Como Integrar Biologia Com Química e Física

Muitas escolas de ensino médio ensinam biologia, química e física como classes separadas. Classes separadas podem sugerir que os assuntos não estão relacionados, mas esta seria uma suposição imprecisa. Aulas de ciências integradas ligando cada vez mais as disciplinas de biologia, química e física.

Como Merriam-Webster os define, biologia é o estudo da vida, mais especificamente "um ramo do conhecimento que lida com organismos vivos e processos vitais"; a química consiste em “uma ciência que lida com a composição, estrutura e propriedades das substâncias e com as transformações pelas quais elas passam”; e física significa "uma ciência que lida com matéria e energia e suas interações."

A relação entre química e biologia oferece muitas conexões possíveis e experimentos científicos para estudantes universitários em biologia. Toda a vida depende de processos químicos. O processo químico da fotossíntese, que usa a energia do sol para converter água e dióxido de carbono em glicose (açúcar), forma a base da maioria das cadeias alimentares. Como a fotossíntese, a quimiossíntese armazena energia por meio de processos químicos e sustenta as cadeias alimentares ao longo das aberturas do mar profundo, sugerindo possibilidades para a vida mais antiga da Terra e em outros planetas e luas.

Bioluminescência significa luz viva. Processos químicos em uma variedade de organismos, desde plantas a fungos e animais, incluindo dinoflagelados, águas-vivas e peixes-pescador, criam essa luz viva. A digestão e a respiração celular também dependem de reações químicas nos organismos vivos. Compreender a química da produção de petróleo, com base na decomposição de algas sob calor e pressão, oferece uma solução para a energia global crise ao fazer petróleo a partir de algas, mas potencialmente cria outra crise ambiental por meio do uso contínuo de fósseis anteriormente não renováveis combustíveis.

A física dos organismos vivos também oferece oportunidades de experimentos científicos para estudantes universitários de biologia. A física inclui os estudos de mecânica, calor, luz, eletricidade e som. Estudos da energia usada por organismos vivos, seja da fotossíntese ou da respiração celular, confundem a linha entre a biologia e a física. Os estudos da bioluminescência examinam a energia e a luz geradas pelos organismos, combinando física e biologia. A eletricidade do sistema nervoso, os mecanismos que desencadeiam a hibernação ou estivação, e a sensibilidade da retina e do tímpano aplica os princípios da física aos mecanismos de organismos.

Estudos das forças que quebram os ossos fornecem insights sobre projetos biomecânicos para repará-los ossos à sua força pré-quebrada e sugere métodos para corrigir defeitos ambientais ou genéticos ou deficiências. Compreender a mecânica e os requisitos estruturais de várias articulações do corpo já forneceu as informações necessárias para projetar a substituição das articulações do joelho, quadril e ombro.

Organismos, vivos, mortos ou extintos, funcionam por causa de seus elementos biológicos, químicos e físicos combinados. A compreensão dessas disciplinas fornece insights sobre as características evolutivas e estruturais dos organismos. Por exemplo, as árvores se erguem porque a celulose em suas paredes celulares e a água armazenada em seus vacúolos fornecem a resistência estrutural para sustentar a árvore biomassa, incluindo as folhas que convertem água e dióxido de carbono em energia para alimentar os processos químicos que permitem que as células cresçam e se reproduzam para formar novos células. Compreender a força estrutural dos ossos e os processos químicos do metabolismo ajuda os cientistas a compreender e recriar a biologia de organismos extintos como dinossauros e répteis marinhos. O estudo da física e da química dos sistemas biológicos ligados à Terra sugere a existência e as estruturas de formas de vida potenciais sob condições extraterrestres.

Muitas faculdades agora oferecem programas integrados de ciências, em vez de estudos isolados de biologia, química ou física. Esses programas universitários reconhecem a interconectividade das disciplinas científicas. Os padrões atuais de ciências do jardim de infância até o ensino médio enfocam a ciência integrada, com ênfase crescente em ciência, tecnologia, engenharia e matemática interconectadas (STEM ou, com a adição de arte, STEAM) Educação. Muitas faculdades, desde o Currículo de Ciências Integradas de Princeton, ao Departamento de Química e Bioquímica da Universidade de Oregon, ao O Departamento de Biologia do Harvey Mudd College agora oferece cursos e diplomas que não se limitam a um único e tradicional científico disciplina.