Khoa học sự sống hay khoa học đời sống bao gồm các lĩnh vực khoa học liên quan đến việc nghiên cứu khoa học của các sinh vật sống - như là vi sinh vật, thực vật, động vật và con người - cũng như những lãnh vực liên quan như đạo đức sinh học. Trong khi sinh học vẫn là trung tâm của khoa học sự sống, những tiến bộ công nghệ trong sinh học phân tử và công nghệ sinh học đã dẫn đến sự đang phát triển của chuyên ngành và các lĩnh vực liên ngành (liên ngành hay đa ngành là bao quát phương pháp tiếp cận, cách suy nghĩ, hoặc ít nhất là phương pháp nghiên cứu của nhiều lĩnh vực chuyên môn riêng biệt).
Một số nhánh khoa học sự sống tập trung vào một loại hình cụ thể của sự sống. Ví dụ, động vật học là nghiên cứu về động vật, trong khi thực vật học là nghiên cứu về thực vật. Một số khác tập trung vào các khía cạnh chung cho tất cả hoặc nhiều hình thức của sự sống, chẳng hạn như giải phẫu học và di truyền học. Tuy nhiên, các lĩnh vực khác quan tâm đến những tiến bộ công nghệ liên quan đến các sinh vật sống, chẳng hạn như kỹ thuật sinh học. Một nhánh quan trọng khác, có thể đặc biệt, liên quan đến việc hiểu biết về tâm trí - thần kinh học.
Khoa học sự sống cần thiết trong việc cải thiện chất lượng và tiêu chuẩn của cuộc sống. Chúng có nhiều ứng dụng trong y tế sức khỏe, nông nghiệp, y học và các ngành công nghiệp dược phẩm và khoa học thực phẩm.
Có sự chồng chéo giữa nhiều nhánh trong số các chủ đề nghiên cứu của khoa học sự sống.
Sinh học là gì ?
Từ sinh học trong tiếng Anh được gọi là biology, có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp với βίος, bios, "sự sống" và hậu tố -λογία, -logia, "môn học." Thuật ngữ Latinh này lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1736: nhà khoa học Thụy Điển Carl Linnaeus (Carl von Linné) đã sử dụng từ biologi trong quyển Bibliotheca botanica (Từ điển thực vật) của ông. Nó được sử dụng lại vào năm 1766 trong một tác phẩm có tựa Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis (Triết học tự nhiên và vật lý: Tập III) viết bởi Michael Christoph Hanov, học trò của Christian Wolff. Thuật ngữ tiếng Đức, biologie, xuất hiện lần đầu một bản dịch tác phẩm Linnaeus năm 1771. Năm 1797, Theodor Georg August Roose sử dụng thuật ngữ trong lời nói đầu của cuốn sách với tựa Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft (Các đặc điểm chính của học thuyết về sự sống). Karl Friedrich Burdach đã sử dụng thuật ngữ này vào năm 1800 trong một nghiên cứu về con người dưới các góc độ hình thái học, sinh lý học và tâm lý học (Propädeut zum Studien der Gesammten Heilkunst). Thuật ngữ ở dạng ngày nay xuất hiện trong cuốn luận án sáu tập: Biologie, oder Philosophie der lebenden Nature (Sinh học, hoặc triết học về bản chất sống)(1802-22) của Gottfried Reinhold Treviranus, người đã tuyên bố:
Sinh học hay sinh vật học (gọi tắt là sinh) (Tiếng Anh: biology) là một nhánh khoa học tự nhiên nghiên cứu về thế giới sinh vật và các đặc điểm của sự sống. Nó là một nhánh khoa học có phạm vi rộng nhưng có một số chủ đề thống nhất gắn kết nó với nhau thành một lĩnh vực duy nhất, mạch lạc. Ngành tập trung nghiên cứu các cá thể sống, mối quan hệ giữa chúng với nhau và với môi trường, miêu tả những đặc điểm và tập tính của sinh vật (ví dụ: cấu trúc, chức năng, sự phát triển, môi trường sống), cách thức các cá thể và loài tồn tại (ví dụ: nguồn gốc, sự tiến hóa và phân bổ của chúng). Trao đổi chất quan trọng đối với sinh vật giúp chúng phát triển, di chuyển và sinh sản. Cuối cùng, tất cả các sinh vật đều có thể điều chỉnh môi trường bên trong của chính nó.
Sinh học bao hàm nhiều ngành học khác nhau được xây dựng dựa trên những nguyên lý riêng. Có 4 nguyên lý tạo thành nền tảng cho sinh học hiện đại: lý thuyết tế bào, tiến hóa, di truyền và cân bằng nội môi. Các môn học này có mối quan hệ qua lại với nhau, giúp ta hiểu về sự sống với các mức độ, phạm vi khác nhau.
Sự ra đời của sinh học bắt đầu từ thế kỉ 19, khi các nhà khoa học tìm thấy được các đặc điểm chung cơ bản giữa các loài. Ngày nay, sinh học trở thành một môn học chuẩn và bắt buộc tại các trường học và Đại học trên khắp thế giới. Rất nhiều bài báo được công bố hằng năm ở trên khắp các tạp chí chuyên ngành về y và sinh.
Việc phân loại các ngành con của sinh học rất đa dạng. Ban đầu, chúng được phân loại theo chủng loại các cá thể làm đối tượng nghiên cứu. Ví dụ: thực vật học, nghiên cứu về cây; động vật học, nghiên cứu về động vật; và vi sinh học, nghiên cứu về các vi sinh vật. Tiếp đến, chúng lại được chia nhỏ dựa trên quy mô của các cá thể và phương pháp nghiên cứu chúng: hóa sinh nghiên cứu về hóa cơ bản của sự sống; sinh học phân tử nghiên cứu các tương tác phức tạp giữa các hệ thống của các phân tử sinh học; sinh học tế bào tìm hiểu các cấu trúc cơ bản tạo thành mọi sự sống. Như vậy, sự sống ở mức độ nguyên tử và phân tử được nghiên cứu thông qua sinh học phân tử, hóa sinh và di truyền phân tử. Ở mức độ tế bào, nó được hiểu biết thông qua sinh học tế bào và mức độ đa bào thì thông qua sinh lý học, giải phẫu học và mô học. Sinh học phát triển nghiên cứu sự sống ở các giai đoạn phát triển khác nhau hoặc phát triển cá thể của sinh vật.
Với mức độ lớn hơn, di truyền học quan tâm đến tính di truyền giữa cha mẹ và con cái. Phong tục học nghiên cứu nhóm hành vi của một tập hợp cá thể. Di truyền học quần thể xem xét toàn bộ quần thể và hệ thống học quan tâm đến sự tiến hóa của nhiều loài thuộc các nhánh tiến hóa. Mối quan hệ qua lại giữa các quần thể với nhau và với ổ sinh thái của chúng là đối tượng của sinh thái học và sinh học tiến hóa. Một lĩnh vực tương đối mới là sinh học vũ trụ nghiên cứu về khả năng tồn tại sự sống ngoài Trái Đất.
Mặc dù sinh học hiện đại là một phát triển trong thời gian tương đối gần đây, các ngành khoa học liên quan và bao gồm nó đã được nghiên cứu từ thời Cổ đại. Triết học tự nhiên đã được nghiên cứu sớm nhất tận các nền văn minh cổ đại như Lưỡng Hà, Ai Cập, tiểu lục địa Ấn Độ và Trung Hoa. Tuy nhiên, nguồn gốc của sinh học hiện đại và cách tiếp cận đối với việc nghiên cứu về tự nhiên dường như lại bắt nguồn từ Hy Lạp cổ đại. Trong khi nghiên cứu chính thức về thuốc bắt đầu từ thời Hippocrates (khoảng 460-370 TCN), chính Aristotle (384-322 TCN) lại đóng góp nhiều nhất cho sự phát triển của sinh học. Đặc biệt quan trọng là cuốn Lịch sử Động vật của ông cùng các công trình khác, tác phẩm cho thấy những khuynh hướng thiên về lịch sử tự nhiên; sau đó là những công trình thực nghiệm hơn tập trung vào các nguyên nhân sinh học và đa dạng của sự sống. Người kế vị của Aristotle là Theophrastus xứ Lyceum, ông đã viết một loạt sách về thực vật học. Tập sách vẫn tồn tại như đóng góp quan trọng nhất của thời Cổ đại cho ngành khoa học thực vật, thậm chí đến tận thời Trung Cổ
Phân loại về nghiên cứu trong sinh học
- Sinh học phân tử
Sinh học phân tử là một phân ngành sinh học nhằm nghiên cứu cơ sở phân tử của các hoạt động sinh học bên trong và giữa các tế bào, bao gồm quá trình tổng hợp, biến đổi, cơ chế, và tương tác phân tử. Nghiên cứu cấu trúc hóa học và vật lý của các đại phân tử được gọi là sinh học phân tử.
Sinh học phân tử lần đầu tiên được mô tả là một phương pháp tiếp cận tập trung vào nền tảng của các hiện tượng sinh học, nhằm khám phá cấu trúc và các tương tác của những phân tử sinh học, và cách những tương tác này giải thích các hiện tượng của sinh học.
Năm 1945, thuật ngữ "sinh học phân tử" được sử dụng bởi nhà vật lý William Astbury. Sự phát triển trong lĩnh vực sinh học phân tử xảy ra khá muộn do cơ thể sinh vật là một hệ thống phức tạp, và cách tiếp cận đơn giản và thuận tiện nhất là sử dụng các vi khuẩn và thể thực khuẩn chỉ có thể đưa ra thông tin về quá trình sinh học cơ bản. Vào năm 1953, hai nhà khoa học trẻ lúc bấy giờ tên Francis Crick và James Watson làm việc tại đơn vị Hội đồng Nghiên cứu Y khoa, phòng thí nghiệm Cavendish, Cambridge (nay là Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử MRC), đã tạo ra một mô hình mạch xoắn kép của ADN. Mô hình mới này đã thay đổi toàn bộ cấu trúc ADN mà họ đã đề xuất trước đó dựa trên các nghiên cứu được thực hiện bởi Rosalind Franklin và Maurice Wilkins. Sau mô hình cấu trúc DNA, các nghiên cứu của hai nhà khoa học tập trung chủ yếu vào mục tiêu tìm ra DNA bên trong các vi sinh vật, thực vật, và động vật khác.
Sinh học phân tử không chỉ đơn giản là nghiên cứu các phân tử và sự tương tác của chúng. Nói chính xác hơn, sinh học phân tử là tập hợp các kỹ thuật được phát triển kể từ khi lĩnh vực này mới bắt đầu, cho phép các nhà khoa học tìm hiểu về các quá trình phân tử. Một kỹ thuật đáng chú ý đã cách mạng hóa lĩnh vực này là phản ứng chuỗi polymerase (tiếng Anh: Polymerase Chain Reaction hay PCR), được phát triển vào năm 1983. PCR là một phản ứng khuếch đại một lượng nhỏ ADN, và được sử dụng trong nhiều trong các ngành khoa học.
Luận thuyết trung tâm của sinh học phân tử cho rằng dòng thông tin chạy theo một chiều từ DNA đến mRNA rồi đến protein. Quá trình phiên mã, dịch mã và sao chép DNA tuân theo quy luật này. Một ngoại lệ phát hiện thấy ở một số virus mang RNA, có quá trình gọi là phiên mã ngược, tạo ra một bản sao DNA từ RNA hệ gen của chúng.
Sinh học phân tử đóng một vai trò quan trọng trong sự hiểu biết về cấu trúc, chức năng, và quá trình kiểm soát nội môi bên trong các tế bào. Tất cả những tri thức trên đều có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc và phuơng pháp chẩn đoán bệnh mới, và hiểu rõ hơn về các quá trình sinh lý của tế bào. Một số nghiên cứu lâm sàng và liệu pháp y tế phát triển từ sinh học phân tử được sử dụng trong liệu pháp gen. Trong khi đó, việc sử dụng sinh học phân tử hoặc sinh học tế bào phân tử trong y học hiện nay được gọi là y học phân tử.
2. Công nghệ sinh học
Là một lĩnh vực sinh học rộng lớn, liên quan đến việc sử dụng các hệ thống sống và sinh vật để phát triển hoặc tạo ra các sản phẩm. Tùy thuộc vào các công cụ và ứng dụng, nó thường trùng lặp với các lĩnh vực khoa học liên quan. Vào cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, công nghệ sinh học đã mở rộng để bao gồm các ngành khoa học mới và đa dạng, như genomics, kỹ thuật gen tái tổ hợp, miễn dịch học, và phát triển các liệu pháp dược phẩm và xét nghiệm chẩn đoán. Thuật ngữ "Công nghệ sinh học" lần đầu tiên được sử dụng bởi "Karl Ereky" vào năm 1919, có nghĩa là sản xuất các sản phẩm từ nguyên liệu thô với sự trợ giúp của các sinh vật sống.
Khái niệm rộng rãi về "công nghệ sinh học" bao gồm một loạt các quy trình sửa đổi sinh vật sống theo mục đích của con người, quay trở lại thuần hóa động vật, trồng trọt và "cải tiến" thông qua các chương trình nhân giống sử dụng nhân tạo chọn lọc và lai tạo. Sử dụng hiện đại cũng bao gồm kỹ thuật di truyền cũng như công nghệ nuôi cấy tế bào và mô. Hiệp hội Hóa học Mỹ định nghĩa công nghệ sinh học là ứng dụng của các sinh vật, hệ thống hoặc quy trình của các ngành công nghiệp khác nhau để tìm hiểu về khoa học sự sống và cải thiện giá trị của vật liệu và sinh vật như dược phẩm, cây trồng và vật nuôi. Theo Liên đoàn Công nghệ sinh học châu Âu, công nghệ sinh học là sự tích hợp của khoa học tự nhiên và sinh vật, tế bào, các bộ phận của chúng và các chất tương tự phân tử cho các sản phẩm và dịch vụ.[3] Công nghệ sinh học dựa trên các ngành khoa học sinh học cơ bản (ví dụ sinh học phân tử, sinh hóa, sinh học tế bào, phôi học, di truyền học, vi sinh học) và ngược lại cung cấp các phương pháp để hỗ trợ và thực hiện nghiên cứu cơ bản trong sinh học.
Công nghệ sinh học là nghiên cứu và phát triển trong phòng thí nghiệm sử dụng tin sinh học cho thăm dò, khai thác, khai thác và sản xuất từ bất kỳ sinh vật sống và bất kỳ nguồn sinh khối bằng phương pháp kỹ thuật sinh hóa nơi các sản phẩm giá trị gia tăng cao có thể được quy hoạch (sao chép bằng cách sinh tổng hợp, ví dụ), dự báo, xây dựng, phát triển, sản xuất và đưa ra thị trường cho mục đích hoạt động bền vững (để hoàn vốn từ đầu tư ban đầu không đáy vào R & D) và có được bằng sáng chế bền vững (cho quyền loại trừ bán hàng và trước đó để nhận quốc gia và sự chấp thuận quốc tế từ kết quả thí nghiệm trên động vật và thí nghiệm trên người, đặc biệt là trên ngành dược phẩm công nghệ sinh học để ngăn chặn mọi tác dụng phụ không được phát hiện hoặc mối lo ngại về an toàn bằng cách sử dụng các sản phẩm). Việc sử dụng các quá trình sinh học, sinh vật hoặc hệ thống để sản xuất các sản phẩm được dự đoán để cải thiện cuộc sống của con người được gọi là công nghệ sinh học.
Ngược lại, kỹ thuật sinh học thường được coi là một lĩnh vực liên quan, tập trung nhiều hơn vào các phương pháp tiếp cận hệ thống cao hơn (không nhất thiết là thay đổi hoặc sử dụng trực tiếp các vật liệu sinh học) để giao thoa và sử dụng các sinh vật sống. Bioengineering là ứng dụng của các nguyên tắc kỹ thuật và khoa học tự nhiên cho các mô, tế bào và phân tử. Đây có thể được coi là việc sử dụng kiến thức từ làm việc và thao tác sinh học để đạt được kết quả có thể cải thiện các chức năng ở thực vật và động vật. Liên quan, kỹ thuật y sinh là một lĩnh vực chồng chéo, thường dựa trên và áp dụng công nghệ sinh học (theo nhiều định nghĩa khác nhau), đặc biệt trong một số lĩnh vực phụ của kỹ thuật y sinh hoặc hóa học như kỹ thuật mô, kỹ thuật dược phẩm sinh học và kỹ thuật di truyền.