Introdução à Biologia/Introdução

Biologia é a ciência que estuda os seres vivos (do grego βιος - bios = vida e λογος - logos = estudo, ou seja o estudo da vida). Debruça-se sobre o funcionamento dinâmico dos organismos desde uma escala molecular subcelular até o nível populacional e interacional, tanto intraespecificamente quanto inter-especificamente, bem como a interação da vida com seu ambiente físico-químico. A biologia abrange um espectro amplo de áreas acadêmicas e frequentemente consideradas disciplinas independentes, mas que, no seu conjunto, estudam a vida nas mais variadas escalas.

A vida é estudada à escala atômica e molecular pela biologia molecular, pela bioquímica e pela genética molecular; no que se refere à célula pela biologia celular e à escala multicelular pela fisiologia, pela anatomia e pela histologia. A biologia do desenvolvimento estuda a vida ao nível do desenvolvimento ou ontogenia do organismo individual. Subindo na escala para grupos de mais que um organismo, a genética estuda as bases da hereditariedade e da variação entre indivíduos. A etologia estuda o comportamento dos indivíduos. A genética populacional estuda a dinâmica dos alelos na população, enquanto que a sistemática trabalha com linhagens de muitas espécies. As ligações de indivíduos, populações e espécies entre si e com os seus habitats são estudadas pela ecologia e as origens de tais interações pela biologia evolutiva. Uma nova área, altamente especulativa, a astrobiologia (ou xenobiologia ou ainda exobiologia) estuda a possibilidade de vida para lá do nosso planeta.

Princípios da biologia

Apesar da biologia não descrever, ao contrário da física, os sistemas biológicos em termos de objetos que obedecem a leis imutáveis descritas de forma matemática, não deixa de ser caracterizada por um certo número de princípios e conceitos nucleares: universalidade, evolução, diversidade, continuidade, homeostase e interação.

Universalidade: bioquímica, células e o código genético

Existem muitas unidades universais e processos comuns que são fundamentais para todas as formas de vida. Por exemplo, quase todas as formas de vida são constituídas por células que, por sua vez, funcionam segundo uma bioquímica comum baseada no carbono. A exceção a essa regra são os vírus e os príons, que não são compostos por células. Os primeiros assumem uma forma cristalizada inativa e só se reproduzem com o aparelho nuclear das células alvo. Os príons, por sua vez, são proteínas auto replicantes-infectantes, que causam, por exemplo, a encefalopatia bovina espongiforme (ou "mal da vaca louca").

Todos os organismos transmitem a sua hereditariedade por meio de material genético baseado em ácidos nucleicos, podendo ser ou DNA (Ácido desoxirribonucléico) ou RNA (Ácido ribonucléico), usando um código genético universal. Durante o desenvolvimento o tema dos processos universais está também presente: por exemplo, na maioria dos organismos metazoários, os passos básicos do desenvolvimento inicial do embrião partilham estágios morfológicos semelhantes e envolvem genes similares.

Evolução: o princípio central da biologia

Um dos conceitos nucleares e estruturantes em biologia é que toda a vida descende de um ancestral comum mediante um processo de evolução. De fato, é uma das razões pelas quais os organismos biológicos exibem a notável similaridade de unidades e processos discutida na seção anterior. Charles Darwin estabeleceu a evolução como uma teoria viável ao enunciar a sua força motriz: a seleção natural. (Alfred Russel Wallace é comumente reconhecido como co-autor deste conceito). A deriva genética foi admitida como um mecanismo adicional na chamada síntese moderna. A história evolutiva duma espécie, que descreve as várias espécies de que aquela descende e as características destas, juntamente com a sua relação com outras espécies vivas, constituem a sua filogenia. A elaboração duma filogenia recorre às mais variadas abordagens, desde a comparação de genes no âmbito da biologia molecular ou da genômica até comparação de fósseis e outros vestígios de organismos antigos pela paleontologia. As relações evolutivas são analisadas e organizadas mediante vários métodos, nomeadamente a filogenia, a fenética e a cladística.

Diversidade: a variedade dos organismos vivos

Apesar da unidade subjacente, a vida exibe uma diversidade surpreendente em termos de morfologia, comportamento e ciclos de vida. A classificação de todos os seres vivos é uma tentativa de lidar com toda esta diversidade, e o objeto de estudo da sistemática e da taxonomia. A taxonomia separa os organismos em grupos chamados taxa, enquanto que a sistemática procura estabelecer relações entre estes. Uma classificação científica deve refletir as árvores filogenéticas, também chamadas árvores evolutivas, dos vários organismos.

Homeostase: adaptação à mudança

A homeostase é a propriedade de um sistema aberto de regular o seu ambiente interno de modo a manter uma condição estável mediante múltiplos ajustes de um equilíbrio dinâmico controlados pela interação de mecanismos de regulação. Todos os organismos, unicelulares e multicelulares, exibem homeostase. A homeostase pode-se manifestar ao nível da célula, na manutenção duma acidez (pH) interna estável, do organismo, na temperatura interna constante dos animais de sangue quente, e mesmo do ecossistema, no maior consumo de dióxido de carbono atmosférico devido a um maior crescimento da vegetação provocado pelo aumento do teor de dióxido de carbono na atmosfera. Tecidos e órgãos também mantêm homeostase.

Interação: grupos e ambientes

Todo o ser vivo interage com outros organismos e com o seu ambiente. Uma das razões pelas quais os sistemas biológicos são tão difíceis de estudar é precisamente a possibilidade de tantas interações diferentes com outros organismos e com o ambiente. Uma bactéria microscópica reagindo a um gradiente local de açúcar está a reagir ao seu ambiente exatamente da mesma forma que um leão está a reagir ao seu quando procura alimento na savana africana, ou um avestruz protege seu ninho comunal na África. Dentro duma mesma espécie ou entre espécies, os comportamentos podem ser cooperativos, agressivos, parasíticos ou simbióticos. A questão torna-se mais complexa à medida que um número crescente de espécies interage num ecossistema. Este é o principal objeto de estudo da ecologia.

Subdivisões da biologia

A biologia tornou-se um campo de investigação tão vasto que geralmente não é estudada como uma única disciplina, mas antes dividida em várias disciplinas subordinadas. Consideramos aqui quatro grandes agrupamentos. O primeiro consiste nas disciplinas que estudam as estruturas básicas dos sistemas vivos: células, genes, etc.; um segundo agrupamento aborda o funcionamento destas estruturas ao nível dos tecidos, órgãos e corpos; um terceiro incide sobre os organismos e o seu ciclo de vida; um último agrupamento de disciplinas foca-se nas interações. Note-se, contudo, que estas descrições, estes agrupamentos e as fronteiras entre estes são apenas uma descrição simplificada do todo que é a investigação biológica. Na realidade, as fronteiras entre disciplinas são muito fluidas e a maioria das disciplinas recorre frequentemente à técnica doutras disciplinas. Por exemplo, a biologia evolutiva apoia-se fortemente em técnicas da biologia molecular para determinar sequências de DNA que ajudam a perceber a variação genética dentro duma população; e a fisiologia recorre com frequência à biologia celular na descrição do funcionamento dos sistemas de órgãos.

Estrutura da vida

A biologia molecular é o estudo da biologia ao nível molecular, sobrepondo-se em grande parte com outras áreas da biologia, nomeadamente a genética e a bioquímica. Ocupa-se essencialmente das interações entre os vários sistemas celulares, incluindo a correlação entre DNA, RNA e a síntese proteica, e de como estas interações são reguladas. A biologia celular estuda as propriedades fisiológicas das células, bem como o seu comportamento, interações e ambiente, tanto ao nível microscópico como molecular. Ocupa-se tanto de organismos unicelulares como as bactérias, como de células especializadas em organismos multicelulares como as dos humanos. Compreender a composição e o funcionamento das células é essencial para todas as ciências biológicas. A genética é a ciência dos genes, da hereditariedade e da variação entre organismos. Na investigação moderna, providencia ferramentas importantes para o estudo da função de um gene particular e para a análise de interações genéticas. Nos organismos, a informação genética normalmente está nos cromossomas, mais concretamente, na estrutura química de cada uma das moléculas de DNA. Os genes codificam a informação necessária para a síntese de proteínas que, por sua vez, desempenham um papel essencial, se bem que longe de absoluto, na determinação do fenótipo do organismo. A biologia do desenvolvimento estuda o processo pelo qual os organismos crescem e se desenvolvem. Confinada originalmente à embriologia, nos nossos dias estuda o controle genético do crescimento e diferenciação celular e da morfogênese, o processo que dá origem aos tecidos, órgãos e à anatomia em geral.

Fisiologia dos organismos

A fisiologia estuda os processos mecânicos, físicos e bioquímicos dos organismos vivos, tentando compreender como as várias estruturas funcionam como um todo. É tradicionalmente dividida em fisiologia vegetal e fisiologia animal, mas os princípios da fisiologia são universais, independentemente do organismo estudado. Por exemplo, informação acerca da fisiologia de uma célula de levedura também se aplica a células humanas, e o mesmo conjunto de técnicas e métodos é aplicado à fisiologia humana ou à de outras espécies, animais e vegetais.

Diversidade e evolução dos organismos

A biologia evolutiva ocupa-se da origem e descendência de entidades biológicas (espécies, populações ou mesmo genes), bem como da sua modificação ao longo do tempo, ou seja, da sua evolução. É uma área heterogênea na qual trabalham investigadores oriundos das mais variadas disciplinas taxonômicas, tais como a mamalogia, a ornitologia e a herpetologia, que usam o seu conhecimento sobre esses organismos para responder a questões gerais de evolução. Inclui ainda os paleontólogos que estudam fósseis para responder a questões acerca do modo e do tempo da evolução, e teóricos de áreas como a genética populacional e a teoria evolutiva. Áreas como a filogenia, a sistemática e a taxonomia estão relacionadas com a biologia evolutiva e são por vezes consideradas parte desta. As duas grandes disciplinas da taxonomia são a botânica e a zoologia. A botânica ocupa-se do estudo das plantas e abrange um vasto leque de disciplinas que estudam o seu crescimento, reprodução, metabolismo, desenvolvimento, doenças e evolução. A zoologia ocupa-se do estudo dos animais, incluindo aspectos como a sua fisiologia, anatomia e embriologia. Tanto a botânica como a zoologia se dividem em disciplinas menores especializadas em grupos particulares de animais e plantas. A taxonomia inclui outras disciplinas que se ocupam doutros organismos além das plantas e dos animais, como, por exemplo, a micologia, que estuda os fungos. Os mecanismos genéticos e de desenvolvimento partilhados por todos os organismos são estudados pela biologia molecular, pela genética molecular e pela biologia do desenvolvimento.

Interações entre organismos

A ecologia estuda a distribuição e a abundância dos organismos vivos, e as interações dos organismos entre si e com o seu ambiente. O ambiente de um organismo inclui não só o seu habitat, que pode ser descrito como a soma dos fatores abióticos locais tais como o clima e a geologia, mas também pelos outros organismos com quem partilha o seu habitat. Os sistemas ecológicos são estudados a diferentes níveis, do individual e populacional ao do ecossistema e da biosfera. A ecologia é uma ciência multidisciplinar, recorrendo a vários outros domínios científicos.

Ramos da biologia

Relações entre biologia, engenharia e química.

A biologia é dividida em vários ramos. São eles:

Anatomia: É o ramo da biologia no qual se estudam a estrutura dos seres vivos, tanto externa quanto internamente.
Bacteriologia: É a ciência que estuda a morfologia, ecologia, genética e bioquímica das bactérias.
Bioética: É o estudo transdisciplinar entre Ciências Biológicas, Ciências da Saúde, Filosofia (Ética) e Direito (Biodireito) que investiga as condições necessárias para uma administração responsável da Vida Humana, animal e responsabilidade ambiental. Considera, portanto, questões onde não existe consenso moral como a fertilização in vitro, o aborto, a clonagem, a eutanásia, os transgênicos e as pesquisas com células tronco, bem como a responsabilidade moral de cientistas em suas pesquisas e aplicações.
Biologia Evolutiva: É uma subdivisão da biologia que estuda a origem e a descendência das espécies, bem como suas mudanças ao longo do tempo, ou seja, sua evolução.
Biologia Molecular: É o estudo da Biologia em nível molecular, com especial foco no estudo da estrutura e função do material genético e seus produtos de expressão, as proteínas. Mais concretamente, a Biologia Molecular investiga as interações entre os diversos sistemas celulares, incluindo a relação entre DNA, RNA e síntese proteica.
Biologia da Conservação: Foi criada como uma disciplina devido não somente ao crescimento da percepção de uma crise de extinção, mas também devido à percepção de uma lacuna entre ecólogos e manejadores de recursos além de ser desenvolvida para combater a crise da biodiversidade, com dois objetivos principais: primeiro, entender os efeitos da atividade humana sobre as espécies, comunidades e ecossistemas, e, segundo, desenvolver abordagens práticas para prevenir a extinção de espécies e, se possível, reintegrar as espécies ameaçadas ao seu ecossistema funcional.
Biologia de Sistemas: É o estudo das interações entre os "componentes" de um sistema biológico e como essas interações fazem emergir funções de todo o sistema, ou seja, estuda os organismos biológicos em todos os seus níveis, desde a caracterização de suas partes constituintes (genes, RNAs, proteínas, metabólitos) até a compreensão do organismo como um todo.
Biologia do Desenvolvimento: É um campo da biologia que estuda o desenvolvimento dos seres vivos. Abrange processos embrionários e outros processos, tais como regeneração, envelhecimento.
Biotecnologia: Define-se pelo uso de conhecimentos sobre os processos biológicos e sobre as propriedades dos seres vivos, com o fim de resolver problemas e criar produtos de utilidade.
Botânica: É o estudo científico da vida das plantas.
Citologia ou Biologia Celular: é o ramo da biologia que estuda as células.
Ecologia: É a ciência que estuda as interações entre os organismos e seu ambiente.
Embriologia: É um campo da biologia do desenvolvimento que estuda o desenvolvimento desde a formação do zigoto até o fim do desenvolvimento embrionário.
Entomologia: É a ciência que estuda os insetos.
Etologia: É a disciplina que estuda o comportamento animal.
Fisiologia: É o ramo da biologia que estuda o funcionamento do organismo.
Genética: É a ciência dos genes, da hereditariedade e da variação dos organismos.
Genética clássica: Consiste nas técnicas e métodos da genética, anteriores ao advento da biologia molecular. Depois da descoberta do código genético e de ferramentas de clonagem, os temas em genética sofreram um aumento considerável. Algumas ideias da genética clássica foram abandonadas ou modificadas devido ao aumento do conhecimento.
Genética molecular: É a área da biologia que estuda a estrutura e a função dos genes a nível molecular
Genética populacional: É o ramo da Biologia que estuda a distribuição e mudança na frequência de genes de uma população. A genética populacional também busca explicar fenômenos como o formação de novas espécies e adaptação ao ambiente.
Helmintologia: É o ramo da biologia que estuda os vermes em geral.
Herpetologia: É um ramo da biologia dedicado ao estudo dos répteis e anfíbios.
Histologia: É o estudo dos tecidos biológicos de animais e plantas, sua formação, estrutura e função.
Ictiologia: É o ramo da biologia devotado ao estudo dos peixes.
Imunologia: É o ramo da biologia que estuda o sistema imunitário (ou imunológico) e todos os organismos.
Malacologia: É o ramo da biologia que estuda os moluscos.
Mastozoologia: É o ramo da zoologia que se ocupa do estudo dos mamíferos.
Micologia: É a ciência que estuda os fungos.
Microbiologia: É o ramo da biologia que estuda os microrganismos, incluindo eucariontes unicelulares e procariontes, como as bactérias, fungos e vírus.
Ornitologia: É o ramo da biologia que se dedica ao estudo das aves.
Paleontologia: É a ciência natural que estuda a vida do passado da Terra e o seu desenvolvimento ao longo do tempo geológico, bem como a formação dos fósseis.
Parasitologia: É a ciência que estuda os parasitas, os seus hospedeiros e relações entre eles.
Sistemática: É a ciência dedicada a descrever a biodiversidade. Inclui a taxonomia (ciência da descoberta, descrição e classificação das espécies) e também a filogenia (relações evolutivas entre os organismos).
Virologia: É o estudo dos vírus e suas propriedades.
Zoologia: É a ciência que estuda os animais.