Biologia tutkii elollisen luonnon ilmiöitä ja lainalaisuuksia. Sana biologia tulee kreikan sanoista bios (elämä) ja logia (oppi), joiden suomennos on oppi elämästä.

Biologista tietoa tarvitaan elämässä päivittäin arkipäivän ratkaisujen tueksi: Mitä syödään? Miten hoitaa terveyttään? Miksi kierrättää jätteitä? Biologiassa on keskeistä erilaisten havaintojen ja kokeiden tekeminen. Ympäristön havainnointi on ollut ihmisen menestymiselle aina tärkeää, jotta ravinnon saaminen on voitu varmistaa.

Esi-isiemme oli tunnettava elinympäristönsä tarjoamat mahdollisuudet hyvin. Hengissä säilyminen "luonnon armoilla" tarkoitti, että oli tunnettava ravinnoksi kelpaavat ja myrkylliset kasvit. Metsästämisen onnistumiseksi oli ymmärrettävä eläinten käyttäytymistä. Kun siirryttiin keräily- ja pyyntikulttuurista maatalouteen, tarvittiin tietoa kasveista ja eläimistä viljelyn ja kotieläinten pitämisen onnistumiseksi. Biologista tietoa on siis aina tarvittu selviytymiseen.


Biologista tietoa tarvitaan tehtäessä muun muassa ravintoon ja terveyteen liittyviä päätöksiä.

​
Biologian virstanpylväitä.

Antiikin biologit

Ihmiset ovat tarvinneet biologista tietoa aina. Biologia muodostui omaksi tieteenalakseen vasta 1800-luvulla, mutta jo antiikin aikana kreikkalaiset harrastivat tiedettä ja tutkimusta, joka muistuttaa nykyistä biologiaa.

Biologian juuret kaikissa kulttuureissa liittyvät maanviljelykseen ja ihmisten lääkitsemiseen. Kokeellinen ja systemaattinen tutkimus alkoi vasta Antiikin Kreikasta.

Tunnetuin antiikin luonnontutkija oli Aristoteles (kuvassa), joka teki paljon vertailevaa tutkimusta eläinten toiminnasta ja rakenteesta. Biologian kehitykseen vaikutti esimerkiksi Aristoteleen ajatus siitä, että elävät eliöt muodostavat hierarkian yksinkertaisista monimutkaisempiin eli sienistä ja kasveista ihmiseen.

Aristoteles.

1500–1700-luku: tietoa kerätään ja vanhat käsitykset mullistuvat

Uuden ajan alussa Euroopassa tieteellinen maailmankuva mullistui: havaittiin, ettei Maa olekaan maailmankaikkeuden keskus. Myös biologiassa tehtiin paljon uusia havaintoja ja löytöjä. Luonnon ilmiöitä alettiin havainnoida systemaattisesti ja tutkia kokeellisesti. Vanhat, antiikin ajalta periytyneet uskomukset uskallettiin kyseenalaistaa.

Francesco Redi vaikutti 1600-luvulla merkittävästi nykyaikaisen kokeellisen luonnontieteen syntyyn, ja häntä pidetään yhtenä kokeellisen biologian perustajana. Hän osoitti monia aikakautensa uskomuksia ja huhuja vääriksi kumoten ne havaintojen ja kokeiden avulla.

Redin aikakaudella 1600-luvulla uskottiin spontaaniin alkusyntyyn eli siihen, että elottomasta aineksesta syntyy itsekseen eliöitä. Esimerkiksi hiirien arveltiin syntyvän rievuista ja jyvistä sekä kärpäsiä lannasta ja kuolleiden eliöiden raadoista.

Francesco Redin kuuluisimmat kokeet osoittivat, että eliöt eivät sikiä itsestään, vaan toisista kaltaisistaan.

Francesco Redi osoitti kokeellisesti, että kärpäsen toukat eivät synny itsestään mädäntyneestä lihasta. Suljetuista pulloista ei löytynyt kärpäsiä, vaikka niiden liha oli pilaantunutta. Sen sijaan avonaisten pullojen sisältämään lihaan ilmestyi kärpäsen toukkia. Miksi näin tapahtui?

Ranskalainen Louis Pasteur todisti 1800-luvulla myös mikrobeilla, että alkusyntyä ei tapahdu maapallon nykyoloissa.

Maria Sibylla Merian (kuvassa) oli ensimmäisiä hyönteisiä kokeellisesti tutkineita biologeja. Hän kasvatti useita eri perhoslajeja toukasta aikuiseksi ja todisti samalla, että perhoset syövät eri kasvilajeja. Lisäksi hän osoitti, että osa perhosista talvehtii kotelona, osa toukkana, osa munana ja osa aikuisena.

Merian lähti Amsterdamin kaupungin rahoittamana tutkimaan Etelä-Amerikan eläimiä ja kasveja, tiettävästi ensimmäisenä tieteellisenä tutkimusmatkailijana.

Mikroskoopit kehittyivät 1600–1700-luvuilla. Tämä oli erityisen merkittävä läpimurto biologisen tiedon kertymiselle, sillä mikroskooppien avulla voitiin havaita ja ymmärtää hyvin pieniä kohteita, muun muassa soluja. Näin löydettiin uusi ”näkymätön maailma”. Mikroskoopin keksijänä pidetään hollantilaista kangaskauppias Antonie van Leeuwenhoekia, joka oli kiinnostunut kankaan laadusta ja siksi sen yksityiskohtaisesta rakenteesta.

Leeuwenhoek käytti kankaiden tutkimisessa apuna ensin suurennuslasia ja myöhemmin omatekoista mikroskooppia. Hänen kerrotaan tutkineen myös hampaiden plakkia mikroskoopillaan ja kuvailleen näkemiään eliöitä “pieniksi nopeasti liikkuviksi eläimiksi”.

1700-luvun luonnontutkijat pyrkivät kartoittamaan luonnon monimuotoisuutta, koska tämä oli tärkeä osa teologiaa: luomakunnan tutkiminen ja sen osien selvittäminen oli luontainen tehtävä ihmisille ja ennen kaikkea papistolle.

Ruotsalainen Carl von Linné kehitti eliöiden tieteellisen luokittelujärjestelmän ja nimesi tieteellisesti useita kasveja ja eläimiä. Linnén aikana ei kuitenkaan tunnettu evoluutioteorioita ja eliöiden keskinäisiä sukulaisuussuhteita. 1700-luvulla ajateltiin, että kaikki eliölajit ovat aina pysyneet muuttumattomina.

Erilaiset fossiililöydöt kuitenkin haastoivat nämä näkemykset. Esimerkiksi Mary Anning ja Georges Cuvier olivat kuuluisia fossiilien löytäjiä ja tutkijoita.


Mary Anning oli kuuluisa fossiilien kerääjä. Valokuva on Lontoon luonnonhistoriallisesta museosta, jossa tehdään Anningin teemalla kiertokävelyjä.

1800-luku: Keskeisten biologisten oivallusten aika

Jean-Baptiste Lamarck oli ensimmäisiä luonnontieteilijöitä, jotka esittivät, että nykyisin eläneet eliöt ovat syntyneet aikaisemmin eläneistä eliöistä – tosin hän esitti, että eliöiden hankitut ominaisuudet periytyvät jälkeläisille.

Hieman myöhemmin 1800-luvulla Charles Darwin (kuvassa) kehitti oman evoluutioteoriansa, jonka pohjana on nykyäänkin hyväksytty käsitys luonnonvalinnasta ja perinnöllisten ominaisuuksien siirtymisestä jälkeläisille.

Charles Darwin jo ikääntyneenä miehenä.

Myös muita edistysaskelia tapahtui 1800-luvulla. Soluteorian mukaan kaikki elämä koostuu jakautuvista soluista. Soluteorian ajatus esitettiin ensimmäistä kertaa vuosisadan alkupuolella, ja vuosisadan loppuun mennessä se oli jo yleisesti hyväksytty. Lisäksi aikaisemmin oli ajateltu, että taudit johtuvat pahasta ilmasta. 1800-luvulla kuitenkin havaittiin, että tautien aiheuttajia olivat mikrobit. Fysiologian puolella vallalle nousi ajatus, että elävillä eliöillä ei ole niin sanottua elämänvoimaa, joka erottaa elolliset asiat elottomista.

Gregor Mendel käynnisti perinnöllisyystieteen tutkimuksen tekemällä hernekasveilla risteytyskokeita, joiden perusteella hän päätteli, että monet herneiden ominaisuuksista periytyvät. Hän pystyi myös päättelemään ominaisuuksien periytymismekanismit. Mendel oli kuitenkin aikaansa edellä, ja hänen havaintonsa ymmärrettiin vasta 1900-luvun alussa.

 

1900-luku: DNA:n rakenne ja merkitys selviävät

Biologinen tieto lisääntyi huimaa vauhtia 1900-luvulla. Vuosisadan alkupuolella tietämys biokemiasta, kuten proteiinien ja entsyymien toiminnasta, lisääntyi. Merkittävä edistysaskel modernille biologialle tapahtui 1950-luvulla, kun James Watson ja Francis Crick selvittivät DNA:n rakenteen ja sen merkityksen Rosalind Franklinin tutkimusten avulla.

Ekologia tieteenä syntyi vasta 1900-luvun alussa, kun väestötieteen ajatuksia alettiin soveltaa luontoon. Ravintoverkon ja ekologisten lokeroiden käsitteet ja lajien välisten vuorovaikutusten matemaattiset yhtälöt kehitettiin tällöin. Ekologian pohjalta 1900-luvun loppupuolella kehittyi ympäristötiede.

Evoluutioteoria kehittyi moderniksi synteesiksi 1900-luvun puolivälissä, kun Darwinin evoluutioteoriaan yhdistettiin genetiikka sekä monia muita biologian aloja, kuten systematiikka ja ekologia. 1900-luvun puolivälin jälkeen evoluutiobiologia ja ekologia erkaantuivat molekyyli- ja solubiologiasta, mutta 1900-luvun lopulla kehittyneet molekyylibiologian tutkimusmenetelmät toivat näitä aloja lähemmäksi toisiaan.


Francis Crick (keskellä) ja James Watson (oikealla).