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생물학

Biology
생물학은 생명의 과학입니다.그것은 생체 분자와 세포에서부터 유기체와 개체군에 이르기까지 다양한 수준에 걸쳐 있습니다.

생물학생명에 대한 과학적 연구입니다.[1][2][3]그것은 광범위한 범위를 가진 자연과학이지만 그것을 하나의 일관성 있는 분야로 묶는 몇 가지 통합 주제를 가지고 있습니다.[1][2][3]예를 들어, 모든 유기체유전자로 암호화된 유전 정보를 처리하는 세포로 구성되어 있으며, 이것은 후대에 전달될 수 있습니다.또 다른 주요 주제는 생명의 통일성과 다양성을 설명하는 진화입니다.[1][2][3]에너지 처리는 유기체가 움직이고, 성장하고, 번식할 수 있도록 해주기 때문에 생명체에게도 중요합니다.[1][2][3]마지막으로, 모든 유기체는 자신의 내부 환경을 조절할 수 있습니다.[1][2][3][4][5]

생물학자들은 세포의 분자생물학에서부터 식물동물해부학생리학, 그리고 개체군의 진화에 이르기까지 [1]다양한 수준의 조직에서 생명을 연구할 수 있습니다.[1][6]따라서 생물학 내에는 여러 하위 분야가 있으며, 각각은 연구 질문의 성격과 사용하는 도구에 의해 정의됩니다.[7][8][9]다른 과학자들처럼, 생물학자들은 관찰을 하고, 질문을 던지고, 가설을 세우고, 실험을 하고, 그들 주변의 세계에 대한 결론을 내리기 위해 과학적인 방법을 사용합니다.[1]

37억 년 전에 출현한 지구상의 생명체는 매우 다양합니다.[10]생물학자들은 고균이나 박테리아와 같은 원핵생물에서부터 원생생물, 곰팡이, 식물, 동물과 같은 진핵생물에 이르기까지 다양한 형태의 생명체를 연구하고 분류하려고 노력해왔습니다.이 다양한 유기체들은 생태계의 생물 다양성에 기여하는데, 그곳에서 그들은 생물 물리적 환경을 통해 영양분에너지의 순환에 특화된 역할을 합니다.

역사

A drawing of a fly from facing up, with wing detail
Robert Hook의 혁신적인 Micrographia의 파리 도감, 1665

의학을 포함한 과학의 가장 초기의 뿌리는 기원전 3000년에서 1200년경에 고대 이집트와 메소포타미아로 거슬러 올라갈 수 있습니다.[11][12]그들의 기여는 고대 그리스 자연 철학을 형성했습니다.[11][12][13][14]아리스토텔레스 (384–322 BCE)와 같은 고대 그리스 철학자들은 생물학적 지식의 발전에 광범위하게 기여했습니다.그는 생물학적인 원인과 생명의 다양성을 탐구했습니다.그의 후계자 테오프라스토스는 식물에 대한 과학적 연구를 시작했습니다.[15]생물학에 관해 쓴 중세 이슬람 세계의 학자들은 알 자히즈 (781–869), 식물학에 관해 쓴 알 드 ī나와르 ī (828–896), 해부학생리학에 관해 쓴 라제 (865–925)를 포함합니다.의학은 그리스 철학자 전통에서 일하는 이슬람 학자들에 의해 특히 잘 연구되었고, 반면 자연사는 아리스토텔레스적 사상에 크게 의존했습니다.

생물학은 안톤 리우웬후크현미경의 극적인 개선으로 빠르게 발전하기 시작했습니다.학자들이 정자, 박테리아, 인퓨소리아 그리고 미세한 생명의 다양성을 발견한 것은 바로 그때였습니다.Jan Swimmerdam의 연구는 곤충학에 대한 새로운 관심으로 이어졌고 미세한 해부염색의 기술을 개발하는 데 도움을 주었습니다.[17]현미경법의 발전은 생물학적 사고에 지대한 영향을 미쳤습니다.19세기 초, 생물학자들은 세포의 중심적인 중요성을 지적했습니다.1838년 슐라이덴슈반은 (1) 유기체의 기본 단위는 세포이고 (2) 개별 세포는 생명의 모든 특성을 가지고 있다는 보편적인 생각을 장려하기 시작했습니다. 비록 그들은 (3) 모든 세포가 다른 세포의 분열에서 나온다는 생각에 반대했지만, 자발적인 생성을 계속 지원하기 시작했습니다.그러나 Robert RemakRudolf Virchow는 세번째 신조를 다시 만들 수 있었고, 1860년대까지 대부분의 생물학자들은 세포 이론으로 통합된 세가지 신조를 모두 받아들였습니다.[18][19]

한편, 분류학과 분류학은 자연사학자들의 관심의 대상이 되었습니다.칼 린네는 1735년에 자연계에 대한 기본적인 분류법을 발표했고, 1750년대에 그의 모든 종들에 대한 학명을 소개했습니다.[20]조르주-루이 르클레르(Georges-Louis Leclerc), 콩트 드 부폰(Comte de Buffon)은 종을 인위적인 범주로, 생물 형태를 가단성으로 취급하여, 심지어 공통 혈통의 가능성을 시사했습니다.[21]

1842년에 찰스 다윈은 의 기원에 관한 그의 첫 스케치를 썼습니다.[22]

진지한 진화론적 사고는 일관된 진화론을 제시한 장 밥티스트 라마르크의 작품에서 비롯되었습니다.[23]영국의 박물학자 찰스 다윈훔볼트의 생물지리학적 접근법, 라이엘의 획일주의적 지질학, 맬서스의 인구증가에 관한 저술, 그리고 그 자신의 형태학적 전문지식과 광범위한 자연관찰을 결합하여,자연선택에 기초한 더 성공적인 진화이론을 만들었습니다; 비슷한 추론과 증거는 Alfred Russel Wallace가 독립적으로 같은 결론에 도달하도록 이끌었습니다.[24][25]

현대 유전학의 기초는 1865년 그레고르 멘델의 연구로 시작되었습니다.[26]이것은 생물학적 유전의 원리를 개괄했습니다.[27]하지만, 그의 업적의 중요성은 현대의 종합이 다윈의 진화와 고전 유전학을 조화시키면서 진화가 통일된 이론이 된 20세기 초까지 실현되지 못했습니다.[28]1940년대와 1950년대 초 알프레드 허시마사 체이스일련의 실험DNA유전자로 알려지게 된 형질 전달 단위를 보유하고 있는 염색체의 구성 요소로 지적했습니다.1953년 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Francis Crick)이 DNA의 이중 나선 구조를 발견하면서 바이러스와 박테리아 등 새로운 종류의 모델 생물에 대한 관심이 분자유전학의 시대로 전환되었습니다.1950년대 이후로 생물학은 분자 영역에서 엄청나게 확장되었습니다.유전자 코드는 하 고빈드 코라나, 로버트 W에 의해 해독되었습니다. DNA가 코돈을 포함하는 것으로 밝혀진 후 홀리와 마샬 워렌 니렌버그.인간 게놈 프로젝트는 1990년에 인간 게놈 지도를 만들기 위해 시작되었습니다.[29]

화학적 기초

원자와 분자

모든 생물체는 화학 원소로 이루어져 있으며,[30] 산소, 탄소, 수소, 질소가 전체 생물체 질량의 대부분(96%)을 차지하고 있으며, 칼슘, , , 나트륨, 염소, 마그네슘이 기본적으로 모든 나머지를 구성하고 있습니다.서로 다른 원소들이 결합하여 물과 같은 화합물을 형성할 수 있는데, 이것은 생명체의 기본입니다.[30]생화학은 살아있는 유기체 안에서 화학적 과정을 연구하는 학문입니다.분자생물학분자합성, 변형, 메커니즘 및 상호작용을 포함하여 세포 내 및 세포 간 생물학적 활동의 분자적 기초를 이해하고자 하는 생물학의 한 분야입니다.

물.

분자간 수소결합 모형 (1)

생명체는 약 38억년 전에 형성된 지구 최초의 바다에서 생겨났습니다.[31]그 이후로, 은 계속해서 모든 생물체에서 가장 풍부한 분자입니다.물은 나트륨과 염화 이온과 같은 용질이나 다른 작은 분자를 용해시켜 수용액을 형성할 수 있는 효과적인 용매이기 때문에 생명체에게 중요합니다.일단 물에 녹으면, 이 용질들은 서로 접촉하기 쉬우며 따라서 생명을 유지하는 화학 반응에 참여합니다.[31]분자구조상 물은 두 개의 수소(H) 원자와 한 개의 산소(O) 원자(HO2) 원자의 극성 공유결합에 의해 형성되는 구부러진 형태의 작은 극성 분자입니다.[31]O-H 결합은 극성이기 때문에 산소 원자는 약간의 음전하를 가지고 두 수소 원자는 약간의 양전하를 가지고 있습니다.[31]이러한 물의 극성은 물이 응집력을 갖게 하는 수소 결합을 통해 다른 물 분자를 끌어당길 수 있게 해줍니다.[31]표면 장력은 액체 표면에 있는 분자 사이의 인력으로 인한 응집력에 기인합니다.[31]물은 또한 극성 또는 대전되지 않은 물 분자의 표면에 부착될 수 있기 때문에 접착력이 있습니다.[31]물은 고체(또는 얼음)보다 액체보다 밀도가 높습니다.[31]물의 이 독특한 특성은 얼음이 연못, 호수, 바다와 같은 액체 물 위를 떠다니도록 하여 아래의 액체를 위의 차가운 공기로부터 절연시킵니다.[31]물은 에너지를 흡수하는 능력이 있어 에탄올과 같은 다른 용매보다 높은 비열 능력을 갖습니다.[31]따라서 액체 상태의 물을 수증기로 전환시키기 위해 물 분자 사이의 수소 결합을 깨기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요합니다.[31]분자로서 물은 물 분자가 다시 물 분자로 개질되기 전에 수소와 하이드록실 이온으로 연속적으로 해리되기 때문에 완전히 안정적이지요.[31]순수한 물에서 수소 이온의 수는 하이드록실 이온의 수와 균형을 이루거나 같으며, 결과적으로 pH는 중성입니다.

유기화합물

포도당과 같은 유기 화합물은 생물체에 매우 중요합니다.

유기 화합물은 수소와 같은 다른 원소에 결합된 탄소를 포함하는 분자입니다.[31]물을 제외하고, 각 유기체를 구성하는 거의 모든 분자는 탄소를 포함합니다.[31][32]탄소는 4개의 다른 원자와 공유 결합을 형성할 수 있고, 다양하고 크고 복잡한 분자를 형성할 수 있습니다.[31][32]예를 들어, 단일 탄소 원자는 메탄과 같은 4개의 단일 공유 결합, 이산화탄소와 같은2 2개의 이중 공유 결합, 또는 일산화탄소와 같은 3개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다.게다가, 탄소는 옥탄같은 탄소-탄소 결합 또는 포도당과 같은 고리와 같은 구조의 매우 긴 사슬을 형성할 수 있습니다.

가장 단순한 형태의 유기 분자는 탄화수소인데, 탄화수소는 탄소 원자 사슬에 결합된 수소 원자로 구성된 유기 화합물의 큰 계열입니다.탄화수소 백본은 산소(O), 수소(H), 인(P) 및 황(S)과 같은 다른 원소로 대체될 수 있으며, 이는 화합물의 화학적 거동을 변화시킬 수 있습니다.[31]이러한 원소(O-, H-, P-, S-)를 포함하고 중심 탄소 원자 또는 골격에 결합된 원자 그룹을 작용기라고 합니다.[31]생물체에는 아미노기, 카르복실기, 카르보닐기, 하이드록실기, 인산기, 설프히드릴기 등 6개의 주요 작용기가 있습니다.[31]

1953년 밀러-유레이 실험은 유기 화합물이 초기 지구의 조건을 모방하는 닫힌계 내에서 생물학적으로 합성될 수 있음을 보여주었고,[33][31] 따라서 복잡한 유기 분자가 초기 지구에서 자발적으로 발생했을 수 있음을 시사했습니다.

고분자

(a) 1차, (b) 2차, (c) 3차 및 (d) 헤모글로빈 단백질의 4차 구조

거대분자는 작은 단위체나 단량체로 이루어진 큰 분자입니다.[34]단량체는 당, 아미노산, 뉴클레오티드를 포함합니다.[35]탄수화물은 당의 단량체와 중합체를 포함합니다.[36]지질은 고분자로 구성되지 않은 유일한 고분자류입니다.그것들스테로이드, 인지질, 그리고 지방을 포함하는데,[35] 주로 비극성과 소수성 (물을 튕겨내는) 물질입니다.[37]단백질은 고분자 중에서 가장 다양합니다.그들효소, 운반 단백질, 큰 신호전달 분자, 항체, 그리고 구조 단백질을 포함합니다.단백질의 기본 단위는 아미노산입니다.[34]단백질에는 20개의 아미노산이 사용됩니다.[34]핵산은 뉴클레오티드의 고분자입니다.[38]그들의 기능은 유전 정보를 저장하고, 전송하고, 표현하는 것입니다.[35]

세포 이론세포가 생명체의 기본 단위이며, 모든 생명체는 하나 이상의 세포로 구성되어 있으며, 모든 세포는 세포 분열을 통해 기존의 세포로부터 발생한다는 것입니다.[39]대부분의 셀은 직경이 1에서 100 마이크로미터에 이르는 매우 작은 크기이므로 이나 전자 현미경에서만 볼 수 있습니다.[40]일반적으로 두 종류의 세포가 있습니다: 을 포함하는 진핵세포와 그렇지 않은 원핵세포.원핵생물은 박테리아와 같은 단세포 생물인 반면, 진핵생물은 단세포 또는 다세포일 수 있습니다.다세포 생물에서, 유기체의 몸의 모든 세포는 궁극적으로 수정란의 한 세포에서 파생됩니다.

셀구조

다양한 소기관을 묘사하는 동물 세포의 구조

모든 세포는 세포 외 공간으로부터 세포질을 분리하는 세포막 안에 둘러싸여 있습니다.[41]세포막은 다양한 온도에서 유동성을 유지하기 위해 인지질 사이에 있는 콜레스테롤을 포함한 지질 이중층으로 구성됩니다.세포막은 반투과성으로 산소, 이산화탄소, 물과 같은 작은 분자들이 통과할 수 있게 해주면서 더 큰 분자들과 이온과 같은 하전 입자들의 움직임을 제한합니다.[42]세포막은 또한 막 수송체 역할을 하는 막을 가로지르는 일체형 단백질과 세포막의 바깥쪽에 느슨하게 붙어 세포를 형성하는 효소 역할을 하는 주변 단백질포함합니다.[43]세포막은 세포 부착, 전기 에너지 저장, 세포 신호 전달과 같은 다양한 세포 과정에 관여하며 세포벽, 글리코칼릭스, 세포골격과 같은 여러 세포외 구조물의 부착면 역할을 합니다.

식물세포의 구조

세포의 세포질 안에는 단백질핵산과 같은 많은 생체 분자가 있습니다.[44]생체 분자 이외에도, 진핵 세포는 고유의 지질 이중층을 가지고 있거나 공간적으로 단위화된 소기관이라고 불리는 특수한 구조를 가지고 있습니다.[45]이러한 소기관은 세포의 DNA의 대부분을 포함하는 세포핵을 포함하거나 세포 과정에 동력을 공급하기 위해 아데노신 삼인산(ATP)을 생성하는 미토콘드리아를 포함합니다.소포체(endoplasmic reticulum)와 골지체(golgi apparatus)와 같은 다른 소기관들은 각각 단백질의 합성과 포장에 역할을 합니다.단백질과 같은 생체 분자는 또 다른 특수한 소기관인 리소좀에 의해 삼킬 수 있습니다.식물 세포는 식물 세포에 지지력을 제공하는 세포벽, 태양 에너지를 수확하여 설탕을 생산하는 엽록체, 저장 및 구조적 지지를 제공하고 식물 씨앗의 번식 및 분해에 관여하는 진공과 같은 동물 세포와 구별되는 추가적인 소기관을 가지고 있습니다.[45]진핵세포는 또한 미세관, 중간 필라멘트, 미세 필라멘트로 구성된 세포골격을 가지고 있는데, 이들은 모두 세포를 지지하고 세포와 세포 소기관의 움직임에 관여합니다.[45]그 구조적 구성에 있어서, 미세관은 튜불린(예를 들어, α-튜불린β-튜불린)으로 구성되고, 중간 필라멘트는 섬유 단백질로 구성됩니다.[45]마이크로필라멘트는 단백질의 다른 가닥들과 상호작용하는 액틴 분자로 이루어져 있습니다.[45]

신진대사

효소 촉매 발열 반응의 예시

모든 세포는 세포 과정을 유지하기 위해 에너지를 필요로 합니다.신진대사는 유기체 안에서 일어나는 화학반응들의 집합입니다.대사의 세 가지 주요 목적은 세포 과정을 운영하기 위한 음식물을 에너지로 전환하는 것, 음식/연료를 단량체 구성 요소로 전환하는 것, 그리고 대사 폐기물을 제거하는 것입니다.이러한 효소 촉매 반응은 생물체가 성장하고 번식하며, 구조를 유지하고, 환경에 반응할 수 있게 해줍니다.대사 반응은 화합물의 분해(예를 들어 세포 호흡에 의해 포도당이 피루브산으로 분해) 또는 화합물(단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 등)의 생성(합성)으로 분류될 수 있습니다.보통, 이화작용은 에너지를 방출하고, 동화작용은 에너지를 소비합니다.대사의 화학 반응은 대사 경로로 구성되는데, 한 화학 물질은 일련의 단계를 통해 다른 화학 물질로 변환되고, 각 단계는 특정 효소에 의해 촉진됩니다.효소는 에너지를 방출하는 자발적인 반응에 결합함으로써 유기체가 스스로 발생하지 않을 에너지를 필요로 하는 바람직한 반응을 이끌어 낼 수 있게 해주기 때문에 신진대사에 매우 중요합니다.효소는 반응물생성물로 변환하는 데 필요한 활성화 에너지의 양을 줄임으로써 반응물에 의해 소모되지 않고 반응이 더 빠르게 진행되도록 하는 촉매 역할을 합니다.효소는 또한 예를 들어 세포의 환경 변화나 다른 세포로부터의 신호에 대한 반응과 같은 대사 반응의 속도 조절을 가능하게 합니다.

세포호흡

진핵세포에서의 호흡

세포 호흡은 영양소로부터 화학적 에너지를 아데노신 삼인산(ATP)으로 변환시키고, 그 후에 노폐물을 방출하기 위해 세포에서 일어나는 일련의 대사 반응과 과정입니다.[46]호흡에 관련된 반응은 큰 분자를 작은 분자로 분해하여 에너지를 방출하는 이화작용입니다.호흡은 세포가 화학적 에너지를 방출하여 세포 활동을 촉진시키는 중요한 방법 중 하나입니다.전체적인 반응은 일련의 생화학적 단계에서 일어나는데, 그 중 일부는 산화 환원 반응입니다.세포 호흡은 엄밀히 말하면 연소 반응이지만, 일련의 반응에서 나오는 에너지의 느리고 조절된 방출 때문에 세포에서 일어날 때는 분명히 연소 반응과 닮지 않았습니다.

포도당 형태의 설탕은 동식물 세포가 호흡할 때 사용하는 주요 영양소입니다.산소를 포함한 세포 호흡은 호기성 호흡이라고 불리는데, 해당과정, 시트르산 회로(또는 크렙스 회로), 전자 수송 사슬, 산화적 인산화의 네 단계를 갖습니다.[47]해당과정은 포도당이 두 개의 피루브산으로 전환되고 두 개의 ATP 순 분자가 동시에 생성되는 세포질에서 일어나는 대사 과정입니다.[47]각 피루브산은 피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 아세틸-CoA로 산화되며, NADH 및 이산화탄소도 생성됩니다.아세틸-Coa는 미토콘드리아 기질 내부에서 일어나는 시트르산 회로에 들어갑니다.사이클의 끝에서 1개의 포도당(또는 2개의 피루브산)의 총 산출량은 6개의 NADH, 2개의 FADH2 및 2개의 ATP 분자입니다.마지막으로, 다음 단계는 미토콘드리아 결정체에서 일어나는 산화적 인산화입니다.산화적 인산화는 전자 수송 사슬을 포함하는데, 이것은 한 복합체에서 다른 복합체로 전자를 전달하여 NADH와 FADH로부터2 에너지를 방출하며, 이는 내부 미토콘드리아 막(화학적 인산화)을 가로질러 양성자(수소 이온)의 펌핑에 결합됩니다.양성자 운동력[47]발생시킵니다양성자 운동력에서 나오는 에너지는 효소인 ATP 생성효소ADP를 인산화함으로써 더 많은 ATP를 합성하도록 유도합니다.전자의 이동은 분자 산소가 최종적인 전자 수용체가 되는 것으로 끝납니다.

산소가 존재하지 않는다면 피루브산은 세포 호흡에 의해 대사되지 않고 발효 과정을 거칩니다.피루브산은 미토콘드리아로 운반되지 않고 세포질에 남아 세포에서 제거될 수 있는 노폐물로 전환됩니다.이는 전자 전달체가 해당과정을 다시 수행할 수 있도록 산화시키고, 과량의 피루브산을 제거하는 목적으로 사용됩니다.발효는 NADH를 NAD로+ 산화시켜서 해당과정에서 다시 사용할 수 있습니다.산소가 없을 때 발효는 세포질에서 NADH의 축적을 방지하고 해당과정을 위한 NAD를+ 제공합니다.이 폐기물은 유기체에 따라 다릅니다.골격근에서 노폐물은 젖산입니다.이런 종류의 발효는 젖산 발효라고 불립니다.격렬한 운동에서 에너지 수요가 에너지 공급을 초과할 때 호흡 사슬은 NADH에 의해 결합된 모든 수소 원자를 처리할 수 없습니다. 혐기성 해당과정 동안 NAD는+ 수소 쌍이 피루브산과 결합하여 젖산을 형성할 때 재생됩니다.젖산 형성은 가역 반응에서 젖산 탈수소효소에 의해 촉매됩니다.젖산은 간 글리코겐의 간접 전구체로도 사용될 수 있습니다.회복하는 동안 산소가 이용 가능해지면 NAD는+ 젖산으로부터 수소에 달라붙어 ATP를 형성합니다.효모에서 폐기물은 에탄올과 이산화탄소입니다.이런 종류의 발효는 알코올 또는 에탄올 발효로 알려져 있습니다.이 과정에서 생성되는 ATP는 산소를 필요로 하지 않는 기질 수준의 인산화에 의해 생성됩니다.

광합성

광합성은 햇빛을 화학 에너지로 바꾸고, 물을 쪼개서 O를2 해방시키고, CO를2 설탕으로 고정시킵니다.

광합성은 빛 에너지화학적 에너지로 전환시키기 위해 식물과 다른 생물체에 의해 사용되는 과정으로, 나중에 세포 호흡을 통해 생물체의 대사 활동을 촉진시키기 위해 방출될 수 있습니다.이 화학 에너지는 이산화탄소와 물로부터 합성되는 과 같은 탄수화물 분자에 저장됩니다.[48][49][50]대부분의 경우, 산소는 폐기물로 배출됩니다.대부분의 식물, 해조류, 시아노박테리아는 광합성을 하는데, 이것은 지구 대기의 산소 함량을 생산하고 유지하는 데 큰 역할을 하며, 지구 생명체에 필요한 대부분의 에너지를 공급합니다.[51]

광합성에는 네 단계가 있습니다.광흡수, 전자수송,[47] ATP 합성, 탄소고정빛 흡수는 빛 에너지가 틸라코이드 막의 단백질에 붙어있는 엽록소 색소에 의해 흡수되는 광합성의 첫 단계입니다.흡수된 빛 에너지는 1차 전자 수용체(Q로 지정된 퀴논)에 대한 공여체(물)로부터 전자를 제거하는 데 사용됩니다.두 번째 단계에서 전자는 일련의 전자 전달체를 통해 퀴논 1차 전자 수용체로부터 최종 전자 수용체에 도달할 때까지 이동하는데, 이는 보통 광계 I(PSI)라고 불리는 단백질 복합체에서 일어나는 과정인 NADP의+ 산화된 형태인 NADPH로 환원됩니다.전자의 이동은 스트로마에서 틸라코이드 막으로의 양성자(또는 수소)의 이동과 결합되어 수소가 스트로마보다 내강에 더 집중됨에 따라 막을 가로질러 pH 구배를 형성합니다.이것은 호기성 호흡에서 내부 미토콘드리아 막에 걸쳐 생성되는 양성자 운동력과 유사합니다.[47]

광합성의 세 번째 단계 동안, ATP 합성효소를 통해 틸라코이드 내강에서 스트로마로 그들의 농도 구배를 따라 내려가는 양성자의 움직임은 같은 ATP 합성효소에 의해 ATP의 합성에 결합됩니다.[47]2단계와 3단계에서 각각 빛에 의존하는 반응에 의해 생성된 NADPH와 ATP는 대기 중의 이산화탄소를 기존의 유기탄소 화합물에 고정시킴으로써 포도당의 합성을 촉진하는 에너지와 전자를 제공하며,캘빈 사이클이라고 불리는 빛에 독립적인(또는 어두운) 반응의 연속에서 리불로스 비인산(RuBP)[52]과 같은.

세포 신호 전달

세포 신호 전달(cell signaling, 또는 communication)은 세포가 자신의 환경과 자신과 함께 신호를 받고, 처리하고, 전송하는 능력입니다.[53][54]신호는 빛, 전기적 충동, 열과 같은 비화학적 신호일 수도 있고, 다른 세포의 세포막박혀 있거나 세포 내부 깊숙한 곳에 위치수용체와 상호 작용하는 화학적 신호(또는 리간드)일 수도 있습니다.[55][54]화학적 신호에는 일반적으로 오토크린, 파라크린, 주스타크린, 호르몬의 네 가지 종류가 있습니다.[55]자가분비 신호에서 리간드는 리간드를 방출하는 세포에 영향을 미칩니다.예를 들어, 종양 세포는 스스로 분열을 시작하는 신호를 방출하기 때문에 통제할 수 없게 재생산될 수 있습니다.파라크린 신호전달에서 리간드는 주변 세포로 확산되어 영향을 미칩니다.예를 들어, 뉴런이라고 불리는 뇌세포는 신경전달물질이라고 불리는 리간드를 방출하는데, 신경전달물질은 시냅스의 갈라진 틈을 통해 확산되어 다른 뉴런이나 근육세포와 같은 인접한 세포의 수용체와 결합합니다.주스타크린 신호전달에서 신호전달과 반응하는 세포 사이에는 직접적인 접촉이 있습니다.마지막으로 호르몬은 동물의 순환계나 식물의 혈관계를 통해 목표 세포에 도달하는 리간드입니다.리간드가 수용체와 결합하면 수용체의 종류에 따라 다른 세포의 행동에 영향을 줄 수 있습니다.예를 들어, 이노트로픽 수용체와 결합하는 신경 전달 물질은 표적 세포의 흥분성을 변화시킬 수 있습니다.다른 유형의 수용체는 단백질 키나아제 수용체(예를 들어, 인슐린 호르몬에 대한 수용체)와 G 단백질 결합 수용체를 포함합니다.G 단백질 결합 수용체의 활성화는 두 번째 메신저 연쇄를 시작할 수 있습니다.화학적 또는 물리적 신호가 일련의 분자 사건으로 세포를 통해 전달되는 과정을 신호 전달이라고 합니다.

세포주기

감수분열에서 염색체는 복제되고 상동 염색체는 감수분열 I 동안 유전 정보를 교환합니다.딸 세포는 감수분열 II에서 다시 분열하여 반수체 생식체를 형성합니다.

세포 주기는 세포가 두 개의 딸 세포로 나뉘게 하는 세포에서 일어나는 일련의 사건입니다.이러한 사건들은 DNA소기관일부의 복제, 세포 분열이라고 불리는 과정에서 세포질이 두 개의 딸 세포로 분할되는 것을 포함합니다.[56]진핵생물(, 동물, 식물, 진균, 원생세포)에서 세포 분열에는 유사분열감수분열이라는 두 가지의 구별된 유형이 있습니다.[57]유사분열은 복제된 염색체가 두 개의 새로운 핵으로 분리되는 세포 주기의 일부입니다.세포 분열은 전체 염색체 수가 유지되는 유전적으로 동일한 세포를 생성합니다.일반적으로, 유사분열(핵의 분열)은 (DNA가 복제되는 동안) S 단계의 중간 단계에 선행하고 종종 텔로파아제사이토카인이 뒤따릅니다; 이것은 한 세포의 세포질, 소기관, 세포막을 이 세포 성분의 거의 동일한 공유를 포함하는 두 개의 새로운 세포로 나눕니다.서로 다른 유사분열 단계는 모두 동물 세포 주기의 유사분열 단계를 정의합니다. 즉, 모세포를 두 개의 유전적으로 동일한 딸 세포로 분할하는 것입니다.[58]세포 주기는 단세포 수정란이 성숙한 유기체로 성장하는 중요한 과정이며, 머리카락, 피부, 혈구, 그리고 일부 내부 장기가 재생되는 과정입니다.세포 분열 후, 각각의 딸 세포는 새로운 주기의 중간 단계를 시작합니다.유사분열과는 대조적으로, 감수분열은 DNA 복제를 한 차례 겪고 두 차례 분열을 겪음으로써 네 개의 반배체 딸 세포를 낳습니다.[59]상동염색체는 제1구분(meiosis Ⅰ)에서 분리되고, 자매염색체는 제2구분(meiosis Ⅱ)에서 분리됩니다.이 두 세포 분열 주기는 그들의 생애 주기의 어느 시점에서 성적 생식의 과정에 사용됩니다.둘 다 마지막 진핵생물 공통 조상에 존재하는 것으로 여겨집니다.

원핵생물(고세균박테리아)은 또한 세포 분열(또는 이항 핵분열)을 겪을 수 있습니다.진핵생물의 유사분열감수분열 과정과는 달리, 원핵생물에서 일어나는 이항분열은 세포에 방추 장치가 형성되지 않은 상태에서 일어납니다.이진 핵분열 전에, 박테리아 안의 DNA는 단단히 감겨있습니다.코일을 풀고 복제한 후, 분열에 대비하기 위해 크기를 늘리면서 박테리아의 분리된 극으로 당겨집니다.새로운 세포벽의 성장은 박테리아를 분리하기 시작합니다 (FtsZ 중합과 "Z-ring" 형성에 의해 촉발됨).[60]새로운 세포벽(중격)이 완전히 발달하여 세균이 완전히 분열됩니다.이 새로운 딸 세포들은 단단히 휘어진 DNA 막대, 리보솜, 그리고 플라스미드를 가지고 있습니다.

유전학

상속

보라색(B)과 흰색(B) 꽃에 이형인 두 완두콩 식물의 교배를 묘사한 Punnet 사각형

유전학은 유전에 대한 과학적 연구입니다.[61][62][63]구체적으로 멘델 유전은 유전자와 형질이 부모로부터 자손에게 전달되는 과정입니다.[27]몇 가지 원칙이 있습니다.첫 번째는 유전적 특성인 대립 유전자가 이산적이고, 두 부모 중 하나로부터 각각 물려받은 대체 형태(예: 보라색 대 백인 또는 키 큰 대 난쟁이)를 가지고 있다는 것입니다.어떤 대립유전자는 우성인 반면 다른 대립유전자는 열성인 것을 말하는 우성과 통일성의 법칙에 기초하여; 적어도 하나의 우성 대립유전자를 가진 유기체는 우성 대립유전자의 표현형을 나타낼 것입니다.유전자 형성 동안, 각 유전자에 대한 대립유전자가 분리되어, 각 유전자는 각 유전자에 대해 하나의 대립유전자만을 운반합니다.이형접합성 개체는 두 개의 대립유전자의 동일한 빈도를 가진 생식체를 생산합니다.마지막으로, 독립적인 분류의 법칙은 다른 특성의 유전자가 유전자의 형성 동안 독립적으로 분리될 수 있다는 것, 즉 유전자가 연결되어 있지 않다는 것입니다.이 규칙의 예외는 성과 연관된 특성을 포함할 것입니다.시험 교차는 우성 표현형을 가진 유기체의 기본 유전자형을 실험적으로 결정하기 위해 수행될 수 있습니다.[64]퍼넷 제곱은 검정 교차의 결과를 예측하는 데 사용될 수 있습니다.유전자가 염색체에서 발견된다는 염색체 이론초파리를 이용한 토마스 모간스의 실험을 통해 뒷받침되었으며, 이 곤충들의 눈 색깔과 성 사이의 성 관계가 밝혀졌습니다.[65]

유전자와 DNA

염기는 나선형의 두 DNA 가닥 사이에 놓여있습니다.

유전자는 유기체의 형태나 기능을 통제하는 유전 정보를 전달하는 디옥시리보핵산(DNA)의 한 영역에 해당하는 유전의 단위입니다.DNA는 두 개의 폴리뉴클레오티드 사슬로 구성되어 있으며, 이들은 서로를 감싸며 이중나선을 형성합니다.[66]진핵생물에서는 선형 염색체로, 원핵생물에서는 원형 염색체로 발견됩니다.세포 안에 있는 염색체들의 집합은 그것의 게놈이라고 통칭됩니다.진핵생물에서 DNA는 주로 세포핵에 있습니다.[67]원핵생물에서 DNA는 뉴클레오티드 안에 있습니다.[68]유전자 정보는 유전자 안에 있고, 유기체 안의 완전한 집합체는 그것의 유전자형이라고 불립니다.[69]DNA 복제는 각 가닥이 새로운 DNA 가닥의 주형 역할을 하는 반보존적 과정입니다.[66]돌연변이는 DNA의 유전적인 변화입니다.[66]교정에 의해 교정되지 않은 복제 오류의 결과로 자발적으로 발생하거나 화학 물질(예: 아산화질소, 벤조피렌) 또는 방사선(예: x선, 감마선, 자외선 복사, 불안정한 동위원소에 의해 방출되는 입자)과 같은 환경적 돌연변이에 의해 유도될 수 있습니다.[66]돌연변이는 기능 상실, 기능 이득, 조건부 돌연변이와 같은 표현형 효과로 이어질 수 있습니다.[66]일부 돌연변이는 진화를 위한 유전적 변이의 원천이기 때문에 유익합니다.[66]다른 것들은 생존에 필요한 유전자의 기능을 잃게 된다면 해롭습니다.[66]발암물질과 같은 변이물질은 공중보건정책의 목표상 일반적으로 기피되고 있습니다.[66]

유전자발현

분자생물학의 확장된 중심 교의는 유전자 정보의 흐름에 관련된 모든 과정을 포함합니다.

유전자 발현은 DNA에 암호화된 유전자형이 유기체의 몸의 단백질에서 관찰 가능한 표현형을 만들어내는 분자적 과정입니다.이 과정은 1958년 프란시스 크릭(Francis Crick)이 만든 분자생물학의 중심 도그마(central dogma)로 요약됩니다.[70][71][72]센트럴 도그마에 따르면, 유전 정보는 DNA에서 RNA로, 단백질로 흘러갑니다.유전자 발현 과정에는 전사(DNA to RNA)와 번역(RNA to 단백질) 두 가지가 있습니다.[73]

유전자 조절

환경적 요인에 의한 유전자 발현 조절과 다양한 발달 단계 동안의 유전자 발현 조절은 단백질의 전사, RNA 접합, 번역, 번역 후 변형과 같은 과정의 각 단계에서 일어날 수 있습니다.[74]유전자 발현은 전사 인자라고 불리는 두 종류의 조절 단백질 중 어떤 것이 프로모터에 가깝거나 프로모터에 결합하는지에 따라 양성 또는 음성 조절에 의해 영향을 받을 수 있습니다.[74]동일한 프로모터를 공유하는 유전자의 클러스터는 주로 원핵생물과 일부 하위 진핵생물(예: Caenorhabditis elegans)에서 발견되는 오페론이라고 불립니다.[74][75]유전자 발현의 긍정적인 조절에서, 활성화제는 프로모터 근처 또는 프로모터에 있는 서열에 결합할 때 전사를 자극하는 전사 인자입니다.음성 조절은 억제제라는 또 다른 전사인자가 전사를 막기 위해 오페론의 일부인 연산자라는 DNA 서열에 결합할 때 발생합니다.억제제는 유도제(예: 알롤락토스)라고 불리는 화합물에 의해 억제되어 전사가 일어날 수 있습니다.[74]유도자에 의해 활성화될 수 있는 특정한 유전자는 거의 지속적으로 활성화되는 구성 유전자와 대조적으로 유도성 유전자라고 불립니다.[74]두 가지와 대조적으로 구조 유전자는 유전자 조절에 관여하지 않는 단백질을 암호화합니다.[74]프로모터와 관련된 조절 사건 외에도, 유전자 발현은 진핵세포에서 발견되는 DNA와 단백질의 복합체인 염색체에 대한 후생유전학적 변화에 의해 조절될 수 있습니다.[74]

유전자, 발달, 진화

발달다세포 유기체(식물 또는 동물)가 하나의 세포에서 시작하여 그 생명 주기의 특징인 다양한 형태로 일련의 변화를 겪는 과정입니다.[76]개발의 기반이 되는 4가지 핵심 프로세스는 다음과 같습니다.결정, 분화, 형태 생성 및 성장결정은 세포의 발달 운명을 설정하는데, 발달 과정에서 더 제한적이 됩니다.분화는 줄기세포와 같이 덜 특수화된 세포에서 특화된 세포가 나오는 과정입니다.[77][78]줄기세포는 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있는 미분화 또는 부분적으로 분화된 세포이며, 무한히 증식하여 같은 줄기세포를 더 많이 생산할 수 있습니다.[79]세포 분화는 세포의 크기, 모양, 막 전위, 대사 활동, 신호에 대한 반응성을 극적으로 변화시키는데, 이는 주로 유전자 발현후생유전학의 고도로 조절된 변화에 기인합니다.몇 가지 예외를 제외하고, 세포 분화는 거의 DNA 서열 자체의 변화를 수반하지 않습니다.[80]따라서, 다른 세포들은 같은 유전체를 가지고 있음에도 불구하고 매우 다른 신체적 특징을 가질 수 있습니다.형태형성, 즉 신체 형태의 발달은 유전자 발현의 공간적 차이의 결과입니다.[76]발달-유전학 툴킷이라고 불리는 한 유기체의 게놈에 있는 유전자의 작은 부분이 그 유기체의 발달을 조절합니다.이 툴킷 유전자들은 계통들 사이에서 매우 보존이 잘 되어 있는데, 이것은 그것들이 고대적이고 널리 분리된 동물 그룹에서 매우 비슷하다는 것을 의미합니다.툴킷 유전자의 배치 차이는 신체 계획과 신체 부위의 수, 정체성, 패턴에 영향을 미칩니다.가장 중요한 툴킷 유전자 중에는 Hox 유전자가 있습니다.혹스 유전자는 의 많은 척추뼈와 같은 반복되는 부분이 발달하는 배아나 유충에서 어디서 자랄지 결정합니다.[81]

진화

진화과정

어두운 특성에 대한 자연스러운 선택

진화는 생물학의 중심 조직 개념입니다.그것은 연속 세대에 걸친 인구의 유전적 특성의 변화입니다.[82][83]인공적인 선택에서, 동물들은 특정한 특성을 위해 선택적으로 사육되었습니다.[84] 다윈은 형질이 유전되고, 개체는 다양한 형질의 혼합을 포함하고 있으며, 번식은 어떤 개체라도 증가시킬 수 있다는 점을 고려할 때, 자연계에서 특정 형질을 선택하는 데 인간의 역할을 하는 것은 자연이라고 주장했습니다.[84]다윈은 자신의 환경에 더 잘 적응한 유전적 특성을 가진 개체들이 다른 개체들보다 더 생존하고 더 많은 자손을 낳을 가능성이 있다고 추론했습니다.[84]그는 또한 이것이 연속적인 세대에 비해 유리한 특성의 축적으로 이어져 유기체와 그들의 환경 간의 일치성을 증가시킬 것이라고 추론했습니다.[85][86][87][84][88]

스펙

종(種)이란 서로 짝짓기를 하는 유기체의 집단이고 종(種)이란 한 계통이 서로 독립적으로 진화한 결과 두 계통으로 갈라지는 과정을 말합니다.[89]종분화가 일어나려면 생식 격리가 있어야 합니다.[89]생식 격리는 Bateson-Dobzhansky-Muller 모델에 의해 설명된 것처럼 유전자들 사이의 비호환성으로 인해 발생할 수 있습니다.유전적 변이에 따라 생식 격리도 증가하는 경향이 있습니다.종분화는 조상의 종을 나누는 물리적 장벽이 있을 때 발생할 수 있는데, 이 과정을 동종분화라고 합니다.[89]

계통발생학

BacteriaArchaeaEukaryotaAquifexThermotogaBacteroides–CytophagaPlanctomyces"Cyanobacteria"ProteobacteriaSpirochetesGram-positivesChloroflexiThermoproteus–PyrodictiumThermococcus celerMethanococcusMethanobacteriumMethanosarcinaHaloarchaeaEntamoebaeSlime moldsAnimalsFungiPlantsCiliatesFlagellatesTrichomonadsMicrosporidiaDiplomonads
세균, 고세균, 진핵생물의 영역을 나타내는 계통발생나무


계통발생학은 특정 집단의 유기체 또는 그 유전자의 진화 역사입니다.[90]그것은 유기체 또는 그들의 유전자들 사이의 혈통을 보여주는 도표인 계통발생 나무를 사용하여 나타낼 수 있습니다.트리의 시간 축에 그려진 각 선은 특정 종 또는 모집단의 후손 혈통을 나타냅니다.계통이 두 개로 나뉘면 계통수에 갈림길이나 갈라진 것으로 표시됩니다.[90]계통수는 서로 다른 종들을 비교하고 분류하는 기초가 됩니다.[90]공통 조상으로부터 물려받은 특징을 공유하는 다른 종들은 상동 특징(또는 시너포머)을 갖는 것으로 설명됩니다.[91][92][90]계통발생학은 생물학적 분류의 기초를 제공합니다.[90]이 분류 체계는 계급에 기반을 두고 있으며, 가장 높은 계급은 왕국, , 계급, 질서, 가족, , 종 입니다.[90]모든 생물체는 세 가지 도메인 중 하나에 속합니다.고균(고균), 박테리아(고균), 또는 진핵(원생생물, 균류, 식물, 동물의 왕국을 포함함).[93]

인생사

지구상의 생명체의 역사는 생명체의 가장 이른 출현으로부터 현재에 이르기까지 유기체가 어떻게 진화해 왔는지를 추적합니다.지구는 약 45억년 전에 형성되었고 지구상의 모든 생명체들은 약 35억년 전에 살았던 마지막 보편적인 공통 조상의 후손입니다.[94][95]지질학자들은 지구의 역사를 주요한 구분으로 나누는 지질학적 시간 척도를 개발했는데, 이들 중 처음 세 개의 eon(하데스, 아르케아, 원생대, 파네로조아)은 약 40억 년 동안 지속된 선캄브리아기로 통칭됩니다.[96]각각의 계절은 시대로 구분될 수 있는데, 5억 3900만 년 전에[97] 시작된 신생대는 고생대, 중생대, 신생대로 세분화됩니다.[96]이 세 시대는 모두 열한 시기(캄브리아기, 오르도비스기, 실루리아기, 데본기, 석탄기, 페름기, 트라이아스기, 쥬라기, 백악기, 제3기, 제4기)로 구성됩니다.[96]

현재 알려진 모든 종들의 유사성은 그들이 공통 조상으로부터 진화하는 과정을 통해 갈라졌다는 것을 나타냅니다.[98]생물학자들은 유전자 코드의 보편성을 모든 박테리아, 고세균 그리고 진핵생물의 보편적인 공통 혈통의 증거로 생각합니다.[99][10][100][101]박테리아와 고균이 공존하는 마이크로발 매트는 초기의 아르케아 시대에 지배적인 생명체의 형태였고 초기 진화의 많은 주요 단계들이 이 환경에서 이루어졌다고 생각됩니다.[102]진핵생물의 가장 초기의 증거는 18억 5천만년 전으로 거슬러 올라가며,[103][104] 그들이 더 일찍 존재했을 수도 있지만, 그들의 신진대사에 산소를 사용하기 시작하면서 그들의 다양화는 가속화되었습니다.이후 약 17억 년 전부터 분화된 세포가 특화된 기능을 수행하는 다세포 생물이 나타나기 시작했습니다.[105]

해조류와 같은 다세포 육상 식물의 역사는 약 10억 년 전으로 거슬러 올라가지만, [106]미생물이 적어도 27억 년 전에 가장 초기의 육상 생태계를 형성했다는 증거도 있습니다.[107]미생물은 오르도비스기에 육상식물의 탄생을 위한 길을 닦은 것으로 생각됩니다.육상 식물들은 매우 성공적이어서 후기 데본기 멸종 사건에 기여한 것으로 여겨집니다.[108]

에디아카라 생물군에디아카라 시기에 출현한 반면, [109]척추동물들은 다른 대부분의 현생 생물군과 함께 캄브리아기 폭발 때 약 5억 2천 5백만 년 전에 발생했습니다.[110]페름기 동안 포유류의 조상을 포함한 시냅스가 이 땅을 지배했지만, [111]이 그룹의 대부분은 2억 5천 2백만 년 전 페름기-트라이아스기 멸종 사건으로 멸종되었습니다.[112]이 재앙으로부터 회복되는 동안, 아르코사우르스는 가장 풍부한 육지 척추동물이 되었습니다;[113] 하나의 아르코사우르스 그룹인 공룡은 쥐라기와 백악기를 지배했습니다.[114]6천 6백만 년 전 백악기-백조기 멸종 사건이 비조류 공룡들을 멸종시킨 후, 포유류들은 크기와 다양성 면에서 급속하게 증가했습니다.[115][116]이러한 대멸종은 새로운 집단의 유기체들이 다양화될 수 있는 기회를 제공함으로써 진화를 가속화 시켰을 수 있습니다.[117]

다양성

박테리아와 고균

박테리아Gemmatimonas aurantiaca (-=1 마이크로미터)

박테리아원핵 미생물의 큰 영역을 구성하는 세포의 한 종류입니다.일반적으로 수 마이크로미터 길이의 박테리아는 구체에서 막대나선에 이르기까지 다양한 모양을 가지고 있습니다.박테리아는 지구에 나타난 최초의 생명체 중 하나였고, 대부분의 서식지에 존재합니다.박테리아는 토양, 물, 산성 온천, 방사성 폐기물,[118] 그리고 지각깊은 생물권에 서식합니다.박테리아는 또한 식물과 동물들과 공생하고 기생하는 관계 속에서 살아갑니다.대부분의 박테리아는 특징이 없으며, 세균 계통의 약 27%만이 실험실에서 자랄 수 있는 종을 가지고 있습니다.[119]

고균할로박테리아

고균은 원핵세포의 다른 영역을 구성하며, 처음에는 박테리아로 분류되었고, 사용되지 않게 된 용어인 고균(고균 왕국에서)이라는 이름을 받았습니다.[120]고세균 세포는 박테리아와 진핵세포라는 다른 두 영역과 구분되는 독특한 특성을 가지고 있습니다.고균은 다시 여러 개의 인식된 계통으로 나뉩니다.고세균과 박테리아는 일반적으로 크기와 모양이 비슷하지만, 일부 고세균은 Haloquadratum walsbyi의 납작하고 네모난 세포와 같은 매우 다른 모양을 가지고 있습니다.[121]박테리아와 형태학적으로 유사함에도 불구하고, 고균은 진핵생물의 유전자와 특히 전사번역에 관련된 효소들과 더 밀접한 관련이 있는 여러 대사 경로를 가지고 있습니다.고고 생화학의 다른 측면들은 독특한데, 예를 들어 고세롤[122]포함한 그들의 세포막있는 에테르 지질에 대한 의존도입니다.고균은 진핵생물보다 더 많은 에너지원을 사용합니다: 이것들은 당과 같은 유기 화합물에서부터 암모니아, 금속 이온 또는 심지어 수소 가스에 이르기까지 다양합니다.소금에 강한 고균(Haloarchaea)은 햇빛을 에너지원으로 사용하며, 다른 종류의 고균은 탄소를 고정시키지만, 식물이나 남세균과는 달리 알려진 종류의 고균은 두 가지를 모두 하지 않습니다.고균은 쌍성 핵분열, 분열, 싹트기를 통해 무성생식을 하며, 박테리아와 달리 알려진 고균종은 내포자를 형성하지 않습니다.

처음으로 관찰된 고균은 다른 생물체가 없는 온천이나 소금 호수와 같은 극한 환경에서 사는 극우동물이었습니다.개선된 분자 탐지 도구는 토양, 해양, 습지를 포함한 거의 모든 서식지에서 고고학을 발견하게 했습니다.고세균은 특히 바다에 많고, 고세균 플랑크톤은 지구상에서 가장 풍부한 생물군 중 하나일지도 모릅니다.

고세균은 지구 생명체의 주요한 부분입니다.그들은 모든 생물체의 미생물 무리의 일부입니다.인간 마이크로바이옴에서, 그것들은 내장, 입, 그리고 피부에서 중요합니다.[123]그들의 형태학적, 대사학적, 지리학적 다양성은 그들이 다양한 생태학적 역할을 할 수 있게 합니다: 탄소 고정, 질소 순환, 유기 화합물 회전, 그리고 예를 들어,[124] 미생물 공생 및 통사적 공동체를 유지하는 것.

진핵생물

운동과 광합성을 동시에 할 수 있는 단세포 진핵생물인 유글레나

진핵생물은 고세균과 분리된 것으로 가정되는데, 그 뒤에 박테리아 (또는 공생성)와 함께 그들의 내생성이 뒤따랐고, 둘 다 오늘날 진핵세포의 일부인 미토콘드리아와 엽록체를 낳았습니다.[125]진핵생물의 주요 계통은 약 15억 년 전에 선캄브리아기에서 다양해졌으며 폐포류, 굴삭류, 성층동물, 식물, 근막류, 아메조류, 곰팡이류, 동물 등 8개의 주요 분류군으로 분류할 수 있습니다.[125]이러한 분류 중 5개는 식물, 곰팡이 또는 동물이 아닌 대부분 미세한 진핵생물원생동물로 통칭됩니다.[125]원생동물은 공통 조상(마지막 진핵생물 공통 조상)을 공유할 가능성이 있지만,[126] 일부 원생동물은 다른 원생동물보다 식물, 곰팡이 또는 동물과 더 밀접한 관련이 있을 수 있기 때문에 원생동물은 그들 스스로 별도의 분류를 구성하지 않습니다.조류, 무척추동물 또는 원생동물과 같은 그룹과 마찬가지로 원생동물 그룹은 공식적인 분류학적 그룹이 아니지만 편의상 사용됩니다.[125][127]대부분의 원생동물들은 단세포입니다; 이것들은 미생물 진핵생물이라고 불립니다.[125]

식물은 주로 다세포 생물이며, 주로 식물계광합성 진핵생물곰팡이와 일부 조류를 제외합니다.식물 세포는 약 10억년 전에 초기 진핵생물로 사이아노박테리움의 내공생에 의해 유도되었으며, 이것은 엽록체를 탄생시켰습니다.[128]원발성 내생생물 이후에 출현한 최초의 몇 개 분류는 수생생물이었고, 대부분의 수생 광합성 진핵생물은 집합적으로 조류로 설명되는데, 이는 모든 조류가 밀접한 관련이 있는 것은 아니기 때문에 편의상의 용어입니다.[128]녹조는 녹조와 같은 몇 개의 다른 분류군으로 구성되어 있는데, 녹조는 플랜태의 초기 단세포 조상과 모양이 비슷했을지도 모르는 미세한 민물 조류입니다.[128]녹조와는 달리, 홍조류녹조류와 같은 다른 녹조류는 다세포입니다.녹조는 엽록체, 콜레오케아토피, 석재의 세 가지 주요 분류로 이루어져 있습니다.[128]

곰팡이는 몸 밖에서 음식을 소화시키는 [129]진핵생물로, 큰 음식 분자를 분해하는 소화효소를 분비한 뒤 세포막을 통해 음식을 흡수합니다.많은 곰팡이들은 죽은 유기물을 먹고 사는 사포충류이기도 해서 생태계에서 중요한 분해물질이 됩니다.[129]

동물은 다세포 진핵생물입니다.거의 예외 없이, 동물들은 유기 물질을 소비하고, 산소를 호흡하고, 움직일 있고, 성적으로 번식할 수 있고, 배아 발달 동안에 세포의 속이 빈 구인 배반구에서 자랄 수 있습니다.150만 종 이상의 살아있는 동물들묘사되었고, 그 중 약 100만 종은 곤충이지만, 총 700만 종 이상의 동물들이 있는 것으로 추정됩니다.그들은 복잡한 먹이줄을 형성하면서, 서로 그리고 그들의 환경과 복잡한 상호작용을 합니다.[130]

바이러스

박테리아 세포벽에 부착된 박테리오파지

바이러스유기체세포 안에서 복제되는 아미세 감염원입니다.[131]바이러스는 동물과 식물에서부터 박테리아고균을 포함한 미생물에 이르기까지 모든 종류의 생명체를 감염시킵니다.[132][133]6,000종 이상의 바이러스가 자세히 설명되었습니다.[134]바이러스는 지구의 거의 모든 생태계에서 발견되며 가장 많은 종류의 생물체입니다.[135][136]

생명체의 진화 역사에서 바이러스의 기원은 불분명합니다: 어떤 것들은 세포 사이를 이동할 수 있는 DNA 조각인 플라스미드에서 진화했을 수도 있고, 다른 것들은 박테리아에서 진화했을 수도 있습니다.진화에서 바이러스는 수평적 유전자 전달의 중요한 수단이며, 이는 성 생식과 유사한 방식으로 유전적 다양성을 증가시킵니다.[137]바이러스는 생명체의 모든 특징이 아닌 일부 특징을 가지고 있기 때문에, 그들은 "생명체의 가장자리에 있는 유기체"[138]로 묘사되어 왔고, 자기 복제자로 묘사되어 왔습니다.[139]

생태학

생태학생물의 분포와 풍요, 생물과 환경 사이의 상호작용을 연구하는 학문입니다.[140]

에코시스템스

생물(생물) 생물들의 공동체는 그들 환경의 무생물(: 물, 빛, 방사선, 온도, 습도, 대기, 산성, 토양) 성분과 함께 생태계라고 불립니다.[141][142][143]이러한 생물학적 및 비생물학적 성분들은 영양소 순환과 에너지 흐름을 통해 서로 연결됩니다.[144]태양으로부터의 에너지는 광합성을 통하여 계에 들어가고 식물 조직에 포함됩니다.식물을 먹고 서로 먹이를 먹음으로써, 동물들은 그 체계를 통해 물질에너지를 이동시킵니다.그들은 또한 존재하는 식물과 미생물 바이오매스의 양에 영향을 미칩니다.분해기는 죽은 유기물분해함으로써 탄소를 대기로 방출하고 죽은 바이오매스에 저장된 영양분을 식물과 다른 미생물이 쉽게 사용할 수 있는 형태로 다시 전환함으로써 영양소 순환을 촉진합니다.[145]

인구

로지스틱 성장 곡선을 통해 운반 용량 도달

집단은 한 지역을 차지하고 세대를 거슬러 번식하는 동일한 종의 유기체 집단입니다.[146][147][148][149][150]인구 밀도에 면적 또는 부피를 곱하여 인구 크기를 추정할 수 있습니다.환경의 운반 능력은 식량, 서식지, , 그리고 이용 가능한 다른 자원들을 고려할 때, 특정한 환경에 의해 유지될 수 있는 종의 최대 개체수 크기입니다.[151]모집단의 운반 능력은 가용성 자원의 변화 및 유지 비용과 같은 환경 조건의 변화에 영향을 받을 수 있습니다.인간의 인구에서 녹색 혁명과 같은 새로운 기술은 시간이 지남에 따라 인간의 지구 운반 능력을 증가시키는데 도움을 주었고, 이는 임박한 인구 감소에 대한 시도된 예측을 방해해 왔으며, 그 중 가장 유명한 것은 18세기 토마스 맬서스(Thomas Malthus)[146]입니다.

커뮤니티

(a) 트로피컬 피라미드 및 (b) 단순화된 푸드 웨브.트로피컬 피라미드는 각 수준의 바이오매스를 나타냅니다.[152]

공동체는 같은 시간에 같은 지리적 지역을 차지하는 종의 집단입니다.생물학적 상호작용은 공동체에서 함께 살고 있는 한 쌍의 유기체가 서로에게 미치는 영향입니다.이들은 동일한 종(종내 상호작용)이거나 다른 종(종간 상호작용)일 수 있습니다.이러한 효과는 수분포식과 같이 단기적이거나 장기적일 수 있습니다; 둘 다 종종 관련된 의 진화에 강한 영향을 미칩니다.장기적인 상호작용은 공생이라고 불립니다.공생은 두 파트너 모두에게 이익이 되는 상호주의에서 두 파트너 모두에게 해가 되는 경쟁에 이르기까지 다양합니다.[153]모든 종은 소비자, 자원 또는 소비자-자원 상호작용에 참여하며, 이는 먹이 사슬 또는 먹이 그물의 핵심을 형성합니다.[154]먹이 그물에는 다양한 영양 수준이 있으며, 가장 낮은 수준은 에너지와 무기 물질을 유기 화합물로 전환하는 식물과 조류와 같은 주요 생산자(또는 자가영양생물)이며, 이는 이후 지역 사회의 나머지 사람들이 사용할 수 있습니다.[51][155][156]다음 단계에는 다른 유기체로부터 유기 화합물을 분해하여 에너지를 얻는 종인 이종영양생물이 있습니다.[154]식물을 섭취하는 이종영양생물은 1차 소비자(또는 초식동물)인 반면, 초식동물을 섭취하는 이종영양생물은 2차 소비자(또는 육식동물)입니다.그리고 2차 소비자를 먹는 사람들은 3차 소비자 등입니다.잡식성 이질영양소는 다양한 수준에서 섭취할 수 있습니다.마지막으로, 생물체의 노폐물이나 사체를 먹고 사는 분해기가 있습니다.[154]평균적으로, 시간 단위당 영양 수준의 바이오매스에 포함된 총 에너지 양은 그것이 소비하는 영양 수준의 에너지의 약 10분의 1입니다.분해자가 사용하는 폐기물과 죽은 물질뿐만 아니라 신진대사에서 손실되는 열은 다음 영양 수준에서 소비되지 않는 에너지의 나머지 90%를 차지합니다.[157]

생물권

육상, 대기, 해양 간 탄소 이동을 연간 수십억 톤 단위로 보여주는 빠른 탄소 순환.노란색 숫자는 자연유속, 빨간색은 인간의 기여, 흰색은 저장된 탄소입니다.화산 활동과 지각 활동과 같은 느린 탄소 순환의 영향은 포함되지 않습니다.[158]

지구 생태계 또는 생물권에서 물질은 서로 다른 상호작용 구획으로 존재하며, 이는 생물학적 또는 비생물학적일 수 있으며, 그들의 형태와 위치에 따라 접근이 가능하거나 접근이 불가능할 수 있습니다.[159]예를 들어, 육상의 자가영양생물에서 나오는 물질들은 생물학적이고 다른 생물들이 접근할 수 있는 반면, 암석과 광물에 있는 물질들은 생물학적이고 접근할 수 없습니다.생물 지구화학적 순환은 물질의 특정한 요소들이 지구의 생물권(생물권)과 비생물권(석권, 대기, 수권) 구획을 통해 뒤집히거나 이동하는 경로입니다.질소, 탄소, 에는 생물 지구화학적 순환이 있습니다.

보존.

보존 생물학은 생물 종, 서식지, 생태계과도한 멸종률과 생물학적 상호작용의 침식으로부터 보호하기 위한 목적으로 지구 생물 다양성의 보존을 연구하는 학문입니다.[160][161][162]생물다양성의 유지, 상실, 복원에 영향을 미치는 요소들과 유전적, 인구, , 생태계 다양성을 수반하는 지속적인 진화 과정에 관한 과학에 관한 것입니다.[163][164][165][166]이러한 우려는 지구상의 모든 생물종의 최대 50%가 향후 50년 이내에 사라질 것이라는 추정치에서 비롯되며,[167] 이는 빈곤과 기아의 원인이 되었고, 지구상의 진화 과정을 재설정하게 될 것입니다.[168][169]생물의 다양성은 사람들이 의존하는 다양한 서비스를 제공하는 생태계의 기능에 영향을 미칩니다.보존 생물학자들은 생물 다양성의 감소, 종의 멸종, 그리고 이것들이 인간 사회의 안녕을 유지하기 위한 우리의 능력에 미치는 부정적인 영향에 대해 연구하고 교육합니다.기관과 시민들은 글로벌 규모를 통해 지역의 관심사에 관여하는 연구, 모니터링, 교육 프로그램을 직접 수행하는 보전행동계획을 통해 현재의 생물다양성 위기에 대응하고 있습니다.[170][163][164][165]

참고 항목

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