Hogyan lehet integrálni a biológiát a kémia és a fizika területére

Sok középiskolában külön osztályként tanítják a biológiát, a kémiát és a fizikát. Külön osztályok utalhatnak arra, hogy a tantárgyak nem kapcsolódnak egymáshoz, de ez pontatlan feltételezés lenne. Az integrált természettudományi órák egyre inkább összekapcsolják a biológia, a kémia és a fizika tantárgyakat.

Amint Merriam-Webster meghatározza őket, a biológia az élet tanulmányozása, pontosabban "az ismeretek egy ága, amely az élő szervezetekkel és a létfontosságú folyamatokkal foglalkozik"; a kémia "tudományból áll, amely az anyagok összetételével, felépítésével és tulajdonságokkal, valamint az általuk átalakuló átalakulásokkal foglalkozik"; a fizika pedig "tudományt jelent, amely az anyaggal és az energiával, valamint ezek kölcsönhatásaival foglalkozik".

A kémia és a biológia kapcsolata számos lehetséges kapcsolatot és természettudományos kísérletet kínál a főiskolai hallgatók számára a biológia területén. Az egész élet a kémiai folyamatoktól függ. A fotoszintézis kémiai folyamata, amely a nap energiáját felhasználva a vizet és a szén-dioxidot glükózzá (cukorrá) alakítja, képezi a legtöbb tápláléklánc alapját. A fotoszintézishez hasonlóan a kemoszintézis kémiai folyamatok révén tárolja az energiát, és alátámasztja az élelmiszerláncokat a mélytengeri szellőzők mentén, ami a Föld legkorábbi életének és más bolygók életének lehetőségeit sugallja holdak.

A biolumineszcencia élő fényt jelent. Kémiai folyamatok különféle organizmusokban, a növényektől a gombákon át az állatokig, beleértve a dinoflagellátumokat, a medúzákat és a horgászhalakat, létrehozzák ezt az élő fényt. Az emésztés és a sejtlégzés az élő szervezetek kémiai reakcióitól is függ. Az olajtermelés kémiai megértése, amely az algák hő és nyomás alatt történő bomlásán alapul, egy megoldást kínál a globális energiára krízis azáltal, hogy kőolajat állítanak elő algákból, de potenciálisan újabb környezeti válságot okozhat a korábban megújíthatatlan fosszilis üzemanyagok.

Az élő szervezetek fizikája tudományos kísérleti lehetőségeket is kínál a biológia főiskolai hallgatói számára. A fizika magában foglalja a mechanika, a hő, a fény, az elektromosság és a hang tanulmányozását. Az élő organizmusok által használt energia tanulmányozása, legyen az fotoszintézis vagy sejtlégzés, elhomályosítja a határt a biológia és a fizika között. A biolumineszcencia tanulmányok mind az energiát, mind a szervezetek által generált fényt megvizsgálják, a fizikát és a biológiát ötvözve. - Az idegrendszer elektromossága, a hibernálást vagy az észlelést kiváltó mechanizmusok és a retina és a dobhártya érzékenysége a fizika alapelveit alkalmazza a élőlények.

A csontokat törő erők tanulmányozása betekintést nyújt a biomechanikai tervekbe ezek javítására csontok előre törött erejéig, és módszereket javasol a környezeti vagy genetikai hibák kijavítására, ill hiányosságok. A különféle testízületek mechanikájának és szerkezeti követelményeinek megértése már megadta a térd-, csípő- és vállízületek cseréjének tervezéséhez szükséges információkat.

Az élõ, elhalt vagy kihalt szervezetek az együttes biológiai, kémiai és fizikai elemek miatt mûködnek. Ezeknek a tudományágaknak a megértése betekintést nyújt a szervezetek evolúciós és szerkezeti jellemzőibe. Például a fák azért állnak, mert a sejtfalaikban lévő cellulóz és a vakuolokban tárolt víz biztosítja a szerkezeti szilárdságot a fa biomassza, beleértve azokat a leveleket is, amelyek a vizet és a szén-dioxidot energiává alakítják, hogy táplálják azokat a kémiai folyamatokat, amelyek lehetővé teszik a sejtek növekedését és szaporodását, hogy új sejtek. A csontok szerkezeti szilárdságának és az anyagcsere kémiai folyamatainak megértése segít a tudósoknak megérteni és újra létrehozni a kihalt organizmusok biológiáját, például a dinoszauruszokat és a tengeri hüllőket. A földhöz kötött biológiai rendszerek fizikájának és kémiajának tanulmányozása a földön kívüli körülmények között a potenciális életformák létezésére és felépítésére utal.

Számos főiskola ma már integrált tudományos programokat kínál, nem pedig elszigetelt biológiai, kémiai vagy fizikai tanulmányokat. Ezek az egyetemi programok elismerik a tudományos diszciplínák összekapcsolhatóságát. A jelenlegi óvoda a középiskolai tudományos normákon keresztül az integrált tudományra összpontosít, egyre nagyobb hangsúlyt fektetve az összekapcsolt tudományról, technológiáról, mérnöki tudományról és matematikáról (STEM vagy művészet hozzáadásával STEAM) oktatás. Számos főiskola, a Princetoni Integrált Tudományos Tananyagtól kezdve az Oregoni Egyetem Kémiai és Biokémiai Tanszékén át a A Harvey Mudd Főiskola biológiai tanszéke olyan kurzusokat és diplomákat kínál, amelyek nem korlátozódnak egyetlen hagyományos tudományos szakra fegyelem.