Bioloģija pēta dzīvo organismu izcelšanos, evolūciju, vielu un enerģijas maiņu, uzbūvi, funkcijas, vairošanos, augšanu, daudzveidību, izplatību, kā arī mijiedarbību ar vidi

Terminu "bioloģija" 1802. gadā ieviesa franču dabas pētnieks Žans Batists Lamarks (Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, Chevalier de la Marck). Visas bioloģijas apakšnozares vieno bioloģijas pamatprincipi. Kaut arī botānikas pētījumu objekts ir augi, zooloģijas – dzīvnieki, mikrobioloģijas – mikroorganismi, savukārt anatomija un morfoloģija pēta dzīvo organismu uzbūvi, bet fizioloģija – to funkcijas, tomēr visus dzīvos organismus vieno noteikti bioloģiski procesi: vielu un enerģijas maiņa, vairošanās, šūnu dalīšanās, ģenētiskā materiāla mantošana un citi.

Klasifikācijas pamattaksons ir suga, kas apvieno dabas valsts indivīdus ar vienādām īpašībām. Radniecīgas sugas apvieno ģintī, bet radniecīgas ģintis – dzimtā. Līdzīgas dzīvnieku dzimtas apvieno kārtās, bet līdzīgas augu dzimtas – rindās. Radniecīgas kārtas vai rindas apvieno klasēs, radniecīgas klases – tipos, bet radniecīgus tipus – valstīs. Dzīvās dabas iedalījumā augstākā taksonomiskā kategorija ir valsts, lai gan daži autori piedāvā arī impērijas. Mūsdienās dabas daudzveidību papildus valstīm un impērijām klasificē arī trīs domēnos – arhejos, baktērijās un eikariotos. Sākotnēji (1735) zviedru botāniķis, ārsts un zoologs Karls Linnejs (Carl von Linne) dzīvo dabu iedalīja divās valstīs – augos un dzīvniekos, bet mikroskopijas attīstība bija pamatā tam, ka vācu biologs Ernsts Hekels (Ernst Heinrich Philipp August Haeckel) 1866. gadā klasifikāciju papildināja ar vēl vienu valsti – protistiem, ar tiem saprotot vienšūnas organismus. Neilgi pēc atklājuma, ka pastāv vienšūnas organismi, 1938. gadā amerikāņu biologs Herberts Kouplends (Herbert Faulkner Copeland) no protistu valsts nodalīja baktērijas un cianobaktērijas, tās apvienojot ceturtajā valstī – monērās. 20. gs. beigās vadošais dzīvās dabas klasifikācijas standarts pasaulē bija amerikāņu ekologa Roberta Vitakera (Robert Harding Whittaker) 1969. gadā formulētais ierosinājums nošķirt no augu valsts sēnes, pamatojoties uz to atšķirībām barošanās pamatprincipos. Līdz ar to dzīvo dabu iedalīja piecās valstīs – monērās, protistos, sēnēs, augos un dzīvniekos. 1998. gadā britu biologs Tomass Kavaljē-Smits (Thomas Cavalier-Smith) publicēja sešu dabas valstu modeli, kura jaunākā versija izstrādāta 2007. gadā. Saskaņā ar viņa darbu“Revidētā sešu dabas valstu sistēma” (A revised six-kingdom system of life)dzīvo dabu iedala divās impērijās – prokariotos un eikariotos. Prokariotu pārstāvji dabas valstu līmenī ir baktērijas, savukārt eikariotu impēriju veido piecas dabas valstis – protozoji, hromisti, augi, sēnes un dzīvnieki. Zinātnieki joprojām diskutē par vīrusu iekļaušanu dzīvās dabas kompleksā, jo tā ir bezšūnu dzīvības forma, kas spēj vairoties visu organismu šūnās un kuriem ir dažāda izcelsme evolūcijā. 21. gs. sākumā diskusijas pastiprinājusi neparasti lielu un kompleksu vīrusu – milžu atklāšana protistu šūnās. 2003. gadā atklāja mimivīrusus: 400 nm diametrā, ar 1,2 Mb lielu divpavedienu dezoksiribonukleīnskābes (dpDNS) genomu, bet 2013. gadā – pandoravīrusus: 1µm diametrā, ar 2–2,5 Mb lielu dpDNS genomu, kurā  90 % no ~ 2500 gēnu nebija dabā zināmu analogu.

Bioloģiskās organizācijas līmeņi uz Zemes ir atomi, molekulas, šūnas, audi, orgāni un orgānu sistēmas, organismi, populācijas, biocenozes, ekosistēmas un biosfēra.

Bioloģijai ir liela teorētiskā un praktiskā nozīme. Tā ne vien skaidro dzīvības pastāvēšanas likumsakarības visos tās organizācijas līmeņos, bet arī palīdz izprast dzīvo organismu īpašības to izmantošanai cilvēces pastāvēšanā. Bioloģijas zināšanas palīdz izprast dzīvības būtību, tām ir praktiska nozīme tādās sfērās kā bioloģiskās daudzveidības saglabāšana, vides atveseļošana, kriminālistika, biomedicīna, biotehnoloģija, gēnu terapija, augu un dzīvnieku selekcija un reprodukcija. Viena no svarīgākajām bioloģijas pielietojuma sfērām ir dzīvo organismu praktiska izmantošana, piemēram, pārtikas ražošanā, dabīgo šķiedru ieguvē, koksnes rūpniecībā, medicīnā.

Bioloģija ir viena no dabaszinātņu nozarēm. Tā pēta dzīvību visās tās izpausmes formās. Bioloģija ir dzīvās dabas zinātne un to iedala apakšnozarēs pēc dažādiem kritērijiem – pēc dzīvības līmeņa, dzīves telpā, dzīves laikā, dzīvības formas, dzīvesveida. Atbilstoši piederībai dzīvības formām izšķir mikrobioloģiju (pēta mikroorganismus), protistoloģiju (pēta protistus – vienkāršus eikariotiskus organismus), mikoloģiju (pēta sēnes), algoloģiju jeb fikoloģiju (pēta aļģes), lihenoloģiju (pēta ķērpjus), botāniku un zooloģiju. Dzīvo organismu dzīvības līmenis, uzbūve un funkcijas ir pamatā bioloģijas iedalījumam molekulārajā bioloģijā (pēta informācijas pārnesi molekulārā līmenī un tās regulāciju šūnas un organisma līmenī), ģenētikā (pēta iedzimtības un mainības likumsakarības un to materiālo pamatu), citoloģijā (pēta šūnas uzbūvi), histoloģijā (pēta organismus veidojošos audus), anatomijā (pēta organismu iekšējo uzbūvi), morfoloģijā (pēta organismu ārējo uzbūvi), fizioloģijā (pēta organismu funkcijas un to regulācijas mehānismus), etoloģijā (pēta dzīvo organismu uzvedību), attīstības bioloģijā (pēta dzīvo organismu attīstību), neirobioloģijā (pēta dzīvo organismu nervu sistēmu), organismu bioloģijā (pēta organismu bioloģiskās īpašības), populāciju bioloģijā (pēta organismu populācijas), ekoloģijā (pēta organismu un vides mijiedarbību, kā arī attiecības starp organismiem). Pēc dzīvo organismu dzīves telpas un apstākļiem izšķir aerobioloģiju, pedobioloģiju, hidrobioloģiju, kriobioloģiju, telmatoloģiju. Pēc dzīves laikā izšķir paleobioloģiju, evolūcijas bioloģiju, hronobioloģiju. Pēc galvenās pētījumu veikšanas vietas bioloģiju iedala lauka bioloģijā un laboratorijas bioloģijā. Mūsdienās zinātnē arvien pieaugošā starpdisciplinaritātes tendence nosaka būtisku bioloģijas pētījumu pārklāšanos ar citām zinātņu nozarēm, veidojoties starpdisciplinārām apakšnozarēm, kā bioenerģētika, biofizika, biofotonika, bioģeogrāfija, bioinformātika, bioķīmija, biomatemātika, biomedicīna, biomehānika, biometrija, bionika, biotehnoloģija, radiobioloģija, sociobioloģija un citas.

Pirmo fundamentālo bioloģijas teoriju – šūnu teoriju – 1838. gadā noformulēja vācu biologi Matiass Šleidens (Matthias Jacob Schleiden) un Teodors Švanns (Theodor Ambrose Hubert Schwann). Saskaņā ar šo teoriju visi augi un dzīvnieki sastāv no šūnām, kas tos apvieno vienotā dzīvajā dabā. Teorijas attīstībā lielu ieguldījumu devis arī vācu mediķis, biologs, antropologs Rūdolfs Virhovs (Rudolf Ludwig Carl Virchow).

Viena no bioloģijas pamatkoncepcijām ir evolūcijas teorija (evolūcija dabiskās izlases ceļā), kas skaidro, kā uz Zemes mainās un attīstās dzīvība, un saskaņā ar kuru visām zināmajām dzīvības formām ir vienota izcelšanās. Evolūcijas teorija postulē, ka visi Zemes organismi cēlušies no kopīga priekšteča gēnu fonda, kas, visticamāk, uz Zemes radies pirms 3,5 miljardiem gadu. Terminu "evolūcija" 1809. gadā ieviesa Ž. B. Lamarks, tomēr kā teoriju to izvirzīja angļu dabas pētnieks Čārlzs Darvins (Charles Robert Darwin), formulēdams tās virzītājspēku – dabisko izlasi. Pirms viņa pie secinājumiem par dabiskās izlases lomu evolūcijā bija nonācis arī britu dabaszinātnieks Alfrēds Volless (Alfred Russel Wallace).    

Iedzimtības (gēnu) teorija. Iedzimtības pamatus eksperimentos ar zirņiem atklāja un 1865. gadā darbā  “Eksperimenti ar augu hibrīdiem” (Versuche über Pflanzen-Hybriden) publicēja austriešu biologs un botāniķis Gregors Mendels (Gregor Johann Mendel). Pazīmju iedzimšanas analīzei viņš izmantoja matemātiskas metodes. Mendela darbs līdz 1900. gadam nebija atzīts, līdz iedzimtības likumus atkārtoti atklāja nīderlandiešu botāniķis un ģenētiķis Hugo de Frīzs (Hugo Marie de Vries), vācu botāniķis un ģenētiķis Karls Korenss (Carl Erich Correns) un austriešu ģenētiķis Erihs Čermaks-Zeizenegs (Erich Tschermak-Seysenegg). Par vienu no vadošajiem Mendeļa ģenētikas aizstāvjiem kļuva angļu ģenētiķis Viljams Beitsons (William Bateson). Mendeļa atklātos iedzimtības pamatus turpināja studēt amerikāņu biologs Tomass Morgans (Thomas Hunt Morgan), pētot augļu mušas drozofilas mutācijas. T. Morgans atklāja, ka mehāniskais iedzimtības pamats ir gēni un tie ir lokalizēti noteiktās hromosomu vietās jeb lokusos.

Daudzšūnu organisma spēju nodrošināt nemainīgu un stabilu iekšējo vidi 1865. gadā definēja franču fiziologs Klods Bernārs (Claude Bernard), un šo spēju par homeostāzi 1926. gadā nosauca amerikāņu fiziologs Volters Kennons (Walter Bradford Cannon). Ja sākotnēji K. Bernārs ar homeostāzi saprata tikai atsevišķa organisma cīņu par izdzīvošanu, tad mūsdienās šo terminu attiecina uz jebkuru bioloģisku sistēmu, sākot no vienšūnas organisma līdz biosfērai.

Bioloģijas pētījumu pamatā ir dabas modeļu izveidošana, kuru funkcionalitāti var pārbaudīt eksperimentāli. To veido vairāki etapi: jautājums (problēmas vai neskaidrības apzināšana), novērojums un bioloģiskās parādības aprakstīšana, hipotēzes formulēšana, hipotēzes eksperimentāla pārbaudīšana, teorijas izstrādāšana, pamatojoties uz rezultātu atkārtotu pārbaudīšanu, atziņu publicēšana. Bioloģijas eksperimentam jābūt atkārtojamam.

Pastāv dažādas bioloģijas apakšnozaru specifiskas pētniecības metodes. Lauka biologi savos pētījumos izmanto galvenokārt novērojumus lauka ekspedīcijās, paraugu ievākšanu, sugu uzskaiti, nedestruktīvas datu iegūšanas metodes (piemēram, hlorofila daudzuma noteikšana augu lapās ar hlorofilmetru), iegūto datu analīzi un interpretāciju. Laboratorijas bioloģijā pētnieki izmanto šūnu un audu kultūras, mikroskopiju (gaismas, elektronu, lāzerskenējošo, atomspēka), DNS sekvencēšanu, elektroforēzi, rekombinanto DNS tehnoloģiju, polimerāzes ķēdes reakciju (polymerase chain reaction, PCR), gēnu inženieriju, gēnu terapiju un citas. Lauka pētnieki lauka apstākļos ievākto materiālu analizē arī ar laboratorijas metodēm.

Mūsdienās, pētniecībā pieaugot starpdisciplinaritātes īpatsvaram, bioloģijā arvien vairāk papildus izmanto citu dabas un dzīvības zinātņu nozaru – ķīmijas, fizikas, ģeogrāfijas, medicīnas – metodes.

Pirmie pētījumi bioloģijā aizsākās jau apmēram 12000. gadā p. m. ē. ar augu un dzīvnieku domestikāciju elementāru cilvēces eksistences vajadzību apmierināšanai. Pirmās liecības par bioloģijas pētījumiem: Asīrijā, Babilonijā – pirmie datētie bareljefi, kuros attēlota dateļpalmu apputeksnēšana (~ 2000–3000 gadus p. m. ē.); Senajā Ēģiptē – papiruss ar medicīniska rakstura tekstu (~ 1500 gadus p. m. ē.). Senajā Ķīnā – pieraksti par ārstniecības augiem un zīdtauriņu izmantošanu zīda ražošanā (~ 300 gadus p. m. ē.); aprakstītas pirmās augu pavairošanas metodes. Indijā – aprakstīti ap 960 augi un to izmantošana ārstniecībā (~600 gadus p. m. ē.); drupās atrasti attīstītas lauksaimniecības pierādījumi – prosas, dateļu, meloņu, kokvilnas sēklas. Grieķu un romiešu civilizācijā – dabas filozofijas skolu dibināšana (~500 gadus p. m. ē.). Sengrieķu zinātnieks un filozofs Aristotelis (Ἀριστοτέλης) interesējies par visām zināšanu jomām, ieskaitot bioloģiju; veicis pirmos mēģinājumus sistematizēt dzīvniekus; veidojis priekšstatus par iedzimtību, vairošanos, izšķirot dzimumvairošanos un bezdzimumvairošanos; salīdzinošās anatomijas pamatlicējs. Sengrieķu zinātnieks un filozofs Teofrasts (Θεόφραστος) – botānikas pamatlicējs; darbā “Par augu vēsturi un izcelšanos” (De historia et causis Plantarum) aprakstījis ap 500 augu sugas, to praktisko izmantošanu; aprakstījis dateļpalmu mākslīgo apputeksnēšanu, ziedaugu sēklu dīgšanu. Sengrieķu ārsts Galēns (Γαληνός), veicot dzīvnieku anatomiskos, asinsrites un nervu sistēmas pētījumus, licis pamatus medicīnas eksperimentam.

Viduslaikos Eiropā intensīvi attīstās botānika, tiek pētīti augi ārstniecības nolūkiem, galvenokārt klosteros. Zooloģija, visticamāk, attīstījusies no veterinārmedicīnas un medībām. Renesanse 15.–16. gs. mijā aizsākās ar izcilā itāļu anatoma, botāniķa, gleznotāja, inženiera un izgudrotāja Leonardo da Vinči (Leonardo da Vinci) anatomijas pētījumiem, tomēr par cilvēka anatomijas pamatlicēju uzskata flāmu anatomu Andreasu Vezāliju (Andreas Vesalius). Vācu teologs un botāniķis Oto Braunfelss (Otto Brunfels) 16. gs. 30. gados un itāļu kapucīnu mūks Gregorio Redžio (Gregorio Reggio) 17. gs. sākumā liek pamatus herbārija metodei botānikā. Tiek izdotas ilustrētas grāmatas ar savvaļas augiem, piemēram, O. Brunfelsa darbs "Dzīvu augu attēli" (Herbarum vivae eicones, izdots 1532–1536); veikti pirmie mēģinājumi zinātniski klasificēt augus. Universitātēs veido botāniskos dārzus – Padujas Botānisko dārzu (Orto Botanico di Padova) Itālijā, dibināts 1545. gadā; Oksfordas Universitātes Botānisko dārzu (University of Oxford Botanic Garden) Anglijā, dibināts 1621. gadā. Zooloģijas iedīgļi parādās mākslā morfoloģiski precīzos dzīvnieku zīmējumos (vācu gleznotājs Albrehts Dīrers, Albrecht Dürer).

17. gs. veidojās pirmās zinātniskās biedrības un akadēmijas – Londonas Karaliskā biedrība (Royal Society of London, 1662); Francijas Zinātņu akadēmija (Académie des sciences, France, 1666) – un līdz ar tām arī pirmie zinātniskie žurnāli: Journal des Savants (1665) Francijā, Philosophical Transactions (1665) Anglijā. Līdz ar lielā asinsrites loka – slēgtas asinsrites sistēmas – atklāšanu fizioloģijas un embrioloģijas pamatus lika angļu mediķis Viljams Hārvijs (William Harvey). Mikroskopa konstruēšana veicināja mikroskopijas attīstību. Angļu fiziķis Roberts Hūks (Robert Hooke) 1660. gadā atklāja šūnu un piecus gadus vēlāk izdeva grāmatu “Mikrogrāfija” (Micrographia, 1665). Nīderlandiešu dabas zinātnieks Antonijs van Lēvenhuks (Anthonie van Leeuwenhoek) ap 1674. gadu atklāja ‘animalkulas’, ko mūsdienās pazīst kā baktērijas un protozojus, un 1677. gadā aprakstīja spermatozoīdus. 17. gs. nīderlandiešu dabas pētnieks Jans Svammerdams (Jan Swammerdam) mikroskopijā ieviesa inovācijas, piemēram, asinsvadus pirms audu griezumu pagatavošanas piepildot ar vasku un griezumus gatavojot, iemērktus ūdenī. J. Svammerdamu uzskata par modernās mikrotomēšanas pamatlicēju. Itāļu biologs un ārsts Marčello Malpīgi (Marcello Malpighi) lika pamatus histoloģijai, pētot augu un dzīvnieku uzbūves līdzību; viņš kopā ar angļu botāniķi un ārstu Nēmiju Grū (Nehemiah Grew) tiek uzskatīts par modernās augu anatomijas pamatlicēju. Neatkarīgi viens no otra M. Malpīgi ("Augu anatomija" (Anatome Plantarum, 1675, 1679)) un N. Grū ("Augu anatomijas pamati" (The Anatomy of Vegetables Begun, 1672) un "Augu anatomija" (The Anatomy of Plants, 1682)) sarakstīja pirmās augu anatomijas mācību grāmatas. 1693. gadā angļu dabaszinātnieks Džons Rejs (John Ray) ieviesa sugas definīciju. 1694. gadā franču botāniķis Žozefs Turnefors (Joseph Pitton de Tournefort) augu sistemātikā ieviesa ģints jēdzienu.

18. gs. 30. gados K. Linnejs, pamatojoties uz dzīvo organismu ārējām pazīmēm, izstrādāja augu un dzīvnieku sistemātikas pamatus, ieviešot tajos binārās nomenklatūras pamatprincipus. K. Linneja izstrādātā sistēma tiek izmantota arī mūsdienās. Angļu dabas filozofs un ķīmiķis Džozefs Prīstlijs (Joseph Priestley) eksperimentos ar augiem 1744. gadā atklāja, ka tie izdala gāzi, kas veicina degšanu un ir nepieciešama dzīvnieku elpošanai. Šo gāzi franču ķīmiķis Antuāns Lavuazjē (Antoine Lavoisier) 1777. gadā nosauca par skābekli. Saules gaismas nozīmi zaļo augu lapu spējā izdalīt skābekli, uzņemot no gaisa ogļskābo gāzi, 1779. gadā atklāja holandiešu ārsts Jans Ingenhauzs (Jan Ingenhousz). 18. un 19. gs. īpaši svarīga nozīme bioloģijas attīstībā bija ekspedīcijām, no kurām nozīmīgākās ir britu dabas pētnieka Džozefa Benksa (Sir Joseph Banks) ekspedīcijas uz Ņūfaundlendu un Labradoru (1766), Klusā okeāna dienvidu salām, Jaunzēlandi, Jaungvineju un Austrāliju (1768); skotu botāniķa Roberta Brauna (Robert Brown) ekspedīcija uz Austrāliju un Jaunzēlandi (1801); kā arī angļu dabas pētnieka Č. Darvina ekspedīcija uz Dienvidameriku un apkārt pasaulei (1831–1836).

19. gs. izveidojas salīdzinošā bioloģija. 1812. gadā publicētā franču zoologa Žana Kivjē (Jean Leopold Nicolas Frederic Cuvier) grāmata "Fosilo kaulu pētījumi" (Recherches sur les ossemens fossiles de quadrupèdes) liek pamatus paleontoloģijai. 1838. gadā vācu botāniķis M. Šleidens un vācu zoologs un fiziologs T. Švanns, apvienojot savu pētījumu rezultātus, formulēja šūnu teoriju, saskaņā, ar kuru visi augi un dzīvnieki sastāv no šūnām, kas tos apvieno vienotā dzīvajā dabā. Šūnu teorija joprojām ir viena no bioloģijas pamatkoncepcijām. 1840. gadā vācu zinātnieks Justs fon Lībigs (Justus von Liebig) formulēja augu minerālās barošanās teoriju. 1858. gadā A. Volless izstrādāja evolūcijas teorijas pamatprincipus, tomēr Č. Darvins pirmais, pamatojoties uz savu ekspedīciju novērojumiem un analīzi, publicēja darbu par evolūcijas pamatiem “Par sugu izcelšanos” (On the Origin of Species, 1859) un līdz ar to tiek uzskatīts par evolūcijas teorijas autoru. Lielu ieguldījumu izpratnes par evolūciju veidošanā devis franču zoologs Ž. B. Lamarks. Viņš arī ieviesis terminu "bezmugurkaulnieki". 1860. gadā franču ķīmiķis un mikrobiologs Luijs Pastērs (Louis Pasteur) lika pamatus mikrobioloģijai, atklājot mikroorganismu lomu rūgšanas procesā, kā arī cilvēka un dzīvnieku infekcijas slimību izraisīšanā. Viņa vārdā nosaukts pasterizācijas process. 1865. gadā austriešu botāniķis, skolotājs un prelāts G. Mendelis atklāja iedzimtības ģenētiskos pamatus, un viņš tiek uzskatīts par ģenētikas pamatlicēju. 1869. gadā vācu dabaszinātnieks un biologs E. Hekels ieviesa terminu "ekoloģija". 1892. gadā krievu zinātnieks Dmitrijs Ivanovskis (Дмитрий Иoсифович Иванoвский) atklāja tabakas mozaīkas vīrusu, aizsākdams virusoloģijas pētījumus.

20. gs. amerikāņu evolūcijas biologs, ģenētiķis un embriologs T. Morgans izstrādāja iedzimtības hromosomālo teoriju, par ko 1933. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā. Krievu botāniķis Nikolajs Vavilovs (Николaй Ивaнович Вавuлов) 1926. gadā formulēja kultūraugu izcelšanās centru teoriju. Vēlāk turpinājās metabolisma bioķīmisko ciklu un ceļu atklāšana – zinātnieki atklāja ornitīna jeb karbamīda ciklu (1932), Krebsa jeb citronskābes ciklu (1937), glioksilāta ciklu (1953), Kalvina-Bensona-Basshama ciklu (1961), Heča-Sleka ceļu (1966). 1953. gadā amerikāņu molekulārbiologs Džeimss Votsons (James Dewey Watson) un britu molekulārbiologi Frānsiss Kriks (Francis Harry Compton Crick) un Moriss Vilkinss (Maurice Hugh Frederick Wilkins) atklāja DNS struktūru (1962. gadā Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā); lielu ieguldījumu šajā atklājumā devusi arī britu biofiziķe Rozalinda Frenklina (Rosalind Elsie Franklin). 1953. gadā amerikāņu biologi un ekosistēmu ekologi Jūdžins Odums (Eugene Pleasants Odum) un Hovards Odums (Howard Thomas Odum) sarakstīja mācību grāmatu “Ekoloģijas pamati” (Fundamentals of Ecology), līdz ar to ekoloģija kļuva par universitāšu pamatkursu. 1965. gadā amerikāņu anatoms Leonards Heifliks (Leonard Hayflick) pierādīja, ka normālas šūnas dalās tikai noteiktu skaitu reižu (Heiflika efekts). 1967. gadā dienvidāfrikāņu ķirurgs Kristians Barnārs (Christian Neethling Barnard) pirmoreiz veica sirds pārstādīšanu cilvēkam. 1972. gadā amerikāņu bioķīmiķis Hars Korana (Har Gobind Khorana) ar līdzstrādniekiem sintezēja pirmo mākslīgo gēnu. 1972. gadā Amerikas Savienoto Valstu (ASV) zinātnieki ieguva pirmos somatiskos augu hibrīdus. 1983. gadā Kerijs Malliss (Kary Banks Mullis) kā molekulārās bioloģijas standartmetodi uzlaboja un ieviesa pētniecībā polimerāzes ķēdes reakciju. 1990. gadā uzsākts Cilvēka genoma projekts (Human Genome Project), lai sekvencētu un kartētu cilvēku sugas Homo sapiens gēnu kopumu – genomu. 1996. gadā britu embriologs Īans Vilmuts (Sir Ian Willmut) un dzīvnieku fiziologs Kīts Kempbels (Keith H.S. Campbell) no pieaugušas somatiskās šūnas pirmoreiz pasaulē klonēja zīdītāju – aitu Dolliju, kas nodzīvoja 6,5 gadus.

21. gs. sākumā (2003) pabeigts Cilvēka genoma projekts, kurā konstatēts, ka cilvēkiem ir 20–25 000 gēnu (agrāk minēto 100 000 vietā).  Cilvēka genoma projekta pētījumi palīdzējuši sašaurināt par specifiskām slimībām atbildīgu gēnu loku, kā arī izolēt kandidātgēnus. Projekta pētījumi zinātniekiem ļāvuši atklāt mutāciju, kas izraisa dzīvībai bīstamu ādas vēža formu, kā arī atklājuši gēnus, kas saistīti ar diabēta, leikēmijas un bērnu ekzēmas attīstību. 2006. gadā japāņu zinātnieks Šinia Jamanaka (山中 伸弥) radīja pirmās inducētās pluripotentās cilmes šūnas. 2006. gadā sākts Maksa Planka Evolucionārās Antropoloģijas institūta (Max-Planck-Institut für Evolutionäre Anthropologie) koordinētais Neandertāliešu genoma projekts (Neanderthal genome project), kura mērķis noteikt modernā cilvēka tuvākā radinieka – neandertālieša – genoma sekvenci. Šajā projektā noskaidrots, ka neandertāliešu genoma sekvence ir aptuveni 99,7% identiska modernajam cilvēkam (salīdzinājumam – cilvēka un šimpanzes genomi ir 96–98% identiski, bet cilvēki savā starpā ir aptuveni 99,9% identiski). Konstatēts, ka neandertālieši atstājuši pēdas moderno cilvēku genomā: 1–4 % no ārpus Āfrikas dzīvojošo cilvēku genomu veido neandertāliešu gēni. Tas tiek skaidrots ar to, ka modernie cilvēki izceļoja no Āfrikas un daļēji sajaucās ar neandertāliešiem, kas dzīvoja Eiropā, kā arī Centrālajā un Rietumāzijā, bet ne Āfrikā.

Džona Kreiga Ventera institūtā (John Craig Venter Institute, ASV) 2010. gadā radīta pašreplicējošā sintētiskā baktērijas šūna. Līdz ar to pierādīts, ka genomus var plānot ar datora palīdzību, ķīmiski sintezēt laboratorijā un transplantēt šūnā, lai izveidotu jaunu pašreplicējošu šūnu, ko kontrolē sintezētais mākslīgais genoms. Djūka Universitātē (Duke University, ASV) 2013. gadā sekmīgi implantēts ar bioinženierijas palīdzību laboratorijā izaudzēts asinsvads. 2014. gadā Dž. Kreiga Ventera institūtā sintezēta rauga hromosoma. 2014. gadā Skripsa Pētniecības institūtā (Scripps Research Institute, ASV) dzīvās baktēriju šūnās replicēti sintētiskie DNS bāzu pāri. 2015. gadā Djūka Universitātē pētnieku grupa Nenada Bursaka (Nenad Bursac) vadībā laboratorijā izaudzēja kontrahēties spējīgas cilvēka skeleta muskuļu šķiedras.

Mūsdienās turpina attīstīties modernās tehnoloģijas, saplūstot zinātnes nozarēm un risinot dažādas cilvēcei svarīgas problēmas. Tomēr vienlaikus, līdz ar zinātnes un tehnoloģiju progresu, rodas ētiska rakstura problēmas. Nepārdomāta fosilo resursu izmantošana enerģijas iegūšanai, auglīgo zemes platību pārslogošana pārtikas problēmu risināšanai, kaitīgo izmešu ietekme uz vides izmaiņām un to pavadošā savvaļas sugu izmiršana ir procesi, kam ir būtiska ietekme uz planētas stāvokli ilgtermiņā. Zinātnieki lēš, ka uz Zemes eksistē 8,7±1,3 milj. eikariotu sugu, un katru gadu tiek atklāti vairāki tūkstoši jaunu sugu. Tomēr bažas raisa fakts, ka pēc Pasaules Dabas fonda (World Wildlife Fund, WWF) 2014. gada pētījuma (Living Planet Report 2014) datiem kopš 1970. gada savvaļas mugurkaulnieku populācijas kopējais īpatņu skaits uz Zemes ir samazinājies par ~ 52%, kas skaidrojams ar būtiskām cilvēka darbības izraisītām vides apstākļu izmaiņām. 20. un 21. gs. biologu loma sabiedrībā, kā arī viņu morālā un ētiskā atbildība par atklājumiem un jaunu ideju attīstīšanu novedusi pie atsevišķu sociālo un zinātnisko vērtību sistēmas pārvērtēšanas. Zinātnieki nevar atļauties ignorēt savu atklājumu sekas, jo tās var tikt izmantotas ļaunprātīgi. Biologiem jāizvērtē savi pienākumi un tiesības, īpaši spriežot par ētikas problēmām, kas saistītas ar cilvēka kontroli pār vidi vai gēnu manipulācijām, kas var ietekmēt evolūcijas attīstību. Īpašas sekas radījusi gēnu inženierijas attīstība. Ģenētisku trūkumu un slimību gadījumā gēnu inženierija devusi iespēju koriģēt cilvēka gēnu defektus, lai atjaunotu vai normalizētu fizioloģiskās funkcijas, tādējādi uzlabojot pacientu dzīves kvalitāti. Gēnu terapija, ar kuras palīdzību normālu gēnu ievada indivīda genomā, lai izlabotu slimību izraisošu gēnu mutāciju, ir viens no paņēmieniem, ar ko šo mērķi sasniegt. Tomēr pastāv plašas gēnu inženierijas ļaunprātīgas, kaut arī neapzinātas izmantošanas iespējas. Pastāv bažas, piemēram, par ģenētiski modificēto organismu, īpaši modificēto pārtikas augu, ietekmi uz cilvēka veselību un vidi, jo šī ietekme ilgtermiņā pagaidām nav zināma. Tāpat ģenētiski modificētie organismi, kam laboratorijās mākslīgi radīta rezistence pret noteiktiem apstākļiem (pesticīdiem, slimībām, kaitēkļiem) vai kam izveidotas savvaļas sugām neraksturīgas īpašības (augšana, agresivitāte), izkļūstot savvaļā, var apdraudēt savvaļas sugu populācijas. Bažas raisa arī klonēšanas tehnoloģiju parādīšanās, ieskaitot somatisko šūnu kodolu pārnešanu. Cilvēka klonēšanas deklarācija, ko 2005. gadā pieņēma ANO, aicina dalībvalstis aizliegt cilvēku klonēšanu, tomēr tā atstāj terapeitiskās klonēšanas iespēju. 2015. gadā uz moratoriju biotehnoloģiju izmantošanā cilvēkam aicina arī pētnieki, kas izstrādāja gēnu rediģēšanas tehnoloģijas, kas ļauj zinātniekiem mākslīgi veidot organisma ģenētisko sastāvu, DNS sekvencē mainot vietām specifiskas bāzes. Gēnu rediģēšanas ietekme uz cilvēka ģenētiku pagaidām nav zināma; nav izstrādāti arī noteikumi tās izmantošanai. Diskusijas par gēnu rediģēšanu ir atjaunojušas debates par gēnu inženierijas ētisko un sociālo ietekmi pasaulē, īpaši par tās iespēju mainīt tādas cilvēka īpašības kā izskatu un inteliģenci.

Izaicinājumi bioloģijā saistāmi arī ar vides piesārņojuma ierobežošanu, neietekmējot cilvēka dzīves kvalitāti. Vides piesārņojuma problēmu pastiprina cilvēku populācijas straujais pieaugums, kas palielina planētas noslogojumu, īpaši pārtikas ražošanas platībās, un veicina strauju modernās industrijas attīstību, kuras atkritumi piesārņo gaisu, ūdeni un augsni. Lai atrisinātu globālās vides problēmas un noskaidrotu veselīgas un ilgtspējīgas planētas saglabāšanai nepieciešamās prasības, biologiem jāsadarbojas ar citu zinātņu nozaru speciālistiem un sabiedrību. Kaut arī daudzām cilvēces problēmām mūsdienās ir sociāls, politisks un ekonomisks raksturs, tomēr bioloģijas kā zinātnes daudzveidība ir tā, kas nākotnē būtiski ietekmēs dzīvības pastāvēšanu uz Zemes.

Nozīmīgākie projekti: Cilvēka genoma projekts (Human Genome Project); Svalbāras Globālā sēklu banka (Svalbard Global Seed Vault); Okeānu dzīvības uzskaite (Census of Marine Life); Stādīto mežu projekts (Planted Forests Project).

Vadošās pētniecības iestādes: Prinstonas Universitāte (Princeton University) ASV; Hārvarda Universitāte (Harvard University) ASV; Kalifornijas Tehnoloģiju institūts (California Institute of Technology) ASV; Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts (Massachusetts Institute of Technology) ASV; Biotehnoloģijas un bioloģijas zinātņu pētniecības padome (Biotechnology and Biological Sciences Research Council, BBSRC) Lielbritānijā; Maksa Planka biedrība (Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, MPG) Vācijā; Austrumanglijas Universitāte (University of East Anglia) Lielbritānijā; Vaithedas Biomedicīnas pētījumu institūta Genoma izpētes centrs (Center for Genome Research, Whitehead Institute for Biomedical Research) ASV; Šveices Federālais mežu, sniega un ainavas pētniecības institūts (Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL) Šveicē.

Science (kopš 1880. gada; American Association for the Advancement of Science, AAAS), Nature (kopš 1869. gada; Nature Publishing Group), Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (kopš 1915. gada; United States National Academy of Sciences), American Journal of Botany (kopš 1914. gada; Botanical Society of America), Journal of Zoology (kopš 1830. gada; Wiley-Blackwell), American Journal of Physical Anthropology (kopš 1918. gada; John Wiley & Sons), Journal of Human Evolution (kopš 1972. gada; Elsevier), American Journal of Human Biology (kopš 1989. gada; John Wiley & Sons), Journal of Paleontology (kopš 1927. gada; Paleontological Society), Applied and Environmental Microbiology (kopš 1953. gada; American Society for Microbiology), Cell (kopš 1974. gada; Cell Press), Annual Review of Biochemistry (kopš 1932. gada; Annual Reviews), Plant Cell (kopš 1989. gada; American Society of Plant Biologists), Trends in Ecology and Evolution (kopš 1986. gada; Elsevier). Svarīgākās zinātniskās izdevniecības, kas izdod bioloģijas rakstus: Elsevier, Springer, Wiley-Blackwell, Taylor & Francis, Sage, Nature Publishing Group, American Association for the Advancement of Sciences.

Ievērojamākie pētnieki: Aristotelis, K. Linnejs, Ž.B. Lamarks, A. Lēvenhuks, R. Hūks, G. Mendelis, Č. Darvins, M. Šleidens, T. Švanns, L. Pastērs, Aleksandrs fon Humbolts (Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander Freiherr von Humboldt) – bioģeogrāfijas pamatlicējs; R. Frenklina, Dž. Votsons un F. Kriks, K. Kempbels un A. Vilmuts. Ietekmīgākie mūsdienu pasaules biologi: Deivids Baltimors (David Baltimor) – virusoloģija, HIV un vēža izpēte; Džons Bonners (John Tyler Bonner) – evolūcijas bioloģija; Deniss Brejs (Dennis Bray) – molekulārā bioloģija; Sidnijs Brenners (Sydney Brenner) – ģenētika; Džeralds Edelmans (Gerald M. Edelman) – imunoloģija, neirozinātne; Entonijs Fauči (Anthony Fauci) – imunoloģija, HIV izpēte; Endrū Faiers (Andrew Fire) – ģenētika; Žans Frešē (Jean Frechet) – biotehnoloģija; Džeina Gūdolla (Jane Goodall) – primatoloģija; Lerojs Hūds (Leroy Hood) – sistēmbioloģija; Ronalds Evanss (Ronald M. Evans) – molekulārā bioloģija; Š Jamanaka – cilmes šūnu izpēte; Ēriks Kandels (Eric Kandel) – neirozinātne; Endrjū Nolls (Andrew Knoll) – paleontoloģija; Saimons Moriss (Simon Convey Morris) – evolucionārā paleobioloģija; Kreigs Mello (Craig Mello) – molekulārā medicīna; Liks Montanjē (Luc Montagnier) – imunoloģija, HIV izpēte; Kristiāne Nīsleina-Folharda (Christiane Nüsslein-Volhard) – attīstības bioloģija; Pjērs Šambons (Pierre Chambon) – ģenētika un šūnas bioloģija; Džeks Šostaks (Jack Szostak) – ģenētika; Kreigs Venters (Craig Venter) – cilvēka ģenētika; Edvards Vilsons (Edward Wilson) – mirmekoloģija.