Biologia

A biologia é o estudo dos seres vivos (do grego βιος - bios = vida e λογος - logos = estudo). Debruça-se sobre as características e o comportamento dos organismos, a origem de espécies e indivíduos, e a forma como estes interagem uns com os outros e com o seu ambiente. A biologia abrange um espectro amplo de áreas acadêmicas freqüentemente 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, ao nível da 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 como funciona a hereditariedade entre progenitores e a sua descendência. A etologia estuda o comportamento dos indivíduos. A genética populacional trabalha ao nível da 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 pela biologia evolutiva. Uma nova área, altamente especulativa, a astrobiologia (ou xenobiologia) estuda a possibilidade de vida para lá do nosso planeta. A biologia clínica constitui a área especializada da biologia profissional, para Diagnose em saúde e qualidade de vida, dos processos orgânicos eticamente consagrados.

Princípios da biologia

Estrutura de DNA.Apesar de, ao contrário da física, a biologia não descrever os sistemas biológicos em termos de objectos 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 interacção.

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 à 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 a encefalopatia bovina espongiforme (ou "mal da vaca louca" ).

Todos os organismos transmitem a sua hereditariedade através 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 duma origem comum mediante um processo de evolução. De facto, é uma das razões pelas quais os organismos biológicos exibem a notável similaridade de unidades e processos discutida na secção anterior. Charles Darwin estabeleceu a evolução como uma teoria viável ao enunciar a sua força motriz: a selecção natural.

(Alfred Russel Wallace é comummente 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 genómica 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. Os principais eventos na evolução da vida, tal como os biólogos os vêem, podem ser resumidos nesta cronologia evolutiva.

Diversidade: a variedade dos organismos vivos

Suposta árvore filogenética da vida.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 objecto 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 reflectir as árvores filogenéticas, também chamadas árvores evolutivas, dos vários organismos.

Tradicionalmente, os seres vivos são divididos em cinco reinos:

Monera - Protista - Fungi - Plantae - Animalia

Contudo, vários autores consideram este sistema desactualizado. Abordagens mais modernas começam geralmente com o sistema dos três domínios:

Archaea (originalmente Archaebacteria) -- Bacteria (originalmente Eubacteria) -- Eukaryota
Estes domínios são definidos com base em diferenças a nível celular, como a presença ou ausência de núcleo e a estrutura da membrana exterior. Existe ainda toda uma série de parasitas intracelulares considerados progressivamente menos “vivos” em termos da sua actividade metabólica:

Vírus - Viróides - Priões

Continuidade: a origem comum de toda a vida
Ver artigo principal: Origem comum.
Diz-se que um dado grupo de organismos tem origem comum se têm um ancestral comum. Todos os organismos que existem na Terra descendem dum ancestral comum ou dum pool de genes ancestral. Crê-se que este "último ancestral comum universal”, isto é, o ancestral comum mais recente de todos os organismos, tenha surgido há cerca de 3.5 mil milhões de anos (ver: origem da vida).

A noção de que "toda a vida [advém] de [um] ovo" (do latim "Omne vivum ex ovo"), um conceito fundamental da biologia moderna, significa que há uma continuidade ininterrupta de vida desde a sua origem até ao presente. Até ao século XIX era crença comum que os seres vivos podiam surgir espontaneamente sob certas condições (ver abiogénese). A universalidade do código genético é geralmente considerada uma prova definitiva a favor da teoria da descendência universal comum (UCD: universal common descent) para bactérias, archaea e eucariotas (ver: sistema dos três domínios).

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.

Interacção: 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 interacções diferentes com outros organismos e com o ambiente.

Uma bactéria microscópica reagindo a um gradiente local de açúcar está a reagir ao seu ambiente exactamente da mesma forma que um leão está a reagir ao seu quando procura alimento na savana africana.

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 objecto de estudo da ecologia.

Âmbito 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. Considerámos 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 interacções.

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 a 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

Ilustração do Kunstformen der Natur mostrando uma variedade de beija-flores.Ver artigo principal: Biologia molecular, Biologia celular, Genética, Biologia do desenvolvimento.
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 interacções entre os vários sistemas celulares, incluindo a correlação entre DNA, RNA e a síntese proteica, e de como estas interacções são reguladas.

A biologia celular estuda as propriedades fisiológicas das células, bem como o seu comportamento, interacções 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 os humanos.

Compreender a composição e o funcionamento das células é essencial para todas as ciências biológicas. Avaliar as semelhanças e as diferenças entre os diferentes tipos de células é particularmente importante para estas duas disciplinas, e é a partir destas semelhanças e diferenças fundamentais que emerge um padrão unificador que permite que os princípios deduzidos a partir dum tipo de célula sejam extrapolados e generalizados para outros tipos de célula.

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 dum gene particular e para a análise de interacções 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 morfogénese, o processo que dá origem aos tecidos, órgãos e à anatomia em geral.

Entre as espécies privilegiadas nestes estudos encontram-se o nemátode Caenorhabditis elegans, a mosca-do-azeite Drosophila melanogaster, o peixe-zebra Brachydanio rerio ou Danio rerio, o camundongo Mus musculus, e a erva Arabidopsis thaliana.

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 duma 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.

A anatomia é uma parte importante da fisiologia e estuda a forma como funcionam e interagem os vários sistemas dum organismo, como, por exemplo, os sistemas nervoso, imunitário, endócrino, respiratório e circulatório. O estudo destes sistemas é partilhado com disciplinas da medicina como a neurologia, a imunologia e afins.

Diversidade e evolução dos organismos

Charles Darwin, em fotografia de 1880, onde continuava a pesquisar e a publicar livros.Ver artigo principal: Biologia evolutiva, Botânica, Zoologia.

A biologia evolutiva ocupa-se da origem e descendência das espécies, bem como da sua modificação ao longo do tempo, ou seja, da sua evolução.

É uma área heterogénea onde trabalham investigadores oriundos das mais variadas disciplinas taxonómicas, 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. Na década de 1990, a biologia do desenvolvimento recuperou o seu papel na biologia evolutiva após a sua exclusão inicial da síntese moderna. 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.

Classificação da vida

O sistema de classificação dominante é conhecido como taxonomia lineana, que inclui conceitos como a estruturação em níveis e a nomenclatura binomial. A atribuição de nomes científicos a organismos é regulada por acordos internacionais como o Código Internacional de Nomenclatura Botânica (ICBN), o Código Internacional de Nomenclatura Zoológica (ICZN), e o Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana (ICNB). Um esboço dum código único foi publicado em 1997 numa tentativa de uniformizar a nomenclatura nas três áreas, mas que parece não ter sido ainda adoptado formalmente. O Código Internacional de Classificação e Nomenclatura de Vírus (ICVCN) não foi incluído neste esforço de uniformização.

Interacções 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.

A etologia estuda o comportamento animal (com particular ênfase nos animais sociais como os primatas e os canídeos) e é por vezes considerada um ramo da zoologia. Uma preocupação particular dos etólogos prende-se com a evolução do comportamento e a sua compreensão em termos da teoria da seleção natural. De certo modo, o primeiro etólogo moderno foi Charles Darwin, cujo livro The expression of the emotions in animals and men influenciou muitos etólogos.

Principais ramos da Biologia

Aerobiologia — Anatomia — Antropologia — Astrobiologia — Biofísica — Biogeografia — Biologia celular — Biologia do desenvolvimento — Biologia estrutural — Biologia marinha — Biologia molecular — Biônica — Bioquímica — Biotecnologia — Botânica — Corologia — Citologia — Cladística — Cronobiologia — Ecologia — Etologia — Evolução — Fisiologia — Genética — Histologia — Imunologia — Limnologia — Mamalogia Microbiologia — Micologia / Liquenologia — Neurobiologia — Ontogenia — Paleogenética — Paleontologia — Ficologia — Filogenia — Fitopatologia — Taxonomia — Toxicologia — Virologia — Xenobiologia — Zoologia.

Formado por combinação do grego βίος (bios), que significa vida, e λόγος (logos), que significa palavra, ideia, a palavra biologia no seu sentido moderno parece ter sido introduzida independentemente por Gottfried Reinhold Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) e por Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802). A palavra propriamente dita pode ter sido cunhada em 1800 por Karl Friedrich Burdach, mas aparece no título do Volume 3 da obra de Michael Christoph Hanov Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia, publicada em 1766.

Não estamos sozinhos, é vital dividirmos espaço com outras criaturas ou seremos também eliminados do planeta. Proteger as árvores, os animais, rios e mares são dever cívico de cada cidadão. Seremos todos responsabilizados, pelo mal que estamos fazendo a natureza.

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