Kako integrirati biologijo s kemijo in fiziko

Številne srednje šole poučujejo biologijo, kemijo in fiziko kot ločene razrede. Ločeni razredi lahko nakazujejo, da predmeti niso povezani, vendar bi bila to napačna predpostavka. Integrirani naravoslovni predmeti vse bolj povezujejo predmete biologije, kemije in fizike.

Kot jih definira Merriam-Webster, je biologija preučevanje življenja, natančneje "veja znanja, ki se ukvarja z živimi organizmi in vitalnimi procesi"; kemija je sestavljena iz "znanosti, ki se ukvarja s sestavo, strukturo in lastnostmi snovi ter s pretvorbami, ki jih pretrpijo"; in fizika pomeni "znanost, ki se ukvarja s snovjo in energijo ter njunimi interakcijami."

Razmerje med kemijo in biologijo ponuja veliko možnih povezav in znanstvenih poskusov študentom biologije. Vse življenje je odvisno od kemičnih procesov. Kemični postopek fotosinteze, ki s pomočjo sončne energije pretvori vodo in ogljikov dioksid v glukozo (sladkor), je osnova večine prehranjevalnih verig. Tako kot fotosinteza tudi kemosinteza shranjuje energijo s kemičnimi procesi in podpira prehranjevalne verige vzdolž globokomorskih odprtin, ki nakazujejo možnosti za najzgodnejše življenje Zemlje in življenje na drugih planetih in lune.

Bioluminiscenca pomeni živo svetlobo. Kemični procesi v različnih organizmih, od rastlin do gliv do živali, vključno z dinoflagelati, meduzami in ribicami, ustvarjajo to živo svetlobo. Prebava in celično dihanje sta odvisna tudi od kemičnih reakcij v živih organizmih. Razumevanje kemije pridobivanja nafte, ki temelji na razgradnji alg pod toploto in pritiskom, ponuja eno rešitev za globalno energijo pridobivanje nafte iz alg, vendar lahko z nadaljnjo uporabo prej neobnovljivih fosilov ustvari novo okoljsko krizo goriv.

Fizika živih organizmov ponuja tudi možnosti za znanstvene eksperimente študentom biologije. Fizika vključuje študij mehanike, toplote, svetlobe, elektrike in zvoka. Študije energije, ki jo uporabljajo živi organizmi, bodisi iz fotosinteze ali celičnega dihanja, zabrišejo mejo med biologijo in fiziko. Študije bioluminiscence preučujejo tako energijo kot svetlobo, ki jo ustvarjajo organizmi, in združuje fiziko in biologijo. Elektrika živčnega sistema, mehanizmi, ki sprožijo mirovanje ali estivacijo, in občutljivost mrežnice in bobniča uporabljajo fizikalna načela za mehanizme organizmi.

Študije sil, ki lomijo kosti, omogočajo vpogled v biomehanske zasnove za njihovo popravilo kosti do njihove predlomljene moči in predlaga metode za odpravo okoljskih ali genskih napak oz pomanjkljivosti. Razumevanje mehanike in strukturnih zahtev različnih telesnih sklepov je že dalo informacije, potrebne za oblikovanje nadomestnih kolenskih, kolčnih in ramenskih sklepov.

Organizmi, bodisi živi, ​​mrtvi ali izumrli, delujejo zaradi svojih kombiniranih bioloških, kemičnih in fizikalnih elementov. Razumevanje teh disciplin daje vpogled v evolucijske in strukturne značilnosti organizmov. Na primer, drevesa stojijo, ker celuloza v njihovih celičnih stenah in voda, shranjena v njihovih vakuolah, zagotavljajo strukturno trdnost, da zadrži drevo biomaso, vključno z listi, ki pretvarjajo vodo in ogljikov dioksid v energijo, da spodbujajo kemične procese, ki celicam omogočajo, da rastejo in se razmnožujejo, da tvorijo nove celic. Razumevanje strukturne moči kosti in kemičnih procesov presnove pomaga znanstvenikom razumeti in ponovno ustvariti biologijo izumrlih organizmov, kot so dinozavri in morski plazilci. Preučevanje fizike in kemije zemeljskih bioloških sistemov kaže na obstoj in strukture potencialnih oblik življenja v zunajzemeljskih razmerah.

Številne fakultete zdaj ponujajo integrirane znanstvene programe namesto izoliranih študij biologije, kemije ali fizike. Ti univerzitetni programi priznavajo medsebojno povezanost znanstvenih disciplin. Sedanji vrtec se skozi srednješolske naravoslovne standarde osredotoča na integrirano naravoslovje z vse večjim poudarkom o medsebojno povezanih znanosti, tehnologiji, inženirstvu in matematiki (STEM ali, z dodatkom umetnosti, STEAM) izobraževanje. Številne visoke šole, od Princetonovega integriranega znanstvenega učnega načrta do Oddelka za kemijo in biokemijo Univerze v Oregonu do Oddelek za biologijo na kolidžu Harvey Mudd zdaj ponuja tečaje in stopnje, ki se ne omejujejo na eno samo tradicionalno znanstveno disciplina.