Биология (көне грекше: βιολογία; βίος – өмір + λόγος – ғылым) — тірі ағзаларды және олардың тіршілік ету процестерін зерттейтін ғылым.^[1] Жаратылыстану ғылымдарының бір саласы.

Ол тіршілік құбылыстарының бәрін, тірі ағзалардың құрылысы мен қызметін, олардың табиғи бірлестіктерін, таралуын, эволюциясын, өзара бір-бірімен және өлі табиғатпен байланысын зерттейді. Биологияның негізгі міндеті — бүкіл органикалық дүниенің (жануарлардың, өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың, бактериялардың, вирустардың) қасиеттерін, пайда болуы мен даму заңдылықтарын зерттеу арқылы жалпы тіршіліктің мәнін анықтау, оны басқару, мақсатқа сай өзгерту әдістерін табу.^[2]

Биологияның жалпы халық шаруашылығында, әсіресе медицина мен ауыл шаруашылығында маңызы аса зор. Мысалы, генетика мен селекцияның заңдарын мәдени өсімдіктер мен ауыл шаруашылығы жануарларының физиологиялық ерекшіліктерін білу — агротехника мен зоотехниканы кәмілдендіріп, өсімдіктер мен жануарлардың анағұрлым өнімді түрлерін шығаруға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, адам денесінің макро- және микроқұрылысы, оның мүшелері мен ұлпаларының атқаратын қызметі туралы түсініктер көбінесе биологиялық зерттеулерге негізделеді. Жұқпалы аурулардың пайда болу себептері мен таралуы және оған қарсы күрес шаралары туралы ілім микробиологиялық және вирусологиялық зерттеулерге байланысты.^[2]

Тарихы

Биология оңтүстік-шығыс Азия елдерінде (Қытай, Жапония, Үндістан) VI—I ғасырларда дами бастағанымен, тіршілік құбылыстарына жүйелі түрде сипаттама берген грек және рим философтары мен дәрігерлері болды. Соның ішінде Гиппократ (460 — 370) алғаш адам мен жануарлардың анатомиялық және морфологиялық құрылысына жүйелі түрде сипаттама беріп, оларда болатын түрлі аурулардың қалыптасуындағы сыртқы орта мен тұқымқуалаушылықтың рөлін атап көрсеткен. Аристотель (384 — 322) өз еңбектерінде жануарларды құрылысы ерекшеліктеріне қарай жіктеу жүйесін ұсынып, оларды 2 топқа бөлді (қансыздар және қандылар).^[3] Сонымен қатар адамның анатомиялық-морфологиялық құрылыс ерекшеліктерін, ой-өрісінің дамуын да зерттеді.

Анатомиялық зерттеулер жүргізу арқылы адамның ішкі мүшелерін, көздің тор қабығын сипаттап жазған александриялық ғалымдар: Герофил (300 ж.ш.т.) алғаш рет артерия және вена қантамырларының арасындағы айырмашылықты ажыратса, ал Эрасистрат (300 — 240) мидың құрылысына сипаттама берген. Римдік Гай Плиний (24 — 79) құрастырған “Табиғи тарих” атты 37 томдық энциклопедия орта ғасырға дейін табиғат жайлы білімдердің негізгі қайнар көзі болып келді. Көне заманның тағы бір ұлы зерттеушісі Гален сүтқоректілерге көптеген тәжірибелер жүргізіп, олардың орталық және шеткі жүйке жүйесі жайлы құнды мәліметтер қалдырып, анатомия мен физиологияның дамуына үлкен ықпалын тигізді.

XV—XVI ғасырларда география саласындағы ұлы жаңалықтарға байланысты өсімдіктер мен жануарлар түрлері жөнінде көптеген деректер жиналды. Осы кезде әйгілі ғалым Леонардо да Винчи (1452 — 1519) көптеген өсімдіктер мен жануарларға анатомиялық зерттеулер жүргізіп, адам мен жануарлар сүйектеріндегі ұқсастықтарды көрсетті. Алғаш рет мүшелер гомологиясын ашты. 1543 ж. бельгиялық ғалым Андреас Везалий “Адам денесінің құрылысы жайлы жеті кітап” атты еңбегін жарыққа шығарып, ғылыми анатомияның негізін қалады. Ал 1628 ж. ағылшын ғалымы Уильям Гарвей “Жануарлардағы жүрек пен қан қозғалысы туралы анатомиялық зерттеу” атты еңбегінде қан айналымы жайлы ілімді тұжырымдаса, 1670 ж. Италия ғалымы Д. Борелли жануарлардың қозғалу механизмдерін сипаттау арқылы физиологияның дамуына жол салды.

Геккельдің Өмір ағашы (1879).

XVI—XVII ғасырларда микроскоптың ашылуына байланысты өсімдіктердің ішкі құрылысы (Р. Гук, 1665; М. Мальпиги, 1675 — 79; Н. Грю, 1671 — 82), олардың жыныстық ерекшеліктері (Р. Камерариус, 1694, т.б.), микроорганизмдер, эритроциттер мен сперматозоидтар (А. Левенгук, 1673) зерттеліп, жәндіктердің құрылысы мен дамуы (М. Мальпиги, 1669; Я. Сваммердам, 1669) анықталды. Бұл жаңалықтар эмбриологияда бір-біріне қарама-қайшы түрлі бағыттарды (овизм, анималькулизм, преформизм, эпигенез, т.б.) қалыптастырды. 1670 ж. ағылшын ғалымы Дж. Рей “Өсімдіктер тарихы” атты еңбегінде 19 класқа топтастырылған 18 мың өсімдік түрлеріне сипаттама берді.

XVIII ғасырда швед ғалымы Карл Линней “Табиғат жүйесі” атты еңбегінде ғылымға бинарлық номенклатураны енгізді.

XVIII—XIX ғасырларда тірі табиғаттың тарихи дамуы жайлы теориялар қалыптаса бастады. Солардың бірі француз ғалымы Ж. Ламарктың эволюциялық теориясы мен неміс ғалымдары Т. Шванн және М. Шлейденнің жасуша теориясы болды. Осы кезде жануарлар физиологиясындағы ірі жетістік — бауырда гликогеннің синтезделуі (К. Бернар, 1848), жоғарғы жүйке әрекеті (И.М. Сеченов, 1863) анықталса, француз ғалымы Луи Пастер (1860 — 1864) қазіргі тірі организмдердің өздігінен пайда болу мүмкіндігін біржолата теріске шығарды.

XIX ғасырдағы аса маңызды оқиғалардың бірі Чарлз Дарвиннің “Түрлердің шығу тегі” еңбегінде эволюциялық ілімді жариялауы болды. Дарвинизмнің қалыптасуы эволюциялық салыстырмалы анатомия (К. Гегенбауэр), эволюциялық эмбриология (А.О. Ковалевский, И.И. Мечников), эволюциялық палеонтология (В.О. Ковалевский) сияқты жаңа бағыттарға жол ашты. Дәл осы кезде генетика ғылымы қалыптасып, қарқынды дами бастады. 1865 ж. чех ғалымы Г. Мендель белгілердің тұқым қуалау заңдылығын ашты. 1900 ж. голланд ғалымы Де Фриз ғылымға “мутация” деген терминді енгізсе, американ ғалымы Т. Морган “Тұқым қуалаушылықтың хромосомалық теориясын” (1910 — 11) ашты.

XX ғасырдың 2-жартысында биология ғылымы тірі ағзалар құрамын зерттеуге қол жеткізді. Осының нәтижесінде тірі ағзалардың өлі табиғатта кездеспейтін, төменгі және жоғарғы молекулалы органикалық қосылыстардан тұратыны анықталды. Негізгі биополимерлер: ақуыздар, нуклеин қышқылдары, полисахаридтер, липидтер және олардың молекулаларының құрамдық бөліктері (аминқышқылдар, нуклеотидтер, көмірсулар, май қышқылдары, т.б) ашылды. Осындай жетістіктердің нәтижесінде биологияда жаңа бағыттар пайда болып, кейін олардың бірқатары дербес ғылымға айналды. Мысалы, тірі организмдердің өзара және сыртқы ортамен қарым-қатынасын зерттейтін ғылым ретінде экология қалыптасты.

Қазіргі биологияның негіздері

Қазірде биологияның барлық тармақтарын біріктіретін бес принцип бар^[4]:

• Жасуша теориясы — тіршіліктің негізін құрайтын жасушалардың құрылымы, көбеюі және көпжасушалы ағзаларды қалыптастырудағы қызметі туралы жинақталған ұғым.^[5]

• Эволюция — табиғи сұрыпталудан туындаған өзгерістер ағзалардың жаңа түрлерінің пайда болуына әкеледі деген теория.^[6]

• Ген теориясы — тұқым қуалаушылық әр жасушаның хромосомаларында орналасқан гендердің арқасында жүзеге асады.^[7]

• Гомеостаз — ағзаның қоршаған ортаға қарамастан өзінің ішкі ортасын қалыпты жағдайда ұстап тұруға бағытталған физиологиялық процесс.^[8]

• Зат алмасу — жасушадағы немесе жалпы ағзадағы химиялық реакциялардың жиынтығы.^[9]

Жасуша құрылысы

Жасуша теориясы

Толық мақаласы: Жасуша теориясы

Жасуша — тіршіліктің негізгі әрі ең кішкентай бірлігі. Жасуша теориясы бойынша барлық тірі организмдер бір немесе одан да көп жасушалардан құралады немесе олардың түзген заттарынан құралады. Мысалы, бақалшық, сүйек және тері. Жаңа жасуша алдыңғысынан жасуша бөлінуі арқылы пайда болады және көпжасушалы организмдердің денесіндегі әрбір жасуша ұрықтанған аналық жасушадан, яғни жалғыз бір жасушадан шығады. Бұған қоса жасуша организмдегі адам санасы жетпес зор процесстердің негізгі бөлігі саналады.^[10]

Сонымен қатар барлық тірі организмдерде жасушаның маңызды механизмдері мен химиясы ұқсас келеді және жаңа жасушалар тек бұрынғы жасушалардың бөлуінуінен пайда болады. Жасуша теориясы жасушалардың қалай пайда болатынын, қалай көбейетінін, қоршаған ортасымен қалай араласатынын, олардың қандай заттардан құралатынын, жасушаның құрамдас бөліктерінің қалай жұмыс атқаратынын және жасушаның басқа бөлімдерімен қалай қатынаста болатыны сияқты мәселелерді қамтиды.

Эволюция

Толық мақаласы: Эволюция

ХІХ ғасырға дейін тірі ағзалар белгілі шарттар аясында өздігінен пайда бола алуы мүмкін деген түсінік болды. Бұған Уильям Гарвей келіспеді және сол түсінікке "бар өмір жұмыртқадан" (латыншадан "Omne vivum ex ovo") деген ұстаныммен қарсы шықты.

Кейін тіршілік эволюция арқылы өзгеріп дамиды және қазіргі тіршіліктің барша түрінің ортақ тегі бар деген пікір тарай бастады. 1809 жылы Жан Батист Ламарк ғылыми лексиконға таныстырған эволюцияның негізін жарты ғасырдан соң Чарлз Дарвин қалады. Ол эволюцияның қозғаушы күші ретінде табиғи сұрыпталу процесін атап көрсетті. Альфред Рассел Уоллес те бұл теорияны жасаушылардың бірі ретінде танылады, себебі ол зерттеу жұмыстары мен тәжірибелерде көмек көрсеткен екен. Дарвин түрлер табиғи сұрыптау және қолдан сұрыптау нәтижесінде дамиды деп тұжырым жасады.^[11]

Эволюциялық ілімнің негізгі салалары: тіршіліктің пайда болуы, тірі ағзалар эволюциясын айқындау, эволюция факторлары (өзгергіштік, тұқым қуу, тіршілік үшін күрес және табиғи сұрыптау), эволюциялық процестің бағыты мен заңдылықтары (түр пайда болуы, прогресс және регресс, онтогенез бен филогенез арасындағы байланыс т.б.).^[12]

ДНҚ моделі

Ген теориясы

Толық мақаласы: Ген

Тірі ағзаның сипаттары мен белгілері геннің түпкі компонентінде, яғни оның ДНҚ-сында генетикалық код түрінде жазылған. Сонымен қатар белгілі бір ағзаға тән сипаттар осы гендер арқылы бір ұрпақтан келесі ұрпаққа өтіп отырады.^[13]

Ағзадағы немесе жасушадағы гендердің жиынтығы оның геномы болмақ. Ол бір немесе одан да көп хромосомаларда сақталады. Хромосома - ағзаға байланысты мыңдаған гендер код түрінде жазулы болатын жалғыз, ұзын ДНҚ шүйкесі. Ген белсендік танытқан жағдайда ДНҚ кодтары транскрипция арқылы геннің РНҚ көшірмесіне өтеді, кейіннен рибосома РНҚ трансляциясын жасап, әртүрлі ақуыздарды түзіп шығарады. Ақуыздар каталиттік (ферменттер), рецепторлық, тасымалдау, қорғаныс, қозғалыс функцияларға ие болуы мүмкін.

Метаболизм

Толық мақаласы: Зат алмасу

Зат алмасу (метаболизм) — жасушаның тіршілігін қамтамасыз ететін, ағзада жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы. Бұл ағзаның тіршілік қабілетін сақтау және сыртқы ортамен қарым-қатынасын, ағзаға қоректік заттардың еніп, олармен ферменттер әсерінен ыдырауын, пайда болған жай заттардың жасушалар мен мүшелерге тасымалданып, олардың тотығуын, энергия бөлініп шығарылуының, жасуша құрамындағы түзілістердің биосинтезделуін және қорытылған өнімдердің ағзадан бөлініп шығуын қамтамасыз етеді.

Жасушалардың тіршілігі үшін оттегі, сутегі, көміртегі, азот, минералдық заттар, т.б. қажет. Оттегі мен сутегінің негізгі көзі — су. Ал көміртегінің (және басқа да заттардың) сіңірілу тәсілдеріне қарай ағзалар үлкен екі топқа бөлінеді: автотрофтар — көміртегін ауадағы көмірқышқыл газынан сіңіреді; гетеротрофты ағзалар — көміртегін дайын органикалық қосылыстардан алады.^[14][15]

Тіршілік деңгейлері

Толық мақаласы: Тіршілік деңгейлері

• Молекулалық деңгей — әр жасуша белгілі бір молекулалық қосылыстардан құралады.

• Жасушалық деңгей — әр тірі ағза жасушалардан құралады, не жеке бір жасушадан тұрады.

• Ұлпалық деңгей — күрделі ағзаларда құрылысы және аткаратын кызметі біркелкі жасушалар ұлпа түзеді.

• Мүшелік деңгей — белгілі бір құрылысқа ие ұлпалар жиынтығы мүшені құрайды.

• Ағзалық деңгей — жеке бір тіршілік иесі.

• Популяциялық деңгей — бір түрге жататын белгілі бір аймақта таралған ағзалардың жиынтығы.

• Биогеоценоздық деңгей — биогеоценоз құрамына сан алуан тірі ағзалар және табиғи ортаның жағдайлары біріктіріледі.

• Биосфералық деңгей — Жердегі барлық тірі ағзалар мен олардың тіршілік ететін табиғи орта жағдайларының жиынтығы.

Тіршілік дүниелері

Тірі ағзаларды жануарлар мен өсімдіктер деп ажырату ежелгі дәуірлерден келеді. Ал XVII ғасырда микроскоптардың жетілуімен Антони ван Левенгук біржасушалы ағзаларды ашқанын жариялап, оларды жеке тіршілік дүниесі ретінде көрсетті, кейін бұлар протисталар деп аталды.

1960 жылдары ғалымдар саңырауқұлақтарды жеке тіршілік дүниесі деп таныды, бұрын олар өсімдіктер деп қарастырылды.^[16] 1977 жылы Карл Вёзе мен Джордж Эдвард Фокс архебактериялар ұғымын енгізді.