Mnoge srednje škole predaju biologiju, kemiju i fiziku kao zasebni razredi. Odvojeni razredi mogu sugerirati da predmeti nisu povezani, ali to bi bila netočna pretpostavka. Integrirani predmeti prirodoslovlja sve više povezuju predmete biologije, kemije i fizike.
Utvrđivanje i integriranje znanstvenih disciplina
Kako ih Merriam-Webster definira, biologija je proučavanje života, točnije "grana znanja koja se bavi živim organizmima i vitalnim procesima"; kemija se sastoji od "znanosti koja se bavi sastavom, strukturom i svojstvima tvari i transformacijama koje prolaze"; a fizika znači "znanost koja se bavi materijom i energijom i njihovim interakcijama".
Integriranje biologije i kemije
Odnos kemije i biologije nudi mnoge moguće veze i znanstvene eksperimente za studente iz biologije. Sav život ovisi o kemijskim procesima. Kemijski proces fotosinteze, koji koristi sunčevu energiju za pretvaranje vode i ugljičnog dioksida u glukozu (šećer), čini osnovu većine prehrambenih lanaca. Poput fotosinteze, kemosinteza pohranjuje energiju kroz kemijske procese i podupire prehrambene lance uzduž dubokih morskih otvora, sugerirajući mogućnosti za najraniji život na Zemlji i život na drugim planetima i mjeseca.
Bioluminiscencija znači živu svjetlost. Kemijski procesi u raznim organizmima, od biljaka do gljivica do životinja, uključujući dinoflagelate, meduze i ribe ribare, stvaraju ovo živo svjetlo. Probava i stanično disanje također ovise o kemijskim reakcijama unutar živih organizama. Razumijevanje kemije proizvodnje nafte, temeljeno na razgradnji algi pod toplinom i pritiskom, nudi jedno rješenje za globalnu energiju kriza stvaranjem nafte od algi, ali potencijalno stvara novu ekološku krizu kontinuiranom upotrebom prethodno neobnovljivih fosila goriva.
Integriranje biologije i fizike
Fizika živih organizama također nudi mogućnosti za znanstvene eksperimente studentima biologije. Fizika uključuje studije mehanike, topline, svjetlosti, električne energije i zvuka. Studije energije koju koriste živi organizmi, bilo iz fotosinteze ili staničnog disanja, brišu granicu između biologije i fizike. Studije bioluminiscencije ispituju i energiju i svjetlost koju generiraju organizmi, kombinirajući fiziku i biologiju. Električnost živčanog sustava, mehanizmi koji pokreću hibernaciju ili estivaciju i osjetljivost mrežnice i bubnjića primjenjuju principe fizike na mehanizme organizmi.
Studije sila koje lome kosti daju uvid u biomehanički dizajn za popravak istih kosti na njihovu prethodno slomljenu snagu i predlaže metode za ispravljanje okolišnih ili genetskih nedostataka ili nedostaci. Razumijevanje mehanike i strukturnih zahtjeva različitih zglobova tijela već je pružilo informacije potrebne za dizajn zamjenskih zglobova koljena, kuka i ramena.
Integriranje biologije, kemije i fizike
Organizmi, bili oni živi, mrtvi ili izumrli, funkcioniraju zbog svojih kombiniranih bioloških, kemijskih i fizičkih elemenata. Razumijevanje iz ovih disciplina pruža uvid u evolucijske i strukturne karakteristike organizama. Na primjer, drveće stoji jer celuloza u staničnim zidovima i voda pohranjena u njihovim vakuolama pružaju strukturnu čvrstoću da zadrže stablo biomasa, uključujući lišće koje pretvara vodu i ugljični dioksid u energiju za poticanje kemijskih procesa koji omogućavaju stanicama da rastu i razmnožavaju se tako da tvore nove Stanice. Razumijevanje strukturne čvrstoće kostiju i kemijskih procesa metabolizma pomaže znanstvenicima da razumiju i ponovno stvore biologiju izumrlih organizama poput dinosaura i morskih gmazova. Proučavanje fizike i kemije zemaljskih bioloških sustava sugerira postojanje i strukturu potencijalnih oblika života u izvanzemaljskim uvjetima.
Biologija, kemija ili fizika?
Mnogi fakulteti sada nude integrirane znanstvene programe, a ne izolirane studije biologije, kemije ili fizike. Ovi fakultetski programi prepoznaju međusobnu povezanost znanstvenih disciplina. Trenutni vrtić kroz srednjoškolske prirodoslovne standarde fokusira se na integriranu znanost, sa sve većim naglaskom o međusobno povezanim znanostima, tehnologiji, inženjerstvu i matematici (STEM ili, uz dodatak umjetnosti, STEAM) obrazovanje. Mnogi fakulteti, od integriranog kurikuluma za znanost Princetona do Odjela za kemiju i biokemiju Sveučilišta Oregon do Odjel za biologiju na koledžu Harvey Mudd sada nudi tečajeve i stupnjeve koji se ne ograničavaju na jednu tradicionalnu znanstvenu disciplina.