ชีววิทยา (Biology) คือ ศาสตร์แขนงหนึ่งของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ที่ศึกษาเกี่ยวกับเรื่องต่างๆของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆอย่างมีเหตุและผล ซึ่งศึกษาทั้งในเรื่อง ด้านโครงสร้าง ด้านการทำงาน ด้านการเจริญเติบโต ด้านวิวัฒนาการ ด้านถิ่นกำเนิด ด้านอนุกรมวิธาน ด้านการกระจายพันธุ์ และด้านอื่นๆอีกที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต โดยจะใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษาค้นคว้าอย่างมีเหตุมีผลในทุกแง่ทุกมุมของสิ่งมีชีวิตโดยละเอียด ซึ่งจะพึ่งพาการใช้อุปกรณ์ เครื่องมือ และเทคโนโลยีทางวิทยาศาสตร์ศึกษาสิ่งมีชีวิตต่างๆคำว่า ชีววิทยา (Biology) เป็นคำที่มาจากภาษากรีก จากคำว่า “bios” ที่แปลว่า สิ่งมีชีวิต และ “logos” ที่แปลว่า วิชา หรือการศึกษาอย่างมีเหตุผลเนื่องจากแต่ละเรื่องในเนื้อหาของชีววิทยามีกระบวนการและขั้นตอนการศึกษาที่ค่อนข้างยุ่งยากและซับซ้อนมีหลายขั้นตอน ชีววิทยาจึงแตกแขนงเป็นสาขาวิชาต่างๆอีกมากมาย เพื่อจะได้เน้นศึกษาเฉพาะเรื่องของชีววิทยา ทำให้ศึกษาในเรื่องนั้นๆได้ละเอียดและลึกมากยิ่งขึ้น

ชีววิทยากับการดำรงชีวิต

ผลการค้นหารูปภาพสำหรับ รูปต้นไม้ คนล

ในการดำรงชีวิตของมนุษย์ เช่น การดูแลสุขภาพของร่างกายการป้องกันรักษาโรค การผลิตอาหาร การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม การประกอบอาชีพ การเรียนรู้เกี่ยวกับร่างกายของคน การรู้จักพฤติกรรมของสัตว์ต่าง ๆ ล้วนมีความเกี่ยวข้องกับชีวิวิทยาทั้งสิ้น นักวิชาการซึ่งเป็นผุ้เชี่ยวชาญแต่ละสาขาได้ใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต จึงทำให้ได้พันธุ์ของสิ่งมีชีวิตหรือผลผลิตตามความต้องการ เช่น พันธุ์พืชที่ต้านทานโรคและแมลงผลไม้ที่มีรสชาติอร่อย ผลที่มีขนาดใหญ่ สัตว์ที่เจริญเติบโตเร็ว ให้ผลิตภัณฑ์ในปริมาณมาก เช่น นม หรือไข่ ทำให้มนุษย์มีอาหารอย่างพอเพียงหรือเป็นสินค้าทำรายได้เป็นอย่างดี ถ้าได้ติดตามการทำงานตามโครงการพระราชดำริ โครงการส่วนพระองค์ หรือโครงการหลวง ทำให้ทราบว่า มีการขยายพันธุ์พืชที่ควรอนุรักษ์ โดยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ เช่น ขนุนไพศาลทักษิณและการปรับปรุงพันธุ์ เช่น เมล็ดถั่วแดงหลวดจากเมล็ดที่มีขนาดเล็กให้ได้เมล็ดที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

นักวิชาการทางด้านการเกษตร ได้พัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพต่าง ๆ มาใช้ให้เกิดประโยชน์อีก เช่น การถ่ายฝากตัวอ่อนของสัตว์การผลิตปุ๋ยชีวภาพ การผสมเทียมปลา ฯลฯ

การศึกษาวัฎจักรชีวิตและโครงสร้าง รูปร่างลักษณะและพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตช่วยให้สามารถเข้าใจการปรับตัวจากสิ่งมีชีวิตนำไปสู่การศึกษาวิจัยตัวยาที่นำใช้รักษาโรค และวิธีป้องกันโรคเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ทางการแพทย์ส่วนใหญ่ได้มาจากความรุ้ทางชีววิทยา การศึกษาในปัจจุบันก้าวหน้าจนสามารถตัดต่อยืนจากสิ่งมีชีวิต ในกระบวนการพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) ซึ่งนำมาใช้ทางการแพทย์ เช่น สามารถใช้ยีสต์ผลิตฮอร์โมนอินซูลินเพื่อรักษาโรคเบาหวาน สามารถใช้สุกรสร้างโกรทฮอร์โมน (GH : Growth hormone) เพื่อรักษาเด็กที่มีความสูงหรือต่ำกว่าปกติ และใช้ยีนบำบัด (gene therapy) ในการรักษาโรคทางพันธุกรรมบางชนิด เป็นต้น

ความรู้จักการศึกษาคุณลักษณะของพืชชนิดต่าง ๆ โดยแพทย์แผนโบราณสามารถนำมาปรุงยาสมุนไพรใช้รักษาโรค นับเป็นภูมิปัญญาไทยที่น่าภาคภูมิใจ และปัจจุบันได้มีการศึกษาวิจัยผลิตภัณฑ์เหล่านี้ให้ได้มาตรฐานสากล

การเรียนรู้เรื่องราวเกี่ยวกับร่างกายของเรา ทำให้เข้าใจการทำงานของอวัยวะต่าง ๆ และเข้าใจวิธีการดูแลรักษาสุขภาพของตนและผู้ใกล้ชิด ความรู้ทางชีววิทยาอาจนำมาใช้ในการขยายพันธุ์สัตว์เศรษฐกิจและอนุรักษาสัตว์ที่หายาก เช่น การโคลน (cloning) สัตว์ชนิดต่าง ๆ

ความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม ทำให้เราตระหนักถึงความสำคัญของสิ่งแวดล้อมที่มีต่อมวลมนุษยชาติ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุยเดชฯ ทรงค้นพบว่า หญ้าแฝกเป็นพืชที่มีรากยาวมาก แข็งแรงและหนาแน่น สามารถปลูกเพื่อช่วยป้องกันการกัดเซาะและการพังทลายของดินได้ดี จึงทรงแนะนำให้เผยแพร่แก่ประชานทั่วไป

การขาดความรู้ทางด้านชีววิทยา เกี่ยวกับการดูแรักษาสิ่งแวดล้อมก็จะนำไปสู่ปัญหาสิ่งแวดล้อม มีผลเสียต่าง ๆ ดังเหตุการณ์อุทกภัยที่เกิดขึ้นที่อำเภอวังชิ้นจังหวัดแพร่ ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2544 ถ้าวิเคราะห์แล้วจะพบว่า สาเหตุสำคัญเนื่องมาจากการตัดไม้ทำลายป่า นักอนุรักษ์จึงต้องช่วยกันรณรงค์ให้ประชาชนเข้าใจถึงความสำคัญของป่า ซึ่งเป็นแหล่งของต้นน้ำลำธาร และแหล่งซับน้ำในดินถ้าเราไม่ช่วยกันควบคุมดูแลภัยต่าง ๆ ก็จะบังเกิดขึ้น

แขนงวิชาชีววิทยา มีแขนงย่อย 4 กลุ่ม

• การศึกษาโครงสร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต เช่นเซลล์ ยีน
• การศึกษาการทำงานของโครงสร้างต่างๆ ตั้งแต่ระดับเนื้อเยื่อ ระดับอวัยวะ จนถึงระดับร่างกาย
• การศึกษาประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต เช่น วิวัฒนาการ
• การศึกษาความสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งมีชีวิต เช่น การพึงพาอาศัยกัน การเกือกุลของสิ่งมีชีวิต

หลักของวิชาชีววิทยา

หลักทฤษฎีเซลล์ (Cell Theory). ซึ่งทฤษฎีนี้ระบุว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะต้องประกอบไปเซลล์อย่างน้อยหนึ่งเซลล์ ซึ่งเซลล์ถือว่าเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่สุดของการทำงานในสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ กระบวนการทางกลศาสตร์และทางเคมีต่างก็ล้วนอาศัยเซลล์เป็นตัวขับเคลื่อนกระบวนการเช่นเดียวกัน ทั้งเชื่อว่าเซลล์สามารถเกิดจากเซลล์ต้นกำเนิด (perexisting cells) ได้เท่านั้น
หลักวิวัฒนาการ (Evolution). เชื่อในการเลือกสรรของธรรมชาติ (natural selection) และการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
หลักทฤษฎีพันธุกรรม (Gene Theory). เชื่อว่าลักษณะทางพันธุกรรมนั้น ถูกเก็บเป็นรหัสสิ่งมีชีวิตใน DNA ในยีนอันเป็นมูลฐานแห่งการถ่ายทอดพันธุกรรม
หลักภาวะธำรงดุล (Homeostasis). เป็นหลักที่เชื่อในการรักษาสมดุลของสิ่งมีชีวิต ในการปรับระบบภาวะแวดล้อมทั้งทางฟิสิกส์และเคมีของระบบภายในสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับระบบภายนอกสิ่งมีชีวิต

สารพันธุกรรม

หลักของลักษณะร่วมกันอีกสิ่งหนึ่งคือ สิ่งมีชีวิตทุกชนิด นอกเหนือจากเซลล์ของไวรัส ประกอบขึ้นจากเซลล์ และยังมีกระบวนการเจริญเติบโตคล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น สิ่งมีชีวิตชั้นสูงส่วนใหญ่จะมีเอ็มบริโอที่มีลักษณะขั้นต้นคล้ายกัน และมียีนคล้ายกันอีกด้วย ต้องเป็นสิ่งมีชีวิตประเภทเดียวกันเท่านัน้จึงจะสามารถได้รับการผสมกันได้สารพันธุวิศกรรม หรือ สารพันธุกรรม ชื่ออื่นๆ DNA เป็นสสารประเภท นาโนไมโคร ที่มีการประกอบด้วย กรดนิวคลีอิก เช่น ดีเอ็นเอ ทำหน้าที่เป็นรหัสพันธุกรรม

วิวัฒนาการ
แนวคิดหลักของชีววิทยาคือ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีต้นกำเนิดร่วมกัน และมีการเปลี่ยนแปลงพัฒนาโดยกระบวนการที่เรียกว่า วิวัฒนาการเช่นลิงมาเป็นมนุษย์

ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต
จอห์น แมคเคน กล่าวว่า พ่อผมบุกชิงควายในสนามรบ และเขาก็ทำได้สำเร็จ เพราะเขารู้ว่าควายมีรูปร่างอย่างไร

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะมีความสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ และกับสิ่งแวดล้อม เหตุผลหนึ่งที่ทำให้การศึกษาระบบทางชีววิทยาทำได้ยากคือ ความสัมพันธ์ดังกล่าวมีมากมายหลายทางที่เป็นไปได้ แม้แต่ในการศึกษาระดับที่เล็กที่สุด เช่น แบคทีเรียจะมีปฏิกิริยากับน้ำตาลที่อยู่โดยรอบ ซึ่งเป็นการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม เหมือนกับที่สิงโตมีการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมขณะที่ออกหาอาหารในทุ่งหญ้าซาวันนา ส่วนพฤติกรรมที่มีต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ อาจเป็นไปทั้งในลักษณะอาศัยอยู่ร่วมกัน คุกคามต่อกัน เป็นปรสิต หรือพึ่งพาอาศัยกัน ความสัมพันธ์นี้จะซับซ้อนมากขึ้นหากมีสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด หรือมากกว่า มีความเกี่ยวข้องต่อกันในระบบนิเวศ การศึกษาความสัมพันธ์นี้จัดเป็นสาขาวิชานิเวศวิทยา

ขอบเขตของชีววิทยา
ชีววิทยาเป็นสาขาวิชาที่ใหญ่มากจนไม่อาจศึกษาเป็นสาขาเดียวได้ จึงต้องแยกออกเป็นสาขาย่อยต่างๆ ในหัวข้อนี้จะแบ่งสาขาย่อยออกเป็น 4 กลุ่ม กลุ่มที่หนึ่งเป็นสาขาที่ศึกษาโครงสร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต อย่างเช่นเซลล์ ยีน เป็นต้น กลุ่มที่สองศึกษาการทำงานของโครงสร้างต่างๆ ตั้งแต่ระดับเนื้อเยื่อ ระดับอวัยวะ จนถึงระดับร่างกาย กลุ่มที่สามศึกษาประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต กลุ่มที่สี่ศึกษาความสัมพันธ์ในระหว่างสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม การแบ่งกลุ่มนี้เป็นเพียงการจัดหมวดหมู่ให้สาขาต่างๆในชีววิทยาให้เป็นระเบียบและเข้าใจง่าย แต่ความจริงแล้ว ขอบเขตของสาขาต่างๆนั้นไม่แน่นอน และสาขาวิชาส่วนใหญ่ก็จำเป็นต้องใช้ความรู้จากสาขาอื่นด้วย ตัวอย่างเช่น สาขาชีววิทยาของวิวัฒนาการ ต้องใช้ความรู้จากสาขาอณูวิทยา เพื่อจัดลำดับของดีเอ็นเอ ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจความแปรผันทางพันธุกรรมของประชากร หรือสาขาวิชาสรีรวิทยา ต้องใช้ความรู้จากสาขาชีววิทยาของเซลล์ เพื่ออธิบายการทำงานของระบบอวัยวะ

โครงสร้างของชีวิต

ชีววิทยาของเซลล์เป็นสาขาที่ศึกษาลักษณะทางสรีรวิทยาของเซลล์ รวมไปถึงพฤติกรรม ปฏิสัมพันธ์ และสิ่งแวดล้อมของเซลล์ ทั้งระดับจุลภาคและระดับโมเลกุล สาขาวิชานี้จะศึกษาวิจัยทั้งสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว อย่างเช่นแบคทีเรีย และเซลล์ที่ทำหน้าที่พิเศษในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ อย่างเช่นมนุษย์อณูชีววิทยาเป็นสาขาหนึ่งในชีววิทยา ซึ่งศึกษาในระดับโมเลกุล สาขานี้มีความสอดคล้องกับสาขาอื่นๆในชีววิทยา โดยเฉพาะสาขาพันธุศาสตร์และชีวเคมีอณูชีววิทยาเป็นการศึกษาปฏิสัมพันธ์ของระบบต่างๆในเซลล์ ซึ่งได้แก่ ความสัมพันธ์ระหว่าง ดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ การสังเคราะห์โปรตีน และการควบคุมความสัมพันธ์เหล่านี้

พันธุศาสตร์เป็นสาขาที่ศึกษายีน พันธุกรรม และการผันแปรของสิ่งมีชีวิต ในการศึกษาวิจัยสมัยใหม่ มีเครื่องมือที่สำคัญในการศึกษาหน้าที่ของยีน หรือความสัมพันธ์ทางพันธุกรรม ในสิ่งมีชีวิต ข้อมูลทางพันธุกรรมจะอยู่ในโครโมโซม ซึ่งข้อมูลจะแทนที่ด้วยโครงสร้างทางเคมีของโมเลกุลของดีเอ็นเอ

สรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิต
สรีรวิทยาเป็นสาขาที่ศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพและทางชีวเคมีในสิ่งมีชีวิต เพื่อให้เข้าใจหน้าที่ของโครงสร้างต่างๆ ซึ่งเป็นหลักการสำคัญในการศึกษาทางชีววิทยา การศึกษาทางสรีรวิทยาสามารถแบ่งออกได้เป็นสรีรวิทยาของพืชและสรีรวิทยาของสัตว์ แต่หลักของสรีรวิทยาในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดล้วนแต่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น การศึกษาสรีรวิทยาของเซลล์ยีสต์สามารถประยุกต์ใช้กับการศึกษาในเซลล์มนุษย์ได้ สรีรวิทยาของสัตว์เป็นการศึกษาทั้งในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ สรีรวิทยาของพืชก็มีวิธีการศึกษาเช่นเดียวกับในสัตว์

กายวิภาคศาสตร์เป็นสาขาที่สำคัญในสรีรวิทยา ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับหน้าที่และความสัมพันธ์ของระบบอวัยวะในสิ่งมีชีวิต เช่น ระบบประสาท ระบบภูมิคุ้มกัน ระบบต่อมไร้ท่อ ระบบหายใจ ระบบไหลเวียนโลหิต การศึกษาเกี่ยวกับระบบเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสาขาวิชาต่างๆได้อีก เช่น ประสาทวิทยา วิทยาภูมิคุ้มกัน

ความหลากหลายและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต
การศึกษาวิวัฒนาการมีความเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดและการสืบทอดลักษณะของสปีชี่ส์ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงลักษณะที่ผ่านมา และต้องอาศัยนักวิทยาศาสตร์จากหลายสาขาที่เกี่ยวข้องกับอนุกรมวิธานของสิ่งมีชีวิต สาขาวิวิฒนาการมีรากฐานจากสาขาบรรพชีวินวิทยา ซึ่งอาศัยซากดึกดำบรรพ์ในการตอบคำถามเกี่ยวกับรูปแบบและจังหวะของวิวิฒนาการ

สาขาวิชาหลักใหญ่ที่เกี่ยวกับอนุกรมวิธานมี 2 สาขา คือ พฤกษศาสตร์ และสัตววิทยา พฤกษศาสตร์เป็นสาขาที่ศึกษาเกี่ยวพืช มีเนื้อหาครอบคลุมกว้างขวางตั้งแต่การเจริญเติบโต การสืบพันธุ์ เมแทบอลิซึม โรค และวิวัฒนาการของพืช ส่วนสัตววิทยาจะศึกษาเกี่ยวกับสัตว์ รวมทั้งลักษณะทางสรีรวิทยาของสัตว์ซึ่งอยู่ในสาขากายวิภาคศาสตร์และคัพภวิทยา กลไกทางพันธุศาสตร์และการเจริญของพืชและสัตว์จะศึกษาในสาขาอณูชีววิทยา อณูพันธุศาสตร์ และชีววิทยาของการเจริญ

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต

สายใยอาหาร ประกอบขึ้นจากห่วงโซ่อาหารหลายห่วงโซ่ แสดงถึงความสัมพันธ์ที่สลับซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ
สาขานิเวศวิทยาจะศึกษาการกระจายและความหนาแน่นของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม สิ่งแวดล้อมของสิ่งมีชีวิตจะหมายถึงถิ่นที่อยู่อาศัย ซึ่งจะรวมไปถึงปัจจัยทางกายภาพอย่างสภาพภูมิอากาศและลักษณะทางภูมิศาสตร์ รวมทั้งสิ่งมีชีวิตอื่นๆที่อาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกัน การศึกษาระบบทางนิเวศวิทยามีหลายระดับ ตั้งแต่ระดับสิ่งมีชีวิต ระดับประชากร ระดับระบบนิเวศ ไปจนถึงระดับโลกของสิ่งมีชีวิต จึงจะเห็นได้ว่า นิเวศวิทยาเป็นสาขาที่ครอบคลุมถึงสาขาอื่นๆอีกมากมาย

สาขาพฤติกรรมวิทยาจะศึกษาพฤติกรรมของสัตว์ (โดยเฉพาะสัตว์สังคมอย่างสัตว์จำพวกลิงและสัตว์กินเนื้อ) บางครั้งอาจจัดเป็นสาขาหนึ่งในสัตววิทยา นักพฤติกรรมวิทยาจะเน้นศึกษาที่วิวัฒนาการของพฤติกรรม และความเข้าใจในพฤติกรรม โดยตั้งอยู่บนทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติ