Líffræði

Líffræði er náttúruvísindagrein sem fjallar um lífið. Allir þættir lífs eru rannsakaðir innan líffræði, allt frá efnasamsetningu lífvera að umhverfi þeirra og atferli. Líffræðin fæst líka við sögu lífsins frá uppruna og þróun þess fram til okkar daga. Líffræðin hefur fimm meginviðfangsefni: frumuna sem er grunneining allra lífvera, gen sem eru grundvöllur erfða, þróun sem er undirstaða líffjölbreytni, og umbreytingu orku í lífrænum ferlum sem viðheldur samvægi.

Helstu flokkar lífvera: Dýr (Bos primigenius taurus); Plöntur (Triticum); Sveppir (Morchella esculenta); Frumverur (Tabellaria fenestrata); Gerlar (Gemmatimonas aurantiaca); Fyrnur (Halobacteria).

Líffræði fæst við rannsóknir á lífi á ólíkum stigum, allt frá lífrænum sameindum og frumum, að lífverum, stofnum lífvera, og vistkerfum. Meðal undirgreina líffræðinnar eru sameindalíffræði, lífeðlisfræði, vistfræði, þróunarlíffræði, þroskunarfræði, og flokkunarfræði. Þessar greinar notast við fjölbreyttar aðferðir til að rannsaka líffræðileg fyrirbæri, með athugunum, tilraunum og stærðfræðilíkönum. Nútímalíffræði byggist á kenningunni um þróun vegna náttúruvals sem Charles Darwin setti fyrstur fram, og á þekkingu á sameindabyggingu erfðavísa sem er varðveitt í erfðaefni lífvera. Uppgötvun formgerðar DNA-sameindarinnar og þróun sameindaerfðafræði hefur umbreytt skilningi okkar á mörgum sviðum lífvísinda, og leitt til framfara á sviði læknisfræði, landbúnaðar, líftækni og umhverfisfræði.

Talið er að líf hafi hafist á jörðinni fyrir um 3,7 milljörðum ára. Í dag er lífhvolf jarðarinnar myndað af fjölbreyttum tegundum lífvera – allt frá einfruma fyrnum og gerlum, að flóknum fjölfruma plöntum, sveppum og dýrum. Líffræðingar flokka tegundir lífvera út frá flokkunarfræði og þróunarferlum. Lífverur mynda flókin tengsl sín á milli og við umhverfi sitt, þar sem þær taka þátt í orkuhringrásum og endurnýtingu næringarefna. Líffræði er vísindagrein í örri þróun þar sem tækniframfarir og nýjar uppgötvanir bæta skilning okkar á lífinu og lífrænum ferlum, auk þess að hjálpa við þróun hagnýtra lausna á áskorunum eins og sjúkdómum, loftslagsbreytingum og minnkandi líffjölbreytni.

Heiti

Íslenska orðið „líffræði“ var upphaflega notað sem þýðing á physiologia eða lífeðlisfræði, en seint á 19. öld var tekið að nota það í núverandi merkingu. Alþjóðlegt heiti greinarinnar, biologia, er komið úr forngrísku og er sett saman af orðinu bios, sem merkir líf, og viðskeytinu -logia, sem merkir meðal annars fræði. Orðið var fyrst búið til af Karl Friedrich Burdach árið 1800 og tveimur árum síðar var það notað bæði af þýska náttúrufræðingnum Gottfried Reinhold Treviranus og Jean-Baptiste Lamarck.

Meginstoðir

Líffræði er afar víðfeðmt svið, svo nánast er ógjörningur að alhæfa um rannsóknanálgun líffræðinga. Því heyrist þó stundum fleygt að rannsóknir líffræðinga séu um margt ólíkar því sem tíðkast innan eðlisfræða og annarra raungreina og séu ekki byggðar á lögmálum og stærðfræðilegum útskýringum. Athuganir líffræðinga hafa þó leitt í ljós að lífið fylgir ákveðnum reglum sem lýsa má með eftirfarandi hugmyndum um einkenni lífvera, þróun þeirra, fjölbreytileika, skyldleika, jafnvægishneigð og samverkun.

Megineinkenni

Aðalgrein: Líf (líffræði)

Ýmsir þættir og ferli eru sameiginleg á meðal lífvera og má telja grundvallar atriði lífsins. Þær verur sem búa yfir þessum eigindum má þá líta á sem „fullgildar“ lífverur. Til að mynda samanstanda allar lífverur af frumum sem allar eru um margt svipaðar að byggingu. Hafa til dæmis frumuhimnu úr fosfólípíðum og eru samsettar úr sams konar lífefnum. Allar lífverur hljóta í arf erfðaefni (frá foreldri eða foreldrum) sem inniheldur erfðamengi lífvera. Þroski fósturvísa hjá fjölfruma lífverum sýnir áþekk formfræðileg skref og þroskaferlinu er stjórnað með tjáningu líkra erfðavísa.

Þróun: meginregla líffræðinnar

Aðalgrein: Þróun

Rannsóknir líffræðinga hafa leitt í ljós að allar lífverur eru afkomendur sameiginlegs áa og hafa orðið til fyrir tilstilli þróunar. Þetta er meginástæða þess að lífverur eru svo líkar að gerð og atferli. Charles Darwin setti fram þá útgáfu þróunarkenningarinnar sem enn er í gildi og skilgreindi drifkraft hennar, náttúruval.

Upprunaflokkun lífvera

Aðalgrein: Flokkunarfræði

Þrátt fyrir að lífverur séu líkar í grundvallaratriðum, þá er afar mikinn fjölbreytileika að finna innan lífríkisins, til dæmis hvað varðar atferli, form og efnaskipti. Til þess að kljást við þennan fjölbreytileika hafa líffræðingar reynt að flokka allar lífverur. Flokkunarkerfið ætti að taka mið af skyldleika lífvera og endurspegla þróunarsögu þeirra. Slík flokkun heyrir undir flokkunarfræði og nafngiftargræði, þar sem lífverur eru flokkaðar í hópa (taxa) sem bera hvert sitt fræðiheiti. Lífverur eru flokkaðar í þrjú lén: gerla, fyrnur og heilkjörnunga. Innan lénanna eru síðan smærri flokkunar einingar, svo sem ríki, fylkingar og flokkar. Veirur, naktar veirur og prótínsýklar eru einnig taldin til viðfangsefna líffræðanna, þó svo hæpið sé að telja þessar verur til lífvera í eiginlegum skilningi.

Samvægi: aðlögunarhæfni lífvera

Aðalgrein: Samvægi

Samvægi er tilhneyging lífkerfa til að bregðast við áreiti (breytingum í umhverfi o.s.frv.) þannig að innra jafnvægi haldist innan ásættanlegra marka. Allar lífverur, einfruma og fjölfruma, reyna eftir fremsta megni að halda líkamlegu jafnvægi. Samvægi sést hjá frumum sem leitast við að halda jöfnu sýrustigi eða saltmagni (sjá osmósa), hjá fjölfrumungum með heitt blóð sem leitast við að halda réttum líkamshita og í vistkerfum — t.d. þegar koldíoxíðmagn eykst, er meira brennsluefni handa plöntum svo að meira vex af þeim og þær eyða umfram koldíoxíði og koma á jafnvægi. Vefir og líffæri leitast einnig við að halda samvægi.

Samverkun: lífveruhópar og umhverfið

Aðalgrein: Vistfræði

Allar lífverur verka á víxl við aðrar lífverur og umhverfið. Stórt vandamál sem blasir við rannsóknum á stórum vistkerfum er að það eru svo margar víxlverkanir sem geta átt sér stað og erfitt að rekja eina til enda eða upphafs. Eins og ljón bregst við umhverfi sínu á veiðum á gresjunni bregst baktería við sykursameind sem verður á leið hennar. Hegðun lífvera gagnvart öðrum er hægt að flokka í samhjálp, árásagirni, gistilíf og sníkjulíf. Málið vandast þegar farið er að skoða samband lífvera í vistkerfi og heyra þær athuganir undir vistfræði.

Lífvísindi

Viðfangsefni lífvísindanna eru mörg og fjölbreytt. Það má því skipta þeim niður í nánast ótal margar undirgreinar. Hér er listi yfir nokkrar þeirra:

• Dýrafræði er grein sem snýst um rannsóknir á dýrum.
• Erfðafræði rannsakar hvernig eiginleikar flytjast frá foreldrum til afkvæma.
• Fiskifræði snýst um hvers kyns rannsóknir á fiskum.
• Frumulíffræði er grein sem rannsakar minnstu einingar lífs, þ.e. frumur.
• Grasafræði er grein sem rannsakar plöntur.
• Fléttufræði er grein sem rannsakar fléttur.
• Lífeðlisfræði er grein sem fjallar um starfssemi lífvera.
• Lífefnafræði er grein sem rannsakar efnahvörf sem eiga sér stað í lífverum.
• Líffærafræði mannsins er grein sem fjallar sérstaklega um líffærakerfi manna.
• Líflandafræði fjallar um útbreiðslu lífvera í náttúrunni.
• Líftækni fjallar um hagnýtingu lífvísindanna í ýmsu tilliti.
• Líkamsfræði er grein sem fjallar um líkama lífvera.
• Sameindalíffræði er grein sem tengir saman erfðafræði og lífefnafræði og snýst um gen, tjáningu þeirra og starfsemi genaafurða í lífverum.
• Vefjafræði er grein sem rannsakar vefi lífvera.
• Vistfræði er grein sem snýst um rannsóknir á stöðu hinna ýmsu lífvera í náttúrunni og þau áhrif sem þær hafa á umhverfi sitt.
• Örverufræði fjallar um örverur og hvaðeina sem þeim tengist.

Tengt efni

• Flokkunarkerfi lífvera
• Listi yfir sögufrægar tilraunir í lífvísindum