[생물학] 현대 생물학의 기초(2) / 연구 및 조사 (1)

생물학의 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. 
발생은 초기발생, 후기 발생, 출생과 생장으로 나뉜다.
초기발생은 수정된 수정란은 난할 과정을 통해 포배기와 낭배기의 배아가 된다. 낭배기에 이르면 외배엽과 내배엽이 구분되어 세포 분화가 결정된다.
후기 발생은 외배엽이나 내배엽에서 중배엽이 분화된 후에 배아는 신경관, 소화 강, 체절과 같이 특별한 기능을 갖는 기관을 형성하기 시작한다.
출생과 생장은 기관과 형태의 형성이 완료되면 부화하거나 출산하여 새로운 개체가 된다. 어린 개체는 생장 과정을 통해 성체가 되며, 곤충과 같은 생물은 생장 과정에서 유충과 성충의 모습이 다른 변태를 하기도 한다.

분자생물학, 세포생물학, 해부학, 유전학 및 발생생물학의 구조적 연구에 대해서 알아보자.

세포생물학은 세포 수준에서 세포의 내부 행동, 다른 세포와의 상호 작용, 환경과의 상호작용과 같은 세포의 구조적, 생리학적 특성에 대해 연구하는 학문이다. 세포의 구조와 기능을 이해하는 것은 모든 생물학 분야의 기본이다. 세포생물학은 세균과 같은 단세포 생물뿐만 아니라 사람과 같은 특화된 세포에 대해 현미경 및 분자 수준에서 연구가 이루어진다. 세포 유형 간의 유사점과 차이점은 특히 분자생물학과 관련이 있다.

해부학은 구조에 대해 보다 거시적인 형태인 기관 및 기관계에 대해 연구하는 학문이다. 

분자생물학은 분자 수준에서 생물학을 연구하는 학문이다. 분자생물학은 DNA, RNA, 단백질 합성의 상호 관계와 그러한 상호 작용이 어떻게 조절되는지를 포함하여 세포 내 다양한 시스템의 상호 작용에 대해 연구하는 학문이다. 분자생물학은 생물학의 다른 분야, 특히 유전학 및 생화학과 연구 분야가 중복된다.

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. 생명체 내에서 유전 정보는 물리적으로 염색체 내에 존재하며, 특히 DNA상의 특정 부위에 유전 정보가 저장되어 있다. 유전학은 특정 유전자의 기능을 조사하거나 유전자 상호작용을 분석하는 데 사용되는 연구 도구를 제공한다. 

발생생물학은 생명체가 발생하고 생장하는 과정에 대해 연구하는 학문이다. 발생학으로부터 유래된 발생생물학은 세포 생장, 세포 분화 및 세포의 형태형성에 대한 유전적인 조절에 대해 연구하는데, 세포는 점차적으로 조직, 기관으로 발달해 나간다. 발생생물학에서 주로 사용되는 모델 생물로는 선형동물인 예쁜꼬마선충, 초파리과에 속하는 노랑초파리, 잉어과에 속하는 제브라피시, 쥐과에 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 대한 연구는 신경학 및 면역학과 같은 의학적으로 지향하는 분야로 연결된다. 생리학에 대한 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 넓힌다. 식물생리학 연구에서도 동물생리학의 방법을 적용할 수 있다.

진화에 대한 연구는 종의 기원과 멸종, 시간에 따른 생물 종의 변화에 관한 것이다. 진화는 예를 들어 포유류학, 조류학, 식물학, 양서파충류 학과 같은 특정 생명체에 대한 특별한 훈련을 받은 많은 분류학을 지향하는 분야의 과학자들이 연구에 참여하고 있고, 진화에 관한 보다 일반적인 해답을 찾기 위해 연구 중이다. 

진화생물학은 부분적으로 진화의 형태와 속도에 관한 질문에 답하기 위해 화석 기록을 사용하는 고생물학을 기반으로  집단유전학과 같은 분야의 발전에도 기반을 두고 있다. 계통학, 계통분류학, 분류학은 종종 진화생물학의 일부로 간주하는 관련 분야이다. 1980년대에 발생생물학은 진화 발생생물학에 대한 연구를 통해 현대종합설로부터 초기에 배제된 후에 진화생물학으로 다시 들어오게 되었다.

계통분류학은 이러한 생물 종들 간의 관계 및 종들 간의 유사점과 차이점에 대해 연구하는 학문이다. 여러 종 분화 사건들은 생물 종들 간의 유연관계를 체계적으로 나타낸 계통수로 표현할 수 있다. 계통분류학은 진화론적 사고가 주류가 되기 전부터 활발하게 연구되어온 분야였다.  
전통적으로 생물들은 원핵생물계, 원생생물계, 균계, 식물계, 동물계의 5계 분류 체계로 분류되어 왔다. 그러나 많은 과학자는 이제 5계 분류 체계를 낡은 분류 방식으로 간주한다. 현재는 세균 역(진정 세균 계), 고균역(고세균계), 진핵생물역(원생생물계, 식물계, 균계, 동물계)의 3역 6계 분류 체계로 생물들을 분류한다. 이러한 역들은 리보솜과 같은 핵심적인 생체분자의 화학적 조성에서의 차이뿐만 아니라 세포핵의 존재 여부를 반영한다. 또한 생물 분류군들을 좀 더 세분화하여 역, 계, 문, 강, 목, 과, 속, 종으로 분류한다. 예를 들어, 사람은 진핵생물 역, 동물계, 척삭동물문, 포유강, 영장목, 사람과, 사람 속(Homo), 사람 종(sapiens)로 분류한다.
이러한 범주 외에도 대사 활동과 관련하여 "생명의 가장자리에 있는" 세포 내에서 기생생활을 하는 존재들이 있는데, 이러한 존재들은 많은 과학자가 생명체를 정의하는 기본적인 기능이나 특성 중 적어도 하나 이상이 부족하기 때문에 일반적으로 살아있는 생명체로 분류하지 않는다. 생명 현상의 특성 중 일부만 나타내는 존재들은 바이러스, 바이로이드, 프라이온, 위성 바이러스로 분류된다.