Ilmu yang mempelajari tentang kehidupan dan makhluk hidup, termasuk struktur, fungsi, perkembangan, evolusi, distribusi, dan klasifikasinya, dikenal sebagai biologi atau ilmu kehidupan. Informasi yang dicakup oleh ilmu biologi modern sangat beragam, mencakup berbagai bidang dan subdisiplin. Gagasan mendasar tentang sel, gen, dan evolusi—yang mendasari semua studi biologi—umumnya menyatukan semua bidang biologi. Diakui bahwa sel adalah bahan penyusun dasar kehidupan, bahwa gen adalah bahan dasar pewarisan, dan bahwa evolusi adalah proses yang melahirkan spesies baru. Selain itu, fluktuasi energi, pola makan, dan pengatur tubuh yang menjaga keseimbangan dan kekuatan diperkirakan merupakan faktor penting dalam kelangsungan hidup makhluk hidup. Orang yang mempelajari biologi disebut biologiwan, biologiwan, atau biologist.
Definisi subdisiplin biologi memperhitungkan jenis, ukuran, dan teknik organisme yang diselidiki. Faktor-faktor ini meliputi:
- Ilmu yang mempelajari kimia kehidupan dikenal sebagai biokimia.
- Ilmu yang mempelajari interaksi antar molekul biologis dikenal sebagai biologi molekuler.
- Botani adalah studi tentang kehidupan tumbuhan.
- Biologi seluler mempelajari sel, yang merupakan unsur penyusun dasar semua kehidupan.
- Fisiologi mengkaji anatomi, fisiologi, dan kimia sistem organ dan jaringan suatu organisme.
- Studi biologi evolusi melihat mekanisme yang mengarah pada keanekaragaman hayati.
- Ekologi adalah ilmu yang mempelajari bagaimana makhluk hidup berinteraksi dengan lingkungannya.
Sejarahnya, kata “biologi” berasal dari kata Yunani “bios” yang berarti “kehidupan” dan akhiran “-logia” yang berarti “ilmu”. Linnaeus (Carl von Linné) pertama kali menggunakan versi Latin dari istilah ini, biologi, dalam bukunya tahun 1736 Bibliotheca botanica. Istilah ini digunakan sekali lagi pada tahun 1766 oleh ahli geologi kontinental, ahli biologi, dan ahli fitologi generalis Michael Christoph Hanov dalam Philosophiae naturalis sive Phycae: tomus III. Pertama kali digunakan dalam terjemahan buku Linnaeus pada tahun 1771, versi Jerman, Biologie, pertama kali digunakan. Frasa ini awalnya muncul dalam kata pengantar buku Theodor Georg August Roose, Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft pada tahun 1797. Frasa ini digunakan secara lebih sempit oleh Karl Friedrich Burdach pada tahun 1800 (Propädeutik zur Studien der gesammten Heilkunst), untuk merujuk pada penyelidikan manusia dari sebuah sudut pandang morfologi, fisiologis, dan psikologis. Hanya karya Gottfried Reinhold Treviranus, Biologie, atau Philosophie der lebenden Natur (1802–22) yang memiliki kata biologi dalam definisi kontemporernya. Dikatakan bahwa:
"Objek penelitian kami adalah berbagai macam bentuk dan perwujudan kehidupan, keadaan dan hukum yang mengatur fenomena tersebut, serta penyebabnya. Ilmu yang terkait dengan objek tersebut kami sebut biologi [Biologie] atau doktrin kehidupan [Lebenslehre]."
Meskipun merupakan bidang studi yang relatif baru, ilmu-ilmu yang relevan dengan biologi kontemporer telah diteliti sejak jaman dahulu. Mesopotamia, Mesir, India, dan Cina termasuk di antara peradaban yang menganut filsafat alam. Di sisi lain, biologi kontemporer mempunyai akar dan metodologi Yunani. Meskipun studi kedokteran dimulai pada masa Hippocrates (c. 460–370 SM), Aristoteles (384–322 SM) dianggap memiliki pengaruh terbesar terhadap perkembangan biologi. Historia Animalium adalah salah satu tulisannya yang paling signifikan, bersama dengan sejumlah tulisan lainnya yang menyoroti sudut pandang seorang ilmuwan alam dan studi praktisnya tentang sebab dan akibat biologis serta keanekaragaman hayati. Theophrastus, penerus Aristoteles di Lyceum, menulis sejumlah buku penting tentang botani yang tetap relevan hingga Abad Pertengahan. Al-Jahiz (781–869), Ad-Dinawari (828–896) yang menulis tentang botani, dan ar-Razi (865–925) yang menulis tentang anatomi dan fisiologi adalah tiga contoh ulama Islam Abad Pertengahan. yang belajar biologi.
Ide-ide Aristoteles, khususnya yang berkaitan dengan tatanan kehidupan, mempunyai dampak yang signifikan terhadap ilmu pengetahuan alam, sedangkan kedokteran dipelajari sesuai dengan tradisi para filsuf Yunani. Dengan dikembangkannya mikroskop oleh Antony van Leeuwenhoek, biologi mulai mengalami kemajuan pesat. Ia berjasa atas penemuan bakteri, spermatozoa, infusoria, dan beberapa bentuk kehidupan mikroskopis lainnya. Penelitian oleh Jan Swammerdam membantu menciptakan pewarnaan mikroskopis dan metode bedah, serta membangkitkan minat pada disiplin ilmu entomologi. Pemikiran biokimia juga sangat dipengaruhi oleh perkembangan mikroskop. Banyak ahli biologi mulai menyadari pentingnya gagasan sel pada awal tahun 1800-an. Pada tahun 1838, Schleiden dan Schwann mulai mempromosikan konsep-konsep yang sekarang diterima secara umum: (1) Sel adalah bahan penyusun dasar semua makhluk; dan (2) Setiap sel mempunyai sifat-sifat kehidupan. Namun, mereka tidak setuju dengan anggapan bahwa semua sel merupakan hasil pembelahan sel lain. Namun, sebagian besar ahli biologi menerima ketiga konsep ini—yang sekarang dikenal sebagai teori sel—pada tahun 1860-an berkat karya Robert Remak dan Rudolf Virchow.
Biologi modern
- Teori sel
Teori sel menyatakan bahwa sel adalah bahan penyusun dasar semua kehidupan dan semua makhluk hidup terdiri dari satu atau lebih produk sel yang disekresikan (seperti cangkang). Setiap sel membelah untuk menghasilkan sel-sel baru. Semua sel dalam tubuh organisme multiseluler pada akhirnya berasal dari satu sel dalam sel telur yang telah dibuahi. Selain itu, sel dianggap sebagai bahan dasar proses patogenik, dan fenomena aliran energi terjadi di dalam sel selama proses metabolisme. Selanjutnya, selama pembelahan sel, unit keturunan dipindahkan dari satu sel ke sel lain di dalam sel.
- Evolusi
Gagasan bahwa semua spesies mempunyai nenek moyang yang sama dan bahwa kehidupan berevolusi melalui proses evolusi adalah salah satu gagasan mendasar biologi. Semua spesies di Bumi, hidup dan punah, berasal dari nenek moyang atau kumpulan gen yang sama, menurut teori evolusi. Diperkirakan nenek moyang terakhir ada 3,5 miliar tahun yang lalu. Gagasan nenek moyang semua bakteri, archaea, dan eukariota didukung oleh keseragaman kode genetik, menurut para ahli biologi. Meskipun Jean-Baptiste de Lamarck memasukkan evolusi ke dalam kamus ilmiah pada tahun 1809, Charles Darwin harus menjelaskan mekanismenya—seleksi alam—untuk validasi teori tersebut lima puluh tahun setelah teori tersebut pertama kali diajukan. Alfred Russel Wallace juga berjasa membantu menemukan evolusi karena ia berkontribusi pada studi dan eksperimen yang berkaitan dengan konsep tersebut.
Menurut Darwin, proses seleksi buatan, pembiakan selektif, dan seleksi alam berkontribusi terhadap evolusi spesies dan ras. Mekanisme baru dalam sintesis teori evolusi kontemporer adalah penyimpangan genetik. Saat ini, evolusi digunakan untuk menjelaskan keanekaragaman biologis bumi. Filogeni adalah studi tentang sejarah evolusi suatu spesies dan kaitannya dengan spesies lain melalui silsilah. Beberapa metode digunakan untuk menghasilkan informasi mengenai filogeni, termasuk perbandingan paleontologi fosil dan sekuens ADN yang dibandingkan di bidang genomik dan biologi molekuler. Berbagai teknik, termasuk penanggalan radiokarbon, digunakan oleh para ilmuwan untuk menentukan rentang waktu terjadinya evolusi. Ahli biologi menggunakan pendekatan filogenetik, fenetik, dan kladistik untuk menguji hubungan evolusi.
- Genetika
Unit dasar hereditas pada semua makhluk hidup adalah gen. Gen adalah komponen ADN yang mempengaruhi struktur atau kemampuan suatu organisme. Setiap makhluk, termasuk bakteri dan mamalia, memiliki sistem untuk mengubah ADN menjadi protein. ADN diterjemahkan oleh sel menjadi asam ribonukleat (ARN), yang kemudian diterjemahkan menjadi protein, yang merupakan rangkaian asam amino, oleh ribosom. Setiap makhluk memiliki kode terjemahan yang kurang lebih sama. Misalnya, ketika dimasukkan ke dalam spesies lain, misalnya tumbuhan, rangkaian ADN yang mengkode insulin dalam tubuh manusia juga mengkode insulin.
Pada prokariota, ADN sering kali berbentuk kromosom melingkar, dan pada eukariota, berbentuk kromosom linier. Histon dan ADN membentuk struktur yang dikenal sebagai kromosom. Istilah "genom" mengacu pada kumpulan kromosom dalam sel serta unit hereditas lain yang ada di mitokondria, kloroplas, dan organel lainnya. Pada eukariota, inti sel mengandung ADN genom, beberapa mitokondria, dan kloroplas. ADN ditemukan di nukleoid, sejenis sitoplasma yang terlihat pada prokariota. Gen menyimpan informasi genetik yang ditemukan dalam genom; pengelompokan gen-gen ini dalam suatu organisme disebut sebagai genotipe.
- Homeostasis
Kapasitas sistem terbuka untuk mengendalikan stabilitas lingkungan melalui modifikasi keseimbangan dinamis yang diatur oleh sistem peraturan terkait dikenal sebagai homeostasis. Setiap makhluk hidup, baik bersel tunggal maupun multiseluler, mengalami homeostatis. Suatu sistem harus memantau gangguan dan bereaksi terhadapnya untuk menjaga keseimbangan dinamika dan melaksanakan tugas-tugas tertentu secara efisien. Sistem biologis biasanya bereaksi melalui mekanisme umpan balik negatif setelah memantau gangguan. Dengan kata lain, sistem menyesuaikan aktivitas suatu organ atau sistem untuk menstabilkan kondisi. Produksi glukagon tubuh sebagai respons terhadap kadar gula darah rendah yang tidak normal adalah salah satu contohnya.
- Energi
Suatu organisme membutuhkan masukan energi yang konstan untuk bertahan hidup. Untuk membantu mengembangkan dan mempertahankan sel-sel baru, proses kimia yang menghasilkan struktur dan aktivitas tertentu dapat menyerap energi dari zat yang mereka makan. Komponen kimia makanan mempunyai dua fungsi dalam proses ini: pertama, menyediakan energi yang dapat diubah untuk mempertahankan proses kimia pada makhluk hidup, dan kedua, membantu makanan membentuk struktur molekul baru. Autotrof adalah organisme yang berkontribusi terhadap pasokan energi suatu lingkungan. Hampir setiap makhluk autotrofik memperoleh energinya dari radiasi matahari. Melalui proses fotosintesis, yang mengubah sumber daya dasar menjadi molekul organik seperti ATP yang dapat dipecah untuk menghasilkan energi, tumbuhan dan fototrof lainnya memanfaatkan energi matahari. Di sisi lain, kemotrof—organisme yang mendapatkan energinya dari sumber non-surya seperti metana atau sulfida—adalah satu-satunya sumber energi di ekosistem tertentu. Sebagian energi yang diterima digunakan untuk menghasilkan biomassa, yang mendorong pertumbuhan dan perkembangan serta dapat mendukung kehidupan. Mayoritas energi yang tersisa diubah menjadi molekul limbah dan panas. Respirasi dan metabolisme sel adalah dua proses penting yang melepaskan energi dari komponen kimia dan mengubahnya menjadi energi yang dibutuhkan makhluk hidup.
Sumber: