Bioloģija — Vikipēdija

Bioloģija — Vikipēdija
Pāriet uz saturu
Vikipēdijas lapa
Viena no bioloģijas nozarēm ir zooloģija, kur tiek pētīti dzīvnieki.
Bioloģija
grieķu
βίος
bios
) — ‘dzīvība’;
λόγος
logos
) — ‘jēdziens, zinātne’)
ir
dabas zinātne
par
dzīvību
visās tās izpausmēs un par dzīvās
matērijas
organizāciju
molekulārā
šūnu
audu
orgānu
organismu
un organismu kopu līmenī. Bioloģijas galvenais uzdevums ir noskaidrot dzīvības būtību un likumsakarības, kas saistītas ar to.
Tā ir zinātne par dzīvajiem organismiem, kura noskaidro to, kā tie
aug
barojas
un kustas, kā tie
vairojas
un kā attīstās ilgā laika periodā (
evolūcija
).
Ir vairākas bioloģijas apakšnozares atkarībā no tā, kas tiek konkrēti pētīts. Divas lielākās apakšnozares ir
zooloģija
, kurā tiek pētīti
dzīvnieki
, un
botānika
, kurā tiek pētīti
augi
Ir arī citas nozīmīgas apakšnozares, piemēram,
ģenētika
evolūcija
mikrobioloģija
paleontoloģija
sistemātika
un citas. Bioloģija ir cieši saistīta ar
fiziku
ķīmiju
medicīnu
lauksaimniecību
mežsaimniecību
un citām zinātņu nozarēm, kuras apvienojot ir izveidojušās tādas zinātnes kā
biofizika
bioķīmija
bioģeogrāfija
bioinženierija
biometrija
biostatika
bioenerģētika
un pat
biomatemātika
Biologi
labot
labot pirmkodu
Cilvēki, kas veic pētījumus bioloģijā, tiek saukti par biologiem. Starp slavenākajiem biologiem ir
Klods Bernards
Claude Bernard
),
Žoržs Kivjē
Georges Cuvier
),
Čārlzs Darvins
Tomass Hekslijs
Žans Batists Lamarks
Kārlis Linnejs
Gregors Mendelis
un
Luijs Pastērs
, bet bioloģijas aizsākumi ir meklējami
Senajā Grieķijā
. Tās pamatus lika
Aristotelis
Hipokrats
, kā arī romiešu filozofs
Galēns
. Kopš
1901
. gada pasaules labākie biologi ir
Nobela prēmijas fizioloģijā un medicīnā
kandidāti, un nereti viņi arī to iegūst.
Vēsture
labot
labot pirmkodu
Neviens tieši nezina, kad cilvēki pirmo reizi sāka uzkrāt
zināšanas
par
dabu
. Zinātnieki un vēsturnieki uzskata, ka cilvēki vispirms pieradināja dažādus
mājdzīvniekus
un sāka audzēt
kultūraugus
, un tikai pēc tam sāka to izpēti. Ir atrastas liecības, ka
asīriešiem
un
babiloniešiem
bija zināšanas
lauksaimniecībā
un
medicīnā
jau ap 3500. gadu p.m.ē. Līdz 2500. gadam p.m.ē. šīs zināšanas jau bija izplatījušās tālāk uz lielajām civilizācijām kā uz
Seno Ķīnu
Seno Ēģipti
un
Seno Indiju
Ernsta Hekela "Dzīvības koks" (1879).
Lai gan bioloģija kā vienota un saskaņota zinātne radās tikai
19. gadsimtā
, tās pirmsākumi ir meklējami
antīkajā pasaulē
. Aptuveni 500. gadus p.m.ē. grieķis
Alkmaions
ir veicis dzīvnieku
sekcijas
, un bija pirmais, kas aprakstīja
acis
un
ausis
Savukārt
Hipokrats
domāja, ka dievišķais nekad nevar būt par iemeslu
slimībām
, jo to cēloņi ir jāmeklē organismā.
Bioloģijas pirmsākumu ziedu laiki bija
sengrieķu
filozofa
Aristoteļa
dzīves laikā (384-322 p.m.ē.). Viņš aprakstīja vairāk nekā 500
dzīvnieku
sugas. Līdz ar to viņu var uzskatīt par
zooloģijas
"tēvu".
Jau antīkajā pasaulē viens no centrālajiem jautājumiem dabas izzināšanā bija dzīvības rašanās, piemēram, Aristotelis uzskatīja, ka
zivis
veidojas no
dūņām
Šī
hipotēze
bija vispārpieņemta līdz pat 17. gadsimtam.
Aristoteļa skolnieks
Teofrasts
kļuva par
botānikas
pamatlicēju, jo viņš aizrāvās ar
augu
valsts novērojumiem, aprakstot ap 500 augu sugām.
1. gadsimtā
grieķu ārsts
Dioskorīds
pievērsa uzmanību
ārstniecības augu
aprakstīšanai, tādēļ viņš tiek uzskatīts par
farmakoloģijas
pamatlicēju. Savukārt
romiešu
ārsts
Galēns
(ap 129-199) nodarbojās ar dažādu
orgānu
funkciju pētīšanu, piemēram ar
urīnvadu sistēmas
, asinsrites un nervu sistēmas izpēti. Līdz 17. gadsimtam viņu darbi bija ārstu galvenās rokasgrāmatas.
Antīkajos darbos izteiktās domas tālāk attīstīja
viduslaiku
musulmaņu ārsti un zinātnieki kā
Al-Džāhizs
Avicenna
Ibn Zuhrs
Ibn Al-Baitars
un
Ibn al-Nafiss
Viduslaikos Eiropā bioloģijas attīstība norisinājās galvenokārt
klosteros
, kur tika pētīti augi galvenokārt
ārstniecības nolūkos
. Zooloģijas pirmsākumi, visticamāk, saistāmi ar praktiskām nozarēm (
veterinārmedicīnu
un
medībām
), kur uzkrātā pieredze vēlāk pārauga mērķtiecīgos novērojumos un pētījumos.
Renesanses
laikā, 15. un 16. gadsimta mijā, bioloģisko zinātņu attīstību ievērojami ietekmēja
Leonardo da Vinči
, kura anatomijas pētījumi iezīmēja būtisku pavērsienu cilvēka ķermeņa izzināšanā. Tomēr par cilvēka anatomijas pamatlicēju mūsdienu izpratnē tiek uzskatīts
flāmu
zinātnieks
Andreass Vezālijs
, kura darbi bija sistemātiski un balstīti uz detalizētiem novērojumiem un sekcijām.
Morfoloģiski
precīzi dzīvnieku attēlojumi
gleznās
un
grafikā
, īpaši vācu mākslinieka
Albrehta Dīrera
darbos, atspoguļoja pieaugošu interesi par dzīvnieku ķermeņa uzbūvi un veidoja pamatu vēlākai zinātniskai pieejai zooloģijā.
16. un 17. gadsimtā īpaši attīstījās botānika. Vācu
teologs
un botāniķis
Oto Braunfelss
1530. gados, kā arī itāļu
kapucīnu
mūks
Gregorio Redžio
17. gadsimta sākumā ieviesa
herbārija
metodi, kas kļuva par svarīgu rīku augu sistemātiskā izpētē. Šajā laikā tika izdoti arī pirmie ilustrētie darbi par
savvaļas augiem
, piemēram, Braunfelsa daudzsējumu darbs
“Dzīvu augu attēli”
Herbarum vivae eicones
, 1532–1536), kas kalpoja gan kā vizuāls, gan aprakstošs augu katalogs. Paralēli tika veikti pirmie mēģinājumi augus klasificēt pēc sistemātiskiem principiem. Botānikas attīstību veicināja arī specializētu
botānisko dārzu
izveide pie universitātēm. 1545. gadā tika dibināts
Padujas Botāniskais dārzs
Itālijā, kas uzskatāms par vienu no senākajiem šāda veida dārziem Eiropā. Savukārt 1621. gadā Anglijā izveidoja
Oksfordas Universitātes Botānisko dārzu
, kurš kļuva par nozīmīgu pētniecības un mācību centru.
17. gadsimtā angļu zinātnieks
Roberts Huks
, izmantojot jaunizgudroto
mikroskopu
, atklāja, ka organismi sastāv no
šūnām
. Neilgi pēc tam
Antonijs van Lēvenhūks
būtiski pilnveidoja mikroskopu, kā rezultātā pētnieki spēja novērot
spermatozoīdus
baktērijas
un
skropstaiņus
, tā atklājot mikroorganismu daudzveidību un nostiprinot mikrobioloģijas pamatus.
Jana Svammerdama
pētījumi veicināja interesi par
entomoloģiju
un ļāva attīstīt mikroskopisko preparātu preparēšanas un iekrāsošanas metodes. 19. gadsimta sākumā biologi sāka atzīt šūnas nozīmi kā mazāko dzīvo organismu pamatvienība. 1838. gadā
Matiass Šleidens
un
Teodors Švāns
formulēja divus svarīgus principus: (1)
organisms
sastāv no šūnām un (2) katrai šūnai piemīt visas dzīvības pazīmes. Sākotnēji viņi vēl noraidīja ideju, ka (3) visas šūnas rodas, daloties citām šūnām, un piekrita spontānās rašanās teorijai. Tomēr vēlāk
Roberts Rēmaks
un
Rūdolfs Virhovs
eksperimentāli apstiprināja trešo postulātu, un līdz 1860. gadiem visi trīs postulāti tika plaši pieņemti, tādējādi nostiprinot
šūnu teoriju
1953
. gadā angļu ģenētiķis
Frānsiss Kriks
un amerikāņu bioķīmiķis
Džeimss Votsons
atklāja
dezoksiribonukleīnskābes
(DNS) struktūru.
Ilgu laiku bioloģija uzskatīta vienīgi par aprakstošu zinātni, taču laika gaitā tika atklātas nozīmīgas teorētiskas likumsakarības, kas ļāva labāk izprast dzīvību. Līdz ar to izveidojās dažādas bioloģijas nozares un ciešāka kļuva bioloģijas saistība ar citām dabas zinātnēm (ar
ķīmiju
fiziku
).
Modernās bioloģijas pamati
labot
labot pirmkodu
Lielākā daļa no modernās bioloģijas ietver piecus vienojošus principus:
šūnu teoriju
evolūciju
ģenētiku
homeostāzi
un
enerģiju
10
Šūnu teorija
labot
labot pirmkodu
Izmantojot mikroskopu, var saskatīt šūnas.
Šūnu teorija
nosaka, ka
šūna
ir
dzīvības
pamatvienība, un ka visas dzīvas būtnes sastāv no vienas vai vairākām šūnām. Jaunas šūnas rodas tām
daloties
. Šūna tiek arī uzskatīta par pamatvienību daudzos
patoloģiskos
procesos.
11
Šūnas nodrošina
vielmaiņu
, kā arī tās satur iedzimto informāciju (
DNS
), kas tiek nodota no šūnas šūnai dalīšanās laikā.
Šūnas uzbūve un funkcijas
labot
labot pirmkodu
Pamatraksts:
Šūna
Šūnu veido
citoplazma
, kurā atrodas dažādi
organoīdi
, un ārējo vidi no tās norobežo
plazmatiskā membrāna
, kas regulē vielu transportu. Dzīvo organismu šūnas iedala divos galvenajos tipos: prokariotos un eikariotos. Prokariotu šūnas, kādas sastopamas
baktērijās
un
arhebaktērijās
, ir strukturāli vienkāršas – tām nav
kodola
, un DNS atrodas citoplazmā.
12
Eikariotu
šūnās, kas veido
dzīvniekus
augus
sēnes
un
protistus
, sastopamas vairākas specializētas struktūras:
mitohondriji
, kas nodrošina enerģijas ražošanu;
ribosomas
, kurās notiek
olbaltumvielu
sintēze;
endoplazmatiskais tīkls
un
Goldži komplekss
, kas piedalās olbaltumvielu un
lipīdu
apstrādē un transportēšanā. Augu šūnām raksturīgi arī
hloroplasti
, kuros notiek
fotosintēze
, un
šūnapvalks
, kas nodrošina mehānisko izturību. Sēņu šūnām ir
hitīna apvalks
12
Būtisks šūnu process organismu augšanai, bojāto audu atjaunošanai un vairošanās procesam ir
šūnu dalīšanās
. Pastāv divi galvenie šūnu dalīšanās veidi:
mitoze
un
mejoze
. Mitozē veidojas ģenētiski identiskas šūnas un tā nodrošina somatisko šūnu dalīšanos, savukārt mejoze notiek
dzimumšūnu
veidošanās laikā un rezultējas ar ģenētiski dažādām šūnām ar samazinātu
hromosomu
skaitu. Šūnu dalīšanos regulē bioloģiskie mehānismi, kas nodrošina ģenētiskās informācijas nemainību vai pārkārtošanos atkarībā no dalīšanās veida.
13
Šūnu diferenciācija un specializācija
labot
labot pirmkodu
Trīs dažādas dzīvnieku šūnas: nervu šūna (
neirons
), gludo muskuļu šūna (
miocīts
) un kaulu šūna (
osteocīts
Šūnu diferenciācija ir process, kurā nediferencētas šūnas — piemēram,
cilmes šūnas
— attīstās par dažādiem šūnu tipiem ar specifiskām struktūrām un funkcijām. Šis process ir būtisks
daudzšūnu organismu
attīstībā, jo tas nodrošina, ka dažādos
audos
un
orgānos
ir šūnas, kas spēj veikt konkrētus uzdevumus,
14
piemēram,
sarkano asinsķermenīšu
nervu
vai
muskuļu
šūnu funkcijas. Diferenciāciju vada precīza
gēnu ekspresijas
regulācija, un to ietekmē gan iekšējie ģenētiskie signāli, gan ārējie vides faktori.
15
Šūnu specializācija ir diferenciācijas rezultāts, kas ļauj organismam veidot sarežģītas struktūras un uzturēt efektīvu fizioloģisko darbību.
16
Evolūcija
labot
labot pirmkodu
Pamatraksts:
Evolūcija
Evolūcija ir dzīvības dažādības pamatā. Saskaņā ar to visiem dzīvajiem organismiem ir kopīga izcelsme. 18. gadsimtā
Žans Batists Lamarks
bija pirmais, kas izteica viedokli, ka sugas var pāriet cita citā.
17
Aptuveni 50 gadus vēlāk
Čārlzs Darvins
par dabas dzinējspēku definēja dabiskā atlasi. Viņa izstrādātā
evolūcijas teorija
nav atspēkota līdz pat mūsdienām. Angļu zoologs un ceļotājs
Alfreds Voless
gandrīz vienlaicīgi nāca klajā ar ļoti līdzīgu teoriju.
18
Jāņem vērā, ka daži zinātnieki jau ilgi pirms Darvina pauda evolucionistiskus uzskatus.
19
Tāpēc arī darvinisms nenāca pilnīgi negaidīts.
20
Dabiskā izlase
labot
labot pirmkodu
Pamatraksts:
Dabiskā izlase
Dabiskā izlase ir evolūcijas mehānisms, kurš raksturo to, ka vide ietekmē, kuras
organisma
īpašības tiek
pārmantotas
nākamajās paaudzēs. Organismi, kuru pazīmes nodrošina labāku
izdzīvošanas
un
vairošanās
iespējamību konkrētos apstākļos, atstāj vairāk
pēcnācēju
, tādējādi šo īpašību izplatība
populācijā
palielinās. Šis process balstās uz
ģenētisko daudzveidību
mutācijām
un gēnu kombinācijām, kas rada atšķirības starp
indivīdiem
. Bez šādas dažādības dabiskajai izlasei nebūtu materiāla, no kā "izvēlēties", tāpēc ģenētiskā daudzveidība ir būtisks nosacījums evolūcijas norisei.
21
Līdzīgi — organismi ar mazāk noderīgām (vai pat traucējošām) īpašīmām atstāj mazāk pēcnācējus un konkrētās īpašības no populācijas izzūd.
Laika gaitā dabiskā izlase izraisa
adaptāciju
– organismu īpašību pielāgošanos apkārtējās vides apstākļiem. Piemēram,
leduslāčiem
ir biezs, balts
apmatojums
un
tauku
kārta, kas pasargā no aukstuma un kalpo kā maskēšanās ledainā vidē. Savukārt
tuksneša
augiem, piemēram,
kaktusiem
, ir reducētas
lapas
(adatu veidā), lai samazinātu ūdens zudumu.
21
Specializācijas ceļā starp
Pegoscapus
ģints
lapsenēm
un
fikusu
apakšģints
Urostigma
augiem ir izveidojies obligātais
mutuālisms
— atras sugas vairošanās (un tādējādi pastāvēšana) ir iespējama tikai otras sugas esamības dēļ
22
Ja adaptācija turpinās noteiktā virzienā ilgstoši nemainīgos apstākļos, tā var novest pie
specializācijas
. Tas nozīmē, ka organisms kļūst īpaši piemērots šaurai
ekoloģiskai nišai
– piemēram,
koalām
ir specializēta
gremošanas sistēma
, kas ļauj tām pārtikt gandrīz tikai no
eikalipta
lapām, kuras ir indīgas lielākajai daļai citu dzīvnieku. Līdzīgi – daži
tauriņu
kāpuri var attīstīties tikai uz konkrēta auga lapām, kas ierobežo to izplatību, bet vienlaikus samazina
konkurenci
. Specializācija var paaugstināt sugas izdzīvošanas izredzes noteiktos apstākļos, taču padara to ievainojamāku, ja
vide strauji mainās
. Tādējādi dabiskā izlase ir dzinējspēks, kas veido adaptācijas un, ilgtermiņā, arī specializāciju, nodrošinot organismu evolūciju atbilstoši vides prasībām.
23
Sugu veidošanās
labot
labot pirmkodu
Sugu veidošanās jeb
speciācija
ir evolūcijas process, kurā no vienas sākotnējas sugas izveidojas divas vai vairākas jaunas, ģenētiski izolētas sugas. Speciācija notiek tad, kad populācijās uzkrājas pietiekamas ģenētiskas atšķirības, kas neļauj krustoties vai iegūt dzīvotspējīgus
pēcnācējus
. Viens no visbiežāk sastopamajiem speciācijas veidiem ir alopatriskā speciācija, kuras pamatā ir ģeogrāfiska
izolācija
— piemēram, kad populācijas nodala
kalnu grēda
upe
vai cita barjera, laika gaitā izolētajās populācijās uzkrājas ģenētiskas atšķirības.
24
Simpatriskā speciācija notiek bez ģeogrāfiskas izolācijas, piemēram, kad reproduktīvā izolācija rodas
pārtikas
izvēles,
uzvedības
vai
hromosomu
skaita izmaiņu dēļ. Šis process bieži sastopams augu valstī, kur
poliploīdija
(hromosomu skaita palielināšanās) var izraisīt tūlītēju jaunas sugas veidošanos.
25
Ir zināmi arī parapatriskās un peripatriskās speciācijas piemēri, kas notiek robežzonās vai nelielās izolētās populācijās.
26
27
Speciācija ir nozīmīgs
makroevolūcijas
mehānisms, kas veicina bioloģiskās daudzveidības rašanos.
Makroevolūcija un izmiršana
labot
labot pirmkodu
Makroevolūcija
attiecas uz ilglaicīgām un plaša mēroga evolūcijas pārmaiņām virs sugas līmeņa, ietverot jaunu
taksonu
veidošanos, lielas
fenotipiskas
pārmaiņas un dzīvības daudzveidības izmaiņas
ģeoloģiskā laika gaitā
. Šo procesu gaitā veidojas jaunas dzīvnieku un augu
klases
kārtas
un
dzimtas
. Makroevolūcija ietver ne tikai sugu veidošanos, bet arī
izmiršanu
— procesu, kad sugas izzūd no Zemes.
28
Izmiršana var būt pakāpeniska, kad sugas nespēj pielāgoties vides pārmaiņām vai konkurencei, vai masveida, kā tas notika, piemēram,
dinozauru izmiršanas
laikā pirms aptuveni 66 miljoniem gadu, iespējams,
meteorīta
trieciena un sekojošu klimatisko pārmaiņu rezultātā. Izmiršana bieži pavada evolūcijas dinamiku, atbrīvojot ekoloģiskās nišas un ļaujot citiem organismiem attīstīties un dažādoties.
29
30
Makroevolūcijas izpēte balstās uz
fosiliju
ierakstiem, salīdzinošo anatomiju un molekulārajiem datiem.
28
Evolūcijas pierādījumi
labot
labot pirmkodu
Evolūcijas teoriju
apstiprina daudzi neatkarīgi pierādījumu veidi no dažādām bioloģijas un
ģeoloģijas
nozarēm. Viens no būtiskākajiem pierādījumu avotiem ir
fosiliju
ieraksts, kas dokumentē pakāpeniskas izmaiņas organismu uzbūvē laika gaitā un parāda pārejas formas starp lielām organismu grupām. Salīdzinošā
anatomija
ļauj identificēt homologas struktūras — orgānus ar kopīgu izcelsmi, bet atšķirīgām funkcijām dažādās sugās, piemēram,
mugurkaulnieku
priekšējās
ekstremitātes
31
Embrionālā
attīstība dažādām sugām bieži parāda līdzības agrīnās stadijās, kas norāda uz kopīgu izcelsmi.
32
Molekulārā bioloģija
sniedz detalizētus pierādījumus par evolūciju, piemēram, DNS un olbaltumvielu secību salīdzināšana atklāj radniecību starp sugām.
33
Evolūciju apstiprina arī
bioģeogrāfija
, kas parāda, kā sugu izplatība atbilst
kontinentu kustībām
un izolācijas vēsturei.
34
Tiešie novērojumi par evolūcijas procesiem, piemēram, baktēriju rezistences attīstība pret
antibiotikām
, liecina, ka evolūcija ir aktīvs un novērojams process arī mūsdienās.
31
Ģenētika
labot
labot pirmkodu
Pamatraksts:
Ģenētika
Ģenētika
ir bioloģijas nozare, kas pēta
iedzimtības
likumsakarības un
gēnu
darbību, t.i., kā organisma īpašības tiek pārmantotas no
paaudzes
paaudzē un kā tās veidojas mijiedarbībā ar vidi. Mūsdienu ģenētikas pamatā ir izpratne, ka
DNS
ietver organismu ģenētisko informāciju, un izpratne par
gēnu ekspresiju
– procesu, kurā šī informācija tiek pārvērsta funkcionālos produktos, piemēram,
olbaltumvielās
. Ģenētikā tiek pētīts arī, kā šī ekspresija tiek regulēta, kā gēni ietekmē organisma attīstību un kā tie mainās evolūcijas gaitā.
Iedzimtība
labot
labot pirmkodu
Iedzimtība ir
organisma
un
šūnu
pazīmju un īpašību pēctecība paaudžu maiņā, pazīmju un īpašību ģenētiskā determinācija. Tā nosaka, kāpēc
pēcnācēji
bieži līdzinās saviem vecākiem gan izskatā, gan uzvedībā, gan organisma darbības īpašībās, piemēram,
vielmaiņas
vai
imūnsistēmas
darbībā. Iedzimtība ir viens no
ģenētikas
pamatjēdzieniem, un tās pamatā ir ģenētiskā informācija, kas kodēta
DNS
molekulās – gēnos. Šie gēni satur instrukcijas, kas nosaka šūnu darbību un organisma attīstību, tostarp arī
olbaltumvielu
sintēzi. Iedzimtības mehānismu izpratne ļauj skaidrot ne tikai organisma īpašību veidošanos un variācijas, bet arī
iedzimtas slimības
evolūcijas
procesus un pielāgošanās spējas.
35
Gēni un DNS
labot
labot pirmkodu
Pamatraksts
un citi raksti:
Gēns
un
DNS
Gēns ir noteikta
dezoksiribonukleīnskābes
(DNS), retāk
ribonukleīnskābes
(RNS),
molekulas
daļa, kas satur informāciju par organisma pazīmju veidošanos un funkcijām.
36
DNS sastāv no divām polinukleotīdu ķēdēm, kas veido dubultspirāles struktūru.
37
Eikariotu
šūnās lielākā daļa DNS atrodas
šūnas kodolā
hromosomās
Prokariotos
DNS brīvi peld citoplazmā. Visu gēnu kopums šūnā veido tās
genomu
38
DNS satur visu šūnai nepieciešamo ģenētisko informāciju, un tās saglabāšana un nodošana notiek
DNS replikācijas
procesā. Replikācija ir bioloģisks process, kura rezultātā no vienas oriģinālās
DNS
molekulas rodas divas identiskas kopijas.
39
Gēnos esošā informācija var mainīties
mutāciju
rezultātā — tās ir izmaiņas DNS secībā, kas var rasties spontāni kļūdu dēļ replikācijā vai ārējās vides faktoru (
mutagēnu
), piemēram,
starojuma
vai ķīmisku vielu, ietekmē. Mutācijas var būt dažāda veida — tās var izraisīt gēna funkcijas zudumu, jaunu funkciju iegūšanu vai noteiktu īpašību izpausmi tikai noteiktos apstākļos. Lai arī daudzas mutācijas ir neitrālas vai kaitīgas, dažas no tām var būt izdevīgas, jo rada ģenētisko daudzveidību, kas ir nepieciešama organismu evolūcijai.
40
Gēnu ekspresija
labot
labot pirmkodu
Gēnu ekspresija ir process, kurā informācija, kas kodēta gēnos, tiek pārvērsta funkcionālos produktos — galvenokārt olbaltumvielās vai
RNS
molekulās. Tas ietver divus galvenos posmus: (1)
transkripciju
, kurā DNS secība tiek pārrakstīta RNS formā — matrices jeb
informācijas RNS
(mRNS), (2) translāciju, kur šī RNS tiek izmantota, lai sintezētu atbilstošu
olbaltumvielu
. Šie posmi ir būtiski, jo tie nodrošina organisma šūnu spēju veikt nepieciešamās funkcijas un pielāgoties mainīgajiem apstākļiem.
41
Šūnas var regulēt, kuri gēni tiek aktivēti, pateicoties
gēnu ekspresijas kontrolei
41
Šī regulācija var notikt dažādos līmeņos — sākot ar transkripcijas līmeni, kur transkripcijas faktori un enhanceri vai represori ietekmē RNS polimerāzes piesaisti DNS veidnei. Tāpat gēnu ekspresiju var regulēt pēc transkripcijas — piemēram, ar RNS nogatavināšanas (splicēšanas), transporta un stabilitātes palīdzību. Translācijas līmenī olbaltumvielu sintēzi var ietekmēt
ribosomu
piekļuve vai RNS struktūras īpatnības.
42
Vēl viens svarīgs mehānisms ir
epiģenētiskā
regulācija, kas ietver DNS metilāciju un
histonu
modifikācijas, nemainot pašu DNS secību. Šādi mehānismi ir īpaši svarīgi šūnu diferenciācijā, jo tie ļauj vienā organismā dažādām šūnām ekspresēt (aktivēt) atšķirīgus gēnus, lai gan visām šūnām DNS ir identisks.
43
Gēnu ekspresijas precīza regulācija ir būtiska šūnas normālai darbībai, attīstībai un atbildes reakcijām uz vides stimuliem. Ekspresijas traucējumi var izraisīt dažādus traucējumus, tostarp
iedzimtas slimības
vai
vēzi
44
45
Tādēļ gēnu ekspresijas izpēte ir viens no centrālajiem virzieniem mūsdienu
molekulārajā bioloģijā
un
medicīnā
Gēni, attīstība un evolūcija
labot
labot pirmkodu
Attīstība
ir process, kurā
daudzšūnu organisms
no vienas šūnas iziet cauri virknei pārmaiņu, pakāpeniski iegūstot formas, kas raksturīgas katram tā
dzīves ciklam
. Attīstību nosaka četri galvenie procesi:
determinācija
diferenciācija
, morfoģenēze un augšana. Determinācija nosaka šūnas attīstības likteni, kas attīstības gaitā kļūst arvien specifiskāks un ierobežotāks. Diferenciācija ir process, kurā no mazāk specializētām šūnām, piemēram,
cilmes šūnām
, veidojas specializētas šūnas. Šūnu diferenciācija būtiski izmaina šūnas lielumu, formu,
membrānas
potenciālu, vielmaiņas aktivitāti un reakciju uz signāliem. Šīs pārmaiņas galvenokārt rodas precīzi regulētu
gēnu ekspresijas
un
epiģenētisko
mehānismu rezultātā. Dažos izņēmuma gadījumos diferenciācija var ietvert izmaiņas DNS secībā, bet parasti tas nenotiek. Līdz ar to dažādas šūnas var ievērojami atšķirties pēc savām fizikālajām īpašībām, lai gan tām visām ir viena un tā pati
genoma
secība.
46
Morfoģenēze jeb ķermeņa formas attīstība ir rezultāts telpiskām atšķirībām gēnu ekspresijā.
47
Neliela daļa no organisma genoma gēniem, kas tiek dēvēta par attīstības gēnu rīkkopu (
developmental-genetic toolkit
), kontrolē šī organisma attīstību. Šie gēni ir ļoti saglabājušies dažādās
dzīvnieku valstī
sastopamās grupās, kas nozīmē, ka tie ir seni un savstarpēji ļoti līdzīgi, lai gan pieder dažādām sugām. Atšķirības šo gēnu aktivizēšanā ietekmē ķermeņa uzbūves plānu, kā arī ķermeņa daļu skaitu, struktūru un izvietojumu.
48
49
Starp nozīmīgākajiem attīstības rīkkopas gēniem ir homeoboksa gēniem, kas kodē transkripcijas faktorus šūnu diferenciācijai un šūnu vairošanās iespējām, tādējādi nodrošinot korektu
orgānu sistēmu
attīstību.
50
Homeostāze
labot
labot pirmkodu
Homeostāze
ir organismu spēja jebkurā līmenī saglabāt patstāvību un pastāvību. Tā ir organisma patstāvīgas eksistences pamatā, kas nodrošina funkcionālo sistēmu vienotību un pilnvērtīgu
fizioloģisko
procesu saglabāšanu. Piemēram, ja nebūtu homeostāzes, tad siltasiņu dzīvniekiem nebūtu nodrošināta nemainīga ķermeņa temperatūra. Šo jēdzienu bieži izmanto
ģenētikā
un
ekoloģijā
Enerģija
labot
labot pirmkodu
Lai dzīvi organismu izdzīvotu, ir nepieciešama nepārtraukta
enerģijas
uzņemšana. Gandrīz visa enerģija, kas nepieciešama dzīvības pastāvēšanai nāk no
Saules
51
Augi
enerģiju no Saules iegūst
fotosintēzes
rezultātā.
Bioloģiskie pētījumi
labot
labot pirmkodu
Vācu botāniķa Oto Vilhelma Tomes (
Otto Wilhelm Thomé
) 1885. gadā zīmētais zīmējums, kuru redzami Vācijā augoši
paparžaugi
Tāpat kā citās
dabas zinātnēs
, arī bioloģijā tiek veikti
novērojumi
, uz kuriem balstās tās turpmākā attīstība. Jaunas
teorijas
bioloģijā tiek izstrādātas, veicot
eksperimentus
. Bioloģisko pētījumu galvenais mērķis ir noskaidrot dzīvības būtību un tās parādību likumsakarības.
Ja novērošanā rodas neskaidrības, tad tiek veikti dziļāki
pētījumi
. Zinātniskie pētījumi bioloģijā jāveic brīvi, saskaņā ar Konvencijas par cilvēktiesību un cieņas aizsardzību bioloģijā un medicīnā noteikumiem un citiem juridiskiem nosacījumiem, kas nodrošina cilvēka aizsardzību.
52
Piemēram, pēc dzīvo organismu ārējām pazīmēm var noteikt to piederību konkrētai
sugai
Pētnieciskā darbība var būt atšķirīga, bet galvenokārt tā parasti tiek uzsākta ar
informācijas
iegūšanu. Pēc tam tiek izvirzīta
hipotēze
, uz kuru balstoties tiek plānota turpmākā darbība. Tad tiek veikts
eksperiments
, pēc kura veic rezultāta analīzi un izvērtēšanu.
53
Viens no grūtākajiem bioloģisko pētījumu uzdevumiem ir noskaidrot to, kāda ir bijusi
biosfēra
aizvēsturiskajā laikmetā. No tiem laikiem ir saglabājušās tikai dažu organismu
fosilijas
, kas sniedz tikai nelielu ieskatu aizvēsturisko organismu jomā. Tādēļ šo problēmu mēdz risināt
bioinformātikā
, kas ir zinātnes nozare, kur tiek izmantotas matemātiskās un informātiskās metodes. Galvenais bioinformātikas uzdevums ir dažādu
genomu
datu ieguve un šo datu analīze.
Bioloģijas paradigmas
labot
labot pirmkodu
Modernās bioloģijas attīstībā ir bijušas vairākas
paradigmas
. Piemēram, agrāk tika uzskatīts, ka
sugas
ir nemainīgas, bet mūsdienās ir pieņemts, ka tās tomēr
evolucionē
. Vēl tika uzskatīts, ka viss dzīvais radās spontāni ne no kā, bet mūsdienās ir zināms, ka "dzīvais rodas no dzīvā".
54
Dzīvo organismu klasifikācija
labot
labot pirmkodu
Par dzīvo organismu klasifikācijas pamatlicēju tiek uzskatīts
Kārlis Linnejs
, kurš 18. gadsimtā ieviesa sugu nosaukumu
bināro nomenklatūru
. Tā tiek izmantoti joprojām. Šajos nosaukumos viens vārds raksturo organisma īpatnības, bet otrs norāda tā radniecību ar citiem organismiem. Zinātniskajā literatūrā visi organismu nosaukumi tiek rakstīti
latīņu valodā
. Tas ļauj saprasties zinātniekiem visā pasaulē, kā arī palīdz izslēgt pārpratumus, jo pat vienā valodā kādam organismam var būt vairāki nosaukumi, piemēram, latviešu valodā
ērkšķogas
mēdz saukt arī par krizdolēm vai stiķenēm.
55
Radniecīgās
sugas
tiek apvienotās vienotā
ģintī
, savukārt radniecīgas ģintis apvieno viena
dzimtā
. Dzīvnieku dzimtas apvieno
kārtās
, bet augu dzimtas apvieno
rindās
. Abu organismu veidu kārtas un rindas apvieno
klasēs
, tālāk apvieno
tipos
un visbeidzot vienotā
valstī
Organismu latīņu nosaukumi tiek rakstīti sākot ar ģints nosaukumu un tikai tad norāda sugas nosaukumu (latviešu valodā parasti ir otrādi). Ja nenorāda konkrētu sugu, tad raksta ģints nosaukumu un saīsinājumu "sp."
55
Iedalījums
labot
labot pirmkodu
Bioloģija pētī dzīvību kā kvalitatīvi specifisku
matērijas
kustības formu. Atbilstoši dzīvo organismu pamatgrupām bioloģiju iedala
botānikā
zooloģijā
, (ieskaitot
antropoloģiju
),
mikoloģijā
mikrobioloģijā
un
virusoloģijā
. Šīs zinātnes savukārt iedala daudzās nozarēs, kuru lielākā daļa kļuvušas par patstāvīgām bioloģijas nozarēm. Dzīvo organismu iedalījumu grupās izstrādā
sistemātika
, bet to veidu un struktūru pētī
morfoloģija
citoloģija
histoloģija
anatomija
Organismos
un
populācijās
notiekošos procesus pētī
fizioloģija
bioķīmija
ģenētika
ekoloģija
biocenoloģija
etoloģija
. Raksturīgas jaunas mūsdienu zinātnes ir
molekulārā bioloģija
biofizika
bionika
kosmiskā bioloģija
biotehnoloģija
Dzīvnieku
valsts pārstāvji —
liellopi
Augi
kvieši
Sēne
parastais lāčpurns
Hromistu
pārstāvis —
brūnaļģe
Fucus serratus
Baktērija
Gemmatimonas aurantiaca
Arheji
halobaktērijas
Vīruss
— gamma
fāgs
Nozares
labot
labot pirmkodu
Anatomija
— zinātne par dzīvo organismu formu un uzbūvi
Antropoloģija
Augu fizioloģija
Bakterioloģija
— zinātne par
baktērijām
Biofizika
Bioinformātika
Bioķīmija
Biomehānika
Biometrija
Botānika
— zinātne par
augiem
Citoloģija
— zinātne par
šūnu
uzbūvi, attīstību un šūnu sastāvdaļu funkcijām
Ekoloģija
Evolūcija
Fizioloģija
— zinātne par to, kā funkcionē dzīvnieku un augu organismi
Gēnu inženierija
Ģenētika
Hidrobioloģija
Histoloģija
Imunoloģija
Mikoloģija
Mikrobioloģija
Molekulārā bioloģija
Morfoloģija
Paleobioloģija
Paleontoloģija
Parazitoloģija
Protistoloģija
Sistemātika
Taksonomija
Vides zinātne
Virusoloģija
— zinātne par
vīrusiem
Zooloģija
— zinātne par
dzīvniekiem
Skatīt arī
labot
labot pirmkodu
Bioloģijas
portāls
Slaveni biologi
Atsauces un piezīmes
labot
labot pirmkodu
"Zinātnes un tehnoloģijas vārdnīca", Norden AB, 2001, 104. lpp.,
ISBN 9984-9383-5-2
(latviski)
«Bioloģijas zinātne»
. ISEC. Arhivēts no
oriģināla
, laiks: 2009-11-06
. Skatīts:
2010-02-15
(angliski)
«What two major divisions exist in biology?»
. Smart QandA: Answers from sources you can trust. Arhivēts no
oriģināla
, laiks: 2010-06-20
. Skatīts:
2010-02-18
"Dabaszinātnes", R.: Avots, 2008, 89.lpp.,
ISBN 978-9984-800-62-2
Iespējams, šo zinātnieku vārdi ir nepareizi latviskoti
Uldis Kondratovičs.
«Bioloģija»
Nacionālā enciklopēdija
, 08.04.2025
. Skatīts: 02.05.2025
William Coleman.
Biology in the nineteenth century: problems of form, function, and transformation
. History of science. Cambridge New York
: Cambridge University Press, 1999.
ISBN
978-0-521-29293-1
Jan Sapp.
Genesis: the evolution of biology
. Oxford New York
: Oxford University Press, 2003.
ISBN
978-0-19-515618-8
Dzintra Porozova, Juris Porozovs, Līga Sausiņa.
Bioloģija vidusskolai 1. daļa
. Zvaigzne ABC, 2005.
ISBN 9984-22-887-8
Avila, Vernon L.
Biology: Investigating life on earth
. Boston
: Jones and Bartlett, 1995.
11
—18.
lpp.
ISBN
0-86720-942-9
Mazzarello, P
(1999).
"A unifying concept: the history of cell theory".
Nature Cell Biology
(1): E13–E15.
doi
10.1038/8964
ISSN
1465-7392
PMID
10559875
«Šūnu uzbūve»
www.siic.lu.lv
. Skatīts:
2025-05-04
«Mitoze un mejoze — teorija. Bioloģija (Skola2030), Bioloģija I.»
www.uzdevumi.lv
(latviešu)
. Skatīts:
2025-05-04
«Cellular differentiation - Cellular differentiation - Higher Biology Revision»
BBC Bitesize
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
«Gene Expression Regulates Cell Differentiation | Learn Science at Scitable»
www.nature.com
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
Niu,
Deng K.
Chen,
Jia-Kuan
(1997-07).
"Evolutionary Advantages of Cell Specialization: Save and Protect DNA"
(en).
Journal of Theoretical Biology
187
(1): 39–43.
doi
10.1006/jtbi.1997.0410
"Dabaszinātnes", R.: Avots, 2008, 90.lpp.,
ISBN 978-9984-800-62-2
"Dabaszinātnes", R.: Avots, 2008, 91.lpp.,
ISBN 978-9984-800-62-2
Lamarck, Jean-Baptiste (1809). Philosophie Zoologique. Paris: Dentu et L'Auteur. OCLC 2210044.
"Vispārīgā bioloģija. Mācību grāmata 10. un 11. klasei", Rīga: Zvaigzne, 1985, 17.lpp.
«What is natural selection? | Natural History Museum»
www.nhm.ac.uk
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
Victor H. D. Silva.
«The Fig and Wasp Mutualism Under the Microscope»
Botany One
(angļu), 2024-12-05
. Skatīts:
2025-05-04
«Specialist species | ecology | Britannica»
www.britannica.com
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
«Speciation»
National Geographic
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
«Sympatric speciation»
evolution.berkeley.edu
. Skatīts:
2025-05-04
«Parapatric speciation»
evolution.berkeley.edu
. Skatīts:
2025-05-04
«Peripatric speciation»
evolution.berkeley.edu
. Skatīts:
2025-05-04
Derek Turner, Joyce C. Havstad.
Philosophy of Macroevolution
(Spring 2025 izd.). Metaphysics Research Lab, Stanford University, 2025.
«Mass extinction facts and information from National Geographic»
Science
(angļu). 2025-05-04
. Skatīts:
2025-05-04
«Background extinction rate | biology | Britannica»
www.britannica.com
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
National Academy of Sciences (US).
Evidence Supporting Biological Evolution
. National Academies Press (US), 1999.
Scott F. Gilbert.
Evolutionary Embryology
. Sinauer Associates, 2000.
«Molecular Evolution - an overview | ScienceDirect Topics»
www.sciencedirect.com
. Skatīts:
2025-05-04
Directions & Parking, (415) 379-8000.
«Evidence of Plate Tectonics | Exploring Earthquakes»
www.calacademy.org
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
«Heredity | Definition & Facts | Britannica»
www.britannica.com
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-04
«DNA, RNA, genes and genomics – what's the difference?»
imb.uq.edu.au
(angļu). 2024-09-16
. Skatīts:
2025-05-08
Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter.
The Structure and Function of DNA
. Garland Science, 2002.
«Genome»
www.genome.gov
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-08
«DNA Replication»
www.genome.gov
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-08
«Types of mutations»
evolution.berkeley.edu
. Skatīts:
2025-05-08
«How do genes direct the production of proteins?: MedlinePlus Genetics»
medlineplus.gov
(angļu)
. Skatīts:
2025-05-05
«How is gene expression regulated?»
The University of Western Australia
. 2015
. Skatīts: 05-05-2025
Jaenisch,
Rudolf
Bird,
Adrian
(2003-03).
"Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals"
(en).
Nature Genetics
33
(3): 245–254.
doi
10.1038/ng1089
ISSN
1546-1718
Emilsson,
Valur
Thorleifsson,
Gudmar
Zhang,
Bin
Leonardson,
Amy S.
Zink,
Florian
Zhu,
Jun
Carlson,
Sonia
Helgason,
Agnar
et al.
(2008-03).
"Genetics of gene expression and its effect on disease"
(en).
Nature
452
(7186): 423–428.
doi
10.1038/nature06758
ISSN
0028-0836
«16.19: Cancer and Gene Regulation - Altered Gene Expression in Cancer»
Biology LibreTexts
(angļu). 2018-07-12
. Skatīts:
2025-05-05
«Chapter 11. Differentiation and Determination»
biology.kenyon.edu
. Skatīts:
2025-05-08
«Morphogenesis - an overview | ScienceDirect Topics»
www.sciencedirect.com
. Skatīts:
2025-05-08
I. Schneider, C. Amemiya.
Developmental-Genetic Toolkit for Evolutionary Developmental Biology
. Elsevier, 2016. 404–408.
lpp.
ISBN
978-0-12-800426-5
Rittschof,
C. C.
Robinson,
G. E.
(2016).
"Behavioral Genetic Toolkits: Toward the Evolutionary Origins of Complex Phenotypes"
Current Topics in Developmental Biology
119: 157–204.
doi
10.1016/bs.ctdb.2016.04.001
ISSN
1557-8933
PMID
27282026
Mārtiņš Vaivads.
«Gēni un gēnu proteīni dažādu sejas šķeltņu skartos audos»
, 2023. Arhivēts no
oriģināla
, laiks: 2025.
gada 10.
maijā
. Skatīts: 05-05-2025
D.A. Bryant & N.-U. Frigaard
(November 2006).
"Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated".
Trends Microbiol
14
(11): 488.
doi
10.1016/j.tim.2006.09.001
PMID
16997562
(latviski)
«Konvencija par cilvēktiesību un cieņas aizsardzību bioloģijā un medicīnā»
. humanrights.lv. Arhivēts no
oriģināla
, laiks: 2010-01-20
. Skatīts:
2010-02-19
(latviski)
«Pētnieciskā darbība bioloģijā»
. ISEC. Arhivēts no
oriģināla
, laiks: 2009-11-06
. Skatīts:
2010-02-20
(latviski)
«Ievads šūnas bioloģijā»
(ppt). Uldis Kalnenieks
. Skatīts:
2010-02-20
novecojusi
saite
(latviski)
«Organismu sistemātika»
. ISEC. Arhivēts no
oriģināla
, laiks: 2009-12-04
. Skatīts:
2010-02-20
Ārējās saites
labot
labot pirmkodu
Vikikrātuvē
par šo tēmu ir pieejami
multivides
faili. Skatīt:
Bioloģija
Latvijas Nacionālās enciklopēdijas šķirklis
Encyclopædia Britannica
raksts
(angliski)
Visuotinė lietuvių enciklopedija
raksts
(lietuviski)
Brockhaus Enzyklopädie
raksts
(vāciski)
Mūsdienu Ukrainas enciklopēdijas raksts
(ukrainiski)
Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (2004-2017)
(krieviski)
Encyclopædia Universalis
raksts
(franciski)
Katoļu enciklopēdijas raksts
(angliski)
Zinātniskās fantastikas enciklopēdijas raksts
(angliski)
Enciklopēdijas
Krugosvet
raksts
(krieviski)
Bioloģija
Populārā medicīnas enciklopēdija
(latviski)
Bioloģija
pro5 — enciklopēdija
(latviski)
Latvijas Universitātes Bioloģijas fakultāte
(latviski)
Autoritatīvā vadība
WorldCat
LCCN
sh85014203
GND
4006851-1
BNF:
cb119440835
(data)
HDS:
008256
NDL:
00570263
NKC:
ph114166
BNE:
XX524700
Saturs iegūts no "
Kategorija
Bioloģija
Slēptas kategorijas:
Visi Vikipēdijas uzlabojamie raksti
Raksti ar novecojušām saitēm
Bioloģija
Jauna sadaļa