วิธีบูรณาการชีววิทยากับเคมีและฟิสิกส์

โรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายหลายแห่งสอนวิชาชีววิทยา เคมี และฟิสิกส์แบบแยกชั้นเรียน แยกชั้นเรียนอาจแนะนำว่าวิชาไม่เกี่ยวข้องกัน แต่นี่อาจเป็นข้อสันนิษฐานที่ไม่ถูกต้อง ชั้นเรียนวิทยาศาสตร์แบบบูรณาการที่เชื่อมโยงวิชาชีววิทยา เคมี และฟิสิกส์เข้าด้วยกันมากขึ้น

ตามที่ Merriam-Webster นิยามไว้ ชีววิทยาคือการศึกษาชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง "สาขาของความรู้ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตและกระบวนการที่สำคัญ"; เคมีประกอบด้วย "วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของสารและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น"; และฟิสิกส์หมายถึง "วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับสสารและพลังงานและการมีปฏิสัมพันธ์"

ความสัมพันธ์ระหว่างเคมีและชีววิทยามีการเชื่อมโยงที่เป็นไปได้มากมายและการทดลองทางวิทยาศาสตร์สำหรับนักศึกษาสาขาวิชาชีววิทยา ทุกชีวิตขึ้นอยู่กับกระบวนการทางเคมี กระบวนการทางเคมีของการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งใช้พลังงานของดวงอาทิตย์ในการเปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นน้ำตาลกลูโคส (น้ำตาล) ก่อให้เกิดฐานของห่วงโซ่อาหารส่วนใหญ่ เช่นเดียวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ทางเคมีจะเก็บพลังงานผ่านกระบวนการทางเคมีและเป็นรากฐานของห่วงโซ่อาหาร ตามช่องระบายอากาศใต้ท้องทะเลลึก บ่งบอกถึงความเป็นไปได้สำหรับชีวิตและชีวิตแรกสุดของโลกบนดาวเคราะห์ดวงอื่นและ ดวงจันทร์

Bioluminescence หมายถึง แสงสว่างที่มีชีวิต กระบวนการทางเคมีในสิ่งมีชีวิตที่หลากหลาย ตั้งแต่พืช เชื้อรา ไปจนถึงสัตว์ รวมทั้งไดโนแฟลเจลเลต แมงกะพรุน และปลาตกเบ็ด สร้างแสงสว่างที่มีชีวิตชีวา การย่อยอาหารและการหายใจระดับเซลล์ยังขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีภายในสิ่งมีชีวิตด้วย การทำความเข้าใจเกี่ยวกับเคมีของการผลิตน้ำมันโดยพิจารณาจากการสลายตัวของสาหร่ายภายใต้ความร้อนและแรงดัน นำเสนอโซลูชันเดียวสำหรับพลังงานทั่วโลก วิกฤตโดยการผลิตปิโตรเลียมจากสาหร่าย แต่อาจสร้างวิกฤตสิ่งแวดล้อมอีกทางหนึ่งด้วยการใช้ฟอสซิลที่ไม่หมุนเวียนก่อนหน้านี้อย่างต่อเนื่อง เชื้อเพลิง

ฟิสิกส์ของสิ่งมีชีวิตยังเปิดโอกาสให้มีการทดลองทางวิทยาศาสตร์สำหรับนักศึกษาวิชาชีววิทยา ฟิสิกส์รวมถึงการศึกษากลศาสตร์ ความร้อน แสง ไฟฟ้า และเสียง การศึกษาพลังงานที่สิ่งมีชีวิตใช้ ไม่ว่าจะจากการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือการหายใจของเซลล์ ทำให้เส้นแบ่งระหว่างชีววิทยาและฟิสิกส์ไม่ชัดเจน การศึกษาการเรืองแสงทางชีวภาพจะตรวจสอบทั้งพลังงานและแสงที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต โดยผสมผสานฟิสิกส์และชีววิทยาเข้าด้วยกัน กระแสไฟฟ้าของระบบประสาท กลไกที่กระตุ้นการจำศีลหรือการประมาณค่า และ ความไวของเรตินาและแก้วหูใช้หลักการทางฟิสิกส์กับกลไกของ สิ่งมีชีวิต

การศึกษาแรงที่ทำลายกระดูกให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการออกแบบทางชีวกลศาสตร์สำหรับการซ่อมแซมสิ่งเหล่านั้น กระดูกให้แข็งแรงก่อนหักและแนะนำวิธีการแก้ไขข้อบกพร่องด้านสิ่งแวดล้อมหรือพันธุกรรมหรือ ข้อบกพร่อง การทำความเข้าใจกลไกและข้อกำหนดโครงสร้างของข้อต่อต่างๆ ของร่างกายได้ให้ข้อมูลที่จำเป็นในการออกแบบข้อเข่า สะโพก และข้อไหล่ทดแทนแล้ว

สิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะมีชีวิต ตายแล้วหรือสูญพันธุ์ มีหน้าที่เนื่องจากองค์ประกอบทางชีววิทยา เคมี และกายภาพรวมกัน ความเข้าใจจากสาขาวิชาเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับลักษณะวิวัฒนาการและโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น ต้นไม้ยืนต้นได้เพราะเซลลูโลสในผนังเซลล์และน้ำที่เก็บไว้ในแวคิวโอลของต้นไม้จะให้ความแข็งแรงทางโครงสร้างเพื่อยึดต้นไม้ ชีวมวลรวมถึงใบที่เปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นพลังงานเพื่อเป็นเชื้อเพลิงในกระบวนการทางเคมีที่ช่วยให้เซลล์เติบโตและสืบพันธุ์ให้เกิดขึ้นใหม่ เซลล์. การทำความเข้าใจความแข็งแรงของโครงสร้างของกระดูกและกระบวนการทางเคมีของเมแทบอลิซึมช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจและสร้างชีววิทยาของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์เช่นไดโนเสาร์และสัตว์เลื้อยคลานในทะเลขึ้นมาใหม่ การศึกษาฟิสิกส์และเคมีของระบบชีวภาพที่จับกับโลกได้ชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่และโครงสร้างของรูปแบบชีวิตที่อาจเกิดขึ้นภายใต้สภาวะนอกโลก

ปัจจุบันวิทยาลัยหลายแห่งเปิดสอนหลักสูตรวิทยาศาสตร์แบบบูรณาการ มากกว่าการศึกษาแยกทางชีววิทยา เคมี หรือฟิสิกส์ โปรแกรมวิทยาลัยเหล่านี้ตระหนักถึงความเชื่อมโยงระหว่างสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ ระดับอนุบาลถึงมัธยมปลายในปัจจุบันเน้นวิทยาศาสตร์แบบบูรณาการโดยเน้นที่เพิ่มมากขึ้น เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรม และคณิตศาสตร์ที่เชื่อมต่อถึงกัน (STEM หรือด้วยศิลปะ STEAM) การศึกษา. วิทยาลัยหลายแห่ง ตั้งแต่หลักสูตรวิทยาศาสตร์บูรณาการของพรินซ์ตัน ไปจนถึงภาควิชาเคมีและชีวเคมีของมหาวิทยาลัยโอเรกอน ภาควิชาชีววิทยาที่วิทยาลัยฮาร์วีย์มัดด์เปิดสอนหลักสูตรและองศาที่ไม่ จำกัด ตัวเองให้เป็นวิทยาศาสตร์ดั้งเดิมเพียงอย่างเดียว ระเบียบวินัย