BIOTEKNOLOGI

Pengertian bioteknologi – Bioteknologi berasal 2 kata yaitu Bio yang berarti hidup dan Teknologi sehingga akan menghasilkan sebuah cabang ilmu baru yaitu Ilmu yang mempelajari mengenai bagaimana cara memanfaatkan makhluk hidup seperti jamur,bakteri, virus dan sebagainya yang dapat dimanfaatkan untuk kemaslahatan manusia di bumi ini. Ilmu bioteknologi sudah sangat berkembang pesat yang pada awalnya hanya bioteknologi konvensional kini sudah merambah pada bioteknologi, modern, bioteknologi pertanian, bioteknologi pangan dan sebagainya.

Garis waktu bioteknologi

Peragian merupakan model aplikasi awal dari bioteknologi

• 8000 SM Pengumpulan benih untuk ditanam kembali. Bukti bahwa bangsa Babilonia, Mesir, dan Romawi melakukan praktik pengembangbiakan selektif (seleksi artifisal) untuk meningkatkan kualitas ternak.
• 6000 SM Pembuatan bir, fermentasi anggur, membuat roti, membuat tempe dengan bantuan ragi.
• 4000 SM Bangsa Tionghoa membuat yogurt dan keju dengan bakteri asam laktat.
• 1500 Pengumpulan tumbuhan di seluruh dunia.
• 1665 Penemuan sel oleh Robert Hooke(Inggris) melalui mikroskop.^[6]
• 1800 Nikolai I. Vavilov menciptakan penelitian komprehensif tentang pengembangbiakan hewan.
• 1880 Mikroorganisme ditemukan.
• 1856 Gregor Mendel mengawali genetika tumbuhan rekombinan.^[7]
• 1865 Gregor Mendel menemukan hukum hukum dalam penyampaian sifat induk ke turunannya.^[8]
• 1919 Karl Ereky, insinyur Hongaria, pertama menggunakan kata bioteknologi.
• 1970 Peneliti di AS berhasil menemukan enzim pembatas yang digunakan untuk memotong gen gen.
• 1975 Metode produksi antibodi monoklonal dikembangkan oleh Kohler dan Milstein.
• 1978 Para peneliti di AS berhasil membuat insulin dengan menggunakan bakteri yang terdapat pada usus besar.^[9]
• 1980 Bioteknologi modern dicirikan oleh teknologi DNA rekombinan. Model prokariot-nya, E. coli, digunakan untuk memproduksi insulin dan obat lain, dalam bentuk manusia. Sekitar 5% pengidap diabetes alergi terhadap insulin hewan yang sebelumnya tersedia).
• 1992 FDA menyetujui makanan GM pertama dari Calgene: tomat "flavor saver" (Flavr Savr).
• 2003 Perampungan Human Genome Project

Jenis

Bioteknologi memiliki beberapa jenis atau cabang ilmu yang beberapa diantaranya diasosikan dengan warna, yaitu:^[10]

Bir, salah satu produk bioteknologi putih konvensional.

• Bioteknologi merah (red biotechnology) adalah cabang ilmu bioteknologi yang mempelajari aplikasi bioteknologi di bidang medis.^[10] Cakupannya meliputi seluruh spektrum pengobatan manusia, mulai dari tahap preventif, diagnosis, dan pengobatan. Contoh penerapannya adalah pemanfaatan organisme untuk menghasilkan obat dan vaksin, penggunaan sel induk untuk pengobatan regeneratif, serta terapi gen untuk mengobati penyakit genetik dengan cara menyisipkan atau menggantikan gen abnomal dengan gen yang normal.^[10]
• Bioteknologi putih/abu-abu (white/gray biotechnology) adalah bioteknologi yang diaplikasikan dalam industri seperti pengembangan dan produksi senyawa baru serta pembuatan sumber energi terbarukan.^[10] Dengan memanipulasi mikroorganisme seperti bakteri dan khamir atau ragi, enzim-enzim dan organisme-organisme yang lebih baik telah tercipta untuk memudahkan proses produksi dan pengolahan limbah industri. Pelindian (bleaching) minyak dan mineral dari tanah untuk meningkakan efisiensi pertambangan, dan pembuatan bir dengan khamir.^[10]
• Bioteknologi hijau (green biotechnology) mempelajari aplikasi bioteknologi di bidang pertanian dan peternakan.^[10] Di bidang pertanian, bioteknologi telah berperan dalam menghasilkan tanaman tahan hama, bahan pangan dengan kandungan gizi lebih tinggi dan tanaman yang menghasilkan obat atau senyawa yang bermanfaat. Sementara itu, di bidang peternakan, binatang-binatang telah digunakan sebagai "bioreaktor" untuk menghasilkan produk penting contohnya kambing, sapi, domba, dan ayam telah digunakan sebagai penghasil antibodi-protein protektif yang membantu sel tubuh mengenali dan melawan senyawa asing (antigen).^[10]
• Bioteknologi biru (blue biotechnology) disebut juga bioteknologi akuatik atau perairan yang mengendalikan proses-proses yang terjadi di lingkungan akuatik.^[10] Salah satu contoh yang paling tua adalah akuakultura, menumbuhkan ikan bersirip atau kerang-kerangan dalam kondisi terkontrol sebagai sumber makanan, (diperkirakan 30% ikan yang dikonsumsi di seluruh dunia dihasilkan oleh akuakultura). Perkembangan bioteknologi akuatik termasuk rekayasa genetika untuk menghasilkan tiram tahan penyakit dan vaksin untuk melawan virus yang menyerang salmon dan ikan yang lain. Contoh lainnya adalah salmon transgenik yang memiliki hormon pertumbuhan secara berlebihan sehingga menghasilkan tingkat pertumbuhan sangat tinggi dalam waktu singkat.^[11][12]

Rekayasa genetika

Rekayasa genetika adalah prosedur dasar dalam menghasilkan suatu produk bioteknologi. Secara umum, rekayasa genetika melakukan modifikasi pada mahluk hidup melalui transfer gen dari suatu organisme ke organisme lain. Prosedur rekayasa genetika secara umum meliputi

1. Isolasi gen
2. Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik
3. Mentrasfer gen tersebut ke organisme baru
4. Membentuk produk organisme transgenik

Prosedur pembentukan organisme transgenic ada dua, yaitu:

1. Melalui proses introduksi gen
2. Melalui proses mutagenesis

Proses introduksi gen

Beberapa langkah dasar proses introduksi gen adalah :

1. Membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai dengan penanda yang spesifik
2. Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke jaringan
3. Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang ditransformasikan
4. Uji coba kultur tersebut di lapangan

Mutagenesis

Memodifikasi gen pada organisme tersebut dengan mengganti sekuen basa nitrogen pada DNA yang ada untuk diganti dengan basa nitrogen lain sehingga terjadi perubahan sifat pada organisme tersebut, contoh: semula sifatnya tidak tahan hama menjadi tahan hama. Agen mutagenesis ini biasanya dikenal dengan istilah mutagen. Beberapa contoh mutagen yang umum dipakai adalah sinar gamma (mutagen fisika) dan etil metana sulfonat (mutagen kimia).

Human Genome Project

Human Genome Project adalah usaha internasional yang dimulai pada tahun 1990 untuk mengidentifikasi semua gen (genom) yang terdapat pada DNA dalam sel manusia dan memetakan lokasinya pada tiap kromosom manusia yang berjumlah 24.Proyek ini memiliki potensi tak terbatas untuk perkembangan di bidang pendekatan diagnostik untuk mendeteksi penyakit dan pendekatan molekuler untuk menyembuhkan penyakit genetik manusia.

Aplikasi di Bidang Medis

Aplikasi dari bioteknologi medis sudah berlangsung lama, sebagai contoh 100 tahun lalu lintah umum digunakan untuk merawat penyakit dengan cara membiarkan lintah menyedot darah pasien (bloodletting). Hal ini dipercaya dapat menghilangkan darah yang sudah terjangkit penyakit. Pada zaman sekarang, lintah ditemukan memiliki enzim pada kelenjar salivanya yang dapat menghancurkan gumpalan darah yang bila tidak dihancurkan dapat menyebabkan strok dan serangan jantung. Selain contoh tersebut, terdapat banyak aplikasi bioteknologi di bidang medis sebagai berikut.

Sel Punca

Sel punca adalah jenis sel khusus dengan kemampuan membentuk ulang dirinya dan dalam saat yang bersamaan membentuk sel yang terspesialisasi. Aplikasi Terapeutik Sel Stem Embrionik pada Berbagai Penyakit Degeneratif. Dalam Cermin Dunia Kedokteran, meskipun kebanyakan sel dalam tubuh seperti jantung maupun hati telah terbentuk khusus untuk memenuhi fungsi tertentu, stem cell selalu berada dalam keadaan tidak terdiferensiasi sampai ada sinyal tertentu yang mengarahkannya berdiferensiasi menjadi sel jenis tertentu. Kemampuannya untuk berproliferasi bersamaan dengan kemampuannya berdiferensiasi menjadi jenis sel tertentu inilah yang membuatnya unik . Karakteristik biologis dan diferensiasi stem cell fokus pada mesenchymal stem cell. Cermin Dunia Kedokteran
Aplikasi dari sel punca diantaranya adalah pengobatan infark jantung yaitu menggunakan sel punca yang berasal dari sumsum tulang untuk mengganti sel-sel pembuluh yang rusak (neovaskularisasi). Aplikasi terapeutik sel stem embrionik pada berbagai penyakit degeneratif. Selain itu, sel punca diduga dapat digunakan untuk pengobatan diabetes tipe I dengan cara mengganti sel pankreas yang sudah rusak dengan sel pankreas hasil diferensiasi sel punca. Hal ini dilakukan untuk menghindari reaksi penolakan yang dapat terjadi seperti pada transplantasi pankreas dari binatang. Sejauh ini percobaan telah berhasil dilakukan pada mencit.

Bioteknologi modern

Bioteknologi modern adalah jenis ilmu bioteknologi yang menggunakan alat – alat modern dan bersifat sangat kecil sekali sehingga sulit untuk dilakukan di rumah – rumah. BIoteknologi modern memiliki ciri – ciri yaitu sudah memanfaatkan teknologi DNA rekombinan. Salah satu contoh dari BIoteknologi modern adalah memanfaatkan Bakteri E.Coli untuk perbanyakan hormon insulin bagi penderita diabetes sehingga kadar gula darahnya dapat dikurangi.Pada intinya Bioteknologi sudah memanfaatkan teknologi penyambungan dan pemotongan dna dari suatu virus atau bakteri untuk digabung dengan makhluk hidup lainnya agar lebih bermanfaat. Contoh Bioteknologi Modern yaitu : Bayi tabung,Produksi hormon pertumbuhan manusia (Growth Hormon), Antibiotik, Vaksin Malaria, Hormon BST, Hewan Transgenik, Tanaman Tahan hama, Dan domba Dolly.

Bioteknologi konvensional

Bioteknologi konvensional adalah penerapan ilmu bioteknologi dengan memanfaatkan makhluk hidup secara langsung untuk mengubah kandungan gizi dari suatu produk. Bioteknologi konvensional mudah dilakukan di rumah – rumah sederhana sekalipun karena prosesnya mudah dan juga bahan – bahannya mudah di dapatkan. Beberapa contoh dari Bioteknologi konvensional yaitu pembuatan tempe,  pembuatan, kecap,  pembuatan oncom dan pembuatan tape.

Bioteknologi pertanian

Bioteknologi pada bidang pertanian turut memberikan sumbangsih yang sangat besar karena dengan ilmu tersebut maka produksi dan kualitas hasil pertanian dapat ditingkatkan lagi. Bioteknologi pertanian sudah dimanfaatkan masyarakat sejak dahulu hingga berkembang dalam bentuk modern seperti saat ini. Pembuatan kompos atau biogas adalah salah satu produk bioteknologi pertanian sederhana, sedangkan pembuatan tanaman transgenik, kultur jaringan, biopestisida merupakan contoh dari bioteknologi pertanian yang sudah modern. Pembuatan tanaman hidroponik juga berkat ilmu dari bioteknologi pertanian dimana tanaman ini memiliki banyak sekali keunggulan seperti tidak membutuhkan lahan yang luas, mudah dikerjakan, tumbuh lebih cepat, hemat pupuk, dan bebas dari hama dan penyakit.

Bioteknologi pangan

Di bidang pangan ilmu bioteknologi berperan dalam meningkatkan kualitas dari zat gizi dari suatu makanan. beberapa contoh produk bioteknologi pangan seperti : Kopi, kecam, keju, yoghurt, nata de coco, oncom, tape dan tempe. Bila diamati bahan dasar dari pembuatan produk tersebut rasa dan gizinya masih rendah untuk manusia, tetapi setelah melalui proses bioteknologi maka ia menjadi makanan yang digemari karena enak dan juga bernilai gizi tinggi. Beberapa jenis minuman yang mengandung alkohol dibuat dari proses fermentasi jamur an aerob yang akan bekerja pada lingkungan tidak mengenadung oksigen.

Manfaat bioteknologi

Manfaat bioteknologi dalam kehidupan manusia sudah sangatn banyak sekali dan ilmu ini akan terus mengalami perkembangan seiring dengan berkembangnya alat – alat pembantu bioteknologi seperti mikroskop dan alat – alat yang berkaitan dengan pemotong dan penyambung DNA pada makhluk hidup. Secara umum berikut ini manfaat bioteknologi bagi manusia :
1. Menghasilkan obat – obatan yang lebih efektif dan murah meriah salah satu contohnya adalah pembuatan hormon insulin dari isolasi gen Bekteri E. coli.
2. Menghasilkan antibiotik untuk membunuh penyakit yang berbahaya. Saat ini sudah banyak sekali antibiotik yang ada di apotik dan murah harganya serta lebih efektif dalam pengobatan.
3. Mengurangi pencemaran lingkungan, beberapa contoh bakteri yang dapat membantu daur ulang seperti menghancurkan sampah – sampah organik dan juga membersihkan sisa tumpahan minyak di dalam laut.
4. Meningkatkan hasil produksi pertanian dari tanaman transgenik karena tanaman ini memiliki daya tahan yang tinggi terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim dan juga ia tidak mudah diserang oleh hama.

 

Dampak negatif bioteknologi

Dampak negatif dari bioteknologi juga ada dan membahayakan terutama bagi orang yang tidak paham terhadap lingkungan. Ada etika yang harus dilakukan untuk mengembangkan produk bioteknologi. Berikut ini dampak negatif dari bioteknologi
1. Rusaknya ekosistem karena beberapa jenis produk tanaman transgenik terbukti dapat menurunkan jumlah spesies yang ada di alam ini karena ia tidak lagi memakan tanaman yang di transgenikkan.
2. Hilangnya beberapa jenis hewan dan tumbuhan tertentu. Dengan adanya bioteknologi maka hanya tanaman dan hewan yang berkualitas bagus saja yang akan dikembangkan , sedangakan hewan dan tumbuhan dengan kualitas kurang baik akan menjadi punah.
3. Dapat menyebabkan alergi karena tidak semua orang cocok dengan gen asing yang di masukkan ke dalam tubuhnya. Oleh karena itu harus berhati – hati ketika mengonsumsi produk bioteknologi.

sumber : 
https://id.wikipedia.org/wiki/Bioteknologi
http://kampus-biologi.blogspot.co.id/2014/10/pengertian-bioteknologi-bioteknologi.html

Biologi

Biologi adalah ilmu alam yang mempelajari kehidupan, dan organisme hidup, termasuk struktur, fungsi, pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonominya.^[1] Ilmu biologi modern sangat luas, dan eklektik, serta terdiri dari berbagai macam cabang, dan subdisiplin. Namun, meskipun lingkupnya luas, terdapat beberapa konsep umum yang mengatur semua penelitian, sehingga menyatukannya dalam satu bidang. Biologi umumnya mengakui sel sebagai satuan dasar kehidupan, gen sebagai satuan dasar pewarisan, dan evolusi sebagai mekanisme yang mendorong terciptanya spesies baru. Selain itu, organisme diyakini bertahan dengan mengonsumsi, dan mengubah energi serta dengan meregulasi keadaan dalamnya agar tetap stabil, dan vital.
Subdisiplin biologi didefinisikan berdasarkan skala organisme yang dipelajari, jenis organisme yang dipelajari, dan metode yang digunakan untuk mempelajarinya antara lain:^[2]

• Biokimia mempelajari kimia kehidupan.
• Biologi molekuler terkait dengan interaksi antar molekul biologis.
• Botani mempelajari biologi tumbuhan
• Biologi seluler meneliti satuan dasar semua kehidupan, yaitu sel
• Fisiologi mempelajari fungsi fisik, dan kimia jaringan organ, dan sistem organ suatu organisme
• Biologi evolusioner meneliti proses yang menghasilkan keanekaragaman hayati; dan ekologi mempelajari interaksi antara organisme dengan lingkungannya.

Sejarah

Istilah biologi berasal dari kata dalam bahasa Yunani βίος, bios, yang berarti "kehidupan", dan akhiran -λογία, -logia, yang artinya "ilmu."^[3][4] Bentuk Latin dari kata tersebut (biologi) pertama kali digunakan oleh Linnaeus (Carl von Linné) dalam karyanya yang berjudul Bibliotheca botanica pada tahun 1736. Kata tersebut dipakai lagi pada tahun 1766 oleh Michael Christoph Hanov dalam tulisannya yang berjudul Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis. Terjemahan bahasa Jermannya, yaitu Biologie, pertama kali muncul dalam terjemahan karya Linnaeus pada tahun 1771. Pada tahun 1797, Theodor Georg August Roose menggunakan istilah tersebut dalam pendahulu bukunya yang bertajuk Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft. Karl Friedrich Burdach pada tahun 1800 memakai istilah ini dalam arti yang lebih sempit, yaitu penelitian manusia dari sudut pandang morfologis, fisiologis, dan psikologis (Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst). Istilah biologi dalam pengertian modern baru muncul dalam buku Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (1802–22) yang ditulis oleh Gottfried Reinhold Treviranus. Di dalam buku tersebut tertulis:^[5]

“

Objek penelitian kami adalah berbagai macam bentuk dan perwujudan kehidupan, keadaan dan hukum yang mengatur fenomena tersebut, serta penyebabnya. Ilmu yang terkait dengan objek tersebut kami sebut biologi [Biologie] atau doktrin kehidupan [Lebenslehre].

”

Walaupun biologi modern merupakan perkembangan yang relatif baru, ilmu yang terkait sudah dipelajari dari masa lampau. Filsafat alam dapat ditemui di peradaban Mesopotamia, Mesir, India, dan Tiongkok. Namun, asal-usul, dan pendekatan biologi modern berasal dari masa Yunani Kuno.^[6] Walaupun penelitian kedokteran dapat ditilik ke masa Hippocrates (ca. 460 SM – ca. 370 SM), Aristoteles (384 SM – 322 SM) adalah tokoh yang paling berjasa dalam mengembangkan biologi. Salah satu karya terpentingnya adalah Historia Animalium, dan beberapa karya lain yang menunjukkan cara pandang seorang peneliti alam, serta karya-karya empirisnya yang mencoba mempelajari sebab-akibat biologis, dan keanekaragaman hayati. Penerus Aristoteles di Lyceum, yaitu Theophrastus, menulis buku-buku tentang botani yang berpengaruh hingga ke Abad Pertengahan.
Ilmuwan Islam abad pertengahan yang mempelajari biologi meliputi al-Jahiz (781–869), Ad-Dinawari (828–896), yang menulis tentang botani,^[7] dan ar-Razi (865–925), yang menulis tentang anatomi, dan fisiologi. Kedokteran dipelajari berdasarkan tradisi filsuf Yunani, sementara ilmu alam sangat dipengaruhi oleh pemikiran Aristoteles, terutama perihal hierarki kehidupan.
Biologi mulai berkembang pesat setelah Antony van Leeuwenhoek memperbaiki mikroskopnya. Berkatnya, spermatozoa, bakteri, infusoria, dan berbagai macam kehidupan mikroskopik lain berhasil ditemukan. Penyelidikan yang dilakukan oleh Jan Swammerdam membangkitkan ketertarikan terhadap bidang entomologi, dan membantu mengembangkan teknik pembedahan, dan pewarnaan (staining) mikroskopik.^[8]
Kemajuan mikroskop juga sangat memengaruhi pemikiran tentang biologi. Pada awal abad ke-19, sejumlah ahli biologi mulai menyadari pentingnya konsep sel. Kemudian, pada tahun 1838, Schleiden, dan Schwann mulai menganjurkan gagasan (yang kini diterima secara luas) bahwa (1) satuan dasar organisme adalah sel, dan (2) masing-masing sel memiliki karakteristik kehidupan, walaupun mereka menentang gagasan bahwa (3) semua sel berasal dari pembagian sel lain. Akan tetapi, berkat karya Robert Remak, dan Rudolf Virchow, pada tahun 1860-an sebagian besar ahli biologi menerima ketiga hal tersebut yang kini disebut teori sel.^[9]
Sementara itu, taksonomi, dan klasifikasi menjadi pusat perhatian sejarawan alam. Carl Linnaeus menerbitkan taksonomi dasar pada tahun 1735 (berbagai macam variasi telah digunakan semenjak itu), dan pada tahun 1750-an memperkenalkan nama ilmiah untuk spesies.^[10] Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, menganggap spesies sebagai kategori buatan, dan menyatakan bahwa kehidupan dapat berubah—bahkan mengusulkan kemungkinan adanya nenek moyang bersama. Walaupun menentang teori evolusi, Buffon merupakan tokoh penting dalam sejarah pemikiran evolusi; karyanya memengaruhi teori evolusi Lamarck, dan Darwin.^[11]

Struktur molekul ADN.

Pemikiran evolusioner dapat ditilik kembali ke karya Jean-Baptiste Lamarck.^[12] Ia menyatakan bahwa evolusi merupakan hasil dari tekanan lingkungan terhadap sifat suatu hewan, yang berarti semakin sering suatu organ digunakan, semakin kompleks, dan efisien organ itu, sehingga membuat hewan teradaptasi dengan lingkungan. Lamarck juga meyakini bahwa sifat yang didapat ini dapat diturunkan ke generasi berikutnya, yang akan terus mengembangkan, dan menyempurnakannya.^[13] Namun, hipotesis ini kini ditolak, dan baru pada akhir abad ke-19 Charles Darwin berhasil merumuskan teori evolusi berdasarkan seleksi alam dengan menggabungkan pendekatan biogeografis Humboldt, geologi Lyell, tulisan Malthus tentang pertumbuhan populasi, dan keahlian morfologis serta pengamatannya sendiri di alam; penalaran, dan bukti yang mirip juga membuat Alfred Russel Wallace mencapai kesimpulan yang sama.^[14] Meskipun banyak ditentang oleh agamawan, teori Darwin diterima oleh komunitas ilmiah, dan segera menjadi aksioma dasar dalam ilmu biologi.
Pada tahun 1940-an, dan awal tahun 1950-an, penelitian berhasil membuktikan bahwa asam deoksiribonukleat (ADN) merupakan komponen kromosom yang mengandung satuan pewarisan yang kini disebut gen. Pemusatan perhatian pada model organisme baru seperti virus, dan bakteri serta penemuan struktur untai ganda ADN pada tahun 1953 menandai jalannya peralihan ke masa genetika molekuler. Kode genetik berhasil dipecahkan oleh Har Gobind Khorana, Robert W. Holley, dan Marshall Warren Nirenberg setelah memahami bahwa ADN mengandung kodon. Akhirnya, Proyek Genom Manusia diluncurkan pada tahun 1990 dengan tujuan untuk memetakan semua genom manusia DNA. Proyek ini selesai pada tahun 2003,^[15] dan merupakan langkah pertama dalam menggabungkan pengetahuan biologi dengan definisi tubuh manusia, dan organisme lain secara fungsional, dan molekuler.

Dasar biologi modern

Teori sel

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Sel (biologi)

Menurut teori sel, sel merupakan satuan dasar kehidupan, dan semua kehidupan terdiri dari satu atau lebih atau produk sel yang disekresikan (seperti tempurung). Semua sel terbelah dari sel lain. Pada akhirnya, setiap sel di tubuh organisme multiseluler berasal dari satu sel di dalam sel telur yang terfertilisasi. Sel juga dianggap sebagai satuan dasar dalam proses patologis,^[16] dan fenomena aliran energi terjadi di sel sebagai bagian dari proses metabolisme. Selain itu, sel mengandung satuan pewarisan (ADN) yang diwariskan dari satu sel ke sel lain selama proses pembelahan sel.

Evolusi

Seleksi alam suatu populasi.

 

Salah satu konsep penting dalam biologi adalah konsep bahwa kehidupan berubah melalui mekanisme evolusi, dan bahwa semua organisme punya nenek moyang bersama. Berdasarkan teori evolusi, semua organisme di Bumi, baik yang masih hidup maupun yang sudah punah, berasal daru satu nenek moyang atau lungkang gen bersama. Nenek moyang bersama terakhir diyakini muncul sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu.^[17] Ahli biologi biasanya memandang keseragaman kode genetik sebagai bukti yang mendukung teori nenek moyang bersama semua bakteri, archaea, dan eukariot.^[18]
Walaupun diperkenalkan dalam kamus ilmiah oleh Jean-Baptiste de Lamarck pada tahun 1809,^[19] evolusi baru dikukuhkan sebagai teori ilmiah lima puluh tahun kemudian oleh Charles Darwin dengan menjelaskan mekanisme pendorongnya: seleksi alam^[20][21] (Alfred Russel Wallace juga diakui sebagai salah satu penemu evolusi karena ia membantu penelitian, dan percobaan yang terkait dengan konsep ini).^[22] Darwin menjelaskan bahwa spesies, dan ras berkembang melalui proses seleksi alam, dan seleksi buatan atau pengembangbiakan selektif.^[23] Hanyutan genetik dianggap sebagai mekanisme tambahan dalam sintesis modern teori evolusi.^[24] Evolusi kini digunakan untuk menjelaskan keanekaragaman kehidupan di Bumi.
Sejarah evolusioner spesies, dan hubungan genealogisnya dengan spesies lain disebut filogeni. Informasi tentang filogeni dihasilkan dari berbagai macam pendekatan, seperti perbandingan rangkaian ADN yang dilakukan dalam bidang biologi molekuler atau genomika, dan perbandingan fosil dalam bidang paleontologi.^[25] Untuk memperkirakan jangka waktu terjadinya evolusi, ilmuwan juga menggunakan berbagai metode, seperti penanggalan radiokarbon.^[26] Ahli biologi menganalisis hubungan evolusioner dengan metode filogenetika, fenetika, dan kladistika.

Genetika

Persegi Punnett yang menggambarkan persilangan antara dua tanaman kacang yang heterozigot untuk warna ungu (B) dan putih (b).

Gen adalah satuan pewarisan utama semua organisme. Gen merupakan bagian dari ADN yang memengaruhi bentuk atau fungsi organisme. Semua organisme, dari bakteri hingga hewan, memiliki mekanisme yang mentranslasi ADN menjadi protein. Sel mentranskripsi ADN menjadi asam ribonukleat (ARN), dan ribosom kemudian mentranslasi ARN menjadi protein, sebuah rangkaian asam amino. Kode translasi semua organisme pada dasarnya sama. Misalnya, rangkaian ADN yang menyandikan insulin dalam tubuh manusia juga menyandikan insulin ketika dimasukkan ke organisme lain seperti tumbuhan.^[27]
ADN biasanya berbentuk kromosom linear dalam eukariota, dan kromosom lingkaran dalam prokariota. Kromosom adalah struktur yang terdiri dari ADN, dan histon. Rangkaian kromosom dalam sel, dan satuan pewarisan lain yang dapat ditemui dalam mitokondria, kloroplas, dan tempat lain secara kolektif disebut genom. Dalam eukariota, ADN genomik terletak di nukleus sel, bersama dengan sejumlah mitokondria, dan kloroplas. Dalam prokariota, ADN ada di dalam sitoplasma yang disebut nukleoid.^[28] Informasi genetik dalam sebuah genom disimpan dalam gen, dan himpunan informasi tersebut dalam suatu organisme disebut genotip.^[29]

Homeostasis

Hipotalamus mengeluarkan CRH, yang membuat kelenjar pituitari mengeluarkan ACTH. Kemudian, ACTH membuat korteks adrenal mengeluarkan glukokortikoid, seperti kortisol. Glukokortikoid kemudian mengurangi laju sekresi hipotalamus dan kelenjar pituitari bila jumlah glukokortikoid yang dikeluarkan sudah cukup.^[30]

Homeostasis adalah kemampuan suatu sistem terbuka dalam meregulasi stabilitas lingkungan dengan melakukan penyesuaian keseimbangan dinamika yang diatur oleh mekanisme regulasi yang terkait. Semua organisme hidup, baik uniseluler maupun multiseluler, mengalami homeostasis.^[31]
Untuk menjaga keseimbangan dinamika, dan melakukan fungsi tertentu secara efektif, suatu sistem harus melacak, dan menanggapi gangguan. Setelah melacak gangguan, sistem biologis biasanya menanggapi melalui proses umpan balik negatif. Artinya, sistem tersebut menstabilkan keadaan dengan mengurangi atau meningkatkan aktivitas suatu organ atau sistem. Contohnya adalah pelepasan glukagon ketika kadar gula dalam tubuh terlalu rendah.

Energi

Skema yang menggambarkan pemrosesan energi dalam tubuh manusia.

Keberlangsungan suatu organisme bergantung pada masukan energi secara terus menerus. Reaksi kimia yang membentuk struktur, dan fungsi tertentu dapat mengambil energi dari suatu substansi yang menjadi makanannya untuk membantu membentuk, dan mempertahankan sel baru. Dalam proses ini, molekul bahan kimia yang menjadi makanan memainkan dua peran; pertama, makanan tersebut mengandung energi yang dapat diubah untuk mendukung reaksi kimia biologis; kedua, makanan tersebut mengembangkan struktur molekuler baru.
Organisme yang berperan dalam menghantarkan energi ke suatu ekosistem disebut autotrof. Hampir semua organisme autotrof memperoleh energi dari matahari.^[32] Tumbuhan, dan fototrof lainnya menggunakan energi matahari melalui proses fotosintesis yang mengubah bahan baku menjadi molekul organik, seperti ATP, yang dapat dipecahkan ikatannya untuk menghasilkan energi.^[33] Namun, beberapa ekosistem hanya bergantung pada kemotrof yang mendapatkan energi dari metana, sulfida, atau sumber energi non-matahari lainnya.^[34]
Beberapa energi yang diperoleh digunakan untuk menghasilkan biomassa yang dapat mempertahankan kehidupan, dan mendukung pertumbuhan, dan perkembangan. Kebanyakan sisa energi hanya menjadi panas, dan molekul buangan. Proses penting yang mengubah energi yang terperangkap dalam substansi kimia menjadi energi yang berguna untuk kehidupan disebut metabolisme,^[35] dan respirasi sel.^[36]

Penelitian

Struktural

Skema sel hewan yang menggambarkan berbagai organel dan struktur.

Biologi molekuler mempelajari biologi dalam tingkatan molekul.^[37] Bidang ini bersentuhan dengan bidang biologi lainnya, terutama genetika, dan biokimia. Biologi molekuler mencoba memahami interaksi antara berbagai sistem sel, termasuk hubungan antar ADN, ARN, dan sintesis protein. Selain itu, bidang ini juga membelajari bagaimana interaksi tersebut diatur.
Biologi sel adalah ilmu yang terkait dengan properti struktural, dan fisiologis sel, termasuk perilaku, interaksi, dan lingkungan. Hal ini dilakukan dalam tingkatan mikroskopik, dan molekuler untuk mempelajari organisme bersel satu seperti bakteri serta sel dalam organisme multiseluler seperti manusia. Pemahaman akan fungsi, dan struktur sel berperan penting dalam ilmu biologi. Kemiripan, dan pebedaan antara berbagai jenis sel juga sangat terkait dengan bidang biologi molekuler.
Anatomi mempelajari struktur makroskopik seperti organ, dan sistem organ,^[38] sementara genetika merupakan ilmu gen, pewarisan, dan variasi dalam organisme.^[39][40] Gen menyandikan informasi yang penting untuk mensintesiskan protein, yang kemudian membentuk fenotip organisme. Dalam penelitian modern, genetika juga menyelidiki fungsi gen tertentu, dan menganalisis interaksi genetik. Di dalam tubuh organisme, informasi genetik biasanya ada di dalam kromosom, di dalam struktur kimia molekul ADN tertentu.
Biologi perkembangan mempelajari proses pertumbuhan, dan perkembangan organisme. Bidang ini berasal dari embriologi, dan menyelidiki kuasa genetik atas pertumbuhan sel, diferensiasi sel, dan morfogenesis, yang merupakan proses yang menghasilkan jaringan, organ, dan anatomi. Organisme yang biasanya menjadi model dalam bidang ini meliputi cacing Caenorhabditis elegans,^[41] lalat buah Drosophila melanogaster,^[42] ikan zebra Danio rerio,^[43] tikus Mus musculus,^[44], dan tumbuhan Arabidopsis thaliana.^[45][46] Organisme-organisme tersebut dipelajari untuk memahami fenomena biologi tertentu, dengan harapan penemuan pada organisme tersebut dapat menambah pengetahuan tentang cara kerja organisme lain.^[47]

Fisiologis

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Fisiologi

Fisiologi menyelidiki proses mekanik, fisik, dan biokimia organisme hidup dengan mencoba memahami bagaimana semua struktur bekerja secara keseluruhan. Gagasan “dari struktur ke fungsi” merupakan gagasan yang penting dalam bidang biologi. Penelitian fisiologis secara tradisional terbagi menjadi fisiologi tumbuhan, dan hewan, namun beberapa prinsip fisiologi berlaku untuk semua organisme. Misalnya, fisiologi sel ragi mungkin juga berlaku untuk sel manusia. Bidang fisiologi hewan menggunakan alat, dan metode dalam fisiologi manusia untuk spesies non-manusia. Fisiologi tumbuhan meminjam teknik dari kedua bidang tersebut.
Fisiologi juga mempelajari bagaimana sistem saraf, kekebalan, endokrin, pernapasan, dan peredaran darah bekerja, dan berinteraksi. Penelitian sistem tersebut juga dilakukan oleh bidang yang berorientasi pada kedokteran seperti neurologi, dan imunologi.

Evolusioner

Penelitian evolusioner terkait dengan asal usul, dan nenek moyang spesies, dan juga perubahannya seiring berjalannya waktu. Bidang ini juga meliputi ilmuwan dari berbagai bidang yang terkait dengan taksonomi. Contohnya adalah ilmuwan yang berspesialisasi dalam organisme tertentu seperti mamalogi, ornitologi, botani, dan herpetologi. Organisme-organisme tersebut digunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan evolusi yang umum.
Biologi evolusioner sebagian didasarkan dari paleontologi (yang menggunakan catatan fosil untuk menjawab pertanyaan tentang cara, dan tempo evolusi)^[48], dan sebagian lagi dari genetika populasi^[49] , dan teori evolusioner. Pada tahun 1980-an, biologi perkembangan memasuki kembali bidang biologi evolusioner setelah sebelumnya dikeluarkan dari sintesis modern akibat penelitian biologi perkembangan evolusioner.^[50] Bidang lain yang terkait, dan sering dianggap sebagai bagian dari biologi evolusioner adalah filogenetika, sistematika, dan taksonomi.

Sistematika

Pohon filogenetik semua kehidupan berdasarkan data gen rRNA, yang menunjukkan perpisahan antara tiga domain bakteri, arkea, dan eukariota seperti yang dideskripsikan oleh Carl Woese. Pohon yang dibentuk berdasarkan gen lain juga sangat mirip, meskipun mungkin penempatan percabangan berbeda-beda akibat evolusi rRNA yang cepat. Hubungan pasti antara ketiga domain tersebut masih diperdebatkan.

Hierarki delapan tingkatan taksonomi dalam klasifikasi biologi. Diagram ini menggunakan format 3 domain / 6 kingdom.

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Sistematika

Peristiwa spesiasi menghasilkan hubungan antar spesies yang dapat distrukturisasi seperti pohon. Sistematika mempelajari hubungan tersebut, dan perbedaan, dan kemiripan antara spesies, dan sekelompok spesies.^[51] Namun, sistematika sudah menjadi bidang penelitian yang aktif jauh sebelum pemikiran evolusi menyebar luas.^[52]
Secara tradisional, kehidupan dibagi menjadi lima kingdom: Monera; Protista; Fungi; Plantae; Animalia.^[53] Namun, banyak ilmuwan yang menganggap sistem lima kingdom ini sudah ketinggalan zaman. Sistem klasifikasi modern biasanya dimulai dengan sistem tiga domain: Archaea (awalnya Archaebacteria); Bacteria (awalnya Eubacteria), dan Eukaryota (termasuk protista, fungi, tumbuhan, dan hewan)^[54] Domain tersebut didasarkan pada keberadaan nuklei pada sel, dan perbedaan komposisi kimia bagian luar sel.^[54]
Selain itu, setiap kingdom dibagi hingga pada tingkatan spesies. Urutannya adalah: Domain; Kingdom; Filum; Kelas; Ordo; Famili; Genus; Spesies.
Di luar kategori ini terdapat sejumlah parasit intraseluler yang ada “di tepi kehidupan",^[55] yang berarti banyak ilmuwan yang tidak mengklasifikasikan struktur tersebut sebagai kehidupan karena ketiadaan satu atau lebih fungsi atau ciri kehidupan (contohnya ketiadaan aktivitas metabolisme). Struktur tersebut diklasifikasikan sebagai virus, viroid, prion, atau satelit.
Nama ilmiah organisme berasal dari genus, dan spesiesnya. Misalnya, nama ilmiah spesies manusia adalah Homo sapiens. Homo adalah genusnya, dan sapiens adalah spesiesnya. Ketika menulis nama ilmiah suatu organisme, huruf pertama harus ditulis dengan menggunakan huruf besar, dan selebihnya dalam huruf kecil. Selain itu, nama ilmiah dapat dimiringkan atau digarisbawahi.^[56][57]
Sistem klasifikasi yang banyak digunakan saat ini adalah taksonomi Linnaeus. Sistem ini meliputi tingkatan, dan tatanama binomial. Cara penamaan organisme diatur oleh persetujuan internasional seperti International Code of Botanical Nomenclature (ICBN), International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), dan International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB). Klasifikasi virus, viroid, prion, dan agen sub-viral ditentukan oleh International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV), dan sistemnya disebut International Code of Viral Classification and Nomenclature (ICVCN).^{[58][59][60][61]}
Sebuah usulan yang disebut BioCode diterbitkan pada tahun 1997 dengan maksud untuk menstandardisasi tata nama di tiga bidang tersebut, namun usulan ini masih belum diterapkan.^[62] BioCode tidak banyak diperhatikan semenjak tahun 1997; rencana penerapannya pada tahun 1 Januari 2000 tidak banyak disadari. Revisi BioCode yang tidak mengganti kode yang ada, dan hanya menyediakan konteks pemersatu diusulkan pada tahun 2011.^[63][64][65] Namun, International Botanical Congress pada tahun 2011 menolak mempertimbangkan usulan BioCode. ICVCN berada di luar ranah BioCode karena BioCode tidak meliputi klasifikasi virus.

Ekologi dan lingkungan

Simbiosis mutualisme antara ikan badut dari genus Amphiprion dengan anemon laut. Ikan badut melindungi anemon dari ikan pemakan anemon, dan sebagai gantinya tentakel anemon melindungi ikan badut dari predatornya.

 

Ekologi mempelajari persebaran, dan berlimpahnya kehidupan, serta interaksi antara organisme dengan lingkungannya.^[66] Habitat suatu organisme dapat dideskripsikan sebagai faktor abiotik lokal seperti iklim, di samping keberadaan organisme, dan faktor biotik lainnya.^[67] Sistem biologis cukup sulit dipelajari karena ada sangat banyak interaksi yang mungkin terjadi antara organisme dengan lingkungan, bahkan dalam skala kecil. Bakteri di dalam gradien gula memberikan tanggapan terhadap lingkungan sama seperti seekor singa yang sedang mencari makanan di sabana Afrika. Spesies apapun juga dapat menunjukkan berbagai macam perilaku, seperti kerjasama, agresi, parasitisme, atau mutualisme. Masalah menjadi semakin rumit ketika dua atau lebih spesies berinteraksi dalam suatu ekosistem.
Sistem ekologi dipelajari dalam beberapa tingkatan yang berbeda, dari individu hingga populasi, ekosistem, dan biosfer. Istilah biologi populasi sering digunakan bergantian dengan ekologi populasi, meskipun istilah biologi populasi lebih sering digunakan ketika mempelajari penyakit, virus, dan mikroba, sementara ekologi populasi lebih sering dipakai ketika mempelajari tumbuhan, dan hewan. Ekologi juga mengacu pada berbagai subdisiplin yang ada.
Etologi menyelidiki perilaku hewan (terutama hewan sosial seperti primata, dan canid), dan kadang-kadang dianggap sebagai cabang zoologi. Etolog juga mempelajari evolusi perilaku, dan mencoba memahami perilaku dalam konteks seleksi alam. Salah satu etolog modern pertama adalah Charles Darwin, karena bukunya yang berjudul The Expression of the Emotions in Man and Animals memengaruhi etolog-etolog penerusnya.^[68]
Biogeografi terkait dengan persebaran organisme di Bumi,^[69], dan memusatkan perhatian pada topik seperti tektonika lempeng, perubahan iklim, persebaran, migrasi, dan kladistika.

Cabang-cabang

Pada masa kini, biologi mencakup bidang akademik yang sangat luas, bersentuhan dengan bidang-bidang sains yang lain, dan sering kali dipandang sebagai ilmu yang mandiri. Berikut adalah cabang-cabang utama biologi:^[70][71]

• Aerobiologi – mempelajari partikel organik di udara
• Agrikultur – mempelajari proses produksi hasil panen, dan lebih menekankan pada penerapannya
• Anatomi – mempelajari bentuk, dan fungsi tumbuhan, hewan, dan organisme lain (terutama manusia)
• Arachnologi – mempelajari arachnida
• Astrobiologi – mempelajari evolusi, distribusi, dan masa depan kehidupan di alam semesta—juga disebut eksobiologi, eksopaleontologi, dan bioastronomi
• Biofisika – mempelajari proses biologis dalam kerangka fisika, dengan menerapkan teori, dan metode yang secara tradisional digunakan dalam ilmu fisika
• Biogeografi – mempelajari persebaran spesies dalam konteks keruangan, dan waktu
• Bioinformatika – penggunaan teknologi informasi untuk meneliti, mengumpulkan, dan menyimpan data genomik atau data biologis lainnya
• Biokimia – mempelajari reaksi kimia yang diperlukan kehidupan agar tetap berfungsi, biasanya pada tingkatan seluler
• Biologi bangunan – meneliti lingkungan hidup di dalam ruangan
• Biologi evolusioner – mempelajari asal usul, dan nenek moyang spesies
• Biologi integratif – mempelajari semua organisme
• Biologi kelautan (atau oseanografi biologis) – mempelajari ekosistem , tumbuhan, hewan, dan kehidupan samudra lainnya
• Biologi konservasi – mempelajari pelestarian, perlindungan, dan pemulihan lingkungan alam, ekosistem alam, vegetasi, dan margasatwa
• Biologi lingkungan – mempelajari dunia alam secara keseluruhan atau dalam wilayah tertentu, terutama dampak manusia terhadapnya
• Biologi molekuler – mempelajari biologi, dan fungsi biologi dalam tingkatan molekuler, bertumpang tindih dengan biokimia
• Biologi populasi – mempelajari sekelompok organisme, termasuk
  • Ekologi populasi – mempelajari dinamika, dan kepunahan populasi
  • Genetika populasi – mempelajari perubahan frekuensi gen dalam populasi suatu organisme
• Biologi perkembangan – mempelajari proses pembentukan organisme dari zigot
• Biologi sel – meneliti sel sebagai satuan yang utuh, dan interaksi molekuler, dan kimia yang terjadi di dalam sel
• Biologi struktural – cabang biologi molekuler, biokimia, dan biofisika yang terkait dengan struktur molekuler makromolekul biologis
• Biologi sintetis – mengintegrasi biologi dengan teknik; membuat fungsi biologis yang tidak ada di alam
• Biomatematika (atau biologi matematis) – penelitian proses biologis secara kuantitatif atau matematis, dan lebih menekankan pada permodelan
• Biomekanika – penelitian mekanika kehidupan yang lebih menekankan pada penerapan melalui prostetik atau ortotik. Bidang ini sering dianggap sebagai cabang kedokteran
• Biomusikologi – mempelajari musik dari sudut pandang biologis
• Bioteknologi – cabang biologi yang baru, dan kadang-kadang kontroversial yang mempelajari manipulasi materi hidup, termasuk modifikasi genetik, dan biologi sintetik
• Botani – mempelajari tumbuhan
• Ekologi – mempelajari interaksi antara organisme dengan lingkungannya
• Embriologi – mempelajari perkembangan embrio (dari pembuahan hingga kelahiran)
• Entomologi – mempelajari serangga
• Epidemiologi – komponen penting dalam penelitian kesehatan, mempelajari faktor yang memengaruhi kesehatan suatu populasi
• Epigenetik – mempelajari perubahan ekspresi gen atau fenotip seluler yang diakibatkan oleh mekanisme selain perubahan rangkaian ADN
• Etologi – mempelajari perilaku hewan
• Farmakologi – mempelajari persiapan, penggunaan, dan pengaruh obat-obatan
• Fisiologi – mempelajari cara kerja organisme hidup serta organ-organnya
• Fitopatologi – mempelajari penyakit pada tumbuhan (juga disebut patologi tumbuhan)
• Genetika – mempelajari gen, dan pewarisan
• Hematologi – mempelajari darah, dan organ pembentuk darah
• Herpetologi – mempelajari reptil, dan amfibi
• Histologi – mempelajari sel, dan jaringan, cabang mikroskopik anatomi
• Iktiologi – mempelajari ikan
• Kriobiologi – mempelajari pengaruh suhu yang rendah terhadap kehidupan
• Limnologi – mempelajari perairan di daratan
• Mamalogi – mempelajari mamalia
• Mikrologi – meneliti organisme mikroskopik (mikroorganisme), dan interaksinya dengan kehidupan lainnya
• Mikologi – mempelajari fungi
• Neurobiologi – mempelajari sistem saraf, termasuk anatomi, fisiologi, dan patologinya
• Onkologi – mempelajari proses kanker
• Ornitologi – mempelajari burung
• Paleontologi – mempelajari fosil, dan bukti geografis kehidupan prasejarah
• Patobiologi atau patologi – meneliti penyakit, seperti penyebab, proses, ciri, dan perkembangannya
• Parasitologi – mempelajari parasit, dan parasitisme
• Penelitian biomedis – meneliti tubuh manusia yang sehat, dan sakit
• Psikobiologi – mempelajari dasar psikologi secara biologis
• Sosiobiologi – mempelajari dasar sosiologi secara biologis
• Teknik biologis – mempelajari biologi dari sudut pandang teknik, dan lebih menekankan pada pengetahuan terapan. Bidang ini terkait dengan bioteknologi
• Virologi – mempelajari virus, dan agen yang seperti virus
• Zoologi – mempelajari hewan, termasuk klasifikasi, fisiologi, perkembangan, dan perilaku (cabang meliputi entomologi, etologi, herpetologi, iktiologi, mamalogi, dan ornitologi)

sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Biologi