Biologia
Biologia é o estudo científico da vida e dos organismos vivos. É uma ciência natural ampla que abrange uma vasta gama de campos e princípios unificadores que explicam a estrutura, função, crescimento, origem, evolução e distribuição da vida. No centro da biologia estão cinco temas fundamentais: a célula como unidade básica da vida, os genes e a hereditariedade como base da transmissão genética, a evolução como motor da diversidade biológica, a transformação de energia para sustentar os processos vitais e a manutenção da estabilidade interna (homeostase).
O termo biologia tem origem em duas palavras: bio, que sigifica "vida", e logos, que significa "estudo". Dessa forma, biologia pode ser entendida como o estudo da vida. A palavra deriva do grego βίος (bíos) 'vida', (da raiz proto-indo-européia *gwei-, viver) e λογία (logia) 'estudo de'. O composto aparece no título do Volume 3 de Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia, de Michael Christoph Hanow, publicado em 1766. O termo biologia em seu sentido moderno parece ter sido introduzido independentemente por Thomas Beddoes (em 1799), Karl Friedrich Burdach (em 1800), Gottfried Reinhold Treviranus (Biologie oder Philosophie der lebenden Natur, 1802) e Jean-Baptiste Lamarck (Hydrogéologie, 1802).
As raízes mais antigas da ciência, incluindo a medicina, podem ser rastreadas até o antigo Egito e Mesopotâmia, por volta de 3000 a 1200 a.C.. Suas contribuições moldaram a filosofia natural da Grécia Antiga. Filósofos da Grécia Antiga, como Aristóteles (384–322 a.C.), contribuíram extensivamente para o desenvolvimento do conhecimento biológico. Ele explorou a causalidade biológica e a diversidade da vida. Seu sucessor, Teofrasto, iniciou o estudo científico das plantas. Entre os estudiosos do mundo islâmico medieval que escreveram sobre biologia, incluem-se al-Jahiz (781–869), Al-Dīnawarī (828–896), que escreveu sobre botânica. A biologia começou a se desenvolver rapidamente com a drástica melhoria do microscópio por Anton van Leeuwenhoek. Foi então que os estudiosos descobriram os espermatozoides, as bactérias, os infusórios e a diversidade da vida microscópica. As investigações de Jan Swammerdam levaram a um novo interesse pela entomologia e ajudaram a desenvolver técnicas de dissecção e coloração microscópicas. Os avanços na microscopia tiveram um profundo impacto no pensamento biológico. No início do século XIX, os biólogos apontaram para a importância central da célula . Em 1838, Schleiden e Schwann começaram a promover as ideias agora universais de que (1) a unidade básica dos organismos é a célula e (2) que as células individuais possuem todas as características da vida, embora se opusessem à ideia de que (3) todas as células provêm da divisão de outras células, continuando a sustentar a geração espontânea. No entanto, Robert Remak e Rudolf Virchow conseguiram reificar o terceiro princípio e, na década de 1860, a maioria dos biólogos aceitava os três princípios, que se consolidaram na teoria celular.
Átomos e moléculas
Todos os organismos são constituídos por elementos químicos; o oxigênio, o carbono, o hidrogênio e o azoto constituem a maior parte (96%) da massa de todos os organismos, sendo o cálcio, o fósforo, o enxofre, o sódio, o cloro e o magnésio essencialmente o restante. Diferentes elementos podem combinar-se para formar compostos como a água, que é fundamental para a vida.
Água
A vida surgiu do primeiro oceano da Terra, que se formou há cerca de 3,8 bilhões de anos. Desde então, a água continua sendo a molécula mais abundante em todos os organismos. A água é importante para a vida porque é um solvente eficaz, capaz de dissolver solutos como íons de sódio e cloreto ou outras moléculas pequenas para formar uma solução aquosa. Uma vez dissolvidos em água, esses solutos têm maior probabilidade de entrar em contato uns com os outros e, portanto, participar de reações químicas que sustentam a vida. Em termos de sua estrutura molecular, a água é uma pequena molécula polar com uma forma angular formada pelas ligações covalentes polares de dois átomos de hidrogênio (H) a um átomo de oxigênio (O) (H 2 O). Como as ligações O–H são polares, o átomo de oxigênio tem uma leve carga negativa e os dois átomos de hidrogênio têm uma leve carga positiva. Essa propriedade polar da água permite que ela atraia outras moléculas de água por meio de ligações de hidrogênio, o que torna a água coesa. A tensão superficial resulta da força coesiva devido à atração entre as moléculas na superfície do líquido. A água também é adesiva, pois é capaz de aderir à superfície de quaisquer moléculas polares ou carregadas que não sejam de água. A água é mais densa no estado líquido do que no estado sólido (gelo). Essa propriedade única da água permite que o gelo flutue sobre a água líquida, como em lagoas, lagos e oceanos, isolando assim o líquido abaixo do ar frio acima. A água tem a capacidade de absorver energia, o que lhe confere uma capacidade térmica específica maior do que outros solventes, como o etanol. Assim, uma grande quantidade de energia é necessária para quebrar as ligações de hidrogênio entre as moléculas de água para converter a água líquida em vapor de água. Como molécula, a água não é completamente estável, pois cada molécula se dissocia continuamente em íons de hidrogênio e hidroxila antes de se reformar novamente em uma molécula de água.
Compostos orgânicos
Compostos orgânicos são moléculas que contêm carbono ligado a outro elemento, como o hidrogênio. Com exceção da água, quase todas as moléculas que compõem cada organismo contêm carbono, que pode formar ligações covalentes com até quatro outros átomos, permitindo a formação de moléculas diversas, grandes e complexas. A forma mais simples de uma molécula orgânica é o hidrocarboneto, que é uma grande família de compostos orgânicos compostos por átomos de hidrogênio ligados a uma cadeia de átomos de carbono. Uma estrutura de hidrocarboneto pode ser substituída por outros elementos, como oxigênio (O), hidrogênio (H), fósforo (P) e enxofre (S), que podem alterar o comportamento químico desse composto. Grupos de átomos que contêm esses elementos (O-, H-, P- e S-) e estão ligados a um átomo de carbono central ou esqueleto são chamados de grupos funcionais. Existem seis grupos funcionais proeminentes que podem ser encontrados nos organismos: amina, ácido carboxílico, carbonila, hidroxila, fosfato e tiol.
Macromoléculas
Macromoléculas são moléculas grandes compostas por subunidades menores ou monômeros, que incluem açúcares, aminoácidos e nucleotídeos. Os carboidratos incluem monômeros e polímeros de açúcares. Os lipídios são a única classe de macromoléculas que não são compostas por polímeros. Eles incluem esteroides, fosfolipídios e gorduras, substâncias em grande parte apolares e hidrofóbicas (repelentes à água). As proteínas são as macromoléculas mais diversas. Elas incluem enzimas, proteínas de transporte, grandes moléculas de sinalização, anticorpos e proteínas estruturais. A unidade básica (ou monômero) de uma proteína é um aminoácido. Vinte aminoácidos são usados em proteínas. Os ácidos nucleicos são polímeros de nucleotídeos. Sua função é armazenar, transmitir e expressar informações hereditárias.
A teoria celular afirma que as células são as unidades fundamentais da vida, que todos os seres vivos são compostos por uma ou mais células e que todas as células surgem de células preexistentes por meio da divisão celular. A maioria das células é muito pequena, com diâmetros que variam de 1 a 100 micrômetros e, portanto, só são visíveis sob um microscópio óptico ou eletrônico. A meiose é uma característica central da reprodução sexuada em eucariotos, e a função mais fundamental da meiose parece ser a conservação da integridade do genoma que é transmitido à prole pelos pais. Dois aspectos da reprodução sexuada, a recombinação meiótica e o cruzamento, são provavelmente mantidos respectivamente pelas vantagens adaptativas do reparo recombinacional de danos ao DNA genômico e da complementação genética que mascara a expressão de mutações recessivas deletérias. O efeito benéfico da complementação genética, derivado do cruzamento (fecundação cruzada), também é conhecido como vigor híbrido ou heterose. Charles Darwin, em seu livro de 1878 , Os Efeitos da Fecundação Cruzada e da Autofecundação no Reino Vegetal no início do capítulo XII, observou: "A primeira e mais importante das conclusões que podem ser tiradas das observações apresentadas neste volume é que, geralmente, a fecundação cruzada é benéfica e a autofecundação, muitas vezes, prejudicial, pelo menos nas plantas com as quais experimentei." A variação genética, frequentemente produzida como um subproduto da reprodução sexuada, pode proporcionar vantagens a longo prazo às linhagens sexuais que praticam o cruzamento.
Estrutura celular
Cada célula é envolvida por uma membrana celular que separa seu citoplasma do espaço extracelular. Uma membrana celular consiste em uma bicamada lipídica, incluindo colesterol que se encontra entre fosfolipídios para manter sua fluidez em diversas temperaturas. As membranas celulares são semipermeáveis, permitindo a passagem de pequenas moléculas, como oxigênio, dióxido de carbono e água, enquanto restringem o movimento de moléculas maiores e partículas carregadas, como íons. As membranas celulares também contêm proteínas de membrana, incluindo proteínas integrais de membrana que atravessam a membrana atuando como transportadoras de membrana, e proteínas periféricas que se ligam frouxamente à face externa da membrana celular, atuando como enzimas que moldam a célula.
Metabolismo
Todas as células necessitam de energia para manter os processos celulares. O metabolismo é o conjunto de reações químicas que ocorrem em um organismo, cujos três principais objetivos são: a conversão de alimentos em energia para os processos celulares; a conversão de alimentos/combustíveis em monômeros, seus componentes básicos; e a eliminação de resíduos metabólicos. Essas reações catalisadas por enzimas permitem que os organismos cresçam e se reproduzam, mantenham suas estruturas e respondam ao ambiente. As reações metabólicas podem ser classificadas como catabólicas — a quebra de compostos (por exemplo, a quebra da glicose em piruvato pela respiração celular); ou anabólicas — a síntese de compostos (como proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucleicos). Geralmente, o catabolismo libera energia, enquanto o anabolismo consome energia. As reações químicas do metabolismo são organizadas em vias metabólicas, nas quais uma substância química é transformada em outra por meio de uma série de etapas, cada etapa sendo facilitada por uma enzima específica. As enzimas são cruciais para o metabolismo porque permitem que os organismos realizem reações desejáveis que requerem energia e que não ocorreriam espontaneamente, acoplando — as a reações espontâneas que liberam energia. As enzimas atuam como catalisadores — permitindo que uma reação ocorra mais rapidamente sem serem consumidas por ela — reduzindo a quantidade de energia de ativação necessária para converter reagentes em produtos. As enzimas também permitem a regulação da velocidade de uma reação metabólica, por exemplo, em resposta a mudanças no ambiente celular ou a sinais provenientes de outras células.
Respiração celular
A respiração celular é um conjunto de reações e processos metabólicos que ocorrem nas células para converter a energia química dos nutrientes em adenosina trifosfato (ATP) e, em seguida, liberar produtos residuais. O açúcar na forma de glicose é o principal nutriente utilizado pelas células animais e vegetais na respiração. A respiração celular que envolve oxigênio é chamada de respiração aeróbica, que possui quatro etapas: glicólise, ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs), cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa. A glicólise é um processo metabólico que ocorre no citoplasma, no qual a glicose é convertida em dois piruvatos, com a produção líquida de duas moléculas de ATP simultaneamente. Cada piruvato é então oxidado em acetil-CoA pelo complexo piruvato desidrogenase, que também gera NADH e dióxido de carbono. O acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico, que ocorre dentro da matriz mitocondrial. No final do ciclo, o rendimento total de 1 glicose (ou 2 piruvatos) é de 6 NADH, 2 FADH2 e 2 moléculas de ATP. Finalmente, a próxima etapa é a fosforilação oxidativa, que nos eucariotos ocorre nas cristas mitocondriais. A fosforilação oxidativa compreende a cadeia de transporte de elétrons, que é uma série de quatro complexos proteicos que transferem elétrons de um complexo para outro, liberando assim energia do NADH e do FADH2 que é acoplada ao bombeamento de prótons (íons de hidrogênio) através da membrana mitocondrial interna (quimiosmose), o que gera uma força motriz de prótons.
Fotossíntese
A fotossíntese é um processo utilizado por plantas e outros organismos para converter energia luminosa em energia química, que pode ser posteriormente liberada para alimentar as atividades metabólicas do organismo por meio da respiração celular. Essa energia química é armazenada em moléculas de carboidratos, como açúcares, que são sintetizadas a partir de dióxido de carbono e água. Na maioria dos casos, o oxigênio é liberado como um produto residual. A maioria das plantas, algas e cianobactérias realiza a fotossíntese, que é em grande parte responsável pela produção e manutenção do teor de oxigênio da atmosfera terrestre e fornece a maior parte da energia necessária para a vida na Terra.
Sinalização celular
A sinalização celular (ou comunicação) é a capacidade das células de receber, processar e transmitir sinais com o ambiente e entre si. Os sinais podem ser não químicos, como luz, impulsos elétricos e calor, ou sinais químicos (ou ligantes) que interagem com receptores, os quais podem estar inseridos na membrana celular de outra célula ou localizados no interior de uma célula. Existem geralmente quatro tipos de sinais químicos: autócrinos, parácrinos, justácrinos e hormonais.
Ciclo celular
O ciclo celular é uma série de eventos que ocorrem em uma célula e que a levam a se dividir em duas células-filhas. Esses eventos incluem a duplicação do seu DNA e de algumas de suas organelas e a subsequente partição do seu citoplasma em duas células-filhas, em um processo chamado divisão celular. Em eucariotos (isto é, células animais, vegetais, fúngicas e protistas), existem dois tipos distintos de divisão celular: mitose e meiose. A mitose faz parte do ciclo celular, na qual os cromossomos replicados são separados em dois novos núcleos. A divisão celular dá origem a células geneticamente idênticas, nas quais o número total de cromossomos é mantido. Em geral, a mitose (divisão do núcleo) é precedida pela fase S da interfase (durante a qual o DNA é replicado) e é frequentemente seguida pela telófase e citocinese; que divide o citoplasma, as organelas e a membrana celular de uma célula em duas novas células contendo porções aproximadamente iguais desses componentes celulares. As diferentes fases da mitose, em conjunto, definem a fase mitótica do ciclo celular animal — a divisão da célula-mãe em duas células-filhas geneticamente idênticas. O ciclo celular é um processo vital pelo qual um óvulo fertilizado unicelular se desenvolve em um organismo maduro, bem como o processo pelo qual cabelo, pele, células sanguíneas e alguns órgãos internos são renovados. Após a divisão celular, cada uma das células-filhas inicia a interfase de um novo ciclo. Em contraste com a mitose, a meiose resulta em quatro células-filhas haploides por meio de uma rodada de replicação do DNA seguida por duas divisões.
Herança
A genética é o estudo científico da hereditariedade. A hereditariedade mendeliana, especificamente, é o processo pelo qual os genes e as características são transmitidos dos pais para os filhos. Ela possui vários princípios. O primeiro é que as características genéticas, os alelos, são discretas e possuem formas alternativas (por exemplo, roxo versus branco ou alto versus anão), cada uma herdada de um dos dois pais. Baseia-se na lei da dominância e uniformidade, que afirma que alguns alelos são dominantes enquanto outros são recessivos; um organismo com pelo menos um alelo dominante exibirá o fenótipo desse alelo dominante. Durante a formação dos gametas, os alelos para cada gene segregam-se, de modo que cada gameta carrega apenas um alelo para cada gene. Indivíduos heterozigotos produzem gametas com frequência igual de dois alelos. Finalmente, a lei da segregação independente afirma que os genes de diferentes características podem segregar-se independentemente durante a formação dos gametas, ou seja, os genes não estão ligados. Uma exceção a esta regra incluiria características ligadas ao sexo. Cruzamentos-teste podem ser realizados para determinar experimentalmente o genótipo subjacente de um organismo com fenótipo dominante. Um quadro de Punnett pode ser usado para prever os resultados de um cruzamento-teste. A teoria cromossômica da hereditariedade, que afirma que os genes são encontrados nos cromossomos, foi apoiada pelos experimentos de Thomas Morgan com moscas-das-frutas, que estabeleceram a ligação sexual entre a cor dos olhos e o sexo nesses insetos.
Genes e DNA
Um gene é uma unidade de hereditariedade que corresponde a uma região do ácido desoxirribonucleico (DNA) que carrega informações genéticas que controlam a forma ou a função de um organismo. O DNA é composto por duas cadeias polinucleotídicas que se enrolam uma na outra para formar uma dupla hélice. Ele é encontrado como cromossomos lineares em eucariotos e cromossomos circulares em procariotos. O conjunto de cromossomos em uma célula é conhecido coletivamente como seu genoma . Em eucariotos, o DNA está principalmente no núcleo da célula. Em procariotos, o DNA está contido no nucleoide. A informação genética está contida nos genes, e o conjunto completo em um organismo é chamado de genótipo. A replicação do DNA é um processo semiconservativo no qual cada fita serve como molde para uma nova fita de DNA Mutações são alterações hereditárias no DNA. Elas podem surgir espontaneamente como resultado de erros de replicação que não foram corrigidos pela revisão ou podem ser induzidas por um mutagénico ambiental, como um produto químico (por exemplo, ácido nitroso, benzopireno) ou radiação (por exemplo, raios X, raios gama, radiação ultravioleta, partículas emitidas por isótopos instáveis). As mutações podem levar a efeitos fenotípicos, como perda de função, ganho de função e mutações condicionais. Algumas mutações são benéficas, pois são uma fonte de variação genética para a evolução. Outras são prejudiciais se resultarem na perda de função de genes necessários para a sobrevivência.
Expressão gênica
A expressão gênica é o processo molecular pelo qual um genótipo codificado no DNA dá origem a um fenótipo observável nas proteínas do corpo de um organismo. Esse processo é resumido pelo dogma central da biologia molecular, formulado por Francis Crick em 1958. De acordo com o Dogma Central, a informação genética flui do DNA para o RNA e, em seguida, para a proteína. Existem dois processos de expressão gênica: transcrição (DNA para RNA) e tradução (RNA para proteína).
Regulação gênica
A regulação da expressão gênica por fatores ambientais e durante diferentes estágios de desenvolvimento pode ocorrer em cada etapa do processo, como transcrição, splicing de RNA, tradução e modificação pós-traducional de uma proteína. A expressão gênica pode ser influenciada por regulação positiva ou negativa, dependendo de qual dos dois tipos de proteínas reguladoras, chamadas fatores de transcrição, se liga à sequência de DNA próxima ou no promotor. Um conjunto de genes que compartilham o mesmo promotor é chamado de operon, encontrado principalmente em procariontes e alguns eucariontes inferiores (por exemplo, Caenorhabditis elegans). Na regulação positiva da expressão gênica, o ativador é o fator de transcrição que estimula a transcrição quando se liga à sequência próxima ou no promotor. A regulação negativa ocorre quando outro fator de transcrição, chamado repressor, se liga a uma sequência de DNA chamada operador, que faz parte de um operon, para impedir a transcrição. Os repressores podem ser inibidos por compostos chamados indutores (por exemplo, alolactose), permitindo assim que a transcrição ocorra. Genes específicos que podem ser ativados por indutores são chamados de genes induzíveis, em contraste com os genes constitutivos que estão quase constantemente ativos. Em contraste com ambos, os genes estruturais codificam proteínas que não estão envolvidas na regulação gênica. Além dos eventos regulatórios que envolvem o promotor, a expressão gênica também pode ser regulada por alterações epigenéticas na cromatina, que é um complexo de DNA e proteína encontrado em células eucarióticas.
Genes, desenvolvimento e evolução
O desenvolvimento é o processo pelo qual um organismo multicelular (planta ou animal) passa por uma série de mudanças, começando a partir de uma única célula e assumindo várias formas características de seu ciclo de vida. Existem quatro processos-chave que fundamentam o desenvolvimento: determinação, diferenciação, morfogênese e crescimento. A determinação estabelece o destino de desenvolvimento de uma célula, que se torna mais restritivo durante o desenvolvimento. A diferenciação é o processo pelo qual células especializadas surgem a partir de células menos especializadas, como as células-tronco. As células-tronco são células indiferenciadas ou parcialmente diferenciadas que podem se diferenciar em vários tipos de células e proliferar indefinidamente para produzir mais células-tronco do mesmo tipo. A diferenciação celular altera drasticamente o tamanho, a forma, o potencial de membrana, a atividade metabólica e a responsividade a sinais de uma célula, o que se deve em grande parte a modificações altamente controladas na expressão gênica e na epigenética. Com algumas exceções, a diferenciação celular quase nunca envolve uma mudança na própria sequência de DNA. Assim, células diferentes podem ter características físicas muito diferentes, apesar de possuírem o mesmo genoma. A morfogênese, ou o desenvolvimento da forma corporal, é o resultado de diferenças espaciais na expressão gênica. Uma pequena fração dos genes no genoma de um organismo, chamada de conjunto de ferramentas genéticas do desenvolvimento, controla o desenvolvimento desse organismo. Esses genes do conjunto de ferramentas são altamente conservados entre os filos, o que significa que são antigos e muito semelhantes em grupos de animais amplamente separados. Diferenças na utilização dos genes do conjunto de ferramentas afetam o plano corporal e o número, a identidade e o padrão das partes do corpo. Entre os genes do conjunto de ferramentas mais importantes estão os genes Hox, que determinam onde partes repetidas, como as muitas vértebras das serpentes, crescerão em um embrião ou larva em desenvolvimento.
Processos evolutivos
A evolução é um conceito organizador central na biologia. É a mudança nas características hereditárias das populações ao longo de gerações sucessivas. Na seleção artificial, os animais foram criados seletivamente para características específicas. Dado que as características são herdadas, as populações contêm uma mistura variada de características e a reprodução é capaz de aumentar qualquer população, Darwin argumentou que, no mundo natural, era a natureza que desempenhava o papel dos humanos na seleção de características específicas. Darwin inferiu que os indivíduos que possuíam características hereditárias mais bem adaptadas aos seus ambientes tinham maior probabilidade de sobreviver e produzir mais descendentes do que outros indivíduos. Ele inferiu ainda que isso levaria ao acúmulo de características favoráveis ao longo de gerações sucessivas, aumentando assim a correspondência entre os organismos e seu ambiente.
Especiação
Uma espécie é um grupo de organismos que se acasalam entre si e a especiação é o processo pelo qual uma linhagem se divide em duas linhagens como resultado de terem evoluído independentemente uma da outra. Para que a especiação ocorra, deve haver isolamento reprodutivo. O isolamento reprodutivo pode resultar de incompatibilidades entre genes, conforme descrito pelo modelo de Bateson-Dobzhansky-Muller. O isolamento reprodutivo também tende a aumentar com a divergência genética. A especiação pode ocorrer quando existem barreiras físicas que dividem uma espécie ancestral, um processo conhecido como especiação alopátrica.
Filogenia
Uma filogenia é a história evolutiva de um grupo específico de organismos ou seus genes. Ela pode ser representada por meio de uma árvore filogenética, um diagrama que mostra as linhas de descendência entre os organismos ou seus genes. Cada linha desenhada no eixo do tempo de uma árvore representa uma linhagem de descendentes de uma determinada espécie ou população. Quando uma linhagem se divide em duas, isso é representado como uma bifurcação ou divisão na árvore filogenética. As árvores filogenéticas são a base para comparar e agrupar diferentes espécies. Espécies diferentes que compartilham uma característica herdada de um ancestral comum são descritas como tendo características homólogas (ou sinapomorfia). A filogenia fornece a base da classificação biológica. Este sistema de classificação é baseado em hierarquia, sendo a hierarquia mais alta o domínio, seguido por reino, filo, classe, ordem, família, gênero e espécie. Todos os organismos podem ser classificados como pertencentes a um dos três domínios: Archaea (originalmente Archaebacteria), Bacteria (originalmente Eubacteria) ou Eukarya (inclui os reinos dos fungos, das plantas e dos animais).
História da vida
A história da vida na Terra traça como os organismos evoluíram desde o surgimento da vida até os dias atuais. A Terra formou-se há cerca de 4,5 bilhões de anos e toda a vida na Terra, tanto viva quanto extinta, descende de um último ancestral comum universal que viveu há cerca de 3,5 bilhões de anos. Os geólogos desenvolveram uma escala de tempo geológico que divide a história da Terra em grandes divisões, começando com quatro éons (Hadeano, Arqueano, Proterozoico e Fanerozoico), os três primeiros dos quais são conhecidos coletivamente como Pré-Cambriano, que durou aproximadamente 4 bilhões de anos. Cada éon pode ser dividido em eras, sendo o éon Fanerozoico, que começou há 539 milhões de anos subdividido nas eras Paleozoica, Mesozoica e Cenozoica. Estas três eras juntas compreendem onze períodos (Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonífero, Permiano, Triássico, Jurássico, Cretáceo, Terciário e Quaternário).
Bactérias e arqueas
As bactérias são um tipo de célula que constitui um grande domínio de microrganismos procarióticos . Tipicamente com alguns micrômetros de comprimento, as bactérias apresentam diversas formas, variando de esferas a bastonetes e espirais . As bactérias estiveram entre as primeiras formas de vida a surgir na Terra e estão presentes na maioria de seus habitats . Elas habitam o solo, a água, fontes termais ácidas, resíduos radioativos e a biosfera profunda da crosta terrestre . As bactérias também vivem em relações simbióticas e parasitárias com plantas e animais. A maioria das bactérias ainda não foi caracterizada e apenas cerca de 27% dos filos bacterianos possuem espécies que podem ser cultivadas em laboratório.
Eucariotos
Acredita-se que os eucariotos se separaram das arqueas, o que foi seguido por suas endossimbioses com bactérias (ou simbiogênese ) que deram origem às mitocôndrias e aos cloroplastos, ambos agora parte das células eucarióticas modernas. As principais linhagens de eucariotos se diversificaram no Pré-Cambriano, há cerca de 1,5 bilhão de anos, e podem ser classificadas em oito clados principais: alveolados, excavados, estramenópilos, plantas, rizários, amebozoários, fungos e animais. Cinco desses clados são conhecidos coletivamente como protistas, que são organismos eucarióticos em sua maioria microscópicos que não são plantas, fungos ou animais. Embora seja provável que os protistas compartilhem um ancestral comum (o último ancestral comum eucariótico ), os protistas por si só não constituem um clado separado, pois alguns protistas podem ser mais intimamente relacionados a plantas, fungos ou animais do que a outros protistas. Assim como agrupamentos como algas, invertebrados ou protozoários, o agrupamento protista não é um grupo taxonômico formal, mas é usado por conveniência. A maioria dos protistas é unicelular; estes são chamados de eucariotos microbianos.
Vírus
Os vírus são agentes infecciosos submicroscópicos que se replicam dentro das células dos organismos. Os vírus infectam todos os tipos de formas de vida, desde animais e plantas até microrganismos, incluindo bactérias e arqueas. Mais de 6 mil espécies de vírus foram descritas em detalhes. Os vírus são encontrados em quase todos os ecossistemas da Terra e são o tipo mais numeroso de entidade biológica. As origens dos vírus na história evolutiva da vida não são claras: alguns podem ter evoluído a partir de plasmídeos — fragmentos de DNA que podem se mover entre as células — enquanto outros podem ter evoluído a partir de bactérias. Na evolução, os vírus são um importante meio de transferência horizontal de genes, o que aumenta a diversidade genética de uma forma análoga à reprodução sexuada. Como os vírus possuem algumas, mas não todas as características da vida, eles têm sido descritos como "organismos à beira da vida" e como autorreplicadores.
Ecologia é o estudo da distribuição e abundância da vida, da interação entre os organismos e seu ambiente.
Ecossistemas
A comunidade de organismos vivos (bióticos) em conjunto com os componentes não vivos (abióticos) (por exemplo, água, luz, radiação, temperatura, umidade, atmosfera, acidez e solo) do seu ambiente é chamada de ecossistema. Esses componentes bióticos e abióticos estão interligados por meio de ciclos de nutrientes e fluxos de energia. A energia solar entra no sistema por meio da fotossíntese e é incorporada ao tecido vegetal. Ao se alimentarem de plantas e uns dos outros, os animais movimentam matéria e energia pelo sistema. Eles também influenciam a quantidade de biomassa vegetal e microbiana presente. Ao decompor a matéria orgânica morta, os decompositores liberam carbono de volta para a atmosfera e facilitam a ciclagem de nutrientes, convertendo os nutrientes armazenados na biomassa morta de volta para uma forma que pode ser prontamente utilizada por plantas e outros microrganismos.
Populações
Uma população é o grupo de organismos da mesma espécie que ocupa uma área e se reproduz de geração em geração. O tamanho da população pode ser estimado multiplicando-se a densidade populacional pela área ou volume. A capacidade de suporte de um ambiente é o tamanho máximo da população de uma espécie que pode ser sustentada por esse ambiente específico, considerando os recursos alimentares, o habitat, a água e outros recursos disponíveis. A capacidade de suporte de uma população pode ser afetada por mudanças nas condições ambientais, como alterações na disponibilidade de recursos e no custo de sua manutenção. Em populações humanas, novas tecnologias, como a Revolução Verde, ajudaram a aumentar a capacidade de suporte da Terra para os humanos ao longo do tempo, o que frustrou as tentativas de previsão de um declínio populacional iminente, a mais famosa das quais foi feita por Thomas Malthus no século XVIII.
Comunidades
Uma comunidade é um grupo de populações de espécies que ocupam a mesma área geográfica ao mesmo tempo. Uma interação biológica é o efeito que um par de organismos que vivem juntos em uma comunidade exerce um sobre o outro. Eles podem ser da mesma espécie (interações intraespecíficas) ou de espécies diferentes (interações interespecíficas). Esses efeitos podem ser de curto prazo, como polinização e predação, ou de longo prazo; ambos frequentemente influenciam fortemente a evolução das espécies envolvidas. Uma interação de longo prazo é chamada de simbiose . As simbioses variam do mutualismo, benéfico para ambos os parceiros, à competição, prejudicial para ambos os parceiros. Cada espécie participa como consumidor, recurso ou ambos nas interações consumidor-recurso, que formam o núcleo das cadeias alimentares ou teias alimentares. Existem diferentes níveis tróficos em qualquer teia alimentar, sendo o nível mais baixo o dos produtores primários (ou autótrofos), como plantas e algas, que convertem energia e matéria inorgânica em compostos orgânicos, que podem então ser utilizados pelo resto da comunidade. No nível seguinte estão os heterótrofos, que são as espécies que obtêm energia decompondo compostos orgânicos de outros organismos. Os heterótrofos que consomem plantas são consumidores primários (ou herbívoros), enquanto os heterótrofos que consomem herbívoros são consumidores secundários (ou carnívoros). E aqueles que se alimentam de consumidores secundários são consumidores terciários e assim por diante. Os heterótrofos onívoros são capazes de consumir em múltiplos níveis. Finalmente, existem os decompositores que se alimentam dos resíduos ou corpos mortos de organismos. Em média, a quantidade total de energia incorporada na biomassa de um nível trófico por unidade de tempo é cerca de um décimo da energia do nível trófico que ele consome. Resíduos e matéria morta utilizados pelos decompositores, bem como o calor perdido pelo metabolismo, constituem os outros noventa por cento da energia que não é consumida pelo próximo nível trófico.
Biosfera
No ecossistema global ou biosfera, a matéria existe em diferentes compartimentos que interagem entre si, podendo ser bióticos ou abióticos, bem como acessíveis ou inacessíveis, dependendo de suas formas e localizações.
Conservação
A biologia da conservação é o estudo da conservação da biodiversidade da Terra com o objetivo de proteger as espécies, seus habitats e ecossistemas de taxas excessivas de extinção e da erosão das interações bióticas. Ela se preocupa com os fatores que influenciam a manutenção, a perda e a restauração da biodiversidade e com a ciência de sustentar os processos evolutivos que geram diversidade genética, populacional, de espécies e de ecossistemas. A preocupação surge de estimativas que sugerem que até 50% de todas as espécies do planeta desaparecerão nos próximos 50 anos, o que tem contribuído para a pobreza, a fome e redefinirá o curso da evolução neste planeta. A biodiversidade afeta o funcionamento dos ecossistemas, que fornecem uma variedade de serviços dos quais as pessoas dependem. Biólogos da conservação pesquisam e educam sobre as tendências de perda de biodiversidade, extinções de espécies e o efeito negativo que estas têm sobre a nossa capacidade de sustentar o bem-estar da sociedade humana. Organizações e cidadãos estão a responder à atual crise da biodiversidade através de planos de ação para a conservação que orientam programas de investigação, monitorização e educação que abordam preocupações a nível local e global.
