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多くの高校では、生物学、化学、物理学を別々のクラスとして教えています。別々のクラスは、主題が無関係であることを示唆するかもしれませんが、これは不正確な仮定でしょう。生物学、化学、物理学の主題をますます結びつける統合科学の授業。
科学分野の定義と統合
Merriam-Websterがそれらを定義しているように、生物学は生命の研究であり、より具体的には「生物と生命プロセスを扱う知識の枝」です。化学は、「物質の組成、構造、特性、およびそれらが受ける変化を扱う科学」で構成されています。物理学とは、「物質とエネルギー、およびそれらの相互作用を扱う科学」を意味します。
生物学と化学の統合
化学と生物学の関係は、生物学の大学生に多くの可能な接続と科学実験を提供します。すべての生命は化学プロセスに依存しています。太陽エネルギーを使用して水と二酸化炭素をグルコース（砂糖）に変換する光合成の化学プロセスは、ほとんどの食物連鎖の基盤を形成します。光合成と同様に、化学合成は化学プロセスを通じてエネルギーを蓄積し、深海の通気孔に沿って食物連鎖を支えます。これは、地球の初期の生命と他の惑星や月の生命の可能性を示唆しています。
生物発光とは、生きている光を意味します。渦鞭毛藻、クラゲ、アンコウなど、植物から真菌、動物に至るまで、さまざまな生物の化学プロセスがこの生き生きとした光を作り出しています。消化と細胞呼吸は、生体内の化学反応にも依存しています。熱と圧力下での藻類の分解に基づいた石油生産の化学を理解することは、藻類から石油を作ることによって世界的なエネルギー危機に対する1つの解決策を提供しますが、以前は再生不可能な化石燃料の継続的な使用を通じて別の環境危機を引き起こす可能性があります。
生物学と物理学の統合
生物の物理学はまた、生物学の大学生に科学実験の機会を提供します。物理学には、力学、熱、光、電気、音の研究が含まれます。光合成であろうと細胞呼吸であろうと、生物が使用するエネルギーの研究は、生物学と物理学の境界線を曖昧にします。生物発光の研究では、物理学と生物学を組み合わせて、生物が生成するエネルギーと光の両方を調べます。神経系の電気、冬眠または興奮を引き起こすメカニズム、および網膜と鼓膜の感度は、物理学の原理を生物のメカニズムに適用します。
骨を破壊する力の研究は、それらの同じ骨をそれらの事前に破壊された強度に修復するための生体力学的設計への洞察を提供し、環境的または遺伝的欠陥または欠陥を修正する方法を提案します。さまざまな身体関節の力学と構造要件を理解することにより、交換用の膝、股関節、肩の関節を設計するために必要な情報がすでに提供されています。
生物学、化学、物理学の統合
生物は、生きているか、死んでいるか、絶滅しているかにかかわらず、生物学的、化学的、物理的要素が組み合わさって機能します。これらの分野からの理解は、生物の進化的および構造的特性への洞察を提供します。例えば、樹木は、細胞壁のセルロースと空胞に貯蔵された水が、樹木バイオマスを支える構造的強度を提供するため、水と二酸化炭素をエネルギーに変換して細胞ができる化学プロセスを促進する葉を含むために立ちます成長して繁殖し、新しい細胞を形成します。骨の構造強度と代謝の化学プロセスを理解することは、科学者が恐竜や海洋爬虫類のような絶滅した生物の生物学を理解し、再現するのに役立ちます。地球に結びついた生物系の物理学と化学を研究することは、地球外の条件下での潜在的な生命体の存在と構造を示唆しています。
生物学、化学、または物理学？
現在、多くの大学では、生物学、化学、物理学の独立した研究ではなく、統合された科学プログラムを提供しています。これらの大学プログラムは、科学分野の相互接続性を認識しています。現在の幼稚園は、高校の科学基準を通じて、統合科学に焦点を当てており、相互接続された科学、技術、工学、数学（STEM、または芸術を追加したSTEAM）教育に重点を置いています。プリンストンズ統合科学カリキュラムからオレゴン大学化学生化学学部、ハーベイマッド大学生物学部に至るまで、多くの大学が現在、単一の伝統的な科学分野に限定されないコースと学位を提供しています。