생물학의 연구 및 조사

항상성은 상호 연관된 조절 메커니즘에 의해 통제되는 여러 동적 평형 조절을 통해 안정된 상태를 유지하기 위한 생명체의 내부 조직을 조절하는 생명체(개방계의 일종)의 능력을 의미한다. 모든 생명체는 단세포 생물이든 다세포 생물이든 항상성을 유지하려고 한다. 동적 균형을 유지하고 특정 기능을 효과적으로 수행하기 위해서 생명체는 환경의 변화를 감지하고 반응할 수 있어야 한다. 식물과 다른 과영양생물은 광합성으로 알려진 과정을 통해 태양의 빛 에너지를 이용하여 원료 분자를 ATP와 같은 유기 분자로 전환한다. 태양으로부터 생산자에 의해 생태계로 유입된 에너지가 먹이 그물의 마지막 소비자에게로 전달되는 에너지의 흐름을 영양 단계라 한다. 그러나 몇몇 생태계는 화학영양생물이 메테인, 황화물, 다른 태양 에너지 외의 에너지원으로부터 추출한 에너지에 전적으로 의존한다. 환경 변화가 감지되면, 생명체는 일반적으로 음성 피드백을 통해 기관이나 기관계의 활동을 증가시키거나 감소시켜서 환경 변화에 반응한다. 혈당량이 낮아지면, 글루카곤을 분비하여 혈당량을 높이는 것은 항상성 조절의 한 예이다. 살아있는 생명체의 생존은 에너지의 지속적인 투입에 달려있다. 생명체의 구조와 기능에 관련된 화학 반응은 음식물로 섭취된 물질로부터 에너지를 추출하고, 새로운 세포를 생성하고, 세포를 유지하는 것을 돕기 위해 사용된다. 이 과정에서 음식물을 구성하는 화학 물질의 분자는 두 가지 역할을 한다. 첫째, 생명체의 생물학적, 화학적 반응에서 변형되고 재사용될 수 있는 에너지를 포함하고 있다. 둘째, 음식물은 생명체에 유용한 새로운 분자 구조(생체분자)로 전환될 수 있다. 에너지를 생태계로 유입시키는 역할을 하는 생명체들은 생산자 또는 독립영양생물로 알려졌다. 거의 모든 생명체는 태양으로부터 온 에너지를 근원으로 해서 살아간다. 발생은 동물의 정자와 난자가 수정된 후 배를 형성하고 생장하여 새로운 개체가 되는 과정이다. 발생의 과정은 초기 발생과 후기 발생으로 나뉘는데, 최초의 난할에서 배엽이 형성되는 때까지를 초기 발생이라 하고, 기관이 형성되는 때부터 새로운 개체가 되는 때까지를 후기 발생이라 한다. 분자생물학은 생물학의 다른 분야, 특히 유전학 및 생화학과 연구 분야가 중첩된다. 분자생물학은 DNA, RNA, 단백질 합성의 상호 관계와 그러한 상호 작용이 어떻게 조절되는지를 포함하여 세포 내 다양한 시스템의 상호 작용에 관해 연구하는 학문이다. 세포 유형 간의 유사점과 차이점은 특히 분자생물학과 관련이 있다. 해부학은 구조에 대해 더욱 거시적인 형태인 기관 및 기관계에 관해 연구하는 학문이다. 유전학은 유전자, 유전 및 생명체의 변이에 관해 연구하는 학문이다. 유전자는 단백질의 합성을 위해 세포가 필요로 하는 정보를 암호화하며, 이는 결국 생명체의 최종 표현형에 영향을 미치는 중심적인 역할을 한다. 세포생물학은 세포 수준에서 세포의 내부 행동, 다른 세포와의 상호 작용, 환경과의 상호작용과 같은 세포의 구조적, 생리학적 특성에 관해 연구하는 학문이다. 세포생물학은 세균과 같은 단세포 생물뿐만 아니라 사람과 같은 특화된 세포에 대해 현미경 또는 분자 수준에서 연구가 이루어진다. 세포의 구조와 기능을 이해하는 것은 모든 생물학 분야의 기본이다. 유전학은 특정 유전자의 기능을 조사하거나 유전자 상호작용을 분석하는 데 사용되는 연구 도구를 제공한다. 생명체 내에서 유전 정보는 물리적으로 염색체 내에 존재하며, 특히 DNA 상의 특정 부위에 유전 정보가 기록되어 있다. 발생생물학은 생명체가 발생하고 생장하는 과정에 관해 연구하는 학문이다. 따라서 저장되는 에너지 중 일부는 다른 생명체의 성장과 발달에 사용할 수 있는 바이오매스와 에너지를 생성하는 데 사용된다. 이러한 바이오매스와 에너지 대부분은 부산물과 열로 소실된다. 화학 물질에 저장된 에너지를 생명 활동에 필요한 에너지로 전환하는 가장 중요한 과정은 세포 호흡을 비롯한 여러 물질대사다. 분자생물학은 분자 수준에서 생물학을 연구하는 학문이다. 발생학으로부터 유래된 발생생물학은 세포 생장, 세포 분화 및 세포의 형태형성에 대한 유전적인 조절에 관해 연구하는데, 세포는 점차 조직, 기관으로 발달해 나간다. 생리학에 관한 연구는 전통적으로 식물생리학과 동물생리학으로 나뉘어 왔으나, 어떤 생물체가 연구되더라도 생리학의 기본 원리는 보편적이다. 예를 들어, 효모 세포의 생리학에 대해 알게 된 것은 사람의 세포에도 적용될 수 있다. 동물생리학은 인체생리학의 도구와 방법을 사람이 아닌 동물 종으로 확장한다. 식물생리학 연구에서도 동물생리학의 방법을 적용할 수 있다. 발생생물학에서 주로 사용되는 모델 생물로는 선형동물인 예쁜꼬마선충, 초파리 과에 속하는 노랑초파리, 잉엇과에 속하는 제브라피시, 쥣과에 속하는 생쥐, 배추과에 속하는 애기장대 등이 있다. 모델 생물은 특정 생물학적 현상을 이해하기 위해 광범위하게 연구되는 생물 종으로, 모델 생물에서의 발견이 다른 생물의 작용에서도 적용할 수 있을 것이라는 기대를 제공한다. 생리학은 생명체의 기계적, 물리적, 생화학적 과정을 전반적으로 연구하는 학문이다. "기능하기 위한 구조"에 대한 문제는 생물학의 핵심 주제이다. 생리학은 신경계, 면역계, 내분비계, 호흡계, 순환계가 어떻게 작용하고, 상호 작용을 하는지를 연구한다. 이러한 기관계에 관한 연구는 신경학 및 면역학과 같은 의학적으로 지향하는 분야로 연결된다.