scala in cui gli organismi sono studiati, dai tipi di organismi studiati e dai metodi utilizzati per studiarli: la biochimica esamina la chimica più intima della vita; la biologia molecolare analizza le complesse interazioni tra le molecole biologiche; la botanica si occupa della biologia delle piante; la biologia cellulare esamina l'unità morfofunzionale a base di tutta la vita: la cellula; la fisiologia studia le funzioni fisiche e chimiche dei tessuti, degli organi, gli apparati di un organismo; la biologia evolutiva tenta di spiegare i processi che hanno portato alla differenziazione delle forme di vita; ed, infine, l'ecologia esamina come gli organismi interagiscono nel loro ambiente.

A proporre il termine "biologia" furono, Jean-Baptiste de Lamarck agli inizi del XIX secolo, e, separatamente, Gottfried Reinhold Treviranus.

Visione generale della biologia

La biologia studia la vita a molteplici livelli di scala:

• su scala molecolare con biologia molecolare e genetica molecolare (studio di grandi molecole biologiche, della loro struttura, delle loro proprietà e interazioni)
• su scala cellulare con citologia
• su scala multi-cellulare con istologia
• su scala di strutture e processi di un organismo con anatomia, biochimica e fisiologia
• su scala dello sviluppo di un organismo mediante l'embriologia e la biologia dello sviluppo
• su scala di popolazione di organismi con genetica delle popolazioni, ed esame delle interazioni fra di essi con etologia (comportamento e adattabilità)
• su scala multi-specie (lignaggio, discendenza) con la sistematica (paragone e classificazione di organismi viventi ed estinti)
• su scala ancora maggiore si trova l'ecologia (che studia gli ecosistemi, cioè le interazioni tra gli organismi viventi e il loro ambiente abiotico) e lo studio dell'evoluzione

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  Biologia a livello molecolare: il DNA
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  Biologia a livello cellulare: la cellula
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  Biologia a livello di tessuti: sezione di un muscolo scheletrico
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  Biologia a livello di organismi: Drosophila melanogaster
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  Biologia a livello di sistemi: un ecosistema

Storia della biologia

Albero della vita di Ernst Haeckel, (1879)

Il termine biologia deriva dalla parola greca βιολογία, composto da βίος, bìos = "vita" e λόγος, lògos = nel senso di "studio". La forma latina del termine fece la sua prima apparizione nel 1736, quando Linneo (Carl von Linné) utilizzò "biologi" nella sua Bibliotheca botanica. Tale termine fu nuovamente utilizzato trent'anni dopo, nel 1766, in un'opera intitolata Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generali, scritta da Michael Christoph Hanov, un discepolo di Christian Wolff. Il primo uso in tedesco, Biologie, è stato utilizzato in una traduzione del 1771 del lavoro di Linneo. Nel 1797, Theodor Georg August Roose utilizzò tale termine nella prefazione del libro Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft. Karl Friedrich Burdach lo utilizzò nel 1800 con un senso più ristretto allo studio degli esseri umani da un punto di vista morfologico, fisiologico e psicologico (Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst). Il termine è quindi entrato nell'uso moderno grazie al trattato di sei volumi Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (1802-1822) di Gottfried Reinhold Treviranus, che così sentenziava:

«Gli oggetti della nostra ricerca saranno le diverse forme e manifestazioni della vita, le condizioni e le leggi in base alle quali si verificano questi fenomeni e le cause attraverso i quali sono stati effettuati. La scienza che si occupa di questi oggetti viene indicata con il nome di biologia [Biologie] o dottrina della vita [Lebenslehre].»

Sebbene la biologia moderna si sia sviluppata relativamente di recente, le scienze collegate e comprese al suo interno furono studiate fin dai tempi antichi. Lo studio della filosofia naturale fu affrontato a partire dalle antiche civiltà della Mesopotamia, dell'Egitto, del subcontinente indiano e della Cina. Tuttavia, le origini della biologia moderna e il suo approccio allo studio della natura sono spesso riconducibili all'antica Grecia, mentre lo studio formale della medicina risale a Ippocrate di Coo (circa 460 a.C. - 370 a.C. Circa). Il filosofo e matematico Talete (624 a.C. - 548 a.C.) fu il primo ad intuire che molti fenomeni non avevano origine divina. I filosofi della scuola ionica, di cui proprio Talete è ritenuto il fondatore, sostenevano che ogni evento avesse una causa, senza che una volontà esterna al mondo potesse intervenire. Ma fu Aristotele (384 a.C. - 322 a.C.) a contribuire maggiormente allo sviluppo di questa disciplina. Particolarmente importanti sono la sua "storia degli animali" e altre opere in cui ha mostrato interesse verso la natura. Successore di Aristotele al Lyceum, Teofrasto dedicò una serie di libri alla botanica che rappresentarono il più importante contributo dell'antichità alle scienze vegetali fin dopo il Medioevo.

Gli studiosi appartenuti al mondo islamico medievale che si occuparono di biologia inclusero: al-Jahiz (781-869), Al-Dinawari (828-896) che si occupò di botanica e Rhazes (865-925) che scrisse a riguardo dell'anatomia e della fisiologia. La medicina fu ben approfondita dagli studiosi islamici che lavorano a traduzioni dei testi greci e il pensiero aristotelico influì molto sulla storia naturale, soprattutto nel sostenere una gerarchia fissa della vita.

William Harvey, che dimostrò la circolazione del sangue umano

Il Rinascimento fu un periodo florido per gli studi biologici. William Harvey dimostrò la circolazione del sangue umano, mentre Leonardo da Vinci si dedicò, tra l'altro, allo studio dell'anatomia umana. Di Leonardo ci sono rimaste tavole anatomiche molto dettagliate, frutto delle autopsie che egli, contro la legge, svolgeva. Un altro importante personaggio di quest'epoca fu Paracelso (1493 - 1541). Egli era un chimico o, più precisamente, un alchimista, conoscitore dei principi curativi di vegetali e minerali. Una grande svolta nello studio della biologia, come di tante altre scienze, fu data da Galileo Galilei (1564 - 1642), che introdusse il metodo scientifico, basato su osservazione, descrizione e riproduzione in laboratorio dei fenomeni naturali. In Francia, Cartesio formulò la teoria del meccanicismo, paragonando l'uomo ad una macchina e sostenendo quindi che potessero essere studiate e riprodotte le singole parti del corpo; Georg Ernst Stahl, con la "teoria del vitalismo", si contrappose a Cartesio affermando che le parti che compongono l'uomo sono indivisibili e irriproducibili perché tenute insieme da un'anima.

La biologia incontrò un notevole sviluppo grazie alla scoperta del microscopio da parte di Anton van Leeuwenhoek. Per mezzo di esso gli studiosi scoprirono gli spermatozoi, i batteri e le diversità della vita microscopica. Le indagini di Jan Swammerdam portarono a sviluppare un certo interesse verso l'entomologia e contribuirono al progresso delle tecniche di base della dissezione microscopica e della colorazione.

I progressi nella microscopia hanno prodotto un profondo impatto sul pensiero biologico. Nel XIX secolo, un certo numero di biologi sottolineava l'importanza centrale della cellula. Nel 1838, Schleiden e Schwann iniziarono a promuovere le idee ormai universali che: (1) l'unità di base di tutti gli organismi era la cellula e che (2) le singole cellule hanno tutte le caratteristiche proprie di una forma di vita, anche se si opposero all'idea (3) che esse provenissero tutte dalla divisione di altre cellule. Grazie al lavoro di Robert Remak e Rudolf Virchow, tuttavia, nel 1860 la maggior parte dei biologi accettava tutti e tre i principi che divennero noti come teoria cellulare.

Charles Darwin

Nel frattempo, la tassonomia e la classificazione diventarono il focus degli storici naturalistici. Linneo, nel 1735, pubblicò una tassonomia di base per il mondo naturale (la quale, seppur con variazioni, è tutt'ora in uso) e nel 1750 introdusse i nomi scientifici per tutte le specie da lui conosciute. Georges-Louis Leclerc de Buffon, in un suo lavoro, rilevò le somiglianze tra l'uomo e la scimmia e la possibilità di una genealogia comune. L'attenzione che Buffon accordava all'anatomia interna lo pone tra gli iniziatori dell'anatomia comparativa. Anche se era contrario alla teoria dell'evoluzione, Buffon fu una figura chiave nella storia del pensiero evoluzionistico; il suo lavoro influenzò le teorie evolutive sia di Lamarck che di Charles Darwin.

Il pensiero evoluzionistico ebbe origine con le opere di Jean-Baptiste Lamarck che fu il primo a presentare una teoria coerente dell'evoluzione. Egli postulò che l'evoluzione fosse il risultato di una pressione ambientale sulle proprietà degli animali, il che significa che una maggior frequenza e importanza nell'uso di un organo o di un apparato lo avrebbe fatto diventare più complesso ed efficiente, adattando così l'animale al suo ambiente. Lamarck credeva che questi tratti acquisiti potessero poi essere trasmessi alla prole che poi gli avrebbe ulteriormente sviluppati e perfezionati. Tuttavia, il naturalista inglese Charles Darwin, che correlò l'approccio biogeografico di Alexander von Humboldt, l'uniformitarismo di Charles Lyell, gli scritti di Thomas Robert Malthus sulla crescita demografia e la sua esperienza proveniente da estese osservazioni naturali, permisero di forgiare in lui una teoria evoluzionistica di maggior successo, basata sulla selezione naturale. Un simile ragionamento portarono Alfred Russel Wallace a raggiungere le medesime conclusioni in modo indipendente. Anche se tale teoria è stata oggetto di polemiche (che continuano ancora oggi), essa si diffuse rapidamente attraverso la comunità scientifica e presto divenne un assioma basilare della biologia.

La scoperta della dimostrazione fisica dell'ereditarietà genetica è arrivato con i principi evolutivi e genetica delle popolazioni.

Negli anni 1940 e primi anni 1950, i vari esperimenti hanno indicato il DNA come la componente dei cromosomi che conteneva le unità base della ereditarietà genetica, oggi noti come geni. L'inquadramento di nuovi tipi di organismi, come virus e batteri, insieme alla scoperta della struttura a doppia elica del DNA nel 1953, furono eventi che segnarono la transizione verso l'era della genetica molecolare. Dal 1950 a oggi, la biologia è notevolmente cresciuta nell'ambito molecolare. Il codice genetico è stato decifrato da Har Gobind Khorana, Robert W. Holley e Marshall Warren Nirenberg e nel 1990 è iniziato il Progetto Genoma Umano con l'obiettivo di mappare tutto il genoma umano. Questo progetto è stato sostanzialmente completato nel 2003, con ulteriori analisi, al 2014, ancora in corso di pubblicazione. Tale progetto è stato il primo passo di un impegno globalizzato di incorporare tramite una definizione funzionale e molecolare del corpo umano e degli altri organismi la conoscenza accumulata della biologia.

Fondamenti della biologia moderna

Teoria cellulare

Cellule tumorali umane con i nuclei (in particolare il DNA) colorati di blu. La cellula centrale e quella più a destra sono in interfase. La cella a sinistra è in mitosi e il suo DNA è condensato.

La teoria cellulare afferma che la cellula sia l'unità fondamentale della vita e che tutti gli esseri viventi siano composti da una o più cellule o prodotti secreti di queste cellule (ad esempio le conchiglie, i peli, le unghie, ecc). Tutte le cellule derivano da altre cellule attraverso la divisione cellulare. Negli organismi multicellulari, ogni cellula del corpo di un organismo deriva, definitivamente, da una singola cellula in un uovo fecondato. La cellula è anche considerata l'unità di base di molti processi patologici. Inoltre, le funzioni di trasferimento dell'energia avvengono all'interno della cellula grazie a processi noti come metabolismo. Infine, la cellula contiene le informazioni genetiche ereditarie (nel DNA) che viene trasmesso da cellula a cellula durante la divisione cellulare (mitosi).

Evoluzione

La selezione naturale di una popolazione.

Un concetto centrale della biologia è che le modifiche degli organismi viventi si verificano attraverso l'evoluzione e che tutte le forme di vita conosciute hanno una origine comune. La teoria dell'evoluzione postula che tutti gli organismi sulla Terra, sia vivi che estinti, discendono da un antenato comune o da un pool genico ancestrale. Questo ultimo antenato comune universale di tutti gli organismi si crede sia apparso circa 3,5 miliardi di anni fa. I biologi generalmente considerano l'universalità e l'ubiquità del codice genetico come prove definitive a favore della teoria della discendenza comune universale per tutti i batteri, gli archeobatteri e gli eucarioti (vedere: l'origine della vita).

Introdotta nel lessico scientifico da Jean-Baptiste de Lamarck nel 1809, la teoria dell'evoluzione è stata formulata per la prima volta da Charles Darwin cinquant'anni dopo quando propose un modello scientifico valido: la selezione naturale. (Alfred Russel Wallace è riconosciuto come il co-scopritore di tale teoria). L'evoluzione è oggi utilizzata per spiegare le grandi variazioni di vita presenti sulla Terra.

Darwin teorizzò che le specie e le razze si sviluppino attraverso processi di selezione naturale o di genealogica. Anche la dottrina della deriva genetica è stata accettata come un ulteriore meccanismo che spieghi lo sviluppo evolutivo nella sintesi moderna della teoria evoluzionistica.

La storia evolutiva della specie - che descrive le caratteristiche delle diverse specie da cui discendono - insieme alla relazione genealogica di ogni altra specie, è conosciuta come la sia "filogenesi". Diversi metodiche sono in grado di generare informazioni su di essa. Queste includono i confronti delle sequenze di DNA e confronti tra i fossili o altre documentazioni paleontologiche di organismi antichi. I biologi organizzano e analizzano le relazioni evolutive attraverso vari metodi, tra cui la filogenesi, le fenetica e la cladistica.

Genetica

Un quadrato di Punnett utilizzato per determinare la probabilità con cui si manifestano i diversi fenotipi derivati dall'incrocio di diversi genotipi.

I geni sono le unità ereditarie fondamentali di tutti gli organismi. Un gene corrisponde ad una regione del DNA e che influenza la forma o la funzione di un organismo in modi specifici. Tutti gli organismi, dai batteri agli animali, condividono lo stesso meccanismo di base che copia e traduce il DNA in proteine. La cellula è in grado di trascrivere un gene contenuto nel DNA in una copia del gene in RNA e il ribosoma (un organulo cellulare) traduce l'RNA in una proteina, ovvero una sequenza di amminoacidi. Il codice genetico che codifica un amminoacido è lo stesso per la maggior parte degli organismi, ma leggermente diverso per alcuni. Ad esempio, una sequenza di DNA che codifica per l'insulina nell'uomo, codifica per l'insulina anche quando viene inserito in altri organismi, come le piante.

Il DNA di solito è contenuto in cromosomi lineari negli eucarioti e in cromosomi circolari nei procarioti. Un cromosoma è una struttura organizzata costituita da DNA e da istoni. Negli eucarioti, il DNA genomico è situato nel nucleo della cellula, con piccole quantità anche nei mitocondri e nei cloroplasti. Nei procarioti, il DNA si trova all'interno di un corpo di forma irregolare psto nel citoplasma e chiamato nucleoide. Il set completo di tali informazioni relative ad un organismo, prende il nome di genotipo.

Omeostasi

L'omeostasi è la capacità di un sistema aperto di regolare il suo ambiente interno al fine di mantenere condizioni stabili grazie a molteplici adattamenti di equilibrio dinamico controllati da meccanismi interconnessi di regolazione. Tutti gli organismi viventi, sia unicellulari che pluricellulari, mostrano capacità di omeostasi.

Per mantenere l'equilibrio dinamico e svolgere efficacemente alcune funzioni, un sistema deve essere in grado di rilevare e rispondere a eventuali perturbazioni. Dopo il rilevamento di una perturbazione, un sistema biologico normalmente risponde attraverso feedback negativo. Ciò significa che, in base alla perturbazione, il sistema riduce o aumenta l'attività di un organo o di un sistema al fine di neutralizzare la perturbazone stesa. Un esempio può essere il rilascio di glucagone quando i livelli di zucchero nel sangue risultano troppo bassi.

Energia

Panoramica di base sull'energia e la vita umana.

La sopravvivenza di un organismo vivente dipende dal continuo ingresso di energia. Le reazioni chimiche che sono responsabili per la sua struttura e la sua funzione sono deputate all'estrazione di energia da sostanze, come il cibo, e alla loro trasformazione in elementi utili alla formazione di nuove cellule o al loro funzionamento. In questo processo, le molecole delle sostanze chimiche che costituiscono gli alimenti compiono due ruoli: il primo è quello di contenere l'energia necessaria per le reazioni chimiche biologiche e per secondo di essere la base per sviluppare nuove strutture molecolari.

Gli organismi responsabili dell'introduzione di energia in un ecosistema sono conosciuti come produttori o autotrofi. Quasi tutti questi organismi traggono l'energia dal sole. Le piante e altri fototrofi sono in grado di utilizzare l'energia solare attraverso un processo noto come "fotosintesi", al fine di convertire le materie prime in molecole organiche come l'ATP, i cui legami possono essere rotti per liberare l'energia. Alcuni ecosistemi, tuttavia, dipendono interamente dall'energia estratta per chemiotrofia dal metano, dai solfuri o da altre fonti di energia non-luminali.

I processi più importanti per convertire l'energia intrappolata nelle sostanze chimiche in energia utile per sostenere la vita sono il metabolismo e la respirazione cellulare.

Studio e ricerca

Strutture

Schema di una tipica cellula animale dove sono raffigurati i vari organelli e strutture.

La biologia molecolare consiste nello studio della biologia a livello molecolare. Questo campo si sovrappone ad altre aree della biologia, in particolare con la genetica e la biochimica. La biologia molecolare principalmente si occupa di comprendere le interazioni tra i diversi sistemi presenti in una cellula, compresa l'interrelazione tra DNA, RNA e sintesi proteica e quindi apprendere come queste interazioni siano regolate.

La biologia cellulare studia le proprietà strutturali e fisiologiche delle cellule, inclusi i loro comportamenti, le interazioni e l'ambiente. Ciò avviene sia a livello microscopico che molecolare, sia per gli organismi unicellulari (come i batteri) che per le cellule specializzate degli organismi multicellulari (come gli esseri umani). Essere in grado di comprendere la struttura e la funzione delle cellule è fondamentale per tutte le scienze biologiche. Le somiglianze e le differenze tra i tipi di cellule sono particolarmente rilevanti per chi occupa di biologia molecolare.

L'anatomia considera le forme di strutture macroscopiche, quali organi e sistemi di organi.

La genetica è la scienza dei geni, dell'ereditarietà genetica e della variazione degli organismi. I geni codificano le informazioni necessarie per sintetizzare le proteine che a sua volta giocano un ruolo centrale nell'influenzare il fenotipo finale dell'organismo. Nella ricerca moderna, la genetica fornisce strumenti importanti per stabilire la funzione di un particolare gene o per comprendere le interazioni genetiche. All'interno degli organismi, le informazioni genetiche sono generalmente conservate nei cromosomi, formati da molecole di DNA.

La biologia dello sviluppo studia il processo attraverso il quale gli organismi crescono e si sviluppano. A partire dall'embriologia, la moderna biologia dello sviluppo studia il controllo genetico sulla crescita cellulare, sulla differenziazione e sulla "morfogenesi" che è il processo che dà progressivamente luogo ai tessuti, agli organi e agli apparati. Gli organismi modello per la biologia dello sviluppo sono il verme tondo Caenorhabditis elegans, la mosca della frutta Drosophila melanogaster, il pesce zebra Danio rerio, il topo Mus musculus, e la pianta Arabidopsis thaliana. Questi organismi modello sono particolai specie che sono state studiante ampiamente al fine di comprendere particolare fenomeni biologici, con l'obbiettivo che le scoperte fatte su questi dati organismi possano fornire una conoscenza del funzionamento di altri organismi.

Fisiologia

La fisiologia studia i processi meccanici, fisici e biochimici degli organismi viventi, tentando di ricostruire tutte le funzioni nel loro complesso. Il tema della "struttura di funzione" è centrale per la biologia. Gli studi fisiologici sono stati tradizionalmente divisi in fisiologia vegetale e fisiologia animale, tuttavia alcuni principi della fisiologia sono universali e non dipendono pertanto da quale organismo viene analizzato. Ad esempio, quello che si è appreso al riguardo alla fisiologia delle cellule di lievito può valere anche per le cellule umane. Il campo della fisiologia animale estende gli strumenti e i metodi della fisiologia umana a specie non umane. La fisiologia vegetale prende in prestito le tecniche di entrambi i campi di ricerca.

Studi di fisiologia come per esempio del sistema nervoso, del sistema immunitario, del sistema endocrino, del sistema respiratorio e circolatorio si occupano sia della funzione che della loro interazione. Lo studio di questi sistemi è condiviso con le discipline mediche orientate, quali la neurologia e l'immunologia.

Evoluzione

La ricerca evolutiva è interessata a comprendere l'origine e la discesa della specie, così come il cambiamento nel tempo. Il suo studio comprende scienziati provenienti da molte discipline orientate alla tassonomia, ad esempio scienziati con una specifica formazione in organismi particolari come la mammologia, l'ornitologia, la botanica o l'erpetologia, ma che utilizzano tali organismi come sistemi per rispondere alle domande generali sull'evoluzione.

La biologia evolutiva si basa in parte sulla paleontologia, che fa uso dei reperti fossili per rispondere alle domande circa il modo e il tempo dell'evoluzione e in parte sugli sviluppi della genetica delle popolazioni. Branche di studio correlate e spesso considerate parte della biologia evolutiva sono la filogenesi, la sistematica e la tassonomia.

Sistematica

File:Albero filogenetico.svg

Un albero filogenetico è un diagramma che mostra le relazioni fondamentali di discendenza comune di gruppi tassonomici di organismi.

Eventi multipli di speciazione creano un sistema strutturato ad albero di relazioni tra le specie (Albero filogenetico). Il ruolo della sistematica è quello di studiare queste relazioni e quindi individuare le differenze e le somiglianze tra le specie e i gruppi di specie. Tuttavia, prima che la teoria evolutiva divenisse di pensiero comune, la sistematica faticava a trovare una corretta metodologia di ricerca.

La gerarchia degli otto grandi ranghi tassonomici di classificazione biologica.

Tradizionalmente, gli esseri viventi sono stati suddivisi in cinque regni: monera, protisti, funghi, piante, animalia. Tuttavia, molti scienziati oggi ritengono che questo sistema sia ormai obsoleto. I moderni sistemi di classificazione alternativi generalmente iniziano con il sistema a tre domini: archaea (originariamente archaebacteria), batteri (originariamente eubacteria) e eucarioti (compresi protisti, funghi, piante e animali). Questi domini si distinguono per per avere cellule prive o meno di nucleo e dalle differenze nella composizione chimica di biomolecole fondamentali, come i ribosomi.

Inoltre, ogni regno è ripartito in modo ricorsivo finché ogni specie sia classificata separatamente. L'ordine è: dominio, regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie.

Al di fuori di queste categorie, vi sono i parassiti intracellulari obbligati che sono "sul bordo della vita" in termini di attività metabolica, il che significa che molti scienziati non classificano effettivamente queste strutture come forme di vita per via della loro mancanza di almeno una o più delle funzioni o caratteristiche fondamentali che definiscono la vita. Essi sono classificati come virus, viroidi, prioni o satelliti.

Il nome scientifico di un organismo è generato dal suo genere e dalla specie a cui appartiene. Ad esempio, gli esseri umani sono elencati come Homo sapiens. Homo è il genere e sapiens la specie. Quando si scrive il nome scientifico di un organismo è opportuno mettere in maiuscolo la prima lettera tutte le specie in minuscolo. Inoltre, l'intero nome può essere in corsivo o sottolineato.

Il sistema di classificazione dominante si chiama tassonomia di Linneo. Esso comprende i ranghi e la nomenclatura binomiale. Come gli organismi debbano essere chiamati viene disciplinato da accordi internazionali come il codice internazionale per la nomenclatura delle alghe, funghi e piante (ICN), il codice internazionale di nomenclatura zoologica (ICZN) e il codice internazionale per la nomenclatura dei batteri (ICNB). La classificazione dei virus, dei viroidi, dei prioni e tutti gli altri agenti sub-virali che dimostrano caratteristiche biologiche, è condotto dal Comitato Internazionale per la Tassonomia dei Virus (ICTV) ed è noto come International Code of Viral Classification and Nomenclature (ICVCN). Tuttavia, esistono molti altri sistemi di classificazione dei virus.

Un progetto di fusione, BioCode, è stato pubblicato nel 1997 nel tentativo di standardizzare la nomenclatura in questi tre settori ma ancora deve essere adottato formalmente. Il progetto di BioCode ha ricevuto una scarsa attenzione e la data di esecuzione inizialmente previsto del 1º gennaio 2000 è passata inosservata. Una rivisitazione del BioCode che, invece di sostituire i codici esistenti, fornisca un contesto unificato è stato proposto nel 2011. Tuttavia, il Congresso Botanico Internazionale del 2011 ha rifiutato di prenderlo in considerazione.

Ecologia e ambiente

Simbiosi reciproca tra il pesce pagliaccio del genere degli Amphiprion che abita tra i tentacoli della actiniaria. Il pesce ripulisce l'actinaria dai detriti organici e dai parassiti che, a sua volta, protegge il pesce pagliaccio dai suoi predatori grazie ai tentacoli urticanti.

L'ecologia studia la distribuzione e l'abbondanza degli organismi viventi e le interazioni tra essi e il loro ambiente. L'habitat di un organismo può essere descritto come i fattori abiotici locali quali il clima e l'ecologia, oltre agli altri organismi e ai fattori biotici che condividono il loro ambiente. I sistemi biologici possono risultare difficili da studiare per via delle tante interazioni differenti possibil con gli altri organismi e con l'ambiente, anche su piccola scala. Un batterio microscopico in un locale gradiente di zucchero risponde al suo ambiente tanto quanto un leone alla ricerca di cibo nella savana africana. Per qualsiasi specie, i comportamenti possono essere cooperativi, competitivi, parassitari o simbiotici. Questi studi diventano più complessi quando due o più specie interagiscono in un ecosistema.

I sistemi ecologici sono studiati a vari livelli, dagli individui alle popolazioni e alla biosfera. Il termine "biologia delle popolazioni" è spesso usato in modo intercambiabile con "ecologia della popolazione", anche se il primo è più frequentemente utilizzato per lo studio delle malattie (provocate da virus e microbi) mentre il secondo termine è più comune quando si studiano le piante e gli animali. L'ecologia attinge a molti sotto-discipline.

L'etologia studia il comportamento degli animali (in particolare gli animali sociali, come i primati e i canidi) ed è a volte considerata una branca della zoologia. Gli etologi sono interessati ad analizzare l'evoluzione dei comportamenti e la loro comprensione nei termini della teoria della selezione naturale. In un certo senso il primo etologo moderno fu Charles Darwin, il cui libro The Expression of the Emotions in Man and Animals ha influenzato molti etologi a venire.

La biogeografia studia la distribuzione spaziale degli organismi sulla Terra, concentrandosi su temi come la tettonica delle placche, i mutamenti climatici, la dispersione biologiaca, la migrazione e la cladistica.

Principali settori o specializzazioni della biologia

Queste sono le branche principali della biologia:

• Aerobiologia - studio delle particelle organiche sospese nell'aria
• Agricoltura - studio della produzione di colture e dell'allevamento di bestiame, con particolare attenzione alle applicazioni pratiche
• Anatomia - studio di della forma e funzione nelle piante, negli animali e negli altri organismi o specificamente negli esseri umani
  • Istologia - studio di cellule e tessuti, un ramo microscopico dell'anatomia
• Astrobiologia - studio dell'evoluzione, della distribuzione e del futuro della vita nell'universo
• Biochimica - studio delle reazioni chimiche necessarie per la vita con una focalizzazione a livello cellulare
• Bioingegneria - studio della biologia attraverso i mezzi ingegneristici con particolare attenzione alle biotecnologie
• Biogeografia - studio della distribuzione delle specie sia nello spazio che nel tempo
• Bioinformatica - l'uso delle tecnologie dell'informazione per lo studio, la raccolta e l'archiviazione dei dati biologici, genomici e altro
• Biologia teoretica (o biologia matematica) - studio quantitativo o matematico dei processi biologici, con particolare attenzione alla modellazione
• Biomeccanica - spesso considerata una branca della medicina, lo studio della meccanica degli esseri viventi, con particolare attenzione per l'uso applicato attraverso le protesi o l'ortesi
• Ricerca biomedica - studio della salute della e malattia
  • Farmacologia - studio e pratica sulla preparazione, sull'uso e sugli effetti dei farmaci e delle sostante naturali
• Biofisica - studio dei processi biologici attraverso la fisica, applicandone le teorie ei metodi
• Biotecnologie - studio della manipolazione della materia vivente, compresa la modificazione genetica e la biologia sintetica
  • Biologia sintetica - integrata nella ricerca biologia e nella bioingegneria; costruzione di funzioni biologiche non esistenti in natura
• Botanica - studio delle piante
• Biologia cellulare - studio della cellula come unità completa e le interazioni molecolari e chimiche che si verificano all'interno di essa
• Biologia cognitiva - studio della cognizione come funzione biologica
• Biologia della conservazione - studio della conservazione, protezione o del ripristino dell'ambiente naturale, degli ecosistemi naturali, della vegetazione e della fauna selvatica
• Criobiologia - studio degli effetti delle basse temperature negli esseri viventi
• Biologia dello sviluppo - studio dei processi attraverso i quali si forma un organismo, dallo zigote all'organismo completo
  • Embriologia - studio dello sviluppo dell'embrione (dalla fecondazione alla nascita)
• Ecologia - studio delle interazioni degli organismi viventi tra loro e con gli elementi non viventi del loro ambiente
• Biologia ambientale - studio del mondo naturale, in tutto o in una zona particolare, soprattutto l'influenza dalle attività umane
• Epidemiologia - una componente importante della ricerca sulla salute pubblica, studia i fattori che influenzano la salute delle popolazioni
• Biologia evolutiva - studio dell'origine e della discesa delle specie nel tempo
• Genetica - studio dei geni e dell'eredità.
  • L'epigenetica - studio dei cambiamenti ereditabili nell'espressione genica o fenotipo cellulare causati da meccanismi diversi nella sequenza di DNA sottostante
• Ematologia - studio del sangue e degli organi ematopoietici
• Limnologia - studio delle acque interne
• Biologia marina (o biologica oceanografia) - studio degli ecosistemi oceanici, delle piante, degli animali e degli altri esseri viventi
• Microbiologia - studio degli organismi microscopici e delle loro interazioni con gli altri esseri viventi
  • Parassitologia - studio dei parassiti e del parassitismo
  • Virologia - studio dei virus e degli altri agenti patogeni simili
• Biologia molecolare - studio delle funzioni biologiche a livello molecolare
• Micologia - studio dei funghi
• Neurobiologia - studio del sistema nervoso, compresa l'anatomia, la fisiologia e la patologia
• Popolazione biologica - studio dei gruppi di organismi conspecifici, tra cui
  • Ecologia della popolazione - studio delle dinamiche e dell'estinzione delle popolazioni
  • Genetica delle popolazioni - studio dei cambiamenti nelle frequenze geniche nelle popolazioni di organismi
• Paleontologia - studio dei fossili e della vita preistorica
• Patobiologia o patologia - studio delle malattie, le cause, i processi, la natura e i loro sviluppo
• Fisiologia - studio del funzionamento degli organismi viventi e dei loro organi
• Fitopatologia - studio delle malattie delle piante (chiamata anche Patologia Vegetale)
• Psicobiologia - studio delle basi biologiche della psicologia
• Sociobiologia - studio delle basi biologiche della sociologia
• Biologia strutturale - un ramo della biologia molecolare, della biochimica e della biofisica che studia la struttura molecolare delle macromolecole biologiche
• Zoologia - studio degli animali, compresa la classificazione, la fisiologia, lo sviluppo e comportamento, tra cui:
  • Etologia - studio del comportamento animale
  • Entomologia - studio degli insetti
  • Erpetologia - studio di rettili e degli anfibi
  • Ittiologia - studio dei pesci
  • Mammologia - studio dei mammiferi
  • Ornitologia - studio degli uccelli

Categorizzazione per organismi studiati

La tabella seguente riporta in ordine alfabetico le branche della biologia che si occupano dello studio di particolari tipologie di organismi:

Branca della biologia	Organismi studiati	Classificazione scientifica degli organismi studiati
Algologia	Alghe	gruppo Algae (appartenente al regno Protista)
Antropologia	Uomo	genere Homo
Aracnologia	Aracnidi	classe Arachnida
Batracologia	Anfibi	classe Amphibia
Batteriologia	Batteri	regno Bacteria
Botanica	Piante	regno Plantæ
Entomologia	Esapodi	superclasse Hexapoda
Erpetologia	Rettili e anfibi	classe Reptilia e classe Amphibia
Ittiologia	Pesci	gruppo Pisces
Mammologia	Mammiferi	classe Mammalia
Micologia	Funghi	regno Fungi
Microbiologia	Microrganismi	organismi appartenenti a vari regni, tra cui Bacteria, Archaea, Fungi (solo alcuni di essi) e Protista
Ornitologia	Uccelli	classe Aves
Primatologia	Primati	ordine Primates
Protistologia	Protisti	regno Protista
Virologia	Virus	dominio Acytota (classificazione discussa)
Zoologia	Animali e Protozoi	regno Animalia e gruppo Protozoa

• 
  Microrganismi: virus, Gamma phage
• 
  Microrganismi: batterio, Gemmatimonas aurantiaca
• 
  Piante: grano (Triticum)
• 
  Funghi: spugnola (Morchella esculenta)
• 
  Animali: bue (Bos taurus)

Bibliografia

• (EN) Mayr Ernst, ch. 4, in The Growth of Biological Thought, Belknap Press, 1985, ISBN 978-0-674-36446-2.
• (EN) De Duve, Christian, Life Evolving: Molecules, Mind, and Meaning, New York, Oxford University Press, 2002, ISBN 0-19-515605-6.
• (EN) Futuyma, DJ, Evolution, Sinauer Associates, 2005, ISBN 978-0-87893-187-3.
• (EN) Packard Alpheus Spring, Lamarck, the founder of Evolution: his life and work with translations of his writings on organic evolution, New York, Longmans, Green., 1901, ISBN 0-405-12562-3.
• (EN) Simpson George Gaylord, The Meaning of Evolution, Second, Yale University Press, 1967, ISBN 0-300-00952-6.
• (EN) Smith, A. L., Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology, Oxford [Oxfordshire], Oxford University Press, 1997, ISBN 0-19-854768-4.
• (EN) Campbell, Neil A. e Reece, Jane B, 6, in Biology, Benjamin Cummings, 2001, ISBN 978-0-8053-6624-2.
• (EN) Bartsch, John and Colvard, Mary P., The Living Environment, New York State, Prentice Hall, 2009, ISBN 0-13-361202-3.
• (EN) Anthony J. F. Griffiths, Genetics and the Organism: Introduction, in An Introduction to Genetic Analysis, 7th, New York, W. H. Freeman, 2000, ISBN 0-7167-3520-2.
• (EN) Hartl D, Jones E, Genetics: Analysis of Genes and Genomes, 6th, Jones & Bartlett, 2005, ISBN 0-7637-1511-5.
• (EN) Carroll, Joseph, On the origin of species by means of natural selection, Peterborough, Ontario, Broadview, 2003, ISBN 1-55111-337-6.
• (EN) Sang, James H., Drosophila melanogaster: The Fruit Fly, collana Encyclopedia of genetics, USA, Fitzroy Dearborn editores, I, 2001, ISBN 978-1-884964-34-3.
• (EN) John H. Gillespie, 'Population Genetics: A Concise Guide, Johns Hopkins Press, 1998, ISBN 0-8018-5755-4.
• (EN) Neill Campbell, Biology; Fourth edizione, The Benjamin/Cummings Publishing Company, 1996, ISBN 0-8053-1940-9.
• (EN) Douglas Futuyma, Evolutionary Biology, 3° edizione, Sinauer Associates, 1998, ISBN 0-87893-189-9.
• (EN) Margulis, L; Schwartz, KV, Five Kingdoms: An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth, 3° edizione, WH Freeman & Co, 1997, ISBN 978-0-7167-3183-2.
• (EN) McNeill, J. et. al., International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants (Melbourne Code) adopted by the Eighteenth International Botanical Congress Melbourne, Australia, July 2011, Regnum Vegetabile 154, A.R.G. Gantner Verlag KG, 2012, ISBN 978-3-87429-425-6.
• (EN) Silyn-Roberts, Heather, Writing for Science and Engineering: Papers, Presentation, Oxford, Butterworth-Heinemann, 2000, ISBN 0-7506-4636-5.
• (EN) Begon, M.; Townsend, C. R.;Harper, J. L., Ecology: From individuals to ecosystems. (4th ed.), Blackwell, 2006, ISBN 1-4051-1117-8.
• (EN) AA.VV, Habitats of the world, New York, Marshall Cavendish, 2004, ISBN 978-0-7614-7523-1.
• (EN) Michael Shermer, In Darwin's Shadow, OUP USA, ISBN 978-2-7028-7915-3.

Voci correlate

• Vita
• DNA
• Proteina
• Cellula
• Organismo vivente
• Ecosistema
• Scienze naturali
• Chimica organica
• Biologia e chimica organica (cronologia)

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Collegamenti esterni

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