מאמבות לבבונים, לכל היצורים החיים יש כמה דברים משותפים. חמישה נושאים מרכזיים של ביולוגיה מבדילים את החיים מן הדומם. קח וירוסים: נראה שהם חיים, אך ביולוגים רבים אינם רואים בהם משום שהם חסרים אחד או יותר מהמאפיינים המאחדים הללו. להלן הגורמים המסייעים להבחין בין החיים לחיים.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
חמשת הנושאים המרכזיים של הביולוגיה הם מבנה ותפקוד של תאים, אינטראקציות בין אורגניזמים, הומאוסטזיס, רבייה וגנטיקה, ו אבולוציה.
מבנה ותפקוד של תאים
כל צורות החיים מורכבות מתא אחד לפחות. במאה ה -17, המדענים רוברט הוק ואנטון פון ליוונהוק צפו בתאים וציינו את מאפייניהם במיקרוסקופים. תצפיות אלה ותוצאותיהן הובילו להיווצרות תאוריית התאים, וקבעו כי תאים מהווים את כל החיים, מבצעים את כל התהליכים הביולוגיים ויכולים להגיע רק מתאים אחרים. כל התאים מכילים חומר גנטי ומבנים אחרים הצפים במטריצה דמוית ג'לי, רוכשים אנרגיה מסביבתם ונעטפים בהגנה מפני הסביבה החיצונית.
אינטראקציות בין אורגניזמים
אורגניזמים אינם קיימים בשואבים. כל יצור חי הסתגל באופן ייחודי לבית גידול מסוים ופיתח קשרים ספציפיים עם אורגניזמים אחרים באותו אזור.
במערכות אקולוגיות, צמחים משתמשים באנרגיית אור מהשמש כדי להכין את מזונם בעצמם, שהופך למקור אנרגיה עבור אורגניזמים אחרים הצורכים את הצמחים. יצורים אחרים אוכלים את האורגניזמים האלה שאוכלים צמחים ומקבלים את האנרגיה. כאשר צמחים ובעלי חיים מתים, זרימת האנרגיה שלהם לא נפסקת; במקום זאת, האנרגיה עוברת לקרקע ובחזרה לסביבה, הודות לנבלות ופורקים המפרקים אורגניזמים מתים.
ישנם קשרים שונים בין צורות החיים. טורפים אוכלים טרף, טפילים מוצאים חומרים מזינים ומקלט על חשבון אחרים, ויש אורגניזמים שיוצרים יחסים מועילים זה לזה. כתוצאה מכך, שינויים המשפיעים על מין אחד משפיעים על הישרדותם של אחרים בתוך המערכת האקולוגית.
הומאוסטזיס שומר על יצורים חיים
ביצורים רב תאיים, כל מערכות האיברים פועלות יחד לאיזון חומרים כגון:
- נוזלים
- יונים
- חוּמצִיוּת
- גזים
- בזבוזים
כל מין יכול לסבול רק תנאים סביבתיים ספציפיים בטווח הסובלנות שלו. מחוץ לטווח זה נמצא אזור חוסר הסובלנות שבו כל בני המינים מתים. כאשר הסביבה החיצונית משתנה, אנשים צריכים לשמור על סביבה פנימית קבועה באמצעות הסתגלות מתמדת. אחרת הם נספים.
רבייה וגנטיקה
כל האורגניזמים מתרבים ומעבירים מאפיינים לצאצאיהם. בהתרבות מינית, צאצאים הם העתקים מדויקים של הוריהם. צורות חיים מורכבות יותר נוטות להתרבות מינית, הכוללת שני אנשים המולידים צאצאים יחד. במקרה זה, הצאצאים מראים מאפיינים של כל הורה.
באמצע המאה העשרים ערך נזיר אוסטרי בשם גרגור מנדל סדרת ניסויים מפורסמים שבדקו את הקשר בין רבייה מינית לתורשה. מנדל הבין שיחידות המכונות גנים קובעות תורשה וניתן להעביר מהורה לצאצאים.
אבולוציה ובחירה טבעית
בתחילת המאה העשרים, הביולוג הצרפתי ז'אן בפטיסט דה למארק שיער כי השימוש בתכונות מסוימות יחזק את קיומם, ואי שימוש לא יביא אותם להיעלם בסופו של דבר לאחר מכן דורות. זה יסביר כיצד נחשים התפתחו מלטאות כאשר לא נעשה שימוש ברגליים שלהם, וכיצד צווארי הג'ירפה התארכו עם מתיחות, לדברי למארק.
צ'רלס דרווין בנה את תיאוריית האבולוציה שלו שנקראה הברירה הטבעית. בעקבות תקופת תפקידו כחוקר טבע בספינה HMS Beagle, דרווין גיבש תיאוריה שטענה כי כל הפרטים מחזיקים הבדלים המאפשרים להם לשרוד בסביבה מסוימת, להתרבות ולהעביר את הגנים שלהם לצאצאיהם. לאנשים שמתאימים את עצמם בצורה גרועה לסביבתם, יהיו להם פחות הזדמנויות להזדווג ולהעביר את הגנים שלהם. בסופו של דבר, הגנים של האנשים החזקים יותר יהיו בולטים יותר באוכלוסיות הבאות. התיאוריה של דרווין הפכה לתיאוריה המקובלת ביותר לאבולוציה.