第1章生命の探究
1.1 The Science of Biology1.1 生物学という科学
Learning Objectives学習目標
By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を学び終えると、次のことができるようになる。
- Identify the shared characteristics of the natural sciences自然科学に共通する特徴を挙げる。
- Summarize the steps of the scientific method科学的方法の手順を要約する。
- Compare inductive reasoning with deductive reasoning帰納的推論と演繹的推論を比較する。
- Describe the goals of basic science and applied science基礎科学と応用科学の目標を説明する。

OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit a: modification of work by NASA; credit b: modification of work by Ruth Ellison; scale-bar data from Matt Russell) · CC BY 4.0 · Source出典
Figure 1.2図 1.2
Formerly called blue-green algae, these (a) cyanobacteria, magnified 300x under a light microscope, are some of Earth’s oldest life forms. These (b) stromatolites along the shores of Lake Thetis in Western Australia are ancient structures formed by layering cyanobacteria in shallow waters. (credit a: modification of work by NASA; credit b: modification of work by Ruth Ellison; scale-bar data from Matt Russell)
英語のヒント
かつて藍藻と呼ばれていた(a)のシアノバクテリアは、地球上で最も古い生命の形態の一つである。光学顕微鏡で300倍に拡大している。西オーストラリア州のセティス湖の岸辺にある(b)のストロマトライトは、浅い水中でシアノバクテリアが層を重ねることによって形成された古代の構造物である。(出典a:NASAの作品を改変、出典b:Ruth Ellisonの作品を改変。スケールバーのデータ:Matt Russell)
What is biology? In simple terms, biology is the study of life. This is a very broad definition because the scope of biology is vast. Biologists may study anything from the microscopic or submicroscopic view of a cell to ecosystems and the whole living planet (Figure 1.2). Listening to the daily news, you will quickly realize how many aspects of biology we discuss every day. For example, recent news topics include Escherichia coli (Figure 1.3) outbreaks in spinach and Salmonella contamination in peanut butter. Other subjects include efforts toward finding a cure for AIDS, Alzheimer’s disease, and cancer. On a global scale, many researchers are committed to finding ways to protect the planet, solve environmental issues, and reduce the effects of climate change. All of these diverse endeavors are related to different facets of the discipline of biology.
英語のヒント
生物学とは何だろうか。簡単にいえば、生物学は生命を研究する学問である。生物学の範囲は非常に広いため、これはきわめて広い定義である。生物学者の研究対象は、細胞を顕微鏡的あるいはそれより小さな尺度で見ることから、生態系や生命の存在する地球全体にまで及ぶ(図1.2)。毎日のニュースを聞いていれば、私たちが日々、生物学のいかに多くの側面を話題にしているかにすぐ気づくだろう。例えば、近年のニュースでは、ホウレンソウに由来する大腸菌(図1.3)の集団感染や、ピーナッツバターのサルモネラ汚染が取り上げられている。エイズ、アルツハイマー病、がんの治療法を見つけようとする取り組みも話題となる。地球規模では、多くの研究者が、地球を守り、環境問題を解決し、気候変動の影響を減らす方法の発見に力を注いでいる。こうした多様な取り組みはすべて、生物学という学問のさまざまな側面に関係している。

OpenStax, Rice University; Biology 2e. (credit: Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU) · CC BY 4.0 · Source出典
Figure 1.3図 1.3
Escherichia coli (E. coli) bacteria, in this scanning electron micrograph, are normal residents of our digestive tracts that aid in absorbing vitamin K and other nutrients. However, virulent strains are sometimes responsible for disease outbreaks. (credit: Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU)
英語のヒント
この走査電子顕微鏡写真に写っている大腸菌(E. coli)は、通常、私たちの消化管にすんでおり、ビタミンKなどの栄養素の吸収を助けている。しかし、病原性の強い菌株が集団感染の原因になることもある。(出典:Eric Erbe、デジタル着色:Christopher Pooley。ともにUSDA、ARS、EMU)
The Process of Science科学の進め方
Biology is a science, but what exactly is science? What does the study of biology share with other scientific disciplines? We can define science (from the Latin scientia, meaning “knowledge”) as knowledge that covers general truths or the operation of general laws, especially when acquired and tested by the scientific method. It becomes clear from this definition that applying scientific method plays a major role in science. The scientific method is a method of research with defined steps that include experiments and careful observation.
英語のヒント
生物学は科学である。では、科学とはいったい何だろうか。生物学の研究は、ほかの科学分野と何を共有しているのだろうか。科学(science。ラテン語で「知識」を意味するscientiaに由来する)は、一般的な真理や一般法則の働きを扱う知識、とりわけ科学的方法によって得られ、検証された知識と定義できる。この定義から、科学的方法を適用することが科学において大きな役割を果たすと分かる。科学的方法とは、実験や注意深い観察を含む、明確な手順に従う研究方法である。
We will examine scientific method steps in detail later, but one of the most important aspects of this method is the testing of hypotheses by means of repeatable experiments. A hypothesis is a suggested explanation for an event, which one can test. Although using the scientific method is inherent to science, it is inadequate in determining what science is. This is because it is relatively easy to apply the scientific method to disciplines such as physics and chemistry, but when it comes to disciplines like archaeology, psychology, and geology, the scientific method becomes less applicable as repeating experiments becomes more difficult.
英語のヒント
科学的方法の手順は後ほど詳しく調べるが、この方法の最も重要な側面の一つは、繰り返せる実験によって仮説を検証することである。仮説とは、ある出来事について提案された、検証可能な説明をいう。科学的方法の使用は科学に本来備わるものだが、それだけでは何が科学であるかを判断するには不十分である。物理学や化学のような分野には科学的方法を比較的容易に適用できるが、考古学、心理学、地質学のような分野になると、実験を繰り返すことが難しくなり、科学的方法を適用しにくくなるからである。
These areas of study are still sciences, however. Consider archaeology—even though one cannot perform repeatable experiments, hypotheses may still be supported. For instance, archaeologists can hypothesize that an ancient culture existed based on finding a piece of pottery. They could make further hypotheses about various characteristics of this culture, which could be correct or false through continued support or contradictions from other findings. A hypothesis may become a verified theory. A theory is a tested and confirmed explanation for observations or phenomena. Therefore, we may be better off to define science as fields of study that attempt to comprehend the nature of the universe.
英語のヒント
それでも、これらの研究分野は科学である。考古学を考えてみよう。繰り返し実験を行えなくても、仮説を支持することはできる。例えば、考古学者は一片の土器を発見したことに基づき、ある古代文化が存在したと仮説を立てられる。さらに、その文化のさまざまな特徴について仮説を立てることもできる。それらの仮説が正しいか誤っているかは、その後の発見から支持する証拠や矛盾する証拠が得られることで分かるかもしれない。仮説は、検証された理論になることがある。理論とは、観察や現象について、試験を経て確認された説明である。したがって、科学を「宇宙の本質を理解しようとする研究分野」と定義した方がよいのかもしれない。
Natural Sciences自然科学
What would you expect to see in a museum of natural sciences? Frogs? Plants? Dinosaur skeletons? Exhibits about how the brain functions? A planetarium? Gems and minerals? Maybe all of the above? Science includes such diverse fields as astronomy, biology, computer sciences, geology, logic, physics, chemistry, and mathematics (Figure 1.4). However, scientists consider those fields of science related to the physical world and its phenomena and processes natural sciences. Thus, a museum of natural sciences might contain any of the items listed above.
英語のヒント
自然科学の博物館では、何を見られると思うだろうか。カエルだろうか。植物、恐竜の骨格、脳の働きについての展示、プラネタリウム、宝石や鉱物だろうか。もしかすると、これらすべてだろうか。科学には、天文学、生物学、コンピュータ科学、地質学、論理学、物理学、化学、数学といった多様な分野がある(図1.4)。そのうち、物質的な世界と、そこで起こる現象や過程に関係する分野を、科学者は自然科学とみなす。したがって、自然科学の博物館には、上に挙げたどの項目があってもおかしくない。
Figure 1.4図 1.4
The diversity of scientific fields includes astronomy, biology, computer science, geology, logic, physics, chemistry, mathematics, and many other fields. (credit: “Image Editor”/Flickr)
多様な科学分野には、天文学、生物学、コンピュータ科学、地質学、論理学、物理学、化学、数学など、多くの分野が含まれる。(出典:“Image Editor”/Flickr)
There is no complete agreement when it comes to defining what the natural sciences include, however. For some experts, the natural sciences are astronomy, biology, chemistry, earth science, and physics. Other scholars choose to divide natural sciences into life sciences, which study living things and include biology, and physical sciences, which study nonliving matter and include astronomy, geology, physics, and chemistry. Some disciplines such as biophysics and biochemistry build on both life and physical sciences and are interdisciplinary. Some refer to natural sciences as “hard science” because they rely on the use of quantitative data. Social sciences that study society and human behavior are more likely to use qualitative assessments to drive investigations and findings.
英語のヒント
しかし、自然科学に何を含めるかという定義について、完全な合意があるわけではない。専門家によっては、天文学、生物学、化学、地球科学、物理学を自然科学とする。ほかの研究者は、自然科学を、生物学を含み、生き物を研究する生命科学と、天文学、地質学、物理学、化学を含み、生命をもたない物質を研究する物理科学に分ける。生物物理学や生化学のように、生命科学と物理科学の両方を基盤とする学際的な分野もある。自然科学は定量的なデータの使用に依拠するため、「ハードサイエンス」と呼ぶ人もいる。社会や人間の行動を研究する社会科学では、調査や知見の基礎に定性的な評価を用いることが比較的多い。
Not surprisingly, the natural science of biology has many branches or subdisciplines. Cell biologists study cell structure and function, while biologists who study anatomy investigate the structure of an entire organism. Those biologists studying physiology, however, focus on the internal functioning of an organism. Some areas of biology focus on only particular types of living things. For example, botanists explore plants, while zoologists specialize in animals.
英語のヒント
当然のことながら、自然科学の一つである生物学にも、多くの部門や下位分野がある。細胞生物学者が細胞の構造と機能を研究するのに対し、解剖学を研究する生物学者は、生物個体全体の構造を調べる。生理学を研究する生物学者は、生物の内部の働きに注目する。特定の種類の生き物だけに注目する生物学の分野もある。例えば、植物学者は植物を探究し、動物学者は動物を専門とする。
