Mnoho středních škol vyučuje biologii, chemii a fyziku jako samostatné třídy. Samostatné třídy mohou naznačovat, že předměty spolu nesouvisí, ale byl by to nepřesný předpoklad. Integrované přírodovědné kurzy stále více propojují předměty biologie, chemie a fyziky.
Definování a integrace vědních disciplín
Jak je definuje Merriam-Webster, biologie je studium života, konkrétněji „odvětví poznání, které se zabývá živými organismy a životně důležitými procesy“; chemie sestává z „vědy, která se zabývá složením, strukturou a vlastnostmi látek a transformacemi, kterými procházejí“; a fyzika znamená „věda, která se zabývá hmotou a energií a jejich interakcemi“.
Integrace biologie a chemie
Vztah mezi chemií a biologií nabízí studentům vysokých škol v biologii mnoho možných spojení a vědeckých experimentů. Celý život závisí na chemických procesech. Chemický proces fotosyntézy, který využívá sluneční energii k přeměně vody a oxidu uhličitého na glukózu (cukr), tvoří základ většiny potravinových řetězců. Stejně jako fotosyntéza, chemosyntéza ukládá energii chemickými procesy a podporuje potravní řetězce podél hlubinných průduchů, což naznačuje možnosti pro nejstarší život Země a život na jiných planetách a měsíce.
Bioluminiscence znamená živé světlo. Toto živé světlo vytvářejí chemické procesy v různých organismech, od rostlin přes houby až po zvířata, včetně dinoflagelátů, medúz a rybářských ryb. Trávení a buněčné dýchání také závisí na chemických reakcích v živých organismech. Porozumění chemii výroby oleje, založené na rozkladu řas za tepla a tlaku, nabízí jedno řešení globální energie krizi produkcí ropy z řas, ale potenciálně vytváří další ekologickou krizi pokračujícím používáním dříve neobnovitelných fosilních paliv paliva.
Integrace biologie a fyziky
Fyzika živých organismů také nabízí příležitosti pro vědecké experimenty pro studenty biologie. Fyzika zahrnuje studium mechaniky, tepla, světla, elektřiny a zvuku. Studie energie používané živými organismy, ať už fotosyntézou nebo buněčným dýcháním, stírají hranici mezi biologií a fyzikou. Studie bioluminiscence zkoumají energii i světlo generované organismy a kombinují fyziku a biologii. Elektřina nervového systému, mechanismy, které spouští hibernaci nebo estivaci, a citlivost sítnice a bubínku aplikuje fyzikální principy na mechanismy organismy.
Studie sil, které lámou kosti, poskytují pohledy na biomechanické konstrukce pro jejich opravu kosti na jejich předem rozbitou sílu a navrhuje metody k nápravě environmentálních nebo genetických vad nebo nedostatky. Porozumění mechanice a konstrukčním požadavkům různých kloubů těla již poskytlo informace potřebné k návrhu náhradních kloubů kolen, kyčlí a ramen.
Integrace biologie, chemie a fyziky
Organismy, ať už živé, mrtvé nebo vyhynulé, fungují díky svým kombinovaným biologickým, chemickým a fyzikálním prvkům. Porozumění z těchto disciplín poskytuje vhled do evolučních a strukturálních charakteristik organismů. Například stromy stojí, protože celulóza v jejich buněčných stěnách a voda uložená v jejich vakuolách poskytují strukturální pevnost, která udrží strom biomasa, včetně listů, které přeměňují vodu a oxid uhličitý na energii k podpoře chemických procesů, které umožňují růst a reprodukci buněk za vzniku nových buňky. Porozumění strukturální síle kostí a chemickým procesům metabolismu pomáhá vědcům porozumět a znovu vytvořit biologii vyhynulých organismů, jako jsou dinosauři a mořští plazi. Studium fyziky a chemie biologických systémů vázaných na Zemi naznačuje existenci a struktury potenciálních forem života za mimozemských podmínek.
Biologie, chemie nebo fyzika?
Mnoho vysokých škol nyní nabízí spíše integrované vědecké programy než izolované studium biologie, chemie nebo fyziky. Tyto vysokoškolské programy uznávají vzájemnou propojenost vědeckých oborů. Současná mateřská škola prostřednictvím středoškolských přírodovědných standardů se zaměřuje na integrovanou vědu se zvýšeným důrazem o propojených vědách, technologiích, strojírenství a matematice (STEM nebo, s přídavkem umění, STEAM) vzdělání. Mnoho vysokých škol, od Princetonova integrovaného přírodovědného vzdělávacího programu až po O chemickou a biochemickou univerzitu v Oregonu. Biologické oddělení na Harvey Mudd College nyní nabízí kurzy a tituly, které se neomezují pouze na jeden tradiční vědecký obor disciplína.
