Pengertian Biologi, Sejarah, Konsep, Istilah Yang Sering Digunakan

 Apa pengertian Biologi?

Biologi adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari kehidupan dan organisme hidup. Kata "biologi" berasal dari bahasa Yunani, di mana "bios" berarti "kehidupan" dan "logos" berarti "kajian" atau "ilmu". Sebagai ilmu pengetahuan, biologi mencakup studi tentang struktur, fungsi, pertumbuhan, asal usul, evolusi, dan distribusi organisme hidup di Bumi.

Biologi mempelajari berbagai tingkatan organisasi kehidupan, mulai dari tingkat molekuler (seperti DNA dan protein) hingga tingkat organisme individu, populasi, komunitas, ekosistem, dan bahkan biosfer. Bidang ini melibatkan berbagai aspek penelitian, termasuk anatomi, fisiologi, genetika, evolusi, ekologi, taksonomi, bioteknologi, dan banyak lagi.

Biologi juga melibatkan pemahaman tentang interaksi organisme hidup dengan lingkungan mereka, serta kaitannya dengan faktor-faktor seperti faktor abiotik (misalnya, air, tanah, dan iklim) dan faktor biotik (misalnya, hubungan simbiosis antara organisme).

Tujuan utama biologi adalah memahami prinsip-prinsip dasar kehidupan, mempelajari keragaman organisme hidup, menjelaskan bagaimana organisme beradaptasi dengan lingkungan mereka, dan menerapkan pengetahuan tersebut dalam berbagai bidang, seperti pengobatan, konservasi, pertanian, dan lingkungan.

Secara keseluruhan, biologi memainkan peran penting dalam memahami dunia yang kita tinggali, mulai dari makhluk hidup mikroskopis hingga organisme kompleks seperti manusia, serta interaksi mereka dengan lingkungan alam sekitar mereka.

Konsep dasar biologi

Prinsip biologis

Konsep homeostasis

Konsep homeostasis adalah salah satu konsep dasar dalam biologi yang penting. Homeostasis merujuk pada kemampuan suatu organisme untuk menjaga kondisi internal yang relatif stabil dan seimbang meskipun ada perubahan yang terjadi di lingkungan eksternal.

Konsep homeostasis - bahwa makhluk hidup mempertahankan lingkungan internal yang konstan. Pertama kali dikemukakan pada abad ke-19 oleh ahli fisiologi Prancis Claude Bernard, yang menyatakan bahwa “semua mekanisme vital, yang bervariasi sebagaimana adanya, hanya memiliki satu tujuan: yaitu menjaga agar tetap konstan. kondisi kehidupan.”

Seperti yang awalnya dipahami oleh Bernard, homeostasis diterapkan pada perjuangan satu organisme untuk bertahan hidup. Konsep tersebut kemudian diperluas untuk mencakup semua sistem biologis mulai dari sel hingga seluruh biosfer, semua wilayah Bumi yang dihuni oleh makhluk hidup.

Dalam homeostasis, organisme berupaya menjaga faktor-faktor seperti suhu tubuh, pH darah, konsentrasi zat-zat tertentu, tekanan osmotik, dan lainnya dalam kisaran yang optimal untuk menjaga fungsi normal tubuh. Proses homeostasis melibatkan berbagai mekanisme pengaturan yang kompleks.

Contoh dari mekanisme homeostasis adalah:
  • Termoregulasi: Organisme mempertahankan suhu tubuh yang konstan. Pada manusia, jika suhu tubuh naik, misalnya saat suhu lingkungan meningkat, mekanisme termoregulasi akan berfungsi untuk mengeluarkan panas melalui keringat dan memperlebar pembuluh darah di kulit. Sebaliknya, jika suhu tubuh turun, mekanisme termoregulasi akan menghasilkan panas melalui tremor otot dan mempersempit pembuluh darah di kulit.
  • Regulasi pH: Organisme menjaga keseimbangan pH dalam tubuh, terutama darah. Sistem pengaturan seperti sistem asam-basa dalam tubuh bekerja untuk mengeluarkan atau menyerap ion hidrogen (H+) untuk menjaga pH darah dalam kisaran yang sempit.
  • Osmoregulasi: Organisme mengatur konsentrasi air dan ion-ion di dalam tubuh. Misalnya, pada ikan air tawar, mereka memiliki mekanisme untuk mengeluarkan air berlebih dan menyerap garam secara aktif agar dapat menjaga keseimbangan osmotik dengan lingkungan.
  • Regulasi glukosa darah: Tubuh manusia mengatur kadar glukosa darah dengan mekanisme pengaturan yang kompleks melalui hormon insulin dan glukagon yang diproduksi oleh pankreas. Ketika kadar glukosa darah terlalu tinggi, insulin akan merangsang sel-sel tubuh untuk mengambil glukosa dari darah. Sebaliknya, jika kadar glukosa darah terlalu rendah, glukagon akan merangsang pelepasan glukosa dari cadangan glikogen di hati.
Mekanisme homeostasis ini melibatkan umpan balik negatif, di mana suatu perubahan yang terdeteksi oleh sensor akan merangsang respons yang berlawanan untuk mengembalikan kondisi ke kisaran normal. Hal ini memungkinkan organisme untuk bertahan hidup dan berfungsi secara efektif dalam berbagai kondisi lingkungan yang berubah.

Kesatuan zat hidup

Semua organisme hidup, terlepas dari keunikannya, memiliki karakteristik biologis, kimiawi, dan fisik tertentu yang sama. Semuanya, misalnya, terdiri dari unit-unit dasar yang dikenal sebagai sel dan dari zat kimia yang sama, yang ketika dianalisis menunjukkan kesamaan yang patut diperhatikan, bahkan dalam organisme yang berbeda seperti bakteri dan manusia. 
Foto Tipe Sell

Selain itu, karena tindakan organisme apa pun ditentukan oleh cara sel-selnya berinteraksi dan karena semua sel berinteraksi dengan cara yang hampir sama, fungsi dasar semua organisme juga serupa.

Tidak hanya kesatuan zat hidup dasar dan fungsinya, tetapi juga kesatuan asal usul semua makhluk hidup. Menurut teori yang diajukan pada tahun 1855 oleh ahli patologi Jerman Rudolf Virchow, “semua sel hidup muncul dari sel hidup yang sudah ada sebelumnya.” Teori tersebut tampaknya berlaku untuk semua makhluk hidup saat ini dalam kondisi lingkungan yang ada. 

Namun, jika kehidupan bermula di Bumi lebih dari satu kali di masa lalu, fakta bahwa semua organisme memiliki kesamaan struktur dasar, komposisi, dan fungsi tampaknya menunjukkan bahwa hanya satu jenis asli yang berhasil.

Asal usul kehidupan yang sama akan menjelaskan mengapa pada manusia atau bakteri dan dalam semua bentuk kehidupan di antaranya zat kimia yang sama, asam deoksiribonukleat (DNA), dalam bentuk gen bertanggung jawab atas kemampuan semua makhluk hidup untuk mereplikasi diri dengan tepat. dan untuk mengirimkan informasi genetik dari induk ke keturunannya. Selanjutnya, mekanisme transmisi tersebut mengikuti pola yang sama pada semua organisme.

Setiap kali perubahan dalam gen (mutasi) terjadi, ada semacam perubahan dalam organisme yang mengandung gen tersebut. Fenomena universal inilah yang menimbulkan perbedaan (variasi) dalam populasi organisme yang darinya alam memilih untuk bertahan hidup yang paling mampu mengatasi perubahan kondisi lingkungan.

Evolusi

Dalam teorinya tentang seleksi alam, yang dibahas secara lebih rinci nanti, Charles Darwin mengemukakan bahwa "survival of the fittest" adalah dasar evolusi organik (perubahan makhluk hidup seiring waktu).
Teori Evolusi

Evolusi sendiri merupakan fenomena biologis yang umum terjadi pada semua makhluk hidup, meskipun telah menimbulkan perbedaan-perbedaan di antara mereka. Bukti yang mendukung teori evolusi terutama berasal dari catatan fosil, dari studi perbandingan struktur dan fungsi, dari studi perkembangan embriologi, dan dari studi DNA dan RNA (asam ribonukleat).

Diversity

Terlepas dari kesamaan biologis, kimia, dan fisik dasar yang ditemukan pada semua makhluk hidup, keragaman kehidupan tidak hanya ada di antara dan di antara spesies tetapi juga di dalam setiap populasi alami. 

Fenomena keanekaragaman memiliki sejarah kajian yang panjang karena begitu banyak variasi yang ada di alam yang dapat dilihat oleh mata. Fakta bahwa organisme berubah selama masa prasejarah dan bahwa variasi baru terus berevolusi dapat diverifikasi oleh catatan paleontologis serta percobaan pemuliaan di laboratorium. 

Lama setelah Darwin berasumsi bahwa variasi itu ada, ahli biologi menemukan bahwa itu disebabkan oleh perubahan materi genetik (DNA). Perubahan itu dapat berupa perubahan kecil pada urutan penyusun DNA (nukleotida), perubahan yang lebih besar seperti perubahan struktur kromosom, atau perubahan total jumlah kromosom. Bagaimanapun, perubahan materi genetik dalam sel reproduksi memanifestasikan dirinya sebagai semacam perubahan struktural atau kimiawi pada keturunannya. Konsekuensi dari mutasi semacam itu bergantung pada interaksi keturunan mutan dengan lingkungannya.

Telah disarankan bahwa reproduksi seksual menjadi jenis reproduksi yang dominan di antara organisme karena keunggulan variabilitasnya yang melekat, yaitu mekanisme yang memungkinkan suatu spesies menyesuaikan diri dengan kondisi yang berubah. 

Variasi baru berpotensi hadir dalam perbedaan genetik, tetapi seberapa dominan suatu variasi dalam kumpulan gen bergantung pada jumlah keturunan yang dihasilkan oleh mutan atau varian (reproduksi diferensial). Kebaruan genetik (variasi baru) dapat menyebar dalam waktu ke semua anggota populasi, terutama jika kebaruan meningkatkan peluang populasi untuk bertahan hidup di lingkungan tempat ia berada. Jadi, ketika suatu spesies diperkenalkan ke habitat baru, ia beradaptasi dengan perubahan melalui seleksi alam atau melalui mekanisme evolusi lainnya atau akhirnya mati. Karena setiap habitat baru berarti adaptasi baru, perubahan habitat telah bertanggung jawab atas jutaan jenis spesies yang berbeda dan heterogenitas dalam setiap spesies.

Jumlah spesies hewan dan tumbuhan yang masih ada diperkirakan antara sekitar 5 juta dan 10 juta; sekitar 1,5 juta dari spesies tersebut telah dideskripsikan oleh para ilmuwan. Penggunaan klasifikasi sebagai alat untuk menghasilkan semacam keteraturan dari berbagai jenis organisme yang sangat banyak muncul sejak kitab Kejadian dengan rujukan pada sapi, binatang buas, unggas, binatang melata, pohon, dan seterusnya. Akan tetapi, upaya ilmiah pertama untuk mengklasifikasikan dikaitkan dengan filsuf Yunani Aristoteles, yang mencoba membangun sistem yang akan menunjukkan hubungan semua hal satu sama lain. Dia mengatur segala sesuatu di sepanjang skala, atau "tangga alam", dengan benda mati di bagian bawah; tanaman ditempatkan di bawah binatang, dan manusia di atas. Skema lain yang telah digunakan untuk mengelompokkan spesies termasuk kesamaan anatomi besar, seperti sayap atau sirip, yang menunjukkan hubungan alami, dan juga kesamaan dalam struktur reproduksi.

Taksonomi didasarkan pada dua asumsi utama: satu adalah konstruksi tubuh yang serupa dapat digunakan sebagai kriteria untuk pengelompokan klasifikasi; yang lainnya adalah, selain kesamaan struktural, hubungan evolusioner dan molekuler antar organisme dapat digunakan sebagai sarana untuk menentukan klasifikasi.

Perilaku dan hubungan timbal balik

Studi tentang hubungan makhluk hidup satu sama lain dan dengan lingkungannya dikenal sebagai ekologi. Karena hubungan timbal balik ini sangat penting bagi kesejahteraan Bumi dan karena dapat terganggu secara serius oleh aktivitas manusia, ekologi telah menjadi cabang biologi yang penting.

Kontinuitas

Apakah suatu organisme adalah manusia atau bakteri, kemampuannya untuk bereproduksi adalah salah satu karakteristik kehidupan yang paling penting. Karena kehidupan hanya berasal dari kehidupan yang sudah ada sebelumnya, hanya melalui reproduksilah generasi-generasi berikutnya dapat melanjutkan sifat-sifat suatu spesies.

Studi tentang struktur

Makhluk hidup didefinisikan dalam hal kegiatan atau fungsi yang hilang pada benda mati. Proses kehidupan setiap organisme dilakukan oleh bahan-bahan tertentu yang dirangkai dalam struktur tertentu. Dengan demikian, makhluk hidup dapat didefinisikan sebagai suatu sistem, atau struktur, yang berkembang biak, berubah dengan lingkungannya selama periode waktu tertentu, dan mempertahankan individualitasnya melalui metabolisme yang konstan dan berkelanjutan.

Sel dan komponennya

Ahli biologi pernah bergantung pada mikroskop cahaya untuk mempelajari morfologi sel yang ditemukan pada tumbuhan dan hewan tingkat tinggi. Fungsi sel dalam organisme uniseluler dan multiseluler kemudian didalilkan dari pengamatan struktur; penemuan kloroplas di dalam sel, misalnya, mengarah pada penyelidikan proses fotosintesis. Dengan penemuan mikroskop elektron, organisasi halus plastida dapat digunakan untuk studi kuantitatif lebih lanjut dari berbagai bagian proses tersebut.
Sel dan komponennya
Sel dan komponennya

Analisis kualitatif dan kuantitatif dalam biologi memanfaatkan berbagai teknik dan pendekatan untuk mengidentifikasi dan memperkirakan kadar asam nukleat, protein, karbohidrat, dan konstituen kimia sel dan jaringan lainnya. Banyak teknik tersebut menggunakan antibodi atau probe yang mengikat molekul tertentu di dalam sel dan yang ditandai dengan bahan kimia, umumnya pewarna fluoresen, isotop radioaktif, atau pewarnaan biologis, sehingga memungkinkan atau meningkatkan visualisasi mikroskopis atau deteksi molekul sel. minat.

Label kimia adalah sarana ampuh yang digunakan ahli biologi untuk mengidentifikasi, menemukan, atau melacak zat dalam materi hidup. Beberapa contoh pengujian yang banyak digunakan yang menggabungkan label termasuk pewarnaan Gram, yang digunakan untuk identifikasi dan karakterisasi bakteri; hibridisasi fluoresensi in situ, yang digunakan untuk mendeteksi urutan genetik tertentu dalam kromosom; dan uji luciferase, yang mengukur bioluminesensi yang dihasilkan dari reaksi luciferin-luciferase, yang memungkinkan kuantifikasi beragam molekul.

Jaringan dan organ

Ahli biologi awal memandang pekerjaan mereka sebagai studi tentang organisme. Organisme, yang kemudian dianggap sebagai unit dasar kehidupan, masih menjadi perhatian utama beberapa ahli biologi modern, dan memahami bagaimana organisme mempertahankan lingkungan internalnya tetap menjadi bagian penting dari penelitian biologi. Untuk lebih memahami fisiologi organisme, peneliti mempelajari jaringan dan organ penyusun organisme. Kunci untuk pekerjaan itu adalah kemampuan memelihara dan menumbuhkan sel in vitro (“dalam gelas”), atau dikenal sebagai kultur jaringan.

Beberapa upaya pertama kultur jaringan dilakukan pada akhir abad ke-19. Pada tahun 1885, ahli zoologi Jerman Wilhelm Roux memelihara jaringan dari embrio ayam dalam larutan garam. Namun, terobosan besar pertama dalam kultur jaringan terjadi pada tahun 1907 dengan pertumbuhan proses sel saraf katak oleh ahli zoologi Amerika Ross G. Harrison. Beberapa tahun kemudian, peneliti Prancis Alexis Carrel dan Montrose Burrows menyempurnakan metode Harrison dan memperkenalkan istilah kultur jaringan. Menggunakan teknik laboratorium yang ketat, para pekerja telah mampu menjaga sel dan jaringan tetap hidup dalam kondisi kultur untuk jangka waktu yang lama. Teknik untuk menjaga agar organ tetap hidup dalam persiapan transplantasi berasal dari eksperimen semacam itu.

Kemajuan dalam kultur jaringan telah memungkinkan penemuan yang tak terhitung jumlahnya dalam biologi. Sebagai contoh, banyak percobaan telah diarahkan untuk mencapai pemahaman yang lebih dalam tentang diferensiasi biologis, khususnya faktor-faktor yang mengendalikan diferensiasi. Penting bagi penelitian tersebut adalah pengembangan metode kultur jaringan pada akhir abad ke-20 yang memungkinkan pertumbuhan sel punca embrionik mamalia dan akhirnya sel punca embrionik manusia pada pelat kultur.


Sejarah biologi

Ada saat-saat dalam sejarah semua ilmu ketika kemajuan luar biasa dicapai dalam waktu yang relatif singkat. Lompatan pengetahuan seperti itu sebagian besar dihasilkan dari dua faktor: satu adalah adanya pikiran kreatif   pikiran yang cukup perseptif dan orisinal untuk membuang ide-ide yang diterima sampai sekarang dan merumuskan hipotesis baru; yang kedua adalah kemampuan teknologi untuk menguji hipotesis dengan eksperimen yang sesuai. Pikiran yang paling orisinal dan ingin tahu sangat terbatas tanpa alat yang tepat untuk melakukan penyelidikan; sebaliknya, peralatan teknologi yang paling canggih tidak dapat dengan sendirinya menghasilkan wawasan tentang proses ilmiah apa pun.

Contoh hubungan antara kedua faktor tersebut adalah penemuan sel. Selama ratusan tahun telah ada spekulasi mengenai struktur dasar tumbuhan dan hewan. Namun, baru setelah instrumen optik cukup berkembang untuk mengungkapkan sel, barulah mungkin untuk merumuskan hipotesis umum, teori sel, yang secara memuaskan menjelaskan bagaimana tumbuhan dan hewan diatur.

 Demikian pula, pentingnya studi Gregor Mendel tentang cara pewarisan pada kacang polong tetap diabaikan selama bertahun-tahun sampai kemajuan teknologi memungkinkan penemuan kromosom dan bagian yang mereka mainkan dalam pembelahan sel dan hereditas. Selain itu, sebagai hasil dari perkembangan instrumen yang sangat canggih yang relatif baru, seperti mikroskop elektron, ultrasentrifus, dan mesin pengurut DNA otomatis, biologi telah beralih dari ilmu yang sebagian besar bersifat deskriptif—ilmu yang berkaitan dengan seluruh sel dan organisme—ke disiplin yang semakin menekankan aspek subselular dan molekuler dari organisme dan upaya untuk menyamakan struktur dengan fungsi di semua tingkat organisasi biologis.

Warisan awal

Meskipun tidak diketahui kapan studi biologi dimulai, manusia purba pasti memiliki pengetahuan tentang hewan dan tumbuhan di sekitar mereka. Kelangsungan hidup manusia bergantung pada pengenalan akurat tanaman pangan tidak beracun dan pada pemahaman tentang kebiasaan predator berbahaya. Catatan arkeologi menunjukkan bahwa bahkan sebelum perkembangan peradaban, manusia telah menjinakkan hampir semua hewan yang tersedia bagi mereka dan telah mengembangkan sistem pertanian yang cukup stabil dan efisien untuk memenuhi kebutuhan sejumlah besar orang yang hidup bersama dalam komunitas. Oleh karena itu, jelaslah bahwa sebagian besar sejarah biologi sudah ada sebelum manusia mulai menulis dan menyimpan catatan.

Catatan biologis paling awal

Praktik biologis di antara orang Asiria dan Babilonia

Sebagian besar sejarah biologi yang tercatat paling awal berasal dari relief dasar Asyur dan Babilonia yang menunjukkan tanaman yang dibudidayakan dan dari ukiran yang menggambarkan kedokteran hewan. Ilustrasi pada segel tertentu mengungkapkan bahwa orang Babilonia telah mengetahui bahwa pohon kurma bereproduksi secara seksual dan bahwa serbuk sari dapat diambil dari tanaman jantan dan digunakan untuk membuahi tanaman betina. Meskipun penanggalan yang tepat dari catatan awal tersebut kurang, kontrak bisnis Babilonia dari periode Hammurabi (c. 1800 SM) menyebutkan bunga jantan dari kurma sebagai barang dagangan, dan deskripsi pemanenan kurma diperpanjang hingga sekitar 3500 SM .
Palm Biologi
Palm Biologi
Sumber informasi lain mengenai luasnya pengetahuan biologis orang-orang awal ini adalah penemuan beberapa papirus yang berkaitan dengan bidang kedokteran; satu, diyakini berasal dari tahun 1600 SM, berisi deskripsi anatomi; yang lain (c. 1500 SM) menunjukkan bahwa pentingnya hati telah diakui. Karena dokumen-dokumen kuno itu, yang berisi campuran antara fakta dan takhayul, mungkin meringkas pengetahuan saat itu, dapat diasumsikan bahwa beberapa isinya telah diketahui oleh generasi sebelumnya.

Pengetahuan biologis orang Mesir, Cina, dan India

Papirus dan artefak yang ditemukan di makam dan piramida menunjukkan bahwa orang Mesir juga memiliki pengetahuan medis yang cukup. Mumi mereka yang diawetkan dengan baik menunjukkan bahwa mereka memiliki pemahaman menyeluruh tentang sifat pengawet tumbuhan yang dibutuhkan untuk pembalseman; kalung tumbuhan dan relief dari berbagai sumber juga mengungkapkan bahwa orang Mesir kuno sangat menyadari nilai obat dari tumbuhan tertentu. Kompilasi Mesir yang dikenal sebagai papirus Ebers (c. 1550 SM) adalah salah satu teks medis tertua yang diketahui.
Pengetahuan biologis orang Mesir, Cina, dan India
Pengetahuan biologis orang Mesir, Cina, dan India

Di Tiongkok kuno, tiga mitos kaisar Fu Xi, Shennong, dan Huangdi yang dianggap memiliki masa pemerintahan dari abad ke-29 hingga abad ke-27 SM, dikatakan memiliki pengetahuan medis. Menurut legenda, Shennong menggambarkan kekuatan terapeutik dari banyak tanaman obat dan termasuk deskripsi banyak tanaman pangan penting, seperti kedelai. Namun, catatan pengobatan tertulis paling awal yang diketahui di Tiongkok adalah Huangdi neijing (Pengobatan Klasik Kaisar Kuning), yang berasal dari abad ke-3 SM. Selain kedokteran, orang Tionghoa kuno memiliki pengetahuan tentang bidang biologi lainnya. Misalnya, mereka tidak hanya menggunakan ulat sutera Bombyx mori untuk menghasilkan sutra untuk perdagangan, tetapi juga memahami prinsip pengendalian biologis, menggunakan satu jenis serangga, semut entomophagous (pemakan serangga), untuk memusnahkan serangga yang menggerogoti pepohonan.

Sejak 2500 SM, orang-orang India barat laut memiliki ilmu pertanian yang berkembang dengan baik. Reruntuhan di Mohenjo-daro telah menghasilkan benih gandum dan jelai yang dibudidayakan saat itu. Millet, kurma, melon, dan buah-buahan dan sayuran lainnya, serta kapas, dikenal peradaban. Namun, tumbuhan bukan hanya sumber makanan. Sebuah dokumen, yang diyakini berasal dari abad ke-6 SM, menjelaskan penggunaan sekitar 960 tanaman obat dan menyertakan informasi tentang topik seperti anatomi, fisiologi, patologi, dan kebidanan.

Dunia Yunani-Romawi

Meskipun orang Babilonia, Asyur, Mesir, Cina, dan India mengumpulkan banyak informasi biologis, mereka hidup di dunia yang diyakini didominasi oleh setan dan roh yang tidak dapat diprediksi. Oleh karena itu, individu terpelajar dalam budaya awal itu mengarahkan studi mereka ke arah pemahaman tentang dunia supernatural, bukan alam. Ahli anatomi, misalnya, membedah hewan bukan untuk mendapatkan pemahaman tentang strukturnya, tetapi untuk mempelajari organnya guna memprediksi masa depan. Namun, dengan munculnya peradaban Yunani, sikap mistis itu mulai berubah. Sekitar 600 SM muncullah aliran filsuf Yunani yang percaya bahwa setiap peristiwa memiliki penyebab dan penyebab tertentu menghasilkan akibat tertentu. Konsep itu, yang dikenal sebagai kausalitas, memiliki efek mendalam pada penyelidikan ilmiah selanjutnya. Lebih jauh lagi, para filosof tersebut menganggap adanya “hukum alam” yang mengatur alam semesta dan dapat dipahami oleh manusia melalui penggunaan daya observasi dan deduksinya. Meskipun mereka mendirikan ilmu biologi, kontribusi terbesar orang Yunani terhadap ilmu pengetahuan adalah gagasan pemikiran rasional.

Teori tentang manusia dan asal usul kehidupan

Salah satu filsuf Yunani paling awal, Thales of Miletus (sekitar abad ke-7 SM), menyatakan bahwa alam semesta mengandung kekuatan kreatif yang disebutnya physis, nenek moyang awal istilah fisika; dia juga mendalilkan bahwa dunia dan semua makhluk hidup di dalamnya terbuat dari air. 
Teori tentang manusia dan asal usul kehidupan
Teori tentang manusia dan asal usul kehidupan
Anaximander, murid Thales, tidak menerima air sebagai satu-satunya zat yang berasal dari makhluk hidup; ia percaya bahwa selain air, makhluk hidup terdiri dari tanah dan zat mirip gas yang disebut apeiron, yang dapat dibagi menjadi panas dan dingin. Berbagai campuran bahan tersebut memunculkan empat unsur: tanah, udara, api, dan air. 

Meskipun dia adalah salah satu orang pertama yang menggambarkan Bumi sebagai bola daripada sebagai bidang datar, Anaximander mengusulkan bahwa kehidupan muncul secara spontan dalam lumpur dan hewan pertama yang muncul adalah ikan yang ditutupi kulit berduri. Keturunan ikan-ikan itu akhirnya meninggalkan air dan pindah ke tanah kering, di mana mereka memunculkan hewan lain melalui transmutasi (perubahan dari satu bentuk ke bentuk lain). Dengan demikian, teori evolusi awal dirumuskan.

Di Crotone di Italia selatan, di mana sekolah penting filsafat alam didirikan oleh Pythagoras sekitar 500 SM, salah satu muridnya, Alcmaeon, menyelidiki struktur hewan dan menjelaskan perbedaan antara arteri dan vena, menemukan saraf optik, dan mengenali otak sebagai kursi intelek. Sebagai hasil dari studinya tentang perkembangan embrio, Alcmaeon dapat dianggap sebagai pendiri embriologi.

Meskipun dokter Yunani Hippocrates, yang mendirikan sekolah kedokteran di pulau Aegean Cos sekitar 400 SM, bukanlah seorang penyelidik dalam pengertian Alcmaeon, dia mengenali melalui pengamatan terhadap pasien hubungan timbal balik yang rumit yang terlibat dalam tubuh manusia. Dia juga merenungkan pengaruh lingkungan pada sifat manusia dan percaya bahwa iklim yang sangat kontras cenderung menghasilkan tipe penghuni yang kuat, sedangkan iklim sedang bahkan lebih kondusif untuk kelambanan.

Hippocrates dan pendahulunya prihatin dengan pertanyaan filosofis utama tentang bagaimana kosmos dan penghuninya diciptakan. Meskipun mereka menerima fisis sebagai kekuatan kreatif, mereka berbeda dalam hal pentingnya peran yang dimainkan oleh tanah, udara, api, air, dan elemen lainnya. Meskipun Anaximenes, misalnya, yang mungkin pernah menjadi murid Anaximander, berpegang pada ajaran yang populer saat itu bahwa kehidupan berasal dari segumpal lumpur, dia mendalilkan bahwa kekuatan kreatif yang sebenarnya dapat ditemukan di udara dan itu dipengaruhi. oleh panasnya Matahari. Anggota sekolah Hippocrates juga percaya bahwa semua tubuh yang hidup terdiri dari empat humor   darah, empedu hitam, dahak, dan empedu kuning   yang masing-masing diduga berasal dari jantung, limpa, otak, dan hati. Ketidakseimbangan humor dianggap menyebabkan seseorang menjadi optimis, melankolis, apatis, atau mudah tersinggung. Kata-kata ini bertahan dalam literatur medis selama berabad-abad, sebuah bukti popularitas panjang dari gagasan pengaruh humor. Selama berabad-abad juga diyakini bahwa ketidakseimbangan dalam humor adalah penyebab penyakit, sebuah kepercayaan yang menghasilkan praktik umum pertumpahan darah untuk membersihkan tubuh dari humor yang berlebihan.

Konsep Aristoteles

Sekitar pertengahan abad ke-4 SM, sains Yunani kuno mencapai puncaknya dengan Aristoteles, yang tertarik pada semua cabang ilmu, termasuk biologi. Menggunakan pengamatan dan teorinya, Aristoteles adalah orang pertama yang mencoba sistem klasifikasi hewan, di mana dia membandingkan hewan yang mengandung darah dengan yang tidak berdarah. Hewan berdarah termasuk yang sekarang dikelompokkan sebagai mamalia (kecuali paus, yang dia tempatkan dalam kelompok terpisah), burung, amfibi, reptil, dan ikan. Hewan tak berdarah dibagi menjadi cephalopoda, krustasea yang lebih tinggi, serangga, dan testacea, kelompok terakhir merupakan kumpulan dari semua hewan yang lebih rendah. Pemeriksaannya yang cermat terhadap hewan menghasilkan pemahaman bahwa mamalia memiliki paru-paru, menghirup udara, berdarah panas, dan menyusui anak mereka. Aristoteles adalah orang pertama yang menunjukkan pemahaman tentang taksonomi sistematis secara keseluruhan dan mengenali satuan-satuan dengan derajat yang berbeda di dalam sistem.

Bagian terpenting dari karya Aristoteles adalah yang dikhususkan untuk reproduksi dan subjek terkait hereditas dan keturunan. Dia mengidentifikasi empat cara reproduksi, termasuk asal usul kehidupan abiogenetik dari lumpur tak hidup, sebuah kepercayaan yang dianut oleh orang Yunani pada masa itu. Cara reproduksi lain yang dikenalnya termasuk bertunas (reproduksi aseksual), reproduksi seksual tanpa persetubuhan, dan reproduksi seksual dengan persetubuhan. Aristoteles menggambarkan sperma dan ovum dan percaya bahwa darah menstruasi organisme vivipar (mereka yang melahirkan anak muda) adalah zat generatif yang sebenarnya.

Meskipun Aristoteles mengakui bahwa spesies tidak stabil dan tidak dapat diubah dan meskipun dia berusaha untuk mengklasifikasikan hewan yang dia amati, dia jauh dari mengembangkan gagasan pra-Darwinian tentang evolusi. Nyatanya, dia menolak saran seleksi alam dan mencari penjelasan teleologis (yaitu, semua fenomena di alam dibentuk oleh suatu tujuan) untuk setiap pengamatan tertentu. Namun demikian, banyak prinsip ilmiah penting, beberapa di antaranya sering dianggap sebagai konsep abad ke-20, dapat dianggap berasal dari Aristoteles. Berikut ini adalah beberapa di antaranya: (1) Menggunakan burung sebagai contoh, ia merumuskan prinsip bahwa semua organisme secara struktural dan fungsional beradaptasi dengan kebiasaan dan habitatnya. (2) Alam itu pelit; itu tidak mengeluarkan energi yang tidak perlu. (3) Dalam mengklasifikasikan hewan, Aristoteles menolak gagasan untuk membaginya hanya berdasarkan struktur luarnya (misalnya, hewan bersayap dan yang tidak bersayap). Sebaliknya, dia mengakui kesatuan dasar rencana di antara beragam organisme, sebuah prinsip yang masih sehat secara konseptual dan ilmiah. Selanjutnya, Aristoteles juga percaya bahwa seluruh dunia yang hidup dapat digambarkan sebagai organisasi yang bersatu daripada sebagai kumpulan kelompok yang beragam. (4) Melalui pengamatannya, Aristoteles menyadari pentingnya homologi struktural, pada dasarnya organ serupa pada hewan yang berbeda, dan analogi fungsional, struktur berbeda yang melayani fungsi yang agak sama — misalnya, tangan, cakar, dan kuku adalah struktur analog. Prinsip-prinsip tersebut merupakan dasar untuk bidang studi biologi yang dikenal sebagai anatomi komparatif. (5) Pengamatan Aristoteles juga mengarah pada perumusan prinsip struktur umum muncul sebelum struktur khusus dan jaringan berdiferensiasi sebelum organ.

Investigasi botani


Dari semua karya Aristoteles yang bertahan, tidak ada yang berurusan dengan apa yang kemudian dibedakan sebagai botani, meskipun diyakini bahwa ia menulis setidaknya dua risalah tentang tumbuhan. 
Theophrastus Foto
Theophrastus Foto
Untungnya, bagaimanapun, karya Theophrastus, salah satu murid Aristoteles, telah dilestarikan untuk mewakili ilmu tumbuhan dari periode Yunani. Seperti Aristoteles, Theophrastus adalah seorang pengamat yang tajam, meskipun karya-karyanya tidak mengungkapkan kedalaman pemikiran orisinal yang dicontohkan oleh gurunya. Dalam karya besarnya, De historia et causis plantarum (The Calendar of Flora, 1761), di mana morfologi, sejarah alam, dan penggunaan terapeutik tumbuhan dijelaskan, Theophrastus membedakan antara bagian luar, yang disebutnya organ, dan bagian dalam. bagian-bagian yang disebutnya jaringan. Ini adalah pencapaian penting karena para ilmuwan Yunani pada masa itu tidak memiliki terminologi ilmiah yang mapan untuk struktur tertentu. Oleh karena itu, baik Aristoteles maupun Theophrastus terpaksa menulis deskripsi yang sangat panjang tentang struktur yang dapat dideskripsikan dengan cepat dan sederhana saat ini. Karena kesulitan itu, Theophrastus berusaha mengembangkan nomenklatur ilmiah dengan memberi arti khusus pada kata-kata yang kurang lebih digunakan saat itu; misalnya karpos untuk buah dan perikarpion untuk wadah benih.

Meskipun ia tidak mengusulkan sistem klasifikasi tumbuhan secara keseluruhan, lebih dari 500 di antaranya disebutkan dalam tulisannya, Theophrastus menyatukan banyak spesies ke dalam apa yang sekarang dianggap genera. Selain menulis deskripsi terinci paling awal tentang cara menyerbuki pohon kurma dengan tangan dan catatan pertama reproduksi seksual pada tanaman berbunga, ia juga mencatat pengamatan tentang perkecambahan dan perkembangan biji.

Studi biologi pasca-Yunani


Dengan Aristoteles dan Theophrastus, periode besar penyelidikan ilmiah Yunani berakhir. Pusat pembelajaran baru yang paling terkenal adalah perpustakaan dan museum di Alexandria. Dari 300 SM hingga sekitar masa Kristus, semua kemajuan biologis yang signifikan dibuat oleh para dokter di Aleksandria. Salah satu individu yang paling menonjol adalah Herophilus, yang membedah tubuh manusia dan membandingkan strukturnya dengan mamalia besar lainnya. Dia mengenali otak, yang dia gambarkan secara rinci, sebagai pusat sistem saraf dan pusat kecerdasan. Atas dasar ilmunya, ia menulis risalah anatomi umum, risalah khusus mata, dan buku pegangan bidan.
Perpustakaan Aleksandria Foto
Perpustakaan Aleksandria Foto
Erasistratus, saingan Herophilus yang lebih muda dan terkenal yang juga bekerja di museum di Alexandria, mempelajari katup jantung dan sirkulasi darah. Meskipun dia salah dalam menganggap bahwa darah mengalir dari vena ke dalam arteri, dia benar dalam mengasumsikan bahwa ada pembuluh kecil yang saling berhubungan. Karena itu dia mencurigai (tetapi tidak melihat) adanya kapiler; dia berpikir, bagaimanapun, bahwa darah berubah menjadi udara, atau pneuma, ketika mencapai arteri, untuk dipompa ke seluruh tubuh.

Mungkin catatan ilmuwan biologi kuno terakhir adalah Galen dari Pergamus, seorang dokter Yunani yang berpraktik di Roma pada pertengahan abad ke-2 Masehi. Tahun-tahun awalnya dihabiskan sebagai ahli bedah di arena gladiator, yang memberinya kesempatan untuk mengamati detail anatomi manusia. Akan tetapi, pada waktu itu di Roma, dianggap tidak pantas untuk membedah tubuh manusia, dan akibatnya, studi rinci tentang anatomi manusia tidak mungkin dilakukan. Jadi, meskipun penelitian Galen tentang hewan menyeluruh, pengetahuannya tentang anatomi manusia salah. Karena karyanya luas dan ditulis dengan jelas, tulisan-tulisan Galen tetap mendominasi kedokteran selama berabad-abad.

Dunia Arab dan Abad Pertengahan Eropa

Setelah Galen tidak ada penyelidikan biologis yang signifikan selama berabad-abad. Kadang-kadang diklaim bahwa kebangkitan agama Kristen adalah penyebab kemunduran ilmu pengetahuan. Namun, meskipun benar bahwa kekristenan tidak menyukai sikap bertanya-tanya orang Yunani, sains telah surut secara signifikan pada akhir abad ke-2 M, saat kekristenan masih merupakan sekte yang tidak jelas.

Dominasi Arab dalam biologi

Selama hampir 1.000 tahun sains terbengkalai di Eropa, orang-orang Arab, yang pada abad ke-9 telah memperluas lingkup pengaruhnya hingga Spanyol, menjadi penjaga sains dan mendominasi biologi, seperti halnya disiplin ilmu lainnya. Pada saat yang sama, sebagai hasil dari kebangkitan kembali pembelajaran di Cina, penemuan-penemuan teknis baru mengalir dari sana ke Barat. Orang Cina telah menemukan cara membuat kertas dan cara mencetak dari huruf yang dapat dipindahkan, dua prestasi yang memiliki pengaruh yang tak ternilai pada pembelajaran. Kemajuan penting lainnya yang juga terjadi pada masa itu adalah pengenalan yang disebut angka Arab ke Eropa dari India.

Dari abad ke-3 hingga ke-11, biologi pada dasarnya adalah ilmu Arab. Meskipun para sarjana Arab sendiri bukanlah inovator yang hebat, mereka menemukan karya orang-orang seperti Aristoteles dan Galen, menerjemahkan karya-karya itu ke dalam bahasa Arab, mempelajarinya, dan menulis komentar tentangnya. Di antara ahli biologi Arab, al-Jāḥiẓ, yang meninggal sekitar tahun 868, secara khusus patut diperhatikan. Di antara tulisan-tulisan biologisnya adalah Kitāb al-ḥayawān ("Buku Hewan"), yang, meskipun mengungkapkan beberapa pengaruh Yunani, pada dasarnya merupakan karya berbahasa Arab. Di dalamnya penulis menekankan kesatuan alam dan mengakui hubungan antara berbagai kelompok organisme. Karena al-Jāḥiẓ percaya bahwa bumi mengandung unsur laki-laki dan perempuan, dia menganggap doktrin Yunani tentang generasi spontan (kehidupan yang muncul dari lumpur) cukup masuk akal.

Dokter Muslim Avicenna adalah seorang ilmuwan terkemuka yang hidup pada akhir abad ke-10 dan awal abad ke-11; dia adalah penerus sejati Aristoteles. Tulisan-tulisannya tentang kedokteran dan obat-obatan, yang sangat berwibawa dan tetap demikian sampai Renaisans, banyak membawa karya-karya Aristoteles kembali ke Eropa, di mana karya-karya itu diterjemahkan ke dalam bahasa Latin dari bahasa Arab.

Perkembangan botani dan zoologi

Selama abad ke-12 pertumbuhan biologi bersifat sporadis. Namun demikian, pada saat itulah botani dikembangkan dari studi tanaman dengan khasiat penyembuhan; demikian pula, dari kedokteran hewan dan kesenangan berburu datanglah ilmu hewan. Karena minat terhadap tumbuhan obat, jamu pada umumnya mulai dideskripsikan dan diilustrasikan secara realistik. Meskipun sains Arab berkembang dengan baik selama periode itu dan jauh lebih maju dari budaya Latin, Bizantium, dan Cina, ia mulai menunjukkan tanda-tanda penurunan. Pembelajaran bahasa Latin, di sisi lain, meningkat pesat, paling baik dicontohkan mungkin oleh sarjana Jerman abad ke-13 Albertus Magnus (Saint Albert the Great), yang mungkin adalah naturalis terbesar Abad Pertengahan. Tulisan biologisnya (De vegetabilibus, tujuh buku, dan De animalibus, 26 buku) didasarkan pada otoritas Yunani klasik, terutama Aristoteles. Namun terlepas dari dasar klasik itu, sejumlah besar karyanya berisi pengamatan dan fakta baru; misalnya, dia menjelaskan dengan sangat akurat anatomi daun dan venasi tanaman yang dia pelajari.
Saint Albertus Magnus
Saint Albertus Magnus
Albertus sangat tertarik pada perbanyakan dan reproduksi tumbuhan dan membahas secara rinci seksualitas tumbuhan dan hewan. Seperti pendahulunya Yunani, dia percaya pada generasi spontan; dia juga percaya bahwa binatang lebih sempurna daripada tumbuhan, karena mereka membutuhkan dua individu untuk melakukan hubungan seksual. Mungkin salah satu kontribusi terbesar Albertus untuk biologi abad pertengahan adalah penolakan banyak takhayul yang diyakini oleh orang-orang sezamannya, sebuah skeptisisme yang, bersama dengan reintroduksi biologi Aristoteles, memiliki efek mendalam pada sains Eropa selanjutnya.

Salah satu murid Albertus adalah Thomas Aquinas, yang, seperti mentornya, berusaha mendamaikan filsafat Aristoteles dan ajaran gereja. Karena Aquinas adalah seorang rasionalis, dia menyatakan bahwa Tuhan menciptakan pikiran penalaran; karenanya, melalui proses penalaran intelektual yang sejati, manusia tidak dapat sampai pada kesimpulan yang bertentangan dengan pemikiran Kristiani. Penerimaan filosofi ini memungkinkan kebangkitan pembelajaran rasional yang konsisten dengan kepercayaan Kristen.

Revitalisasi anatomi

Italia, selama Abad Pertengahan, menjadi pusat ilmiah paling aktif, meskipun kepentingan utamanya terkonsentrasi pada pertanian dan kedokteran. Perkembangan yang sangat penting pada saat itu adalah pengenalan diseksi ke dalam sekolah kedokteran, sebuah langkah yang merevitalisasi studi anatomi. Karena apa yang terungkap tentang anatomi abad pertengahan secara umum, karya Mondino de 'Luzzi, ahli anatomi Italia yang paling terkenal pada awal abad ke-14, menjadi sangat penting. Diperkirakan bahwa di awal karirnya, bertentangan dengan tren pada saat itu, di mana guru menyerahkan pembedahan yang sebenarnya kepada bawahan, Mondino melakukan banyak pembedahan sendiri. Namun, belakangan, kemungkinan besar dia semakin menyerahkan pekerjaan itu kepada asistennya. Mondino berpegang erat pada karya orang Yunani dan Arab, dan dengan demikian dia mengulangi kesalahan mereka.

Faktor-faktor lain memiliki pengaruh besar pada pelajaran biologi di tahun 1500-an, khususnya pengenalan percetakan sekitar pertengahan abad ini, meningkatnya ketersediaan kertas, dan seni pengukir kayu yang disempurnakan, yang semuanya berarti ilustrasi juga. karena surat dapat ditransfer ke kertas. Selain itu, setelah Turki menaklukkan Byzantium pada tahun 1453, banyak sarjana Yunani mengungsi ke Barat; para sarjana Barat dengan demikian memiliki akses langsung ke karya ilmiah kuno daripada akses tidak langsung melalui terjemahan bahasa Arab.

Renaisans

Kebangkitan biologi

Dimulai di Italia selama abad ke-14, ada gejolak umum dalam budaya itu sendiri, yang, bersama dengan kelahiran kembali pembelajaran (sebagian sebagai hasil penemuan kembali karya Yunani), disebut sebagai Renaisans. Menariknya, para senimanlah, bukan ahli anatomi profesional, yang berniat untuk benar-benar merender tubuh hewan, termasuk manusia, dan dengan demikian termotivasi untuk memperoleh pengetahuan mereka secara langsung melalui pembedahan. Tidak ada individu yang lebih baik mencontohkan Renaisans daripada Leonardo da Vinci, yang studi anatomis tentang bentuk manusia selama akhir 1400-an dan awal 1500-an jauh lebih maju sehingga mereka memasukkan detail yang tidak dikenali sampai satu abad kemudian. Selanjutnya, saat membedah hewan dan mempelajari strukturnya, Leonardo membandingkannya dengan struktur manusia. Dengan melakukan itu dia adalah orang pertama yang menunjukkan homologi antara susunan tulang dan persendian di kaki manusia dan kaki kuda, meskipun ada perbedaan yang dangkal. Homologi akan menjadi konsep penting dalam menyatukan kelompok-kelompok hewan yang berbeda secara lahiriah menjadi unit-unit yang berbeda, sebuah faktor yang sangat penting dalam studi evolusi.

Faktor-faktor lain memiliki pengaruh besar pada pelajaran biologi di tahun 1500-an, khususnya pengenalan percetakan sekitar pertengahan abad ini, meningkatnya ketersediaan kertas, dan seni pengukir kayu yang disempurnakan, yang semuanya berarti ilustrasi juga. karena surat dapat ditransfer ke kertas. Selain itu, setelah Turki menaklukkan Byzantium pada tahun 1453, banyak sarjana Yunani mengungsi ke Barat; para sarjana Barat dengan demikian memiliki akses langsung ke karya ilmiah kuno daripada akses tidak langsung melalui terjemahan bahasa Arab.

Kemajuan dalam botani

Selama periode 1530–40, teolog dan ahli botani Jerman Otto Brunfels menerbitkan dua jilid Herbarum vivae eicones miliknya, sebuah buku tentang tumbuhan, yang, dengan ilustrasinya yang segar dan kuat, sangat kontras dengan teks-teks sebelumnya, yang pengarangnya hanya puas dengan salinan dari manuskrip lama. Selain buku-buku tentang topik yang sama, Hieronymus Bock (Latinized to Tragus) dan Leonhard Fuchs juga menerbitkan tentang teks deskriptif bergambar baik pertengahan 1500-an tentang bunga liar biasa. Buku-buku yang diterbitkan oleh ketiga orang tersebut, yang sering disebut sebagai Bapak Botani Jerman, dapat dianggap sebagai pelopor flora botani modern (risalah tentang atau daftar tumbuhan di suatu daerah atau periode).

Sepanjang abad ke-16, minat terhadap studi botani juga ada di negara lain, termasuk Belanda, Swiss, Italia, dan Prancis. Selama waktu itu ada peningkatan besar dalam klasifikasi tumbuhan, yang telah dijelaskan dalam herbal kuno hanya sebagai pohon, semak, atau tumbuhan dan, di buku-buku selanjutnya, dicantumkan menurut abjad atau disusun dalam beberapa pengelompokan yang sewenang-wenang. Kebutuhan akan metode sistematis untuk menunjukkan peningkatan jumlah tumbuhan yang dideskripsikan menjadi jelas. Oleh karena itu, dengan menggunakan sistem binomial yang sangat mirip dengan nomenklatur biologis modern, ahli botani Swiss Gaspard Bauhin menetapkan tumbuhan dengan nama generik dan spesifik. Meskipun afinitas antar tanaman ditunjukkan dengan penggunaan nama generik yang sama, Bauhin tidak berspekulasi tentang kesamaan kekerabatan mereka.

Pierre Belon, seorang naturalis Perancis yang melakukan perjalanan secara ekstensif di Timur Tengah, di mana dia mempelajari flora, menggambarkan minat yang luas dari ahli biologi abad ke-16. Meskipun karya botaninya terbatas pada dua jilid, satu tentang pohon dan satu lagi tentang hortikultura, buku-bukunya tentang perjalanan menyertakan banyak entri biologis. Dua bukunya tentang ikan mengungkapkan banyak hal tentang sistematika pada saat itu, termasuk tidak hanya ikan tetapi juga makhluk air lainnya seperti mamalia, krustasea, moluska, dan cacing. Namun, dalam L'Histoire de la nature des oyseaux (1555; “Natural History of Birds”), di mana taksonomi Belon sangat mirip dengan yang digunakan di era modern, dia menunjukkan pemahaman yang jelas tentang anatomi komparatif, khususnya kerangka, menerbitkan gambar pertama kerangka burung di samping kerangka manusia untuk menunjukkan homologinya. Banyak naturalis Eropa lainnya yang melakukan perjalanan secara ekstensif juga membawa kembali catatan tentang hewan dan tumbuhan eksotis, dan kebanyakan dari mereka menulis banyak sekali catatan tentang perjalanan mereka. Dua faktor lain yang berkontribusi secara signifikan terhadap perkembangan botani pada saat itu: pertama adalah pendirian kebun raya oleh universitas, berbeda dengan kebun sebelumnya yang didirikan untuk tanaman obat; kedua adalah pengumpulan spesimen tumbuhan kering, atau herbarium.

Mungkin mengejutkan bahwa perkembangan besar dalam botani selama abad ke-16 tidak ada bandingannya dalam zoologi. Sebaliknya, muncullah sekelompok ahli biologi yang dikenal sebagai Ensiklopedis, paling baik diwakili oleh Conrad Gesner, seorang naturalis Swiss abad ke-16, yang menyusun buku tentang hewan yang diilustrasikan oleh beberapa seniman terbaik saat itu (Albrecht Dürer, misalnya) . Tetapi karena deskripsi banyak hewan sangat tidak akurat, dalam banyak kasus melanjutkan legenda Yunani, terlepas dari nilai estetika buku-buku itu tidak banyak membantu pengetahuan zoologi.

Kemajuan dalam anatomi

Seperti halnya botani, awal dari studi ilmiah anatomi modern dapat ditelusuri ke kombinasi pembelajaran humanistik, seni Renaisans, dan kerajinan percetakan. Meskipun Leonardo da Vinci memprakarsai studi anatomi mayat manusia, karyanya tidak diketahui oleh orang-orang sezamannya. 
Vesalius, Andreas; anatomy

Sebaliknya, sebutan bapak anatomi manusia modern umumnya diberikan kepada ahli anatomi Belgia Andreas Vesalius, yang awalnya belajar di sekolah agak konservatif di Leuven (Louvain) dan Paris, di mana ia menjadi seorang guru yang sukses sangat akrab dengan karya Galen. Pada tahun 1537 dia pergi ke Padua, di mana dia menjadi terkenal karena reformasi pengajaran yang menjangkau jauh. Yang paling penting, Vesalius menghapus praktik meminta orang lain melakukan pembedahan yang sebenarnya; sebaliknya, dia membedah mayatnya sendiri dan memberi kuliah kepada siswa dari temuannya. Teksnya, De humani corporis fabrica libri septem (1543; “Tujuh Buku tentang Struktur Tubuh Manusia”), adalah karya paling luas dan akurat tentang subjek anatomi pada saat itu dan, dengan demikian, merupakan fondasi dari sangat penting untuk biologi. Mungkin kontribusi terbesar Vesalius, bagaimanapun, adalah bahwa dia mengilhami sekelompok ilmuwan muda untuk menjadi kritis dan menerima deskripsi hanya setelah mereka memverifikasinya. Dengan demikian, ketika ahli anatomi menjadi lebih mempertanyakan dan mengkritik karya orang lain, kesalahan Galen terungkap. Penerus Vesalius, Michael Servetus, seorang teolog dan dokter Spanyol, menemukan peredaran darah pulmonal dari bilik kanan jantung ke paru-paru dan menyatakan bahwa darah tidak melewati septum (dinding) pusat jantung, seperti sebelumnya telah dipercaya.

Maju ke abad ke-20


Kemajuan abad ke-17 dalam bidang biologi mencakup pendirian masyarakat ilmiah untuk penyebaran gagasan dan kemajuan dalam pengembangan mikroskop, yang melaluinya para ilmuwan menemukan dunia yang sampai sekarang tidak terlihat yang memiliki efek luas pada biologi. Sistematisasi dan klasifikasi, bagaimanapun, mendominasi biologi selama sebagian besar abad ke-17 dan ke-18, dan pada saat itulah pentingnya studi komparatif organisme hidup, termasuk manusia, disadari. Selama abad ke-18, gagasan lama bahwa organisme hidup dapat berasal dari materi tak hidup (generasi spontan) mulai runtuh, tetapi baru setelah pertengahan abad ke-19 gagasan itu akhirnya dibantah oleh ahli kimia dan mikrobiologi Prancis Louis Pasteur, yang menunjukkan kemampuan mereplikasi diri mikroorganisme.

Ekspedisi biologis menambah pengetahuan tentang bentuk tumbuhan dan hewan dan mengarah pada perkembangan teori evolusi abad ke-19. Abad ke-19 adalah salah satu kemajuan besar dalam biologi: selain perumusan teori evolusi, teori sel didirikan, dasar embriologi modern diletakkan, dan hukum hereditas ditemukan.

Penemuan peredaran darah

Pada awal abad ke-17, dokter Inggris William Harvey, yang belajar di Padua dengan salah satu murid Vesalius, menjadi orang pertama yang mendeskripsikan peredaran darah secara penuh melalui tubuh manusia. Sebelum Harvey, darah seharusnya dikonsumsi oleh tubuh dan diproduksi lagi daripada terus diedarkan. Juga disarankan bahwa darah mengalir melalui pori-pori di antara kedua bagian jantung dan bahwa jantung menghasilkan panas vital, yang dihaluskan oleh udara dari paru-paru. Namun, dalam karyanya sendiri, Harvey mendemonstrasikan bahwa jantung mengembang secara pasif dan berkontraksi secara aktif. Dengan mengukur jumlah darah yang mengalir dari jantung, ia menyimpulkan bahwa tubuh tidak dapat terus memproduksi jumlah tersebut. Dia juga mampu menunjukkan bahwa darah dikembalikan ke jantung melalui vena, mendalilkan hubungan (kapiler) antara arteri dan vena yang baru ditemukan pada abad ke-17. Harvey juga tertarik pada embriologi, di mana dia memberikan kontribusi yang signifikan dengan menyarankan bahwa ada tahap (telur) dalam perkembangan semua hewan di mana mereka adalah massa hidup yang tidak dapat dibedakan. Sebuah diktum biologis, ex ovo omnia (“segala sesuatu berasal dari telur”), merupakan penjumlahan dari konsep tersebut.

Pendirian perkumpulan ilmiah


Perkembangan yang sangat penting bagi sains adalah pendirian akademi atau masyarakat di Eropa; mereka terdiri dari kelompok-kelompok kecil pria yang bertemu untuk membahas topik yang menjadi minat bersama. Meskipun beberapa kelompok menikmati perlindungan keuangan dari pangeran dan anggota masyarakat kaya lainnya, minat anggota dalam sains adalah satu-satunya kekuatan pendukung. Akademi juga memberikan kebebasan berekspresi, yang bersama dengan rangsangan untuk bertukar pikiran, memberikan kontribusi besar bagi perkembangan pemikiran ilmiah. Salah satu organisasi yang paling awal adalah Italian Accademia dei Lincei (Akademi Mata Lynx), yang didirikan di Roma sekitar tahun 1603. Galileo Galilei membuat mikroskop untuk masyarakat; anggotanya yang lain, Johannes Faber, seorang ahli entomologi, memberi nama instrumen itu. Akademi lain di Eropa termasuk French Academy of Sciences (didirikan tahun 1666), Akademi Jerman di Leipzig, dan sejumlah akademi kecil di Inggris yang pada tahun 1662 tergabung dalam piagam kerajaan sebagai Royal Society of London, sebuah organisasi yang memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di Inggris.

Selain menyediakan forum untuk diskusi masalah ilmiah, aspek penting lain dari masyarakat tersebut adalah publikasi mereka. Sebelum munculnya percetakan, tidak ada sarana yang nyaman untuk penyebaran luas pengetahuan dan gagasan ilmiah; karenanya, para ilmuwan tidak mendapat informasi yang baik tentang karya orang lain. Untuk memperbaiki kekurangan dalam komunikasi itu, akademi-akademi awal memprakarsai beberapa publikasi, yang pertama, Journal des Savants (awalnya Journal des Sçavans), diterbitkan pada tahun 1665 di Prancis. Tiga bulan kemudian, Royal Society of London memulai Transaksi Filosofisnya. Pada awalnya publikasi dikhususkan untuk meninjau pekerjaan yang telah selesai dan sedang berlangsung; kemudian, bagaimanapun, penekanannya berangsur-angsur berubah menjadi penjelasan tentang penyelidikan asli yang mempertahankan kualitas ilmiah tingkat tinggi. Lambat laun, jurnal-jurnal khusus sains muncul, meski baru seabad berlalu.

Perkembangan mikroskop


Kekuatan pembesar dari segmen bola kaca diketahui oleh orang Asiria sebelum zaman Kristus; selama abad ke-2 M, Claudius Ptolemy, seorang astronom, matematikawan, dan ahli geografi di Aleksandria, menulis sebuah risalah tentang optik di mana dia membahas fenomena perbesaran dan pembiasan yang terkait dengan lensa semacam itu dan bola kaca berisi air. Terlepas dari pengetahuan itu, bagaimanapun, lensa kaca tidak digunakan secara luas sampai sekitar tahun 1300 (orang anonim menemukan kacamata untuk meningkatkan penglihatan mungkin di akhir tahun 1200-an). Penemuan itu membangkitkan keingintahuan tentang properti lensa untuk memperbesar, dan pada abad ke-16 beberapa makalah ditulis tentang perangkat semacam itu. Kemudian, pada akhir abad ke-16, ahli kacamata Belanda Hans Jansen dan putranya Zacharias menemukan mikroskop majemuk. Kegunaan instrumen itu dalam ilmu biologi, bagaimanapun, tidak disadari sampai abad berikutnya. Menyusul perbaikan teknologi berikutnya dalam instrumen dan pengembangan sikap yang lebih liberal terhadap penelitian ilmiah, muncul lima ahli mikroskop yang memiliki pengaruh mendalam pada biologi: Marcello Malpighi, Antonie van Leeuwenhoek, Jan Swammerdam, Nehemia Grew, dan Robert Hooke.

Studi hewan dan tumbuhan Malpighi

Ahli biologi dan dokter Italia Marcello Malpighi melakukan studi ekstensif dalam anatomi dan histologi hewan (studi mikroskopis tentang struktur, komposisi, dan fungsi jaringan). Dia adalah orang pertama yang mendeskripsikan lapisan kulit bagian dalam (malpighian), papila lidah, bagian luar (korteks) area serebral otak, dan sel darah merah. Dia menulis monograf terperinci tentang ulat sutera; kontribusi besar selanjutnya adalah deskripsi perkembangan anak ayam, dimulai dengan tahap 24 jam. Selain itu dan penelitian hewan lainnya, Malpighi melakukan penyelidikan terperinci dalam anatomi tumbuhan. Dia secara sistematis menggambarkan berbagai bagian tumbuhan, seperti kulit kayu, batang, akar, dan biji, dan membahas proses seperti perkecambahan dan pembentukan empedu. Banyak gambar anatomi tumbuhan Malpighi tetap tidak dapat dipahami oleh ahli botani sampai strukturnya ditemukan kembali pada abad ke-19. Meskipun Malpighi bukan seorang inovator teknis, dia mencontohkan fungsi pikiran abad ke-17 yang berpendidikan, yang, bersama dengan rasa ingin tahu dan kesabaran, menghasilkan banyak kemajuan dalam biologi.

Penemuan “animalcules”

Antonie van Leeuwenhoek, seorang Belanda yang menghabiskan sebagian besar hidupnya di Delft, menjual kain untuk mencari nafkah. Namun, sebagai seorang pemuda, dia menjadi tertarik pada lensa gerinda, yang dia pasang di pelat emas, perak, atau tembaga. 
mikroskop oleh Antonie van Leeuwenhoek
mikroskop oleh Antonie van Leeuwenhoek
Memang, dia begitu terobsesi dengan ide membuat lensa yang sempurna sehingga dia mengabaikan bisnisnya dan diejek oleh keluarga dan tetangganya. Dengan menggunakan lensa tunggal daripada lensa majemuk (sistem dua atau lebih), Leeuwenhoek mencapai perbesaran dari 40 hingga 270 diameter, suatu prestasi luar biasa untuk lensa genggam. Di antara pengamatannya yang paling mencolok adalah penemuan pada tahun 1675 tentang keberadaan air yang tergenang dan menyiapkan infus dari banyak protozoa, yang disebutnya animalcules. Dia mengamati hubungan antara arteri dan vena; memberikan penjelasan yang sangat bagus tentang struktur mikroskopis otot, lensa mata, gigi, dan struktur lainnya; dan mengenali bakteri dari berbagai bentuk, mendalilkan bahwa mereka pasti berukuran 25 kali lebih kecil dari sel darah merah. Karena itu adalah perkiraan ukuran bakteri, itu menunjukkan bahwa pengamatannya akurat.

Ketenaran Leeuwenhoek dikonsolidasikan ketika dia membenarkan pengamatan seorang siswa bahwa cairan mani pria mengandung spermatozoa. Selain itu, ia menemukan spermatozoa pada hewan lain dan juga pada saluran betina setelah sanggama; yang terakhir menghancurkan gagasan yang dipegang oleh orang lain bahwa seluruh perkembangan hewan di masa depan berpusat pada sel telur, dan bahwa sperma hanya menghasilkan "uap", yang menembus rahim dan mempengaruhi pembuahan. Meskipun teori praformasi itu, demikian sebutannya, terus bertahan untuk beberapa waktu lebih lama, Leeuwenhoek memulai kehancurannya pada akhirnya.

Animalcules Leeuwenhoek menimbulkan beberapa pemikiran yang meresahkan di benak orang-orang sezamannya. Teori generasi spontan, yang dipegang oleh dunia kuno dan diwariskan tanpa dipertanyakan, kini dikritik. Christiaan Huygens, seorang teman ilmiah Leeuwenhoek, berhipotesis bahwa hewan kecil itu mungkin cukup kecil untuk mengapung di udara dan, saat mencapai air, berkembang biak sendiri. Namun, pada saat itu, kritik terhadap generasi spontan tidak berlanjut.

Teknik inovatif Swammerdam

Berbeda dengan Leeuwenhoek, yang hampir tidak bersekolah, rekan senegaranya Jan Swammerdam berpendidikan tinggi di bidang kedokteran. Namun, mirip dengan Leeuwenhoek, Swammerdam membatasi perhatiannya pada studi mikroskopis. Dia menggunakan teknik yang sangat inovatif; misalnya, dia menyuntikkan lilin ke dalam sistem peredaran darah untuk menahan pembuluh darah agar tetap kuat, dia membedah struktur yang rapuh di bawah air untuk menghindari kehancurannya, dan dia menggunakan mikropipet untuk menyuntikkan dan mengembang organisme di bawah mikroskop. Pada tahun 1669 Swammerdam menerbitkan Algemeene Verhandeling van bloedeloose diertjens (The Natural History of Insects, 1792), di mana ia menggambarkan struktur sejumlah besar serangga serta laba-laba, siput, kalajengking, ikan, dan cacing. Dia menganggap semua hewan itu sebagai serangga, membedakannya menurut cara perkembangannya. Meskipun klasifikasi tersebut salah, Swammerdam menemukan banyak informasi mengenai perkembangan serangga.

Swammerdam tunduk pada ketidakstabilan mental, yang dikombinasikan dengan kesulitan keuangan, menyebabkan periode depresi. Saat dalam keadaan gangguan mental itulah dia menghasilkan karya klasiknya Ephemeri vita ("Life of the Ephemera") pada tahun 1675, sebuah buku tentang kehidupan lalat capung yang patut diperhatikan karena ilustrasinya yang sangat detail. Beberapa saat setelah kematiannya pada usia 43 tahun, karya Swammerdam diterbitkan secara kolektif sebagai Bijbel der Natuure (1737; “Bible of Nature”), yang dianggap oleh banyak otoritas sebagai kumpulan pengamatan mikroskopis terbaik yang pernah dihasilkan oleh satu orang.

Studi anatomi Tumbuhan Grew

Nehemia Grew dididik di Cambridge dan dianggap oleh beberapa orang sebagai salah satu pendiri anatomi tumbuhan. Pada tahun 1672 ia menerbitkan karya besarnya yang pertama, The Anatomy of Vegetables Begun, diikuti pada tahun 1682 oleh The Anatomy of Plants. Meskipun Tumbuh dengan jelas mengenali sel pada tumbuhan, menyebutnya sebagai vesikel, atau kandung kemih, signifikansi biologisnya menghindarinya. Dia terkenal karena pengakuannya terhadap bunga sebagai organ seksual tanaman dan untuk deskripsi bagian-bagiannya. Dia juga menggambarkan butiran serbuk sari individu dan mengamati bahwa mereka diangkut oleh lebah, tetapi dia tidak menyadari pentingnya pengamatan itu. Dua belas tahun setelah publikasi The Anatomy of Plants, seorang dokter Jerman menggunakan studi anatomi Grew dalam eksperimen untuk memverifikasi reproduksi seksual pada tumbuhan.

Penemuan sel

Dari lima ahli mikroskop, Robert Hooke mungkin yang paling unggul secara intelektual. Sebagai kurator instrumen di Royal Society of London, dia berhubungan dengan semua perkembangan ilmiah baru dan menunjukkan minat pada subjek yang berbeda seperti terbang dan konstruksi jam. 
gambar nyamuk betina oleh Robert Hooke
gambar nyamuk betina oleh Robert Hooke
Pada tahun 1665 Hooke menerbitkan Micrographia-nya, yang terutama merupakan ulasan dari serangkaian pengamatan yang dia lakukan sambil mengikuti perkembangan dan peningkatan mikroskop. Hooke menjelaskan secara rinci struktur bulu, penyengat lebah, radula, atau "lidah", moluska, dan kaki lalat. Hooke-lah yang menciptakan kata sel; dalam gambar struktur mikroskopis gabus, dia menunjukkan dinding yang mengelilingi ruang kosong dan menyebut struktur itu sebagai sel. Dia menggambarkan struktur serupa di jaringan pohon dan tanaman lain dan menemukan bahwa di beberapa jaringan sel diisi dengan cairan sementara di jaringan lain kosong. Oleh karena itu ia mengira bahwa fungsi sel adalah untuk mengangkut zat melalui tumbuhan.

Meskipun karya salah satu ahli mikroskop klasik tampaknya tidak memiliki tujuan yang pasti, harus diingat orang-orang ini mewujudkan konsep pengamatan dan eksperimen adalah yang paling penting, spekulasi hipotetis dan filosofis saja tidak cukup. Sungguh luar biasa bahwa begitu sedikit pria, yang bekerja sebagai individu yang benar-benar terisolasi satu sama lain, yang mencatat begitu banyak pengamatan tentang kepentingan mendasar seperti itu. Signifikansi besar dari pekerjaan mereka adalah bahwa hal itu mengungkapkan, untuk pertama kalinya, sebuah dunia di mana organisme hidup menunjukkan kompleksitas yang luar biasa.

Bekerja dengan mikroskop majemuk merana selama hampir 200 tahun, terutama karena lensa awal cenderung memecah cahaya putih menjadi bagian penyusunnya. Masalah teknis tersebut tidak terpecahkan sampai ditemukannya lensa akromatik, yang diperkenalkan sekitar tahun 1830. Pada tahun 1878, mikroskop senyawa akromatik modern diproduksi dari rancangan fisikawan Jerman Ernst Abbe. Abbe kemudian merancang sistem penerangan subtahap, yang, bersama dengan pengenalan kondensor subtahap baru, membuka jalan bagi penemuan biologis pada masa itu.

Perkembangan prinsip taksonomi

Pada tahun 1687, ahli matematika, fisikawan, dan astronom Inggris Isaac Newton menerbitkan karya besarnya Principia, di mana dia menggambarkan alam semesta sebagai tetap, dengan Bumi dan benda langit lainnya bergerak secara harmonis sesuai dengan hukum matematika. Pendekatan sistematisasi dan klasifikasi itu mendominasi biologi pada abad ke-17 dan ke-18. Salah satu alasannya adalah bahwa "bapak botani" abad ke-16 telah puas hanya dengan mendeskripsikan dan menggambar tanaman, mengumpulkan jumlah yang sangat besar dan beragam yang terus meningkat seiring dengan eksplorasi negara-negara asing yang membuktikan bahwa setiap negara memiliki tanaman dan tanaman asli mereka sendiri. hewan.

Aristoteles memulai proses klasifikasi ketika dia menggunakan mode reproduksi dan habitat untuk membedakan kelompok hewan. Memang, kata genus dan spesies adalah terjemahan dari bahasa Yunani genos dan eidos yang digunakan oleh Aristoteles. Ahli botani Swiss, Bauhin, telah memperkenalkan sistem klasifikasi binomial, menggunakan nama generik dan nama spesifik. Namun, sebagian besar skema klasifikasi yang diajukan sebelum abad ke-17 membingungkan dan tidak memuaskan.

Penggunaan struktur untuk mengklasifikasikan organisme
Dua ahli sistematika abad ke-17 dan ke-18 adalah naturalis Inggris John Ray dan naturalis dan penjelajah Swedia Carolus Linnaeus. Ray, yang belajar di Cambridge, sangat tertarik pada karya para penyusun jamu kuno, terutama mereka yang telah mencoba merumuskan beberapa cara klasifikasi. Menyadari kebutuhan akan sistem klasifikasi yang berlaku untuk tanaman dan hewan, Ray menggunakan skema klasifikasinya untuk deskripsi yang sangat tepat untuk genera dan spesies. Dengan mendasarkan sistemnya pada struktur, seperti susunan jari kaki dan gigi pada hewan, daripada warna atau habitat, Ray memperkenalkan konsep baru dan sangat penting pada biologi taksonomi.

Reorganisasi kelompok organisme

Sebelum Linnaeus, sebagian besar ahli taksonomi memulai sistem klasifikasi mereka dengan membagi semua organisme yang diketahui menjadi kelompok besar dan kemudian membaginya menjadi kelompok yang semakin kecil. Tidak seperti pendahulunya, Linnaeus memulai dengan spesies, mengaturnya menjadi kelompok atau genera yang lebih besar, dan kemudian mengatur genera analog untuk membentuk famili dan famili terkait untuk membentuk ordo dan kelas. Mungkin memanfaatkan karya sebelumnya dari Tumbuh dan lainnya, Linnaeus memilih struktur organ reproduksi bunga sebagai dasar pengelompokan tumbuhan tingkat tinggi. Dengan demikian, ia membedakan antara tanaman dengan bunga dan biji asli (phanerogams) dan tanaman yang tidak memiliki bunga dan biji asli (cryptogams), membagi yang pertama menjadi bentuk hermafrodit (biseksual) dan uniseksual. Untuk hewan, mengikuti karya Ray, Linnaeus mengandalkan gigi dan jari kaki sebagai ciri dasar mamalia; ia menggunakan bentuk paruh sebagai dasar klasifikasi burung. Setelah menunjukkan bahwa sistem klasifikasi binomial berdasarkan deskripsi singkat dan akurat dapat digunakan untuk pengelompokan organisme, Linnaeus menetapkan biologi taksonomi sebagai suatu disiplin ilmu.

Perkembangan selanjutnya dalam klasifikasi diprakarsai oleh ahli biologi Prancis Comte de Buffon, Jean-Baptiste Lamarck, dan Georges Cuvier, yang semuanya memberikan kontribusi abadi pada ilmu biologi, khususnya dalam studi perbandingan. Ahli sistematika selanjutnya terutama tertarik pada hubungan antara hewan dan telah berusaha untuk menjelaskan tidak hanya kesamaan mereka tetapi juga perbedaan mereka dalam arti luas yang meliputi, selain struktur, komposisi, fungsi, genetika, evolusi, dan ekologi.

Perkembangan studi biologi komparatif

Setelah kehinaan yang melekat pada pembedahan tubuh manusia telah dihilangkan pada abad ke-16, ahli anatomi mengarahkan upaya mereka ke arah pemahaman yang lebih baik tentang struktur manusia. Dengan melakukan itu mereka umumnya mengabaikan hewan lain, setidaknya sampai akhir abad ke-17, ketika ahli biologi mulai menyadari bahwa wawasan penting dapat diperoleh dengan studi perbandingan semua hewan, termasuk manusia. Salah satu ahli anatomi pertama adalah dokter Inggris Edward Tyson, yang mempelajari anatomi simpanse yang belum dewasa secara mendetail dan membandingkannya dengan manusia. Dalam membuat perbandingan lebih lanjut antara simpanse dan primata lainnya, Tyson dengan jelas mengenali titik kesamaan antara hewan dan manusia tersebut. Ini tidak hanya merupakan kontribusi besar bagi antropologi fisik, tetapi juga merupakan indikasi—hampir dua abad sebelum Darwin adanya hubungan antara manusia dan primata lainnya.

Di antara mereka yang memberikan studi perbandingan dorongan terbesar mereka adalah Georges Cuvier, yang menggunakan koleksi besar spesimen biologis yang dikirim kepadanya dari seluruh dunia untuk menyusun organisasi sistematis kerajaan hewan. Selain membangun hubungan antara anatomi sistematis dan komparatif, ia percaya bahwa ada "korelasi bagian" yang dengannya jenis struktur tertentu (misalnya bulu) terkait dengan formasi anatomi tertentu (misalnya sayap), yang pada gilirannya terkait dengan formasi spesifik lainnya (misalnya, klavikula), dan seterusnya. Dengan kata lain, dia merasa bahwa banyak informasi anatomi dapat disimpulkan tentang suatu organisme bahkan jika seluruh spesimen tidak tersedia. Wawasan itu menjadi sangat penting secara praktis dalam studi fosil, di mana Cuvier memainkan peran utama. Memang, publikasi Recherches sur les ossemens fossiles de quadrupèdes karya Cuvier pada tahun 1812 (diterjemahkan sebagai Research on Fossil Bones pada tahun 1835) meletakkan dasar bagi ilmu paleontologi. Tetapi untuk mendamaikan temuan ilmiahnya dengan keyakinan agama pribadinya, Cuvier mendalilkan serangkaian peristiwa bencana yang dapat menjelaskan keberadaan fosil dan kekekalan spesies yang ada.

Ilmu yang mempelajari asal usul kehidupan

Generasi spontan

Jika suatu spesies hanya dapat berkembang dari spesies yang sudah ada sebelumnya, lalu bagaimana asal mula kehidupan? Di antara banyak gagasan filosofis dan religius yang dikemukakan untuk menjawab pertanyaan itu, salah satu yang paling populer adalah teori generasi spontan, yang menurutnya, sebagaimana telah disebutkan, organisme hidup dapat berasal dari benda mati. 

Namun, dengan semakin cepatnya penemuan selama abad ke-17 dan ke-18, para penyelidik mulai memeriksa secara lebih kritis kepercayaan Yunani bahwa lalat dan hewan kecil lainnya muncul dari lumpur di dasar sungai dan kolam melalui generasi spontan. Kemudian, ketika Harvey mengumumkan diktum biologisnya ex ovo omnia ("segala sesuatu berasal dari telur"), tampaknya dia telah memecahkan masalah tersebut, setidaknya sejauh menyangkut tumbuhan berbunga dan hewan tingkat tinggi, yang semuanya berkembang dari telur. Tetapi penemuan menggelisahkan Leeuwenhoek berikutnya tentang animalcules menunjukkan keberadaan dunia organisme padat penduduk tetapi sebelumnya tidak terlihat yang harus dijelaskan.

Tabib dan penyair Italia Francesco Redi adalah salah satu orang pertama yang mempertanyakan asal muasal makhluk hidup secara spontan. Setelah mengamati perkembangan belatung dan lalat pada daging busuk, Redi pada tahun 1668 menyusun sejumlah percobaan, semuanya menunjuk pada kesimpulan yang sama: jika lalat dikeluarkan dari daging busuk, belatung tidak berkembang. Namun, pada daging yang terpapar udara, telur yang diletakkan lalat berkembang menjadi belatung. Meskipun demikian, pada tahun 1745 dukungan untuk generasi spontan diperbarui dengan publikasi An Account of Some New Microscopical Discoveries oleh naturalis Inggris dan ilahi Katolik Roma John Turberville Needham. Needham menemukan bahwa sejumlah besar organisme kemudian berkembang dalam infus yang disiapkan dari banyak zat berbeda yang telah terpapar panas yang hebat dalam tabung tertutup selama 30 menit. Dengan asumsi bahwa perlakuan panas seperti itu pasti telah membunuh organisme sebelumnya, Needham menjelaskan keberadaan populasi baru atas dasar generasi spontan. Eksperimen tersebut tampak tak terbantahkan sampai ahli fisiologi Italia Lazzaro Spallanzani mengulanginya dan memperoleh hasil yang bertentangan. Dia menerbitkan temuannya sekitar tahun 1775, mengklaim bahwa Needham tidak memanaskan tabungnya cukup lama, juga tidak menyegelnya dengan cara yang memuaskan. Meskipun hasil Spallanzani seharusnya meyakinkan, Needham mendapat dukungan dari Buffon naturalis Prancis yang berpengaruh; karenanya, masalah generasi spontan tetap tidak terselesaikan.

Kematian generasi spontan

Setelah sejumlah penyelidikan lebih lanjut gagal memecahkan masalah tersebut, Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis menawarkan hadiah untuk penelitian yang akan "memberi pencerahan baru pada pertanyaan tentang generasi spontan". Menanggapi tantangan itu, Louis Pasteur, yang pada waktu itu adalah seorang ahli kimia, memasukkan labu berisi larutan ragi bergula ke dalam berbagai kondisi. Pasteur mampu menunjukkan secara meyakinkan bahwa setiap mikroorganisme yang berkembang dalam media yang sesuai berasal dari mikroorganisme di udara, bukan dari udara itu sendiri, seperti yang disarankan Needham. Dukungan untuk temuan Pasteur datang pada tahun 1876 dari fisikawan Inggris John Tyndall, yang merancang alat untuk menunjukkan bahwa udara memiliki kemampuan untuk membawa partikel. Karena materi semacam itu di udara memantulkan cahaya ketika udara disinari dalam kondisi khusus, peralatan Tyndall dapat digunakan untuk menunjukkan kapan udara murni. Tyndall menemukan bahwa tidak ada organisme yang dihasilkan ketika udara murni dimasukkan ke dalam media yang mampu mendukung pertumbuhan mikroorganisme. Hasil-hasil itulah, bersama dengan temuan-temuan Pasteur, yang mengakhiri doktrin generasi spontan.

Ketika Pasteur kemudian menunjukkan bahwa mikroorganisme induk hanya menghasilkan jenisnya sendiri, dengan demikian ia mendirikan studi mikrobiologi. Selain itu, ia tidak hanya berhasil meyakinkan dunia ilmiah bahwa mikroba adalah makhluk hidup, yang berasal dari bentuk yang sudah ada sebelumnya, tetapi juga menunjukkan mereka sebagai komponen dunia organik yang sangat besar dan beragam, sebuah konsep yang memiliki implikasi penting bagi sains. ekologi. Selanjutnya, dengan mengisolasi berbagai spesies bakteri dan ragi dalam media kimia yang berbeda, Pasteur mampu menunjukkan bahwa mereka membawa perubahan kimia dengan cara yang khas dan dapat diprediksi, sehingga memberikan kontribusi yang unik untuk mempelajari fermentasi dan biokimia.

Asal usul kehidupan purba

Pada tahun 1920-an, ahli biokimia Rusia Aleksandr Oparin dan ilmuwan lain menyatakan bahwa kehidupan mungkin berasal dari benda mati dalam kondisi yang ada di Bumi purba, ketika atmosfer terdiri dari gas metana, amonia, uap air, dan hidrogen. Menurut konsep itu, energi yang disuplai oleh badai listrik dan sinar ultraviolet mungkin telah memecah gas atmosfer menjadi unsur penyusunnya, dan molekul organik mungkin terbentuk ketika unsur-unsur tersebut bergabung kembali.

Beberapa dari gagasan tersebut telah diverifikasi oleh kemajuan dalam geokimia dan genetika molekuler; upaya eksperimental telah berhasil menghasilkan asam amino dan proteinoid (senyawa protein primitif) dari gas yang mungkin telah ada di Bumi pada awal mulanya, dan asam amino telah terdeteksi pada batuan yang berusia lebih dari tiga miliar tahun. Dengan teknik yang lebih baik, dimungkinkan untuk menghasilkan prekursor atau materi hidup yang mereplikasi diri sendiri dari zat tak hidup. Tetapi apakah mungkin untuk menciptakan bentuk heterotrofik yang sebenarnya dari mana autotrof berkembang masih harus dilihat.

Ekspedisi biologis

Meskipun sejumlah penjelajah abad ke-16 dan ke-17 memberikan banyak informasi berharga tentang tumbuhan dan hewan di Asia, Amerika, dan Afrika, sebagian besar informasi tersebut dikumpulkan oleh individu yang ingin tahu daripada pengamat terlatih. Namun, pada abad ke-18 dan ke-19, informasi semacam itu semakin banyak dikumpulkan melalui ekspedisi ilmiah terorganisir, biasanya di bawah naungan pemerintah tertentu. Upaya yang paling menonjol adalah pelayaran kapal yang dikenal sebagai HMS Endeavour, HMS Investigator, HMS Beagle, dan HMS Challenger, semuanya disponsori oleh pemerintah Inggris.

Kapten James Cook mengarungi Endeavour ke kepulauan Pasifik Selatan, Selandia Baru, Nugini, dan Australia pada tahun 1768; pelayaran tersebut memberi kesempatan kepada naturalis dan penjelajah Inggris Joseph Banks untuk membuat koleksi tumbuhan dan catatan yang sangat banyak, yang membantunya menjadi ahli biologi terkemuka. Ekspedisi lain ke area yang sama di Penyelidik pada tahun 1801 termasuk ahli botani Skotlandia Robert Brown, yang karyanya tentang tumbuhan Australia dan Selandia Baru menjadi karya klasik; yang paling penting adalah uraiannya tentang bagaimana tanaman tertentu beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang berbeda. Brown juga berjasa menemukan inti sel dan menganalisis proses seksual pada tumbuhan tingkat tinggi.

Salah satu ekspedisi biologis paling terkenal sepanjang masa adalah Beagle (1831–36), di mana Charles Darwin berperan sebagai naturalis. Meskipun minat utama Darwin pada saat itu adalah geologi, kunjungannya ke Kepulauan Galápagos membangkitkan minatnya pada biologi dan membuatnya berspekulasi tentang kehidupan hewan pulau yang aneh dan pentingnya isolasi dalam ruang dan waktu untuk pembentukan spesies. Selama pelayaran Beagle, Darwin mengumpulkan spesimen dan mengumpulkan banyak sekali catatan tentang tumbuhan dan hewan di Amerika Selatan dan Australia, yang membuatnya mendapat sambutan luar biasa sekembalinya ke Inggris.

Pelayaran Challenger (lihat Ekspedisi Challenger) dari tahun 1872 hingga 1876 diselenggarakan oleh Angkatan Laut Inggris untuk mempelajari oseanografi, meteorologi, dan sejarah alam. Di bawah kepemimpinan naturalis Skotlandia Charles Wyville Thomson, koleksi tanaman dan hewan yang sangat banyak dibuat, pentingnya plankton (organisme akuatik kecil yang mengambang bebas) sebagai sumber makanan bagi organisme laut yang lebih besar diakui, dan banyak spesies planktonik baru ditemukan. telah menemukan. Aspek yang sangat penting dari pelayaran Challenger adalah minat yang dirangsangnya dalam ilmu baru biologi kelautan.

Terlepas dari ekspedisi tersebut, kontribusi yang diberikan oleh individu masih sangat penting. Naturalis Inggris Alfred Russel Wallace, misalnya, melakukan penjelajahan di Kepulauan Melayu dari tahun 1854 hingga 1862. Pada tahun 1876 ia menerbitkan bukunya The Geographical Distribution of Animals, di mana ia membagi daratan menjadi enam wilayah zoogeografis dan mendeskripsikan fauna khasnya. Wallace juga berkontribusi pada teori evolusi, pada tahun 1870 menerbitkan sebuah buku yang mengungkapkan pandangannya, Kontribusi pada Teori Seleksi Alam.

Perkembangan teori sel

Meskipun ahli mikroskop abad ke-17 telah membuat deskripsi rinci tentang struktur tumbuhan dan hewan dan meskipun Hooke telah menciptakan istilah sel untuk menggambarkan kompartemen yang dia amati dalam jaringan gabus, pengamatan mereka tidak memiliki kesatuan teoretis yang mendasarinya. Baru pada tahun 1838 ahli botani Jerman Matthias Jacob Schleiden, yang tertarik pada anatomi tumbuhan, menyatakan bahwa ”tanaman yang lebih rendah semuanya terdiri dari satu sel, sedangkan tumbuhan yang lebih tinggi terdiri dari (banyak) sel individu”. Ketika fisiolog Jerman Theodor Schwann, teman Schleiden, memperluas teori seluler untuk memasukkan hewan, dengan demikian ia membawa pemulihan hubungan antara botani dan zoologi. Pembentukan teori sel—semua tumbuhan dan hewan terdiri dari sel—menandai kemajuan konseptual yang besar dalam biologi, dan menghasilkan perhatian baru pada proses kehidupan yang berlangsung di dalam sel.

Pada tahun 1846, setelah beberapa penyelidik menggambarkan aliran aliran sitoplasma dalam sel tumbuhan, ahli botani Jerman Hugo von Mohl menciptakan kata protoplasma untuk menunjukkan substansi sel yang hidup. Konsep protoplasma sebagai dasar fisik kehidupan menyebabkan perkembangan fisiologi sel.

Perpanjangan lebih lanjut dari teori sel adalah pengembangan patologi seluler oleh ilmuwan Jerman Rudolf Virchow, yang menetapkan hubungan antara kejadian abnormal dalam tubuh dan aktivitas seluler yang tidak biasa. Karya Virchow memberi arah baru pada studi patologi dan menghasilkan kemajuan dalam bidang kedokteran.

Deskripsi rinci pembelahan sel disumbangkan oleh ahli sitologi tumbuhan Jerman Eduard Strasburger, yang mengamati proses mitosis dalam sel tumbuhan dan selanjutnya menunjukkan bahwa inti hanya muncul dari inti yang sudah ada sebelumnya. Pekerjaan paralel pada mamalia dilakukan oleh ahli anatomi Jerman Walther Flemming, yang menerbitkan temuannya yang paling penting di Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung (“Substansi Sel, Inti dan Pembagian Sel”) pada tahun 1882.

Teori evolusi


Ketika pengetahuan tentang tumbuhan dan hewan terakumulasi selama abad 16, 17, dan 18, beberapa ahli biologi mulai berspekulasi tentang nenek moyang organisme tersebut, meskipun pandangan yang berlaku adalah yang disebarluaskan oleh Linnaeus—yaitu, kekekalan spesies. Di antara spekulasi awal yang disuarakan selama abad ke-18, dokter Inggris Erasmus Darwin (kakek Charles Darwin), menyimpulkan bahwa spesies diturunkan dari nenek moyang yang sama dan bahwa ada perjuangan untuk bertahan hidup di antara hewan. Ahli biologi Prancis Jean-Baptiste Lamarck, salah seorang evolusionis abad ke-18 yang paling penting, mengakui peran isolasi dalam pembentukan spesies; dia juga melihat kesatuan di alam dan menyusun gagasan tentang pohon evolusi.

Akan tetapi, sebuah teori evolusi yang lengkap tidak diumumkan, hingga publikasi Charles Darwin pada tahun 1859, On the Origin of Species by Means of Natural Selection or the Preservation of Favored Races in the Struggle for Life. Dalam bukunya, Darwin menyatakan bahwa semua makhluk hidup berkembang biak dengan sangat cepat sehingga jika dibiarkan, mereka akan segera memenuhi dunia secara berlebihan. Menurut Darwin, pemeriksaan ukuran populasi dipertahankan oleh persaingan untuk sarana kehidupan. Oleh karena itu, jika ada anggota suatu spesies berbeda dalam beberapa cara yang membuatnya lebih cocok untuk bertahan hidup, maka akan memiliki keuntungan bahwa keturunannya kemungkinan besar akan dilestarikan. Karya Darwin mencerminkan pengaruh ekonom Inggris Thomas Robert Malthus, yang pada tahun 1838 menerbitkan sebuah esai tentang populasi di mana dia memperingatkan bahwa jika manusia berkembang biak lebih cepat daripada persediaan makanannya, akan terjadi persaingan untuk bertahan hidup. Darwin juga dipengaruhi oleh ahli geologi Inggris Charles Lyell, yang menyadari dari studinya tentang formasi geologi bahwa usia relatif endapan dapat diperkirakan melalui proporsi moluska yang hidup dan yang telah punah. Tetapi baru setelah perjalanannya di atas Beagle (1831–36), di mana dia mengamati kekayaan dan keragaman fauna pulau yang luar biasa, Darwin mulai mengembangkan teori evolusinya. Alfred Russel Wallace telah mencapai kesimpulan yang mirip dengan Darwin setelah studinya tentang tumbuhan dan hewan di Kepulauan Melayu. Makalah pendek yang membahas subjek ini yang dikirim oleh Wallace ke Darwin akhirnya menghasilkan publikasi teori-teori Darwin sendiri.

Secara konseptual, teori ini sangat penting, sama halnya dengan pembentukan spesies baru. Menyusul penemuan dasar pewarisan kromosom dan hukum hereditas, dapat dilihat bahwa seleksi alam tidak melibatkan alternatif hidup atau mati yang tajam, tetapi dihasilkan dari perbedaan varian yang bertahan hidup. Saat ini prinsip universal seleksi alam, yang merupakan konsep sentral teori Darwin, sudah mapan.

Mempelajari reproduksi dan perkembangan organisme

Preformasi versus epigenesis

Sebuah pertanyaan yang diajukan oleh Aristoteles adalah apakah embrio dibentuk sebelumnya dan oleh karena itu hanya membesar selama perkembangan atau apakah ia berdiferensiasi dari awal yang tidak berbentuk. Dua aliran pemikiran yang saling bertentangan didasarkan pada pertanyaan itu: aliran pra-formasi berpendapat bahwa telur mengandung individu mini yang berkembang menjadi tahap dewasa di lingkungan yang tepat; sekolah epigenesis percaya bahwa telur pada awalnya tidak berdiferensiasi dan perkembangan terjadi sebagai serangkaian langkah. Pendukung terkemuka doktrin praformasi, yang dianut secara luas hingga abad ke-18, antara lain Malpighi, Swammerdam, dan Leeuwenhoek. Pada abad ke-19, ketika kritik terhadap praformasi meningkat, ahli embriologi Prusia Estonia Karl Ernst von Baer memberikan bukti terakhir yang menentang teori tersebut. Penemuannya tentang telur mamalia dan pengakuannya tentang pembentukan lapisan germinal yang darinya organ embrionik berkembang meletakkan dasar embriologi modern.

Proses pembuahan

Meskipun banyak deskripsi awal spermatozoa, peran penting mereka dalam pembuahan tidak terbukti sampai tahun 1879, ketika dokter dan ahli zoologi Swiss Hermann Fol mengamati penetrasi spermatozoa ke dalam ovum. Sebelum penemuan itu, selama periode 1823 hingga 1830, keberadaan proses seksual pada tumbuhan berbunga telah didemonstrasikan oleh astronom dan ahli kacamata Italia Giovanni Battista Amici dan dikonfirmasi oleh orang lain. Penemuan fertilisasi pada tanaman sangat penting untuk pengembangan hibrida tanaman, yang dihasilkan melalui penyerbukan silang antara spesies yang berbeda; itu juga sangat penting untuk studi genetika dan evolusi.

Kemunculan universal dan kesamaan yang luar biasa dari proses pembuahan, terlepas dari organisme tempat terjadinya, memicu banyak peneliti terkemuka saat itu untuk mencari mekanisme yang mendasarinya. Disadari bahwa pasti ada suatu cara dimana jumlah kromosom berkurang sebelum pembuahan; jika tidak, jumlah kromosom akan berlipat ganda setiap kali sperma menyatu dengan sel telur. Pada tahun 1883 ahli embriologi dan sitologi Belgia Edouard van Beneden menunjukkan bahwa telur dan sperma pada cacing Ascaris mengandung setengah dari jumlah kromosom yang ditemukan dalam sel tubuh. Untuk menjelaskan separuh dari kromosom dalam sel kelamin, sebuah proses yang dikenal sebagai meiosis, pada tahun 1887 ahli biologi Jerman August Weismann menyarankan bahwa harus ada dua jenis pembelahan sel, dan pada tahun 1900 rincian meiosis telah dijelaskan.

Studi tentang hereditas

Teori keturunan pra-Mendel

Hukum dasar hereditas ditemukan pada tahun 1865 oleh ahli botani Austria, guru, dan uskup Augustinian Gregor Mendel, meskipun karyanya diabaikan sampai penemuannya kembali pada tahun 1900. Namun, ada sejumlah pandangan tentang subjek yang telah diungkapkan sejak lama. sebelum Mendel. Para filsuf Yunani, misalnya, percaya bahwa ciri-ciri individu diperoleh dari kontak dengan lingkungan dan bahwa ciri-ciri yang diperoleh tersebut dapat diwarisi oleh keturunan. Karena Lamarck adalah pendukung paling terkenal dari pewarisan karakteristik yang diperoleh, teori ini disebut Lamarckisme. Konsep ini, yang menekankan penggunaan dan tidak digunakannya organ sebagai faktor penting dalam menentukan karakteristik individu, mendalilkan bahwa setiap perubahan pada individu dapat diwariskan kepada keturunannya melalui gamet.

Pada tahun 1885 Weismann mengemukakan bahwa karakteristik herediter ditransmisikan oleh apa yang disebutnya plasma nutfah — yang dibedakan dari somatoplasma (sel tubuh) —yang menghubungkan generasi dengan aliran terus-menerus membagi sel germinal. Dengan menyatakan dengan pasti tujuh tahun kemudian bahwa materi hereditas ada di dalam kromosom, Weismann mengantisipasi dasar kromosom dari pewarisan.

Penjelajah Inggris, antropolog, dan ahli eugenika Francis Galton membuat sejumlah kontribusi penting untuk genetika pada abad ke-19, salah satunya adalah studi tentang sifat turun-temurun dari kemampuan, dari mana ia mengembangkan konsep bahwa pemuliaan yang bijaksana dapat meningkatkan ras manusia. (egenetika). Karya Galton yang paling signifikan adalah demonstrasi bahwa setiap generasi nenek moyang memberikan kontribusi yang proporsional terhadap susunan total individu. Karena itu, dia menyarankan, jika seorang pria jangkung menikahi seorang wanita pendek, masing-masing harus menyumbangkan setengah dari total warisan, dan keturunan yang dihasilkan harus menjadi perantara antara kedua orang tua.

Hukum hereditas Mendel

Kemasyhuran Gregor Mendel, bapak genetika, bertumpu pada eksperimen yang dia lakukan dengan kacang polong, yang memiliki karakteristik yang sangat kontras—misalnya, tinggi versus pendek; biji bulat versus biji keriput. Ketika Mendel membuahi tanaman pendek dengan serbuk sari dari tanaman tinggi, ia menemukan bahwa keturunannya (generasi berbakti pertama) memiliki tinggi yang seragam. Tetapi jika dia membiarkan tanaman dari generasi itu melakukan penyerbukan sendiri (menyuburkan diri), keturunan mereka (generasi berbakti kedua) menunjukkan karakter kakek-nenek dalam rasio yang agak konsisten dari tiga tinggi ke satu pendek. Selain itu, jika dibiarkan melakukan penyerbukan sendiri, tanaman pendek selalu berkembang biak dengan benar—mereka tidak pernah menghasilkan apa pun kecuali tanaman pendek. Dari hasil tersebut Mendel mengembangkan konsep dominasi, berdasarkan anggapan bahwa setiap tanaman membawa dua unit sifat, yang satu mendominasi yang lain. Tidak ada yang diketahui pada saat itu tentang kromosom atau meiosis, namun Mendel menyimpulkan dari hasil penelitiannya bahwa unit sifat, yang kemudian disebut gen, bisa menjadi sejenis partikel fisik yang ditransmisikan dari satu generasi ke generasi lainnya melalui mekanisme reproduksi.

Konsep Mendel yang paling penting adalah gagasan bahwa gen berpasangan yang ada pada induk terpisah atau terpisah selama pembentukan gamet. Selain itu, dalam percobaan selanjutnya di mana ia mempelajari pewarisan dua pasang sifat, Mendel menunjukkan bahwa satu pasang gen tidak tergantung pada yang lain. Dengan demikian, prinsip pemisahan dan pemilahan independen ditetapkan.

Temuan Mendel diabaikan selama 35 tahun, mungkin karena dua alasan. Karena ahli botani terkemuka Swiss Karl Wilhelm von Nägeli gagal mengenali pentingnya pekerjaan tersebut setelah Mendel mengirimkan hasilnya, dia tidak melakukan apa pun untuk menyemangati Mendel. Gengsi besar Nägeli dan kurangnya dukungannya secara tidak langsung membebani pengakuan luas atas karya Mendel. Selain itu, ketika karya tersebut diterbitkan, sedikit yang diketahui tentang sel, dan proses mitosis dan meiosis sama sekali tidak diketahui. Karya Mendel akhirnya ditemukan kembali pada tahun 1900, ketika tiga ahli botani secara independen mengakui nilai studinya dari penelitian mereka sendiri dan mengutip publikasinya dalam karya mereka.

Penjelasan tentang mekanisme keturunan

Pada tahun 1901 telah dipahami bagaimana unit-unit herediter yang didalilkan oleh Mendel didistribusikan; diketahui juga bahwa sel-sel somatik (tubuh) memiliki komplemen kromosom ganda, atau diploid, sedangkan sel-sel reproduksi memiliki nomor kromosom tunggal, atau haploid. Demonstrasi eksperimental dasar kromosom untuk hereditas telah ditetapkan dengan kuat oleh ahli sitologi Jerman Theodor Boveri segera setelah pergantian abad dan kemudian dikonfirmasi oleh orang lain. Untuk memperhitungkan sejumlah besar karakter herediter yang diamati, Boveri menyarankan agar setiap kromosom dalam pasangan dapat bertukar faktor herediter yang dibawanya dengan kromosom lain. Awalnya, ahli genetika Amerika Thomas Hunt Morgan menolak konsep itu. Belakangan, bagaimanapun, ketika dia menemukan bahwa itu sesuai dengan temuan laboratoriumnya sendiri, Morgan dan kolaboratornya menetapkan posisi khusus unit herediter (gen), atau lokus, di dalam kromosom. Dengan gen yang ditetapkan sebagai pembawa sifat keturunan, ahli biologi Inggris William Bateson menciptakan istilah genetika untuk studi eksperimental hereditas dan evolusi.

Biologi pada abad ke-20 dan ke-21

Sama seperti abad ke-19 dapat dianggap sebagai usia biologi seluler, abad ke-20 dan ke-21 ditandai terutama oleh perkembangan biologi molekuler.

Perkembangan konseptual dan teknologi yang penting

Dengan memanfaatkan metode penyelidikan modern, seperti difraksi sinar-X dan mikroskop elektron, untuk menjelajahi tingkat organisasi seluler di luar yang terlihat dengan mikroskop cahaya—ultrastruktur sel konsep baru fungsi seluler dihasilkan. Akibatnya, studi tentang organisasi molekuler sel berdampak luar biasa pada biologi selama abad ke-20 dan ke-21. Ini juga mengarah langsung ke konvergensi berbagai disiplin ilmu untuk memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang proses kehidupan.
protein antraks
protein antraks
Teknologi seperti pengurutan DNA dan reaksi berantai polimerase juga dikembangkan, memungkinkan ahli biologi untuk mengintip ke dalam cetak biru genetik yang memunculkan organisme. Teknologi pengurutan generasi pertama muncul pada tahun 1970-an dan diikuti beberapa dekade kemudian oleh apa yang disebut teknologi pengurutan generasi berikutnya, yang unggul dalam kecepatan dan efisiensi biaya. Pengurutan generasi berikutnya memberi para peneliti sejumlah besar data genetik, biasanya berukuran gigabase (1 gigabase = 1.000.000.000 pasangan basa DNA). Bioinformatika, yang menghubungkan data biologis dengan alat dan teknik untuk analisis, penyimpanan, dan distribusi data, menjadi bagian yang semakin penting dari studi biologi, terutama yang melibatkan kumpulan data genetik yang sangat besar.

Pada tahun 1970-an perkembangan teknologi DNA rekombinan membuka jalan bagi rekayasa genetika, yang memungkinkan para peneliti menggabungkan kembali asam nukleat dan dengan demikian mengubah kode genetik organisme, memberi organisme kemampuan baru atau menghilangkan sifat yang tidak diinginkan. Perkembangan tersebut diikuti oleh kemajuan teknologi kloning, yang menghasilkan generasi Domba Dolly pada tahun 1996, klon pertama dari mamalia dewasa. Bersama-sama, teknologi DNA rekombinan dan kloning reproduksi (metode yang digunakan untuk menghasilkan klon hewan hidup) memfasilitasi kemajuan besar dalam pengembangan organisme hasil rekayasa genetika (GMO). Organisme semacam itu menjadi komponen penting dari penelitian biomedis, di mana tikus yang dimodifikasi secara genetik (GM) dan hewan lain dikembangkan untuk memodelkan penyakit manusia tertentu, sehingga memfasilitasi penyelidikan terapi baru dan faktor penyebab penyakit. Teknologi DNA rekombinan memainkan peran penting dalam generasi tanaman GM, termasuk bentuk tahan hama dari kapas dan bentuk jagung (jagung) dan kedelai yang tahan herbisida.

Pada 1990-an dan awal 2000-an, para peneliti di seluruh dunia semakin sering berkumpul dalam konsorsium dan kelompok kolaboratif lainnya untuk mencapai prestasi besar dalam biologi. Keberhasilan besar pertama dari upaya tersebut adalah pengurutan genom manusia, yang dicapai melalui Proyek Genom Manusia (HGP). HGP dimulai pada tahun 1990, didukung oleh Departemen Energi AS dan National Institutes of Health (NIH). Peneliti NIH kemudian bergabung dengan Celera Genomics, sebuah perusahaan sektor swasta, dan proyek selesai pada tahun 2003. Proyek kolaboratif lainnya segera menyusul, termasuk Proyek HapMap Internasional, hasil dari HGP, dan Proyek 1000 Genom, yang dibangun di atas data dari upaya HapMap.

Abad ke-20 dan ke-21 juga melihat kemajuan besar dalam bidang biologi yang berhubungan dengan ekosistem, lingkungan, dan konservasi. Pada abad ke-20, para ilmuwan menyadari bahwa manusia bergantung pada sumber daya alam Bumi seperti hewan lainnya. Namun, manusia berkontribusi terhadap kerusakan progresif lingkungan, sebagian karena peningkatan tekanan populasi dan kemajuan teknologi tertentu. Kemajuan kedokteran yang menyelamatkan nyawa, misalnya, telah memungkinkan orang untuk hidup lebih lama dan menghasilkan penurunan dramatis dalam angka kematian (terutama di negara maju), berkontribusi pada ledakan peningkatan populasi manusia. Kontaminan kimia yang masuk ke lingkungan melalui proses manufaktur, pestisida, emisi mobil, dan cara lain sangat membahayakan semua bentuk kehidupan. Oleh karena itu, para ahli biologi mulai memberi perhatian lebih besar pada hubungan makhluk hidup satu sama lain serta lingkungan biotik dan abiotiknya.

Semakin pentingnya perubahan iklim dan dampaknya terhadap ekosistem memicu kemajuan dalam ekologi, serta pengembangan bidang-bidang seperti biologi konservasi dan genetika konservasi. Seperti di hampir setiap bidang biologi lainnya, biologi molekuler datang untuk memenuhi peran penting dalam bidang tersebut, dengan teknik seperti pengurutan seluruh genom yang digunakan untuk mengumpulkan informasi tentang keragaman genetik populasi spesies yang terancam punah dan teknik seperti kloning dan pengeditan genom. meningkatkan kemungkinan suatu hari nanti membangkitkan kembali spesies yang punah (suatu proses yang dikenal sebagai de-extinction). Informasi tentang urutan DNA dari berbagai spesies juga membantu kemajuan dalam pemahaman para ilmuwan tentang evolusi dan sistematika (studi tentang hubungan evolusi dan diversifikasi kehidupan).

Pekerjaan intradisipliner dan interdisipliner


Pada abad ke-21, ada banyak kategori penting dalam ilmu biologi dan karenanya banyak spesialisasi dalam bidang. Botani, zoologi, dan mikrobiologi berurusan dengan jenis organisme dan hubungannya satu sama lain. Disiplin seperti itu telah lama dibagi menjadi kategori yang lebih terspesialisasi — misalnya, ichthyology, studi tentang ikan, dan algology, studi tentang alga. Disiplin ilmu seperti embriologi dan fisiologi, yang berhubungan dengan perkembangan dan fungsi organisme, dibagi lebih lanjut menurut jenis organisme yang dipelajari—misalnya, embriologi invertebrata dan fisiologi mamalia. Banyak perkembangan dalam fisiologi dan embriologi dihasilkan dari studi biologi sel, biofisika, dan biokimia. Demikian pula, penelitian dalam fisiologi sel dan sitokimia, bersama dengan studi ultrastruktural, membantu para ilmuwan mengkorelasikan struktur sel dengan fungsi. Ekologi, yang berfokus pada hubungan antara organisme dan lingkungannya, mencakup ciri fisik lingkungan dan organisme lain yang mungkin bersaing untuk mendapatkan makanan dan tempat tinggal. Penekanan pada lingkungan yang berbeda dan ciri-ciri tertentu dari organisme menghasilkan subdivisi lapangan menjadi berbagai spesialisasi, seperti ekologi air tawar, ekologi laut, dan ekologi populasi.

Banyak bidang studi dalam ilmu biologi melintasi batas-batas yang secara tradisional memisahkan berbagai cabang ilmu. Dalam biofisika, misalnya, peneliti menerapkan prinsip dan metode fisika untuk menyelidiki dan mencari solusi dari masalah dalam biologi. Ahli biologi evolusi dan ahli paleontologi akrab dengan prinsip-prinsip geologi dan bahkan dapat bekerja sama dengan ahli geologi saat mencoba menentukan usia sisa-sisa biologis. Demikian pula, antropolog dan arkeolog menerapkan pengetahuan tentang budaya manusia dan masyarakat pada temuan biologis untuk lebih memahami umat manusia. Astrobiologi muncul melalui aktivitas para ilmuwan dan insinyur yang peduli dengan eksplorasi ruang angkasa. Akibatnya, bidang biologi telah menerima kontribusi dari dan memberikan kontribusi kepada banyak disiplin ilmu lain, baik dalam humaniora maupun sains.

Selama abad ke-20 dan ke-21, ketika biologi semakin saling berhubungan dengan bidang sains lainnya, ia juga mencakup sejumlah disiplin ilmu itu sendiri. Dalam beberapa disiplin ilmu tersebut, berbagai tingkat organisasi diakui — misalnya, biologi populasi (studi tentang populasi makhluk hidup) dan biologi organisme (studi tentang seluruh organisme) dan biologi sel dan biologi molekuler. Pada bagian akhir abad ke-20, biologi molekuler melahirkan lebih banyak disiplin ilmu, dan munculnya genomik menyebabkan munculnya subdisiplin yang canggih, seperti genomik perkembangan dan genomik fungsional. Genetika terus berkembang, memunculkan bidang-bidang baru seperti genetika konservasi. Meskipun cakupannya beragam, bagaimanapun, pada abad ke-21 banyak bidang ilmu biologi terus menggunakan prinsip dan gagasan pemersatu yang sama, terutama yang penting bagi taksonomi, genetika, dan evolusi.

Mengubah nilai-nilai sosial dan ilmiah

Pada abad ke-20 dan ke-21, peran ahli biologi dalam masyarakat serta tanggung jawab moral dan etis mereka dalam penemuan dan pengembangan ide-ide baru mengarah pada penilaian ulang sistem nilai sosial dan ilmiah individu. Para ilmuwan tidak dapat mengabaikan konsekuensi dari penemuan mereka; mereka prihatin dengan kemungkinan penyalahgunaan temuan mereka seperti halnya dengan penelitian dasar di mana mereka terlibat. Pada abad ke-20, peran sosial dan politik yang muncul dari ahli biologi dan semua ilmuwan lainnya membutuhkan penimbangan nilai yang tidak dapat dilakukan dengan akurasi atau objektivitas timbangan laboratorium. Sebagai anggota masyarakat, menjadi penting bagi para ahli biologi untuk mendefinisikan kembali kewajiban dan fungsi sosial mereka, terutama dalam bidang membuat penilaian tentang masalah etika, seperti kontrol manusia terhadap lingkungan atau manipulasi gen untuk mengarahkan perkembangan evolusioner lebih lanjut.

Mengatasi masalah masa depan

Konsekuensi khusus dalam ilmu biologi adalah perkembangan rekayasa genetika. Dalam kasus defisiensi genetik dan penyakit, rekayasa genetika membuka kemungkinan memperbaiki cacat gen untuk mengembalikan fungsi fisiologis, yang berpotensi meningkatkan kualitas hidup pasien. Terapi gen, di mana gen normal akan dimasukkan ke dalam genom individu untuk memperbaiki mutasi penyebab penyakit, adalah salah satu cara yang dapat digunakan peneliti untuk mencapai tujuan tersebut. Namun, kemungkinan penyalahgunaan rekayasa genetika sangat besar. Ada perhatian yang signifikan, misalnya, tentang organisme hasil rekayasa genetika, khususnya tanaman yang dimodifikasi, dan dampaknya terhadap kesehatan manusia dan lingkungan. Munculnya teknologi kloning, termasuk transfer inti sel somatik, juga menimbulkan kekhawatiran. Deklarasi Kloning Manusia disahkan pada tahun 2005 oleh Perserikatan Bangsa-Bangsa meminta negara-negara anggota untuk melarang kloning manusia, meskipun dibiarkan terbuka untuk mengejar kloning terapeutik.

Demikian pula, pada tahun 2015, para peneliti yang telah mengembangkan teknologi untuk pengeditan gen, yang memungkinkan para ilmuwan untuk menyesuaikan susunan genetik suatu organisme dengan mengubah basis spesifik dalam urutan DNA-nya, menyerukan moratorium penerapan teknologi pada manusia. Dampak pengeditan gen pada genetika manusia tidak diketahui, dan tidak ada peraturan yang mengatur penggunaannya. Memang, dengan tidak adanya regulasi yang ketat, seorang ilmuwan China melanjutkan pengeditan gen pada manusia, pada akhir 2018 mengklaim kelahiran bayi pertama di dunia yang membawa genom yang telah diedit. Ilmuwan tersebut mengaku telah mengedit embrio manusia untuk menonaktifkan gen yang biasanya memfasilitasi masuknya HIV ke dalam sel; embrio kemudian ditanamkan ke seorang wanita dan dibawa ke masa kehamilan. Sementara itu, para peneliti di Amerika Serikat mencoba menggunakan penyuntingan gen untuk mengubah gen dalam sperma manusia, yang memungkinkan gen yang telah disunting itu diteruskan ke generasi berikutnya. Secara khusus, para peneliti berusaha mengubah gen yang meningkatkan risiko jenis kanker tertentu, dengan tujuan mengurangi risiko kanker pada keturunannya. Perdebatan tentang penyuntingan gen memperbaharui diskusi sebelumnya tentang dampak etis dan sosial dari rekayasa genetika pada manusia, khususnya potensinya untuk digunakan untuk mengubah sifat-sifat seperti kecerdasan dan penampilan.

Tantangan lain yang dihadapi ahli biologi termasuk mencari cara untuk mengekang pencemaran lingkungan tanpa mengganggu upaya untuk meningkatkan kualitas hidup umat manusia. Berkontribusi pada masalah polusi adalah masalah kelebihan populasi manusia. Meningkatnya populasi manusia secara global telah memberikan tuntutan yang lebih besar terhadap tanah, terutama di bidang produksi pangan, dan telah mengharuskan peningkatan operasi industri modern, yang hasil limbahnya berkontribusi terhadap polusi udara, air, dan tanah. Untuk menemukan solusi atas pemanasan global, polusi, dan masalah lingkungan lainnya, ahli biologi bekerja dengan ilmuwan sosial dan anggota masyarakat lainnya untuk menentukan persyaratan yang diperlukan untuk memelihara planet yang sehat dan produktif. Karena meskipun banyak masalah umat manusia saat ini dan di masa depan tampaknya pada dasarnya bersifat sosial, politik, atau ekonomi, mereka memiliki konsekuensi biologis yang dapat mempengaruhi keberadaan kehidupan itu sendiri.

Kamus Biologi atau Istilah Biologi Yang Sering Digunakan

Berikut adalah beberapa istilah biologi yang sering digunakan:

  1. Sel: Unit terkecil kehidupan. Semua organisme terdiri dari sel-sel.
  2. Jaringan: Sekelompok sel yang bekerja sama untuk melakukan fungsi tertentu.
  3. Organ: Struktur yang terdiri dari beberapa jaringan yang berbeda dan memiliki fungsi khusus.
  4. Sistem Organ: Sejumlah organ yang bekerja bersama-sama untuk menjalankan fungsi tubuh yang kompleks.
  5. Organisme: Makhluk hidup yang dapat melakukan fungsi-fungsi dasar kehidupan, seperti makan, bernapas, dan bereproduksi.
  6. Reproduksi: Proses pembentukan keturunan baru dari individu yang sudah ada.
  7. Evolusi: Perubahan bertahap dalam warisan genetik suatu populasi seiring waktu.
  8. Adaptasi: Karakteristik atau sifat-sifat yang memungkinkan suatu organisme untuk bertahan hidup dan bereproduksi di lingkungan tertentu.
  9. Ekosistem: Komunitas organisme yang hidup bersama-sama dengan lingkungan fisiknya, termasuk faktor abiotik seperti air, tanah, dan iklim.
  10. Fotosintesis: Proses di mana tumbuhan dan beberapa organisme lain menggunakan energi matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen.
  11. Respirasi: Proses yang dilakukan oleh organisme untuk menghasilkan energi dengan mengubah glukosa dan oksigen menjadi karbon dioksida, air, dan energi.
  12. Genetika: Studi tentang pewarisan sifat-sifat dari generasi ke generasi melalui warisan genetik.
  13. Mutasi: Perubahan acak dalam materi genetik suatu organisme yang dapat menyebabkan variasi genetik.
  14. Bioteknologi: Penerapan ilmu biologi dalam produksi atau pengolahan bahan-bahan dengan menggunakan organisme hidup atau bagian-bagiannya.
  15. Klasifikasi: Proses pengelompokan organisme ke dalam kategori berdasarkan kesamaan sifat-sifatnya.
  16. Virus: Entitas mikroskopis yang terdiri dari asam nukleat yang dibungkus oleh protein dan dapat menyebabkan penyakit.
  17. Gen: Satuan dasar pewarisan genetik yang mengodekan instruksi untuk pembentukan protein.
  18. DNA: Asam deoksiribonukleat, molekul yang membawa informasi genetik dalam sel.
  19. RNA: Asam ribonukleat, molekul yang berperan dalam sintesis protein.
  20. Metabolisme: Sekelompok reaksi kimia yang terjadi dalam organisme untuk mempertahankan kehidupan.

Itu hanya beberapa istilah dasar dalam biologi. Bidang biologi sangat luas, dan terdapat banyak istilah dan konsep yang lebih spesifik di setiap subbidangnya.

Jaya Kusuma
Jaya Kusuma Saya adalah Mbah Jaya, seorang penasehat ulung dan seorang penulis yang telah berpengalaman dibidangnya dari tahun 2010. Pengalaman ini saya sharingkan dalam bentuk blog. Semoga apa yang saya tulis bermanfaat untuk para pembaca di seluruh Dunia.