Biologia: che scienza è e cosa studia nello specifico

La Biologia

La biologia (dal greco βιολογία, composto da βίος, bìos = “vita” e λόγος, lògos = “studio”) è la scienza che affronta lo studio degli organismi viventi e dei fenomeni biologici utilizzando diverse metodologie di ricerca e avvalendosi di modelli sperimentali, spesso complessi e innovativi.

Per capire come funzionano i singoli processi si devono comprendere le interazioni fra le molecole all’interno delle singole cellule. Ma anche il comportamento delle cellule nelle popolazioni pluricellulari, i loro collegamenti e i segnali che esse si inviano. La prospettiva è ampia e comprende altri settori, quali la Botanica, Zoologia, la Biochimica, la Genetica, Biologia molecolare, Microbiologia.

Botanica

Ramo della biologia che studia gli organismi vegetali sotto tutti i punti di vista: struttura, funzioni, forme e comunità. La botanica si suddivide principalmente in botanica generale per lo studio delle strutture e dei processi fisiologici delle piante, e botanica sistematica, per lo studio dei vari gruppi vegetali. Tutti i rami della botanica sono in pieno sviluppo e l’applicazione dei mezzi di indagine più sofisticati, oltre a contribuire a risolvere fondamentali questioni del funzionamento delle cellule e degli organismi vegetali ha permesso di rivalutare la morfologia, l’istologia e l’anatomia come manifestazioni visibili e finali dei processi fisiologici e biochimici che caratterizzano l’accrescimento e lo sviluppo. Nella botanica sistematica si annoverano specialisti in micologia, algologia, briologia, pteridologia.

Zoologia

Ramo delle scienze biologiche che studia la vita del mondo animale, in tutte le sue manifestazioni. Si divide in varie sezioni. La sistematica zoologica studia gli animali sotto l’aspetto descrittivo, e li classifica, per quanto possibile, secondo le loro affinità filogenetiche. Lo studio della struttura anatomica degli animali ha permesso di riconoscere l’unità del piano di organizzazione di quei vasti raggruppamenti sistematici ai quali è stato dato il nome di phyla. Questa parte della zoologia si chiama anatomia comparata o morfologia.

Biochimica

La biochimica è la disciplina biologica che studia le sostanze che costituiscono la materia vivente. In particolar modo studia le incessanti trasformazioni (metabolismo intermedio) cui la materia vivente viene sottoposta e le trasformazioni energetiche che si accompagnano a quelle molecolari.

Nasce nel 19° secolo grazie a chimici come J. Von Liebig e F. Wohler e i loro studi sulla materia vivente. Si afferma, come scienza autonoma, solo successivamente quando il campo di studio viene esteso alle proteine, agli acidi nucleici, ai lipidi, agli ormoni e alle vitamine. Questo ha consentito l’acquisizione di una conoscenza approfondita dei fenomeni metabolici, in particolare di quelli che si svolgono nei mitocondri, e di quelli fotosintetici, nonché delle strutture e delle funzioni delle macromolecole biologiche, in particolare degli enzimi e di quelle coinvolte nel codice genetico.

Dalla comprensione dei processi biologici, che avviene, quindi, tramite lo studio dei meccanismi molecolari di tali processi. Si sono sviluppati numerosi di campi di ricerca scientifica, come la farmacologia molecolare, l’ingegneria genetica, la biologia molecolare, la b. e la fisiologia comparate, la neurobiologia e la neurochimica, la biotecnologia e l’immunochimica.

Genetica

Ramo della biologia che si occupa del materiale ereditario, cioè della sua struttura, del suo modo di funzionare, delle modalità della sua trasmissione, sia da una cellula alle sue due discendenti sia da una generazione all’altra di organismi pluricellulari, e della sua storia evolutiva.

Le principali branche della genetica che possono essere individuate su questa base sono: la genetica formale, la citogenetica, la genetica molecolare e la genetica delle popolazioni.

La genetica formale consiste nello studio delle proporzioni relative delle classi fenotipiche che si trovano nella progenie di determinati incroci, e anche, più recentemente, delle frequenze con cui sono assortiti non a caso, in singoli genomi, alleli di siti diversi, ma strettamente associati a formare i cosiddetti aplotipi.

La citogenetica indaga tramite approcci morfologici al microscopio ottico il materiale ereditario, cioè i cromosomi durante la mitosi e la meiosi e, in casi più rari, in interfase.

L’approccio combinato della genetica formale con quella citogenetica ha portato ad una conoscenza esatta e rigorosa dei meccanismi della trasmissione dei caratteri e della sede materiale (i cromosomi) dei fattori che li determinano.

La genetica molecolare ha portato alla conoscenza della natura chimica e del modo di funzionare dei geni. In una prima fase, detta proteica, queste informazioni si sono ottenute indirettamente, cioè per inferenza dalle proprietà delle catene polipeptidiche, sfruttando le relazioni biunivoche tra queste e i geni strutturali corrispondenti. In una seconda fase, iniziata negli anni 1980, il DNA è stato studiato direttamente a livello sia strutturale sia funzionale.

La genetica delle popolazioni studio le popolazioni, cioè insiemi di individui della stessa specie che, oltre a essere potenzialmente interfecondi, si incrociano effettivamente tra loro. La genetica delle popolazioni è la base della scienza che studia l’evoluzione genetica e, soprattutto, la speciazione o la microevoluzione.

Biologia molecolare

La biologia molecolare è quel ramo della biologia che studia e interpreta a livello molecolari i fenomeni biologici, considerando la struttura, le proprietà e le reazioni delle molecole chimiche di cui gli organismi viventi sono costituiti. Si afferma come scienza autonoma grazie agli studi sulla struttura del DNA di D. Watson e F. Crick. A partire dagli settanta i è enormemente sviluppata, riunendo e sviluppando in modo organico le precedenti conoscenze genetiche, biochimiche e di biologia cellulare. La sua crescita è dovuta in particolare all’introduzione di tecniche di genetica molecolare, che hanno fornito gli strumenti adatti alla purificazione, identificazione, sequenziamento e manipolazione dei geni.

Microbiologia

Ramo delle scienze biologiche che ha per oggetto lo studio dei microrganismi, esseri viventi con dimensioni inferiori al millimetro, la cui osservazione richiede l’uso del microscopio ottico. I microrganismi possono essere eucarioti, procarioti o virus. Pur essendo una scienza di base, la microbiologia ha trovato innumerevoli applicazioni pratiche in molte attività umane in conseguenza del fatto che i microrganismi, hanno notevole importanza in molti campi umani. Oltre ad essere infatti collegati alla salute umana in quanto causa di malattie, i microrganismi sono anche responsabili di processi in grado di migliorare notevolmente la qualità della vita degli esseri umani: essi sono usati per produrre antibiotici, per effettuare la fermentazione industriale, per migliorare i raccolti. Alcuni importanti esempi di microbiologia applicata:

Microbiologia medica: Studia il ruolo che i microrganismi hanno nelle malattie e, in generale, nella salute umana. Include lo studio della patogenicità microbica, ed è correlata allo studio della immunologia.
Microbiologia farmaceutica: Studio sia dei microrganismi capaci di contaminare e rendere tossici i farmaci, sia di quei microrganismi in grado invece di produrre sostanze – come proteine o antibiotici – utilizzabili in farmacia.
Microbiologia veterinaria: lo studio del ruolo dei microrganismi in veterinaria.
Microbiologia ambientale: lo studio della diversità microbiotica nei diversi ecosistemi, e l’effetto che questi hanno sull’ambiente. Include lo studio dell’ecologia microbica, dei cicli biogeochimici mediati da microrganismi, della biodiversità dei microrganismi e dell’utilizzo degli stessi nei processi di biorisanamento.
Microbiologia agraria: o studio dell’utilizzo dei microrganismi nei meccanismi di produzione agricola, ad esempio per migliorare la fertilità del suolo.
Microbiologia industriale: lo studio dell’utilizzo e dello sfruttamento dei microrganismi nei processi industriali. Alcuni esempi possono essere la fermentazione industriale per i beni alimentari, o i trattamenti di ripulitura delle acque di scarico. È strettamente collegata alle biotecnologie.
Microbiologia alimentare: lo studio dei microrganismi che causano le alterazioni dei cibi e l’avaria delle derrate alimentari.
Microbiologia enologica: che studia le forme di vita responsabili della produzione del vino e delle sue alterazioni, nonché le tecniche di selezione per isolare e migliorarne le caratteristiche tecnologiche.
Microbiologia della conservazione dei beni culturali: lo studio della fenomenologia delle bioalterazioni dei beni culturali e l’individuazione degli interventi di recupero e di conservazione.

Nuovi approcci allo studio

Negli ultimi anni si sta assistendo ad un aumento dell’uso dei modelli matematici per lo studio delle discipline STEM (Science, Technology, Engineering e Mathematics). Queste sono intese come l’insieme delle materie scientifiche, tra cui la Biologia. L’utilizzo di algoritmi, modelli matematici e altri strumenti informatici ha permesso di fare notevoli passi avanti nella conoscenza di numerosi processi come l’angiogenesi, la crescita tumorale, il ciclo cellulare, il ritmo circadiano, ecc. Questo, quindi, ha permesso la nascita di nuovi campi di studio, come la bioinformatica, con lo scopo di studiare i complessi sistemi biologi e i loro processi.

Differenze con le Biotecnologie

Se la biologia, quindi, studia i fenomeni biologici alla base degli organismi viventi, le biotecnologie, invece, si occupa delle applicazioni tecnologiche della biologia. Gli ambiti dove sono richieste le biotecnologie possono essere molteplici: industriali, agroalimentari, ambientali e farmaceutici.

Biologo e sbocchi professionali

Il biologo, quindi, è colui che studia i meccanismi che regolano i processi fondamentali della vita in relazione con gli ambienti specifici in cui essi si realizzano. Lo studio dei meccanismi può concentrarsi su diversi livelli da quello molecolare, cellulare, istologico, anatomico, embriologico, tassonomico, fino ad aspetti di tipo ecologico. Si capisce, dunque, che ci sono più aree di specializzazione, in particolare:

Biologo Clinico, in ambito sanitario, effettua test su tessuti o liquidi biologici per la diagnosi e/o la prevenzione delle malattie e per la ricerca
Biologo Molecolare, che studia e manipola DNA e proteine
Biologo Ambientale, che analizza i processi biologici che si verificano nell’aria, nell’acqua o nel suolo anche in relazione agli interventi antropici
Microbiologo, che studia la struttura e le funzioni dei microorganismi e virus
Biochimico, che è specializzato nello studio dei processi chimici degli organismi viventi
Biologo nutrizionista, che identifica i bisogni dell’individuo sano e della collettività correlati all’alimentazione e alla nutrizione