1. 생물학이란
생물학(生物學)은 생명현상과 살아있는 생명체의 물리적 구조, 화학적 과정, 분자적 상호작용, 생리적 메커니즘, 발생 및 진화에 대해 연구하는
자연과학이다. 생물학은 세포를 생명체의 기본 단위로, 유전자를 유전의 기본 단위로, 진화를 생물 종들의 출현과 멸종을 추진하는 수단으로
인정하고 있다. 살아있는 생명체는 항상성으로 정의되는 안정되고, 생명 유지에 필수적인 상태를 유지하기 위해 에너지를 변환시키고, 부분적으로
엔트로피를 감소시킴으로써 생존해 가는 개방계이다. 과학의 복잡성에도 불구하고, 그것을 하나의 일관성 있는 분야로 통합하는 특정 공통 개념들이
있다. 생물학의 하위분야는 연구 방법과 목적에 따라 나뉠 수 있는데, 생물에서 일어나는 화학적 현상을 연구하는 생화학, 분자 수준에서 일어나는
생명 현상을 탐구하는 분자생물학, 세포에서 일어나는 생명 현상을 다루는 세포생물학, 기관이나 조직을 연구 대상으로 삼는 생리학, 환경에서
다양한 생물 개체들이 맺는 관계를 탐구하는 생태학 등이 있다. 이론생물학은 수학적인 방법을 사용하여 정량적인 모델을 만드는 반면, 실험생물학은
제안된 이론의 타당성을 테스트하고, 생명체의 기초가 되는 메커니즘과 약 40억년 전 생명이 없는 물질로부터 생명체가 어떻게 출현하였고, 생물 체계의
복잡성이 어떻게 점진적으로 증가하는 방향으로 진화해왔는지를 이해하기 위한 경험적인 실험을 수행한다.
2. 세포설
세포설에 따르면 세포는 생명체의 기본 단위이며, 모든 생명체는 하나 이상의 세포로 구성되며, 모든 세포는 세포 분열을 통해 기존의 세포로부터
생성된다고 설명한다. 다세포 생물에서 모든 세포는 궁극적으로 단일 세포인 수정란으로부터 유래한다. 세포는 또한 많은 병리학적 과정에서 기본
단위로 간주한다. 세포에서는 물질대사가 일어나며, 물질대사 중에 에너지 흡수 또는 에너지 방출이 일어난다. 세포는 세포 분열 동안 세포에서
세포로 전달되는 유전 정보(DNA)를 가지고 있다. 생명의 기원에 대한 연구는 최초 세포의 기원을 밝히기 위한 시도이다.
3. 유전학
유전자는 모든 생명체에서 유전의 기본 단위이다. 유전자는 유전의 단위이며, 특정 방식으로 생명체의 형태 또는 기능에 영향을 미치는 DNA상의
특정 영역이다. 세균에서 동물에 이르기까지 모든 생명체는 DNA를 복제하고, RNA로 전사하고, 단백질로 번역하는 동일한 메커니즘을 사용한다.
세포는 DNA의 정보를 RNA로 전사하고, 리보솜은 RNA로 전사된 정보를 단백질로 알려진 일련의 아미노산 서열로 번역한다. RNA 코돈으로부터
아미노산으로의 유전 암호는 대부분의 생명체에서 동일하다.
4. 진화
생물학에서 중심 개념은 생명은 진화를 통해 변화하고 발전하며, 알려진 모든 생명체는 공통적인 기원을 가지고 있다는 것이다. 진화학은 지구
상의 모든 생명체들이(현존하는 것과 멸종된 것 모두) 공통 조상 또는 공통 조상의 유전자풀로부터 유래했다는 것을 연구하는 학문이다. 모든
생명체들의 공통 조상은 약 35억년 전에 출현한 것으로 보인다. 생물학자들은 모든 세균, 고균, 진핵생물들이 공통적인 유전 암호를 사용하는 것을
모든 생물이 공통 조상으로부터 유래한 결정적인 증거로 간주한다. 진화가 일어나는 근본적인 원인은 생물 종이나 개체군 내에 대립하는
유전형질이 다양하게 존재하는 유전적 다양성 때문이다. 생물의 유전형질은 세대에서 세대로 이어지면서 유전적 부동, 자연선택과 같은 외부의
작용에 의해 변화하게 된다. 그 결과 생물 개체군은 환경 적응에 유리한 형질은 유전되고, 그렇지 않은 형질은 사라지는 변화를 겪게 된다. 이것이
진화의 과정이다. 현재는 진화의 과정을 직접 관찰하기도 함으로써, 진화는 관찰 가능한 자연현상의 하나로 집단유전학 등을 통해 연구되고 있다.
"진화(evolution)"라는 용어는 1809년에 장바티스트 라마르크가 과학 용어로 도입하였고, 50년 후인 1859년에 찰스 다윈은 자신의 저서
에서 자연선택에 의한 과학적 모델을 진화의 원동력으로 제시했다. 앨프리드 러셀 월리스도 진화에 대한 연구와 실험에
기여했기 때문에 다윈이 주장한 개념의 공동발견자로 인정받고 있다. 진화는 현재 지구상에서 발견되는 생명체의 변화를 설명하기 위해 사용되며,
현대에서 진화는 직접 관찰이 가능해지게 되면서 "관찰할 수 있는 현상"으로 인정받고 있다. 진화는 생명체의 자연사에 대한 이해와 현존하는 생명체의
구성에 대한 이해와 관련이 있다. 이러한 구성은 생명체가 어떠한 진화 과정을 거쳐왔는지를 알아야만 이해될 수 있다. 결론적으로 진화는 모든
생물학 분야의 중심을 차지하고 있다.
5. 항상성
항상성은 상호 연관된 조절 메커니즘에 의해 통제되는 여러 동적 평형 조절을 통해 안정된 상태를 유지하기 위한 생명체의 내부 환경을 조절하는
생명체(개방계의 일종)의 능력을 뜻한다. 모든 생명체는 단세포 생물이든 다세포 생물이든 항상성을 유지하려고 한다.
6. 에너지
살아있는 생명체의 생존은 에너지의 지속적인 투입에 달려있다. 생명체의 구조와 기능에 관련된 화학 반응은 음식물로 섭취된 물질로부터 에너지를
추출하고, 새로운 세포를 생성하고, 세포를 유지하는 것을 돕기 위해 사용된다. 이 과정에서 음식물을 구성하는 화학 물질의 분자는 두 가지 역할을 한다.
첫째, 음식물은 생명체에 유용한 새로운 분자 구조(생체분자)로 전환될 수 있다. 둘째, 생명체의 생물학적, 화학적 반응에서 변형되고 재사용될 수 있는
에너지를 포함하고 있다. 식물과 다른 광영양생물은 광합성으로 알려지는 과정을 통해 태양의 빛 에너지를 이용하여 원료 분자를 ATP와 같은 유기
분자로 전환한다. 태양으로부터 생산자에 의해 생태계로 유입된 에너지가 먹이 그물의 최종 소비자에게로 전달되는 에너지의 흐름을 영양 단계라 한다.
그러나 몇몇 생태계는 화학영양생물이 메테인, 황화물, 다른 태양 에너지 외의 에너지원으로부터 추출한 에너지에 전적으로 의존한다.
에너지를 생태계로 유입시키는 역할을 하는 생명체들은 생산자 또는 독립영양생물로 알려져 있다. 거의 모든 생명체는 태양으로부터 온 에너지를
근원으로 해서 살아간다.
7. 발생
발생은 동물의 정자와 난자가 수정된 후 배를 형성하고 생장하여 새로운 개체가 되는 과정이다. 발생의 과정은 초기 발생과 후기 발생으로 나뉘는데,
최초의 난할에서 배엽이 형성되는 때까지를 초기 발생이라 하고, 기관이 형성되는 때부터 새로운 개체가 되는 때까지를 후기 발생이라 한다.
1) 출생과 생장 – 기관과 형태의 형성이 완료되면 부화하거나 출산하여 새로운 개체가 된다. 어린 개체는 생장과정을 통해 성체가 되며, 곤충과 같은
생물은 생장과정에서 유충과 성충의 모습이 다른 변태를 하기도 한다.
2) 초기 발생 – 수정된 수정란은 난할 과정을 통해 포배기와 낭배기의 배아가 된다. 낭배기에 이르면 외배엽과 내배엽이 구분되어 세포 분화가 결정된다.
3) 후기 발생 – 외배엽이나 내배엽에서 중배엽이 분화된 후에 배아는 신경관, 소화강, 체절과 같이 특별한 기능을 갖는 기관을 형성하기 시작한다.
생명의 근본적인 과정에 대한 우리의 이해는 최근 수십 년 동안 이루어진 많은 발전에도 불구하고, 몇 가지 기본적인 문제들은 해결되지 못한 채로
남아있다. 생물학이 해결하지 못한 주요 문제 중 하나는 성의 주요 적응 기능, 특히 진핵생물에서 감수 분열 및 상동 재조합의 주요 과정이다.
한 가지 견해는 성은 주로 유전적 다양성을 증가시키는 적응으로 진화해 왔다는 것이다. 또 다른 견해는 성은 생식샘 DNA에서 정확한 DNA 복구를
촉진시키기 위한 적응이며, 증가한 유전적 다양성은 주로 장기적으로 유용한 부산물이 될 수 있다는 것이다. 생물학이 해결하지 못한 또 다른
기본적인 문제는 노화에 대한 생물학적 기초에 대한 문제이다. 노화에 관해 설명하는 다양한 경쟁 이론들이 존재한다.
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