ביולוגיה | תחומי הביולוגיה
English: Biology

תחומי הביולוגיה

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – תחומים בביולוגיה

הביולוגיה הפכה לתחום מחקר רחב כל כך עד כי היא לא נתפסת בדרך כלל כדיסציפלינה או כמקצוע אחד, אלא כמספר תת-דיסציפלינות מקובצות. תחומי המחקר מתחלקים לארבע קבוצות עיקריות: הראשונה מורכבת מהמקצועות שחוקרים את המבנים הבסיסיים של מערכות חיות: תאים, גנים וכו'; השנייה בוחנת את הפעילות של מבנים אלה ברמה של רקמות, איברים וגופים; השלישית מתבוננת ביצורים החיים ובהיסטוריה שלהם; ואילו הקבוצה האחרונה מתמקדת בקשרי הגומלין בין היצורים החיים.

עם זאת גבולות, הקבצות ותיאורים מהווים אפיון פשטני של המחקר הביולוגי. במציאות, הגבולות בין דיסציפלינות הם גמישים, ותחומי המחקר משתמשים לעיתים קרובות בטכניקות מתחומים אחרים. לדוגמה, ביולוגיה אבולוציונית נשענת במידה רבה על טכניקות של ביולוגיה מולקולרית כדי לקבוע את הרכבם של רצפי DNA המסייעים בהבנת המגוון הגנטי של אוכלוסייה; ופיזיולוגיה משתמשת בממצאים מתחום הביולוגיה של התא לחקר רקמות ואיברים שלמים. אתולוגיה מרחיבה את המחקר הביולוגי לתחומי חקר ההתנהגות ומאפייני החשיבה של בעלי חיים,[7][8] בעוד שפסיכולוגיה אבולוציונית גורסת כי שדה הפסיכולוגיה, כולל זו של בני האדם, הוא ענף של הביולוגיה.

מבנה החיים

ביולוגיה מולקולרית הוא החקר הביולוגי ברמה המולקולרית. שדה זה חופף עם תחומים אחרים בביולוגיה, במיוחד עם תחומי הגנטיקה והביוכימיה. ביולוגיה מולקולרית עוסקת בעיקר בהבנה של קשרי הגומלין בין המערכות השונות של התא, ובתוכן הקשרים בין DNA, RNA, וסינתוז חלבונים, וכן הבנת הוויסות והבקרה של תהליכים אלו.

ביולוגיה של התא חוקרת את התכונות הפיזיולוגיות של תאים, כמו גם את התנהגותם ואת קשרי הגומלין בין תאים שונים ובין תאים וסביבתם. דבר זה מבוצע הן ברמה המיקרוסקופית, והן ברמה המולקולרית. ביולוגיה של התא חוקרת הן יצורים חד-תאיים כמו חיידקים והן תאים בעלי התמחות ביצורים רב-תאיים כמו בני האדם.
ההבנה של מבנה התא והדרך שבה תאים פועלים יסודית לכל ענפי הביולוגיה. הערכה של קווי הדמיון והשוני בין סוגי תאים שונים חשובה במיוחד בתחומי הביולוגיה של התא ובביולוגיה מולקולרית. נקודות הדמיון והשוני מספקות הבנה על אחידותם של תהליכים ומבנים, דבר המאפשר את הכללתם של עקרונות שנלמדו על סוג תא מסוים לסוגי תאים אחרים.

גנטיקה היא ענף החוקר את הגנים, התורשה ואת מגוון היצורים החיים. במדע המודרני, הגנטיקה מספקת כלים חשובים למחקר תפקודו של גן מסוים, או לבחינה של יחסי גומלין בין גנים שונים. ברוב היצורים, מידע גנטי נישא בכרומוזומים - מולקולות DNA גדולות, שם הוא מיוצג על ידי הקוד הגנטי.

ביולוגיה התפתחותית חוקרת את תהליכי ההתפתחות והגדילה של יצורים חיים. מקורה של הביולוגיה ההתפתחותית באמבריולוגיה - חקר התפתחות העובר. הביולוגיה ההתפתחותית חוקרת שלושה תהליכים מרכזיים: מחזור התא - גדילתו והתרבותו, התמיינות תאים היוצרת תאים מסוגים שונים, ומורפוגנזה - יצירתם של רקמות ואיברים.

פיזיולוגיה של יצורים חיים

Postscript-viewer-shaded.png ערכים מורחבים – פיזיולוגיה, אנטומיה

פיזיולוגיה חוקרת את התהליכים המכניים, הפיזיקליים והביוכימיים המתרחשים ביצורים חיים, תוך ניסיון להבין כיצד כל מבנה פועל כמכלול. הרעיון של "מבנה לשם תפקוד" הוא מרכזי עבור הביולוגיה. לימודי הפיזיולוגיה חולקו באופן מסורתי לפיזיולוגיה של הצמח ול פיזיולוגיה של בעלי חיים, אבל העקרונות של הפיזיולוגיה הם אוניברסליים, ללא תלות בסוג היצור הנחקר. לדוגמה, המידע הנלמד אודות הפיזיולוגיה של תאי שמרים, יכול להיות מיושם על תאי אדם. פיזיולוגיה של בעלי-חיים מאפשרת הרחבה של הכלים והשיטות של פיזיולוגיה של האדם למינים שאינם האדם.

פיזיולוגיה קשורה קשר הדוק עם האנטומיה, ענף העוסק בחקר מבנה אברי האורגניזם ומיקומם. יחד, האנטומיה והפיזיולוגיה בוחנות כיצד מערכות איברים בבעלי חיים, כמו מערכת העצבים, המערכת החיסונית, המערכת האנדוקרינית, מערכת הנשימה ומערכת כלי הדם מתפקדות, ומקיימות קשרי גומלין ביניהן. המחקר של מערכות אלה נעשה במשותף עם ענפים בעלי אוריינטציה רפואית כמו נוירולוגיה ואימונולוגיה.

מגוון ואבולוציה של יצורים חיים

Postscript-viewer-shaded.png ערכים מורחבים – אבולוציה, מיון עולם הטבע
מגוון החיים: חיידקי Escherichia coli (מימין למעלה), פטריית אמניטה מוסכריה (משמאל למעלה), צמח חמציץ נטוי (ימין למטה) ובעל חיים תנין היאור (שמאל למטה).

המחקר האבולוציוני עוסק בחקר מוצאם ושושלתם של מינים, כמו גם תהליכי השתנותם לאורך הזמן. למחקר בענף זה זיקה למיון עולם הטבע ושני התחומים מפרים זה את זה. כך, למשל, חוקרי אבולוציה רבים מתמחים בענף טקסונומי צר, לדוגמה אורניתולוגיה (חקר העופות), או הרפטולוגיה (חקר הזוחלים וקרוביהם), אך משתמשים בידע על אורגניזמים אלה כדי לענות על שאלות באבולוציה. מצד שני, המחקר האבולוציוני חושף את הקשרים האבולוציוניים בין מינים שונים, ובכך עשוי לשנות את המיון הטקסונומי. אחד התחומים שבו נעזר המחקר האבולוציוני רבות הוא פלאונטולוגיה - חקר מאובנים, אשר חושף מינים שנכחדו ובכך מסייע בחקר שושלות ספציפיות, ובנוסף מאפשר מבט טוב יותר על קצב האבולוציה והמגמות בה. תחומים משדות אחרים בביולוגיה משמשים את המחקר האבולוציוני לשם חשיפת הקשרים בין מינים, כשביולוגיה מולקולרית, ביולוגיה התפתחותית, זואוגאוגרפיה וכן אקולוגיה, הם העיקריים שבתחומים אלה.

התחומים העיקריים בחקר המגוון הם זואולוגיה, העוסקת בחקר הביולוגיה של בעלי חיים, ובוטניקה, העוסקת בחקר הביולוגיה של צמחים. מחקרם של שני תחומים אלה מפותח כתוצאה משיטת המיון הקדומה, המחלקת את עולם החי לשתי ממלכות בלבד - בעלי חיים וצמחים. כיום נפוצים גם תחומי המחקר של שאר הממלכות, כמו מיקולוגיה (חוקרת את ממלכת הפטריות) ובקטריולוגיה (חוקרת את ממלכת החיידקים).

יחסי גומלין והסביבה

Postscript-viewer-shaded.png ערכים מורחבים – אקולוגיה, אתולוגיה, התנהגות
דוגמה של מארג מזון, הכללה של שרשרת מזון, המתארת את הקשרים הפנימיים הסבוכים בין יצורים שונים במערכת האקולוגית

אקולוגיה חוקרת את התפוצה והמגוון של יצורים חיים, ואת יחסי הגומלין בין היצורים לבין סביבתם הטבעית. הסביבה של יצור כוללת הן את בית הגידול שלו, שניתן לתיאור כאוסף הגורמים הא-ביוטים כמו אקלים וגאולוגיה, והן את היצורים האחרים שחולקים את בית הגידול שלו. החיים בבית הגידול נחקרים בכמה רמות שונות, החל מרמת הפרטים והאוכלוסיות ועד לרמה של מערכות אקולוגיות והביוספירה כולה. כפי שניתן לשער, אקולוגיה הוא תחום הנעזר בדיסציפלינות רבות.

אתולוגיה חוקרת את התנהגותן של חיות (במיוחד חיות חברתיות כמו פרימטים וכלבים), ולפעמים רואים בה ענף של זואולוגיה. אתולוגים עסקו במיוחד באבולוציה של התנהגות ובהבנה של התנהגות בהתאם לתאוריה של הברירה הטבעית. במובן מסוים, האתולוג המודרני הראשון היה צ'ארלס דרווין, שספרו "הביטוי של הרגשות בחיות ובאדם" השפיע על אתולוגים רבים.

ביוגאוגרפיה חוקרת את התפוצה המרחבית של יצורים חיים על פני כדור הארץ, כשהיא מתמקדת בנושאים כמו טקטוניקת הלוחות, שינויי אקלים, פיזור ונדידה, וקלדיסטיקה - מיון יצורים חיים לפי מיקומם בעץ האבולוציוני.