Kontzeptua eta testuinguru zientifikoa

Biziaren zientzia dugu biologia (grekoz, bios = bizia eta logos = jakituria, zientzia), hau da, bizidunen egitura eta funtzioak, sailkapena, banaketa, ingurumena, elkarren arteko eta ingurumenarekiko elkarrekintzak, jatorria, eboluzioa, kontserbazioa eta ustiaketa aztertzen, ulertzen eta azaltzen saiatzen den zientzia-arloa, hain zuzen. Izaki bizidunen arteko ezaugarri komun zein bereizgarriak ditu aztergai biologiak, bizia arautzen duten lege orokorrak eta horien oinarrizko azalpenak finkatzeko asmoz. Biologia hitza Michael C. Hanov filosofoak erabili zuen aurrenekoz izaki bizidunak aztergai zituen fisikaren atala izendatzeko, 1766an argitaratutako Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae izeneko tratatuan. Gerora, terminoa zentzu modernoan erabili zuten lehenak Gottfried R Treviranus sendagile eta naturalista alemaniarrak (Biologie oder die Philosophie der Lebenden Natur, 1892) eta Jean-Baptiste Lamarck naturalista frantziarrak (Hydrogéologie, 1802) izan ziren, nor bere aldetik. Treviranusen aburuz, biologiaren oinarrizko aztergaiak bizidunen forma desberdinak, haien existentzia gobernatzen duten legeak eta haien jarduerak mugatzen dituzten kausak dira. Ordutik aurrera, biologia ez da izan fisikaren ataletariko bat, eta fisikaren aztergaiak izaki bizigabeen esparrura mugaturik gelditu dira.

Biologiaren aitzindariak naturalismo klasikoa, medikuntzaren eta kimika organikoaren hastapenak izan dira, eta, batez ere, XIX. mendearen aurretik sortutako Historia Naturala. Filosofo presokratikoek biziari buruzko hainbat galdera plazaratu zuten, eta mendetan zehar behin eta berriro nagusitu diren termino fisiko hutsetan oinarritutako erantzunak eman zizkieten (adib., atomistek). Biziaren gaia jorratu zuten antzinako jakintsuen artean, Aristoteles dugu jorienetakoa. Anatomia konparatuaren, sistematikaren eta enbriologiaren aitzindaria izan zen, 500 animalia-espezie baino gehiago deskribatu zituen, eta bizidunen lehen sailkapena ere finkatu zuen, XVIII. mendean Lineoren sistematika modernoa plazaratu zen arte hogeita bi mendetan nagusi izan zena. Izatez, askorentzat lehenbiziko zoologoa izan zen. Gerora, Teofrasto, Plinio Zaharra eta Erasistrato naturalista klasikoek landare eta animalien deskribapen zorrotz eta zehatzak argitaratu zituzten. Bestalde, Erromako enperadoreen sendagilea izatera iritsi zen Galeno mediku greziarra fisiologiaren eta farmakopearen sortzailea izan zen. Tamalez, Erromatar Inperioaren gainbeheraren ondoko mendeetan eta Errenazimentura arte ez zen interesik izan ez aurrerapausorik eman Historia Naturala eta fisiologia arlo klasikoetan. XVI. mendean, berriz, Andreas Vesalio mediku flandestarrak anatomia eta fisiologia enpirismoz jantzi zituen (De humani corporis fabrica, 1543), eta toxikologiaren aitatzat hartu den Teofrasto Parazeltso alkimista suitzarra giza gorputzaren izaera organikoaz jabetu zen. Aurkikuntza eta ikuspegi berritzaile horiek biologiaren hastapenak gidatu zituen pentsamolde mekanizistaren oinarriak izan ziren. Horren ondorioz, hiru kezka nagusi izan ziren bizidunen inguruan hurrengo bizpahiru mendeetan: jatorria, izaera eta ordenatzea.

Biologiaren oinarrizko kezkak

Bizidunen jatorria

Filosofo klasikoek uste zuten bizidunak usteletik sortzen zirela. Haien ustez, edozein materia bizigabe bizidunak sortzeko gai zen, gaztatik edo hartzidura-prozesuetatik bizidun berriak berez sortzen ziren bezalaxe. Teoria horrek berezko sortzapenaren teoria edo epigenesia izena du, eta XIX. mendearen erdira arte nagusitu zen pentsamoldea izan zen, Francesco Redi fisiologo eta naturalista italiarrak, esperimentu sendoetan oinarrituz, epigenesiari kontrajarrita zegoen hoziaren teoria preformazionista plazaratu zuen arren 1626an. Halaber, preformanzionistak izan ziren orduan aurrerakuntza itzela izan zuen mikroskopian ziharduten naturalistak ere. Preformazionismoaren arabera, berezko sortzapenaren teorian ez bezala, bizidun oro beste bizidunengandik dator.

Hala ere, eztabaida horri ez zitzaion amaiera eman 1864ra arte; urte hartan, Louis Pasteur kimikari eta mikrobiologo frantsesak esperimentalki frogatu baitzuen saldan sortzen ziren mikroorganismoak aireak eramandako hozietatik baino ez zetozela; hau da, saldatan agertutako izaki bizidunak ez zirela inolaz ere bertoko osagaietatik berez sortuak, airetik etorritako hozietatik sortuak baizik. Hala ere, preformazionismo-epigenesia polemika horrek nola edo hala gaurdaino iraun du. XXI. mendeko zientzialarien ustez, berezko sortzapena ezin da inolaz ere egungo Lurraren baldintzetan gertatu (seguru asko, biziak berak oztopatzen duelako, eta ez ezinezkoa delako), baina lehen bizidunen jatorria azaltzeko teoria zabalduenek onesten dute materia bizigabetik berez sortu zirela izaki bizidunak orduko baldintza berezietan (eboluzio prebiotikoa).

Bizidunen oinarrizko unitate komuna

Antzinako hainbat filosofok, naturaren ereduak esplikatzeko, elementu klasiko arketipikoak erabili zituzten. Grezia presokratikotik Errenazimentura arte, zeharo onetsita egon zen oinarrizko bost elementuk (lurrak, urak, aireak, suak eta eterrak) bizidunak osatzen zituztela. Errenazimentuan, anatomiaren arrakasta zela eta, gorpu-disekzio ugari egin ziren, eta biziaren oinarrizko unitatea zuntza zela pentsatzera iritsi ziren (teoria fibrilarra); izan ere, giharrak zirpildutakoan gelditzen diren zatirik txikienek zuntz-itxura dute. Zuntzaren kontzeptua Jean Ferrelek plazaratu zuen 1554ean. Ikuspegi klasikoa barne hartuz, teoria fibrilarrak zioen zuntzak oinarrizko bost elementu klasikoez osaturik zeudela. Zientzialari guztien buruan, bizidunen antolakuntzaren ikuskera hori ibili zen bueltaka bizpahiru mendez, XIX. mendean bizidunen oinarrizko unitatea zelula dela onartu zen arte (teoria zelularra), Theodor Schwann zoologoaren, Mathias J. Schleiden botanikariaren, Rudolf Virchow sendagilearen eta Santiago Ramon y Cajal histologo nafarraren ikerlanei esker (zelula).

Bizidunen aniztasuna eta ordenatzea

Aristotelesek bereizketa hau egin zuen animalien artean: odoldunak eta odolgabeak; odoldunen artean, kumegile edo bibiparoak eta erruleak; eta, odolgabeen artean, intsektuak, krustazeo oskoldunak, oskol gabeko krustazeoak (egungo zefalopodoak) eta testazeoak (egungo moluskuak). Hala ere, Aristotelesen ekarpenik interesgarriena bizidunen arteko harremanak natura-eskailera (scala naturae) gisa interpretatzea izan zen: bizidunak, egitura eta funtzioaren konplexutasunaren arabera, hamaika mailako perfekzio-eskailera graduatu batean paratu zituen, landareetatik abiatu eta gizakiraino (Historia Animalium; K.a. IV). XVIII. mendean, ikusmolde hori oso mugaturik gelditu zen. Mundu Berriaren aurkikuntzak Europara ekarri zuen itsas merkataritzaren gorakadak izugarrizko eragina izan zuen orduko naturalisten gain. Esplorazio zientifikoez aparte, bilduma naturalistak nonahi egiten ziren, eta naturalistak, datu berri ugari zegoela ikusita, bizidunen aniztasun itzelaz jabetu ziren. Joseph Pitton de Tournefort botanikari frantziarrak Aristotelesen genero eta espezie kontzeptuak egokitu zituen, eta horrek Lineo (jatorriz Carl von Linné) naturalista suediarraren bidea erraztu zuen gero. Lineok bizidunak izendatzeko unibertsalki onartutako nomenklatura binomiala plazaratu zuen. Hau da, organismo baten izen zientifikoa (azpimarratuta edo letra etzanez idazten dena) latinezko bi hitzez osatuta dago: generoa adierazteko substantibo batez eta espeziea adierazteko adjektibo batez; adibidez, Homo erectus, Homo antecesor eta Homo sapiens genero bereko hiru espezie dira. Izen zientifiko hori baliagarria suertatu da oso organismoen identifikazioan eta erregistroan nahasketak ekiditeko. Gainera, bizidunak sailkatzeko ezaugarri behagarrietan oinarritutako sistema hierarkiko zientifikoa diseinatu zuen (Systemae Naturae, 1735). Sailkapen horrek espeziearen adiera tournefortiar berria zuen ardatz gisa, eta espezieak, generotan, generoa, ordenatan, ordenak, klasetan, eta, klaseak, bi erreinutan (Animalia, Vegetabilia) taldekatu zituen, ezaugarri fisiko erkideen arabera. Azken hiru mendeetan taldekatzeak, ezaugarri behagarriak eta hierarkiaren funtsak arras aldatu diren arren, Lineoren ekarpenen oinarriak baliagarriak dira oraindik, eta ezinbestekotzat jo ditzakegu bizidunen aniztasuna, jatorria eta eboluzioa egun ulertzeko (sistematika).

Biologiaren funts bateratzaileak eta egungo teoriak

Biologia modernoaren corpusa bost funts bateratzailek eta hiru teoriak osatu dute.

Funts edo oinarri bateratzaileak

Unibertsaltasuna

Zenbait osagai eta prozesu unibertsalak dira, hau da, izaki bizidun guztietan daude. Esaterako, bizidun guztiak zelulez osatuak dira. Zelulon egitura eta prozesu guztiek bizidunen kimikaren legeak baizik ez dituzte betetzen. Organismo guztiek kode genetiko unibertsalaz baliatzen den material genetiko beraren bitartez (DNA izeneko azido nukleikoaren bidez) iraunarazten dituzte ezaugarri heredagarriak. DNAren egitura-unitateak (nukleosomak) eta informazio-unitateak (geneak) ere izaki bizidun guztiek dituzte. Bizidunen garapena eta eboluzioa ere mekanismo unibertsaletan oinarritzen da.

Escherichia coli bakterioaren zeharkako ebakiduraren ikuspegi zientifiko-artistikoa. Transmitz-proteinak zeharka dituzten bi mintz biologikoak berdez irudikatu dira. Hori zelularen muga dugu. Flagelo bat kanpoalderantz ateratzen da, eta zelula higiaraz dezake mintzean integraturik dagoen proteinazko motor biologikoari esker. Zitoplasma urdinez eta purpuraz koloreztatu da. Zitoplasman, erribosomak (purpura eta handiak), forma anitzeko RNA-molekulak (arreak eta zuriak) eta entzimak (urdinak) osagai molekular nagusiak dira. Nukleoidearen gunea horiz eta laranjaz koloreztatu da. Hor, material genetikoa (DNA —soka itxurako egitura horixka—, RNAk eta proteinak) nukleosometan (disko-itxurako paketeak) egituratuta dago. Egitura horiek unibertsalak dira, hau da, bizidun guztiek dituzte. Jaques Monod Nobel saridunaren esanetan: "Escherichia colin egia dena elefantean ere egia da" (iturria: © David S. Goodsell, 1999)

Biodibertsitatea

Bateragarritasun horren gainetik, begi-bistako aldakortasun itzela dugu, egitura, forma, metabolismo, fisiologia, garapen, bizi-ziklo, jokabide zein elkarrekintza-ereduetan, hau da, bizi-esparru guztietan. Biodibertsitate hori ulertu nahian, zuhaitz filogenetikoen adarretan sailkatu dira bizidunak, harreman genealogikoak eta eboluzio-historia aintzakotzat hartuz. Duela hogeita hamar bat urte, Carl Woese mikrobiologo estatubatuarrak bizidunak hiru eremu nagusitan sailkatu zituen, taxonomia molekularrean oinarrituz: Bakteria, Arkaea eta Eukariota. Eukariotaren barruan, Protista (adibidez, protozoak), Fungi (onddoak), Plantae eta Animalia erreinuak bereizi dira (biodibertsitate).

Jarraitutasuna

Aniztasun horretan, ezaugarri erkideak dituzten taldeak (eremuak, erreinuak, klaseak, ordenak, familiak, generoak, espezieak, etab.) identifika daitezke, eta talde bakoitzaren jatorrian, arbaso bat. Izan ere, organismo guztiak arbaso komun unibertsal bakar batetik eratorriak dira (LUCA, last universal cell ancestor; azken zelula arbaso unibertsala), eta arbasoz arbaso organismo bakoitzaren ezaugarriak aintzakotzat hartuz, eta ezaugarri horien eredua, barianteak eta ibilbide ebolutiboez baliatuz, biziaren historia interpreta daiteke hasieratik gaurdaino. Biziaren jarraitutasunaren adierazpena da hori.

Homeostasia

Izaki bizidunak sistema irekiak dira, hau da, euren barne-ingurunea mantenduz etengabe eta oreka dinamikoz trukatzen dituzte materia zein energia kanpo-ingurunearekin, eta gai dira kanpo-ingurunearen aldakortasunari eta aldaketa bortitzei aurre egiteko. Bizidun guztiek barne-ingurunea eraentzeko duten gaitasunari homeostasi deritzo; hau da, barne-baldintzak egonkor mantentzea elkarren artean erlazionaturiko eraenketa-mekanismoek kontrolaturiko oreka dinamikoen doitze anitzen bitartez. Adibidez, zelulek barneko azidotasuna egonkor mantentzen dute, odol beroko animaliek gorputzaren tenperatura konstante mantentzen dute eta landareek eta bestelako organismo fotonsitentikoek atmosferako karbonoaren kontzentrazioa eraentzen dute.

Bizidunen dibertsitatea begi-bistakoa da, eta hiru eremutan (Eukarya, Bacteria eta Archaea) sailkatu dira. Eukaryako kideak zelula eukariotikoz osatuta daude (berdez), eta zelulabakarrak (irudiko Isotricha intestinalis moduko protistoak) edo zelulaniztunak (haritzen moduko landareak, perretxikoen moduko onddoak eta ardien moduko animaliak) izan daitezke. Bakterioak (adib., irudiko Mycobacterium tuberculosisen koloniak) eta arkeoak (adib., irudiko Euryarchaeota), beren aldetik, zelula prokariotikoz osatuta daude (gorriz), eta Lurrean ugarienak eta dibertsitate handienekoak izan arren oraindik oso gutxi ezagutzen ditugu. Edonola ere, izaki horiek guztiek, txikiek zein handiek, sinpleek zein konplexuek, zelula dute oinarrizko unitate erkide. Halaber, izaera bereko material genetikoa dute, kode unibertsala daramaten geneak dituzte, eta garapen- zein eboluzio-mekanismo baliokideak. Izan ere, denak arbaso unibertsal bakar batetik datoz, egun azaleko itxuraz behintzat aski ezberdinak diren arren

Energia

Edozein kasutan, bizirik irautea energia eskuratzearen menpe dago beti. Bizidunen egitura eta funtzioaz arduratzen diren erreakzio kimikoek elikagaietatik energia erauzten eta aldarazten dute, zuzenean energia gisa erabiltzeko edo osagai propioak fabrikatzeko. Zuzenean metano, sulfuro eta bestelako molekuletatik energia erauzten duten zenbait mikroorganismo kimiosintetiko izan arren, Eguzkitik datorkigu bizi-prozesuetarako beharrezkoa den energia ia guztia. Uraren eta mineralen presentzian, organismo fotosintetikoek (adibidez, landareek, zianobakterioek...) eguzki-energia energia kimiko bihurtzen dute. Harrapatutako energia hori, biomasa zein energia erabilgarri bihurtzeko prozesuen artean, arnasketa, hartzidura eta metabolismoa ditugu, nola edo hala bizidun guztietan oxidazio-erredukzio erreakzio kimikoetan oinarrituak direnak.

Teoria biologikoak

Teoria zelularra

Teoria zelularraren lehen printzipioa da zelula dela biziaren oinarrizko unitatea. Hau da, bizidun oro zelula batez edo gehiagoz eta zelula horiek jariatutako produktuez osaturik dago. Bestalde, teoria honek dio zelulak beste zeluletatik zatiketa zelularraz sortzen direla. Azkenik, teoria zelularrak dio izaki zelulaniztunetan zelula bakoitzak bizi bikoitza duela: bat, zelularena berarena, eta, bestea, izakiarengan integraturiko elementua izateagatik dagokiona.

Teoria zelularra T. Schwannek plazaratu zuen 1838an, Urtersuchungen über die Veebereinstienneung inder Struktur und dem Eahstuhum der Thiere und Planzen liburuan, M.J. Scheleidenen ekarpenek bultzaturik. Ideia ez zen guztiz berria, XIX. mendearen hasieran hainbat aitzindari nabarmen izan baitzituen (H. Dutrochet, F.V. Raspail eta L. Okenfuss naturalisten teoria globulistak, esaterako). Bestalde, teoria zeharo onartua izan baino lehen, XIX. mende osoa kasik igaro behar izan zen. Jasan zuen kritikarik gogorrena zelulen sortzearen inguruan izan zen, R. Virchowek 1858ean Cellularpathologie liburuan “Omnis cellula e cellula” (zelula oro beste zelula batetik dator) aforismo ospetsuaren bitartez argi asko ebatzi zuen arte. Bigarren kritika nagusia nerbio-sistemaren izaera zelularrari zegokion. Orduko zientzialari eraginkorrenen ikuspegitik, nerbio-ehuna ez zegoen bakarrik zelulaz osatuta, zelulaz eta zuntzez baizik. Euren ustez, beraz, zelula ezin zen biziaren oinarrizko unitatea izan. Ezbaiak luze jo zuen, 1888an S. Ramon y Cajalek nerbio-zuntzen izaera zelularra frogatu zuen arte, hain zuzen. Segidan, 1890an, W. Waldeyer anatomista alemaniarrak nerbio-ehuneko oinarrizko osagai zelularra neurona izenaz bataiatu zuen. Gerora, XX. Mendean, teoria zelularra zeharo sendotuta geratu da; batez ere, 1940. hamarkadan Amerikako Estatu Batuetako Rockefeller Institutuan jaio zen biologia zelular modernoari esker zein azken 30 urteotan helduz joan den biologia zelular molekularrari esker (zelula).

Herentziaren teoriak

Egun badakigun geneen bitartez ematen zaizkiela ondorengo belaunaldiei forma eta funtzio biologikoak. Geneak herentziaren unitate primarioak dira, hau da, informazio-unitateak eta ez molekulak, askotan oker ulertu ohi duten bezala. Herentziarekin zerikusia duten molekulak DNA eta zenbait RNA eta proteina dira.

Gaur guztiz onetsirik dagoen herentziaren teoriaren ideia horien abiapuntua XIX. mendearen amaiera aldera izan zen. Orduan, G. Mendel fraide moldaviarrak, ilarrekin egindako ikerlanen ondorioz, ondorengoek gurasoengandik zenbait ezaugarri morfologiko heredatzen zituztena eta euren herentzia-ereduaren oinarriak argitaratu zituen. Adibidez, ilar guraso bat biribila eta bestea zimurra badira, ondorengo gehienak ez dira gurutzatuak, baizik eta biribilak edo zimurrak. 1915an argitaratutako The mechanism of Mendelian heredity liburuan, T.H. Morgan genetista eta enbriologo estatubatuarrak kromosomatan antolatutako geneek herentzian duten eginkizun nagusiaz jabetu zen. Lau hamarkada geroago, J. Watson estatubatuarrak eta F. Crick ingelesak genez gene antolatutako informazio-sekuentzia heredagarriaren eramailea den DNA molekularen egitura eta herentzian duen zeregina deszifratu zituzten. Azken mende-erdian, herentziaren mekanismo molekularrak aldez aurretik imajinaezina zen zehaztasunez ezagutu da, eta herentziaren teoria bere osotasunean zeharo frogatuta gelditu da.

Biologiaren hiru teoria orokorren aitak: T. Schawnn (Teoria zelularra); G. Mendel (Herentziaren teoria) eta Ch. Darwin (Eboluzioaren teoria)

DNAz gain, asoziatutako RNA molekulak eta proteinak ere (adibidez, histonak) material genetikoaren funtsezko osagaiak dira. Hasieran, informazio-eginkizunei dagokienez, DNA nagusitzat hartu zen arren, azken urteotan frogatu da RNA molekulak eta proteinak ere aurretik uste zen baino askoz garrantzitsuagoak direla informazio heredagarriaren zein geneen espresioaren alderditik Edonola ere, izaki baten geneen multzo osoari (haren zelula guztietan osorik aurkitzen dena) genoma deitu zaio. Aldakortasun ñimiñoak kenduta, genoma berbera dute espezie bateko indibiduo guztiek, belaunaldi ezberdinekoek ere bai, nahiz eta genoma horren gene berberak indibiduo guztiek beti ez espresatu, ezta indibiduo batek berak ere momentu oro. Gurasoen material genetikoak bere kopiak produzitu ondoren (erreplikazioa), ondorengo bakoitzak kopia zehatz bat behintzat osorik jasotzen du, eta heredatutako kopia hori bere aldetik, gerora, hurrengo belaunaldiari pasatzeko ere erreplikatu egingo da, eta abar. Erreplikazioa zehatz-zehatza den arren, heredatutako informazioan akatsak ere gertatu ohi dira. Akats horiei mutazio deritze, eta, eurei esker, belaunaldiz belaunaldi aldaketak sor daitezke, eta, ondorioz, eboluzioaren bideak markatzen dira edo gaitzak eta malformazio ez bideragarriak ere sortzen dira. Hala ere, mutazio gehienak material genetikoak berak konpontzen ditu, eta ez dira iraunkorrak (heredagarriak ere ez, beraz). Iraunkorren artean ere, batzuk neutroak dira, hau da, ez lukete eboluzio-biderik markatuko ez kalterik sortuko, baina hurrengo belaunaldien genoman betiko izkiriaturik agertuko lirateke. Haatik, organismo bat bere ingurunera fisiologikoki moldatze (zein gene eta zenbat espresatzen diren) ezin da inolaz ere haren genetan gorde, eta ezin dute, beraz, ondoregoek heredatu (herentzia)

Eboluzioaren teoria

Eboluzioaren teoriak adierazi du eboluzioaren bitartez bizia aldatuz eta garatuz doala, eta ezagututako bizidun orok jatorri komuna duela.. Eboluzioaren oinarria da populazio baten material genetikoan zenbait aldaketa heredagarrik dakartzaten ezaugarriak jatorrizko ezaugarriak baino ohikoagoak bilakatzen direla. Belaunaldi bakoitzean aldaketa horiek ñimiñoak dira, baina belaunaldiz belaunaldi metatuz doazen heinean, espezie berriak agertzea ekartzeraino ere iris daitezke. Izan ere, bizidun guztiek arbaso komun bakarra dute, eta izandakoa zein egun ezagutzen dugun biodibertsitatea eboluzioak gidatutako pixkanakako dibergentziaren ondorioa da.

Arbaso komun baten eta espezien transmutazioaren ideia ebolutiboak jada Anaximandro filosofoak planteatu zituen, Grezia klasikoan. ideia denbora luzez baztertuta egon zen, eta XVIII. mendeko filosofoek, naturalismoaren hastapenekin batera, bultzada berria eman zieten ideia eboluzionistei , eta XIX. mendearen hasierako zenbait biologok erronkari eutsi egin zioten. Orduan, aztarna fosil eta bizidunen dibertsitateari buruzko ikerketei esker, zientzialari gehienak denboran zehar espezieak aldatuz joan izanaz jabetu ziren. Beste hainbaten artean, J.B. Lamarck militar eta naturalista frantziarrak izugarrizko eragina izan zuen XIX. mendeko pentsamolde eboluzionistan. Haren teoria aitzindarian, Lamarck espezien transmutazio termino klasikoaz baliatu zen espezie bat beste espezie bat bilakatzen den aldatze-prozesua izendatzeko, 1809an. Prozesu horren azpian dagoen mekanismoa hautespen naturala dela jada 1838an C. Darwinek atzeman zuen, bere eboluzioaren teoria 1858 arte argitaratu ez zuen arren. Halaber, A.R.Wallace esploratzaile eta naturalista galestarra, bere aldetik, antzeko teoria ebolutiboa plazaratu zuen, aldi berean. Giro horretan, Darwinek On the origin of species liburu ospetsua 1859an argitaratu zuen; bertan, hautespen naturala zehazki azaldu zuen, eta eboluzioaren existentzia indartzen zuten ebidentziak aurkeztu ere bai. XX mendearen lehen erdian, Darwinen teoria ebolutiboak herentziaren teoriarekin bat egin zuen, eta 1942an Evolution: the modern synthesis liburuan J. Huxley humanista ingelesak plazaratu zuen sintesi ebolutibo modernoa taxutuz joan zen, eboluzio-unitateak (geneak) eta eboluzio-mekanismo nagusiak lotuz (hautespen naturala eta deriba genetikoa). Teoria horrek aurkikuntza berriek ekarri dizkioten zuzenketak eta eguneratzeak hartu ditu bere barnean, eta biologia ebolutiboaren paradigma izaten dirau gaur egun (eboluzio)

Biologiaren arloak eta adarrak

Biologiaren esparrua oso zabala denez, diziplina asko garatu dira biologiaren barnean. Gaur egungo ikuspegi integratutik, biokimika, batetik, biologia zelular eta molekularra eta genetika, bestetik, eta organismo eta sistemen biologia bereiz genitzake. Biokimika, biziaren kimika gisa defini genezake, eta gai hauek aztertzen ditu: makromolekulen egitura, funtzioa eta propietateak, haiek ingurumenarekiko zein beste molekulekiko dituzten elkarrekintzak eta elkarrekintza horien araberako materia- eta energia-trukea, metabolismoa eta, oro har, bizidun baten funtzionamendua. Biologia zelular eta molekularra eta genetika izeneko diziplinak geneak, horien egitura, funtzioa eta elkarrekintzak ditu aztergai, bai eta gene-espresioaren programek zelulen ezaugarriak nola gidatzen dituzten eta horretan diharduten molekulak (proteinak batez ere) zein diren; hots, bizidunek dituzten bi unitate diskretu iraunkor bakarrak (geneak eta zelulak) eta haien bitartekari iraungikorren (molekulen) propietate eta funtzioak aztertzea du helburu. Biologia zelular eta molekularrak eta genetikak aipu berezia merezi dute bi arrazoi hauengatik: batetik, gene, zelula eta molekulen arteko elkarrekintzen bidez, bizidunen herentzia, enbrioi-garapena, eboluzioa eta gaixotasunak ulertzeko aurrerapen itzela ekarri baitu; bestetik, gene, molekula eta zelulen manipulazioen bidez oso aplikazio baliagarriak erdietsi baitira biomedikuntzan, nekazaritza eta abeltzaintzan, ingurumenean eta eboluzioaren arloan. Organismo eta sistemen biologia delakoa zelula-mailatik ekosistema-mailara doa. Biodibertsitatea, taxonomia, ekologia, funtzionalitatea, bizidunen arteko zein ingurumenarekiko elkarrekintzak eta eboluzioa dira aztergai nagusiak, eta kontserbazioa, ekoizpena, ingurumen-babesa eta ustiaketa dira aplikazio-arlo nabarmenenak. Hala ere, muga eta taldekatze horiek biologiaren deskribapen sinplifikatua baino ez dira. Benetan, diziplinen arteko mugak malguak dira oso, eta egun gero eta arruntagoak dira diziplina hibridoak (adib., itsas genomika, ekologia molekularra, sistemen biologia molekularra). Esaterako, eboluzio-biologian, azken aurrerabideak biologia molekularraren tekniken aplikaziotik etorri dira (DNAren sekuentziaziotik, alegia).

Tradizionalki, diziplina biologikoak aztergai duten organismo-motaren arabera sailkatu dira: botanika, landareen azterketa; zoologia, animalien azterketa; eta mikrobiologia, mikroorganismoen azterketa. Gizakia aztertzen duen zoologiaren atalari antropologia fisiko deritzo. Arlo horiek azterketa-eskalaren eta erabilitako metodoen arabera bereiz daitezke:

• biokimikak biziaren oinarrizko kimika aztertzen du (biokimika);

• biologia molekularrak, molekula biologikoen sistemen elkarrekintza konplexuak;

• genetikak, geneak eta herentzia (gene; genetika; herentzia);

• biologia zelularrak, biziaren oinarrizko unitatea, hau da, zelula (zelula);

• histologiak eta anatomiak, ehunen, organoen eta sistemen arkitektura, egitura eta funtzioa;

• garapen-biologiak, zelulen hazkuntza eta desberdintzapena, morfogenesia (organismoen garapen-maila indibidualean) eta prozesu horien oinarrian dagoen gene-eraenketa;

• fisiologiak, organismo baten ehun eta organoen funtzio fisiko eta kimikoak (fisiologia);

• ekologiak, organismoek eta ingurumenak elkarri nola eragiten dioten (ekologia).

Horrela, organismo-mota eta azterketa-mailak konbinatuz, egun nortasuna duten diziplina zientifikoak identifika ditzakegu. Beraz, mikrobio-genetika, landare-fisiologia, animalia-biologia zelularra, giza histologia, ekofisiologia edo ekologia molekularrari buruz hitz egin dezakegu, beste askoren artean.

Bestalde, funts bateratzaileen mamia ezagutu nahian, teoria biologikoen inguruko erantzunen bila edo aplikazio-esparrua garatzeko asmoz, biologiaren barruan diziplina anitzeko arlo integratuak ere badaude: biologia ebolutiboa, ingurumen-biologia, biologia teorikoa, bioteknologia, itsas biologia, pedobiologia, akuikultura, arrantza, parasitologia, borroka biologikoa, ekotoxikologia, auzitegiko biologia, minbizi-biologia, neurobiologia, immunologia eta biomedikuntza, besteak beste. Azkenik, zenbait arloren helburua instrumentala edo teknologikoa izan daiteke, esaterako: taxonomia, sistematika, parke eta beste esparru naturalen ustiaketa, instrumentazio analitikoa, instrumentazio biomedikoa, industria-prozesuak, genomika, eta beste teknologia omikoak, bioinformatika, modelizazioa, etab.

Egungo ikerketa biologikoak

XIX. mendeko hastapenen ondoren, XX mendean biologiaren ontzearen denboraldi ernagarria bizi izan dugu, eta askoren ustez XXI. mendean biologiaren urrezko garaia datorkigu. Datozen aurrerakuntzen seinale argia da J. Craig Venter biologo eta enpresario estatubatuarrak giza genomaren sekuentzia osoa 2001ean bertan argitaratzea izana.

Azken urteotan, Nature eta Science moduko maila goreneko diziplina arteko aldizkari zientifikoetan atal gehienak eta espazio oso esanguratsua eskaini zaizkie biologian emandako aurrerakuntza berriei. Esaterako, garrantzia itzela du farmazia-, medikuntza-, nekazaritza- eta ingurumen-zientzietan merkatu-aukerak eskaini ditzakeen ikerketa bio(tekno)logikoak. Halaber, lehentasunezkoak dira neurozientzien arloko ikerketa molekular, zelular, kognitibo eta konputazionalak zein sistema- eta portaera-ikerketak. Aztergai nagusiak dira oinarrizko prozesu biologiko zelularren mekanismo molekularrak, patogenesiaren eta terapien oinarri molekularrak, kimika eta biologiaren arteko faseartea, giza genetika eta geneen funtzioa, immunologia eta material biomedikoak . Azkenik, biologian planteatutako arazoei erantzuna emateko metodo eta protokolo berrien aurkikuntzari eta garapenari garrantzi berezia ematen ari zaie.

Aztergai eta kezka klasikoak baztertu gabe, hamaika ikertze-esparru berri ari dira sortzen biologiaren inguruan, hain da handia arlo honetan dagoen jakin-gosea. Biologia ebolutiboaren aldetik, gaur egin gizaki eta hominidoen ibilbide ebolutiboa, biziaren jatorria eta garunaren eboluzioa dira ikerketa molekularren eta teknologia omikoen izarrak dira, besteak beste. Halaber, eboluzioaren oinarri orokorrak ezagutzeari dagokionez, ikerketa-programa askoren ikusmiran daude hautespen naturalaz eta jito genetikoaz gain gerora aurkitutako beste eboluzio-mekanismoak (gene-transferentzia, mikroeboluzioa, etab.). Biologiaren jaiotzaren sustagarria izan zen XVI. mendeko jarrera esploratzaile naturalista abenturazaleak molde berriko aukera ernagarriak ditu gaur egun, hala nola Lurretik kanpoko biologia (exobiologia), edo Antarktikan edo itsas hondo sakonean biziaren ezkutuko sekretuak arakatzen dituena. Mundu natural klasikoak ere teknologia berrien ikuspegitik berraztertzen ari dira. Esaterako, Venterrek, 2004ean Sargazo itsasoko uraren lagin bakar bat hartu, eta bertoko genomen multzo osoa batera sekuentziatu zuen. Eskukada batez 1.200.000 gene berri baino gehiago aurkitu zituen, eta ur-bolumen txiki batean elkarrekin bizi diren 1.800 espezie desberdin bereizi eta balizko 148 bakterio-espezie ezezagun topatu zituen. Teknika konbentzionalen bidez hori urtetako lana izango litzateke. Izan ere, informatikak eta teknologia omikoek, besteen artean, iraultza imajinaezina ekarri dute ikerketa biologikoaren arlora. Omikek egundoko datu-kopurua eskaintzen dute, baina bioinformatikaren laguntzarik gabe eta Internet gabe nekez azter eta interpreta genezake.

Gaurko gizaldiek elkarren eskutik doazen bi kezka nagusi dute, ongizatea eta ingurumena. Ikerketa biologikoek bi arlo horiek taxuz jorratzen dituzte. Ingurumen-biologiaren aldetik, ikerketa-esparru nagusiak dira biodibertsitatea eta kontserbazio-biologia, kutsadura eta ekosistemen osasuna, itsas biologia eta, oraintsu, aldaketa globaleko biologia dira. Industria-, ingurumen- eta nekazaritza-bioteknologiaren aldetik, aurrerapauso itzelak ari dira ematen bioingeniaritzan, biomaterialetan, bioerregai eta bestelako ordezko bioenergia-iturrietan, biorremediazioan, izurrite eta gaitzen aurkako erresistentzian, eta elikagai-ekoizpenean, besteak beste. Biomedikuntzan, berriz, inpaktu handieneko ikerketa-esparruak dira zelula amak, minbizia, HIESa, Alzheimer moduko endekapenezko gaixotasunak eta pandemiak, bai mekanismo eta fenomeno biologikoak ulertzeko (oinarrizko ikerketa), bai terapia berriak eta ahaltsuagoak izateko aukera emango duten teknologia berriak garatzeko (adibidez, instrumentazioa, gene-bektoreak, nanomedikuntza).

Ikerketa eta aplikazio biologikoen inguruko etikari edo bioetikari sekulako lehentasuna eman zaio azken hiru hamarkadetan, batetik, animaliak sufriarazteaz edo hiltzeaz balia daitezkeen ikerketa-jardueren aurrean, eta, bestetik, gizartearentzat klonazioa edo zelula amen bidezko terapiak bezain eztabaidagarriak diren aplikazioei dagokiela. Hori dela eta, ikertzaileak, euren eguneroko jarrera bioetikoa lantzeaz gain (organismoen manipulatzean, hondakin biologikoen prozesatzean eta abarretan.), ahalegin handiak egiten ari dira animalia-eredu esperimental klasikoak (sagu, untxi, arratoi eta tximino kasu) zelula-kulturaz (in vitro saiakuntza) edo animalia-eredu alternatiboz (nematodoak, moluskuak, intsektuak, arrainak, etab.) ordezkatzeko ikerketetan. Are gehiago, zenbait ikerketa biologiko (biologia molekular funtzionala, toxikozinetika, biomekanika, giza fisiologia integratua, etab.) esparru birtual hutsera mugatuta gera daitezke (in silico ikerketak), fenomeno biologikoak ulertzeko simulazioak zein modelizazioak eginez.

Azken urteotan, eta etorkizunera begira, administrazioak biozientzien arlo estrategikoak sustatu nahi ditu Euskal Herrian, oinarrizko ikerketa, lankidetza-ikerketa eta diziplina anitzeko ikerketa garatuz, bertan biozientzien arloko enpresa-jarduera eta nazioartean aintzatetsitako bikaintasunezko ikerketa-jarduera gauza daitezen. Ekonomisten esanetan, biozientzien sektorean 26.000 lanpostutik gora dira Euskal Autonomia Erkidegoan. Biozientzien arloaren sustapena Euskal Bioeskualde ekimenaren bitartez abiatu zen, duela hamar bat urte, Europako Bioeskualdeen Kontseiluaren (CEBR) partaidea izanik munduari zabalik dagoena.

Animaliekin eredu erabilienetakoak biomedikuntza-ikerketetan: Caenorabhditis elegans nematodoa, Danio rerio zebra-arraina eta Poecilia reticulata guppy arraina, Drosophila melanoganster ozpin-eulia (iturria: http://www.flickr.com/photos/impossible/ / CC BY 2.0) eta Mus musculus sagutxoa (iturria: NIGMS). Espezie horien genoma osorik sekuentziatu da dagoeneko, eta horrek itzelezko aukerak sor ditzake ikerketetan aurrera egiteko. Hala ere, azken urteotan, arazo etikoak direla-eta in vitro saiakuntza hobetsi da, eta zelula-kulturen erabilera alternatiboa gero eta hedatuago dago