مفاهيم علم الأحياء والحياة

علم الأحياء هو العلم الذي يدرس الحياة، ولكن ما هي الحياة بالضبط؟ قد يبدو هذا وكأنه سؤال سخيف مع إجابة واضحة، ولكن ليس من السهل دائمًا تحديد الحياة وتحديد مفاهيم علم الأحياء بشكل دقيق. على سبيل المثال، يدرس فرع من فروع علم الأحياء يسمى علم الفيروسات “الفيروسات”، والتي تظهر بعض خصائص الكائنات الحية ولكنها تفتقر إلى أخرى. على الرغم من أن الفيروسات يمكنها مهاجمة الكائنات الحية، وتسبب الأمراض، وحتى التكاثر، إلا أنها لا تستوفي المعايير التي يستخدمها علماء الأحياء لتحديد الحياة. وبالتالي، فإن علماء الفيروسات ليسوا علماء أحياء، بالمعنى الدقيق للكلمة. وبالمثل، يدرس بعض علماء الأحياء التطور الجزيئي المبكر الذي أدى إلى نشوء الحياة. نظرًا لأن الأحداث التي سبقت الحياة ليست أحداثًا بيولوجية، فقد تم استبعاد هؤلاء العلماء أيضًا من علم الأحياء بالمعنى الدقيق للكلمة.

أهداف التعلم:

بنهاية هذا القسم الخاص بموضوع مفاهيم علم الأحياء، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • تحديد ووصف خصائص الحياة
  • وصف مستويات التنظيم بين الكائنات الحية
  • التعرف على شجرة النشوء والتطور وتفسيرها
  • سرد قائمة أمثلة من التخصصات الفرعية المختلفة في علم الأحياء

منذ بداياتها الأولى، تصارع علم الأحياء مع ثلاثة أسئلة: ما هي الخصائص المشتركة التي تجعل شيئًا ما “حيًا”؟ بمجرد أن نعرف أن شيئًا ما على قيد الحياة، كيف نجد مستويات ذات مغزى من التنظيم في هيكله؟ أخيرًا، عندما نواجه التنوع الملحوظ في الحياة، كيف ننظم الأنواع المختلفة من الكائنات حتى نتمكن من فهمها بشكل أفضل؟ بينما يكتشف العلماء كائنات حية جديدة كل يوم، يواصل علماء الأحياء البحث عن إجابات لهذه الأسئلة وغيرها.

خواص الحياة

تشترك جميع الكائنات الحية في العديد من الخصائص أو الوظائف الرئيسية: الترتيب، والحساسية أو الاستجابة للبيئة، والتكاثر، والتكيف، والنمو والتطور، والتنظيم / الاستتباب، ومعالجة الطاقة، والنشوء. عند النظر إليها معًا، تعمل هذه الخصائص الثمانية على تحديد الحياة.

شكل 1.10: صورة ضفدع فاتح اللون مغطى بالبقع الخضراء الزاهية - مفاهيم علم الأحياء
شكل 1.10: صورة ضفدع فاتح اللون مغطى بالبقع الخضراء الزاهية – مفاهيم علم الأحياء

1. الترتيب

الشكل 1.10: يمثل الضفدع بنية عالية التنظيم تتكون من الخلايا والأنسجة والأعضاء وأنظمة الأعضاء. (المصدر: “Ivengo”/ ويكيميديا كومنز)

الكائنات الحية عبارة عن هياكل عالية التنظيم ومنسقة تتكون من خلية واحدة أو أكثر. حتى الكائنات الحية أحادية الخلية البسيطة جدًا معقدة بشكل ملحوظ: داخل كل خلية، تشتمل الذرات على جزيئات. وتشتمل هذه بدورها على عضيات خلوية وشوائب خلوية أخرى. في الكائنات متعددة الخلايا (الشكل 1.10)، تشكل الخلايا المماثلة الأنسجة. تتعاون الأنسجة بدورها لتكوين أعضاء (هياكل جسم ذات وظيفة مميزة). تعمل الأعضاء معًا لتشكيل أجهزة الأعضاء.

2. الحساسية أو الاستجابة للمنبهات

شكل 1.11: صورة Mimosa pudica نباتًا به العديد من الأوراق الصغيرة المتصلة بجذع مركزي. أربعة من هذه السيقان تتصل ببعضها البعض
شكل 1.11: صورة Mimosa pudica نباتًا به العديد من الأوراق الصغيرة المتصلة بجذع مركزي. أربعة من هذه السيقان تتصل ببعضها البعض

الشكل 1.11: تتدلى أوراق هذا النبات الحساس (Mimosa pudica) على الفور وتنطوي عند لمسها. بعد بضع دقائق، يعود النبات إلى طبيعته. (المصدر: أليكس لوماس)

الكائنات الحية تستجيب لمحفزات متنوعة. على سبيل المثال، يمكن للنباتات أن تنحني باتجاه مصدر الضوء، أو تتسلق الأسوار والجدران، أو تستجيب للمس (الشكل 1.11). يمكن حتى للبكتيريا الصغيرة أن تتحرك باتجاه المواد الكيميائية أو بعيدًا عنها (وهي عملية تسمى الانجذاب الكيميائي) أو للضوء (الانجذاب الضوئي). الحركة نحو الحافز هي استجابة إيجابية، في حين أن الابتعاد عن الحافز هو استجابة سلبية.

رابط تعليمي خارجي

شاهد هذا الفيديو لترى كيف تستجيب النباتات للمنبهات – من الفتح إلى الضوء، إلى الالتفاف حول فرع، لالتقاط الفريسة.

YouTube player
مفاهيم علم الأحياء

3. التكاثر

تتكاثر الكائنات وحيدة الخلية عن طريق تكرار الحمض النووي الخاص بها أولاً، ثم تقسيمه بالتساوي مع استعداد الخلية للانقسام لتشكيل خليتين جديدتين. غالبًا ما تنتج الكائنات متعددة الخلايا خلايا إنجابية متخصصة – الأمشاج وخلايا البويضات والحيوانات المنوية. بعد الإخصاب (اندماج البويضة وخلية الحيوانات المنوية)، ينشأ فرد جديد. عندما يحدث التكاثر، يتم تمرير الجينات المحتوية على الحمض النووي إلى نسل الكائن الحي. تضمن هذه الجينات أن النسل سينتمي إلى نفس النوع وسيكون له خصائص متشابهة، مثل الحجم والشكل.

4. التكيف

تظهر جميع الكائنات الحية “ملائمة” لبيئتها. يشير علماء الأحياء إلى هذا التوافق على أنه التكيف، وهو نتيجة للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي، الذي يعمل في كل سلالة من الكائنات الحية المتكاثرة. أمثلة على التكيفات متنوعة وفريدة من نوعها، من العتائق المقاومة للحرارة التي تعيش في الينابيع الساخنة المغلية إلى طول لسان العثة التي تتغذى بالرحيق والتي تتناسب مع حجم الزهرة التي تتغذى منها. تعزز التكيفات القدرة الإنجابية للأفراد الذين يعرضونها، بما في ذلك قدرتهم على البقاء على قيد الحياة للتكاثر. التكيفات ليست ثابتة. مع تغير البيئة، يتسبب الانتقاء الطبيعي في أن تتبع خصائص الأفراد في المجتمع تلك التغييرات.

5. النمو والتطور

تنمو الكائنات الحية وتتطور نتيجة للجينات التي تقدم تعليمات محددة من شأنها توجيه نمو الخلايا وتطورها. وهذا يضمن نمو صغار النوع (الشكل 1.12) لإظهار العديد من نفس الخصائص مثل والديها.

الشكل 1.12: صورة قطة أم ترضع ثلاث قطط: إحداهما لها معطف برتقالي وأبيض، وأخرى سوداء بقدم بيضاء، والثالثة لها معطف أسود وأبيض
الشكل 1.12: صورة قطة أم ترضع ثلاث قطط: إحداهما لها معطف برتقالي وأبيض، وأخرى سوداء بقدم بيضاء، والثالثة لها معطف أسود وأبيض

الشكل 1.12: على الرغم من عدم وجود شكلين متشابهين، فقد ورثت هذه القطط الجينات من كلا الوالدين وتشترك في العديد من الخصائص نفسها. (المصدر: Rocky Mountain Feline Rescue)

6. التنظيم / الاستتباب

حتى أصغر الكائنات الحية معقدة وتتطلب آليات تنظيمية متعددة لتنسيق الوظائف الداخلية، والاستجابة للمنبهات، والتعامل مع الضغوط البيئية. يشير الاستتباب (حرفيًا، “الحالة المستقرة”) إلى البيئة الداخلية المستقرة نسبيًا المطلوبة للحفاظ على الحياة. مثالان على الوظائف الداخلية التي يتم تنظيمها في الكائن الحي هما نقل المغذيات وتدفق الدم. تؤدي الأعضاء (مجموعات الأنسجة التي تعمل معًا) وظائف محددة، مثل حمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم، وإزالة الفضلات، وتوصيل العناصر الغذائية إلى كل خلية، وتبريد الجسم.

شكل 1.13: صورة دب قطبي أبيض اللون
شكل 1.13: صورة دب قطبي أبيض اللون

الشكل 1.13: تحافظ الدببة القطبية (Ursus maritimus) والثدييات الأخرى التي تعيش في المناطق المغطاة بالجليد على درجة حرارة أجسامها عن طريق توليد الحرارة وتقليل فقد الحرارة من خلال الفراء الكثيف وطبقة كثيفة من الدهون تحت جلدها. (المصدر: “longhorndave” / فليكر).

من أجل العمل بشكل صحيح، تتطلب الخلايا ظروفًا مناسبة مثل درجة الحرارة المناسبة، ودرجة الحموضة، والتركيز المناسب للمواد الكيميائية المتنوعة. ومع ذلك، قد تتغير هذه الشروط من لحظة إلى أخرى. الكائنات الحية قادرة على الحفاظ على الظروف الداخلية المتجانسة ضمن نطاق ضيق بشكل دائم تقريبًا، على الرغم من التغيرات البيئية، من خلال تفعيل الآليات التنظيمية. على سبيل المثال، يحتاج الكائن الحي إلى تنظيم درجة حرارة الجسم من خلال عملية التنظيم الحراري. الكائنات الحية التي تعيش في المناخات الباردة، مثل الدب القطبي (الشكل 1.13)، لها هياكل جسدية تساعدها على تحمل درجات الحرارة المنخفضة والحفاظ على حرارة الجسم. الهياكل التي تساعد في هذا النوع من العزل تشمل الفراء والريش والدهون. في المناخات الحارة، تمتلك الكائنات الحية طرقًا (مثل العرق عند البشر أو تلهث الكلاب) تساعدهم على التخلص من حرارة الجسم الزائدة.

7. معالجة الطاقة

شكل 1.14: صورة طائر كبير بجناحين عريضين للغاية أثناء الطيران. إنه كوندور كاليفورنيا، وله علامة على جناحه
شكل 1.14: صورة طائر كبير بجناحين عريضين للغاية أثناء الطيران. إنه كوندور كاليفورنيا، وله علامة على جناحه

الشكل 1.14: يستخدم كندور كاليفورنيا (Gymnogyps californianus) الطاقة الكيميائية المشتقة من الغذاء لتوفير الطاقة للتحليق. الكندور في كاليفورنيا من الأنواع المهددة بالانقراض. يحتوي هذا الطائر على علامة جناح تساعد علماء الأحياء في التعرف عليه. (المصدر: خدمة الأسماك والحياة البرية في منطقة جنوب غرب المحيط الهادئ بالولايات المتحدة)

تستخدم جميع الكائنات الحية مصدرًا للطاقة لأنشطتها الأيضية. تلتقط بعض الكائنات الحية الطاقة من الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية في الطعام. يستخدم البعض الآخر الطاقة الكيميائية في الجزيئات التي يتناولونها كغذاء (الشكل 1.14).

8. التطور

تنوع الحياة على الأرض هو نتيجة للطفرات أو التغيرات العشوائية في المواد الوراثية بمرور الوقت. تسمح هذه الطفرات بإمكانية تكيف الكائنات الحية مع البيئة المتغيرة. الكائن الحي الذي يطور خصائص مناسبة للبيئة سيكون له نجاح تناسلي أكبر، يخضع لقوى الانتقاء الطبيعي.

مستويات تنظيم الكائنات الحية

الكائنات الحية منظمة للغاية وهيكلية، وفقًا لتسلسل هرمي يمكننا فحصه على مقياس من الصغير إلى الكبير. الذرة هي أصغر وحدة أساسية في المادة وتحتفظ بخصائص العنصر. يتكون من نواة محاطة بالإلكترونات. الذرات تشكل الجزيئات. الجزيء عبارة عن بنية كيميائية تتكون من ذرتين على الأقل مرتبطة ببعضها البعض بواسطة رابطة كيميائية واحدة أو أكثر. العديد من الجزيئات المهمة بيولوجيًا هي جزيئات كبيرة، وهي جزيئات كبيرة تتشكل عادةً عن طريق البلمرة (البوليمر هو جزيء كبير يتم تكوينه من خلال الجمع بين وحدات أصغر تسمى المونومرات، وهي أبسط من الجزيئات الكبيرة). مثال على الجزيء الكبير هو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) (الشكل 1.15)، والذي يحتوي على تعليمات لبنية وعمل جميع الكائنات الحية.

الشكل 1.15: تتكون جميع الجزيئات، بما في ذلك جزيء DNA هذا، من ذرات. (المصدر: "brian0918" / ويكيميديا كومنز)
الشكل 1.15: تتكون جميع الجزيئات، بما في ذلك جزيء DNA هذا، من ذرات. (المصدر: “brian0918” / ويكيميديا كومنز)

صورة النموذج الجزيئي لجزيء DNA، ويظهر هيكله الحلزوني المزدوج. يتكون الحلزون المزدوج من خيطين عموديين منفصلين من الجسيمات الصغيرة أو الذرات. ترتبط هذه الخيوط بواسطة نطاقات أفقية من الجسيمات. الخيوط الرأسية ملتوية، والهيكل له شكل سلم حلزوني.

رابط تعليمي خارجي

شاهد هذا الفيديو الذي يحرك البنية ثلاثية الأبعاد لجزيء الحمض النووي في الشكل 1.15.

https://en.wikipedia.org/wiki/File:ADN_animation.gif

تحتوي بعض الخلايا على تجمعات من الجزيئات الكبيرة المحاطة بأغشية. نسمي هذه العضيات organelles. العضيات هي هياكل صغيرة توجد داخل الخلايا. تشمل أمثلة العضيات الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، التي تؤدي وظائف لا غنى عنها: تنتج الميتوكوندريا الطاقة لتمد الخلايا بها، بينما تمكّن البلاستيدات الخضراء النباتات الخضراء من الاستفادة من الطاقة في ضوء الشمس لصنع السكريات. جميع الكائنات الحية مصنوعة من الخلايا. الخلية نفسها هي أصغر وحدة أساسية في التركيب والوظيفة في الكائنات الحية. (هذا الشرط هو سبب عدم اعتبار العلماء للفيروسات حية: فهي ليست مكونة من خلايا. ولصنع فيروسات جديدة، يتعين عليهم غزو آلية التكاثر للخلية الحية واختطافها. وعندها فقط يمكنهم الحصول على المواد التي يحتاجون إليها للتكاثر).

تتكون بعض الكائنات الحية من خلية واحدة والبعض الآخر متعدد الخلايا. يصنف العلماء الخلايا على أنها بدائية النواة أو حقيقية النواة. بدائيات النوى هي كائنات أحادية الخلية أو مستعمرة لا تحتوي على نوى مرتبطة بالغشاء. في المقابل، تحتوي خلايا حقيقيات النوى على عضيات مرتبطة بالغشاء ونواة مرتبطة بالغشاء.

في الكائنات الحية الأكبر، تتحد الخلايا لتكوين الأنسجة، وهي مجموعات من الخلايا المتشابهة تؤدي وظائف متشابهة أو ذات صلة. الأعضاء عبارة عن مجموعات من الأنسجة مجمعة معًا تؤدي وظيفة مشتركة. توجد الأعضاء ليس فقط في الحيوانات ولكن أيضًا في النباتات. نظام الأعضاء هو مستوى أعلى من التنظيم يتكون من أعضاء مرتبطة وظيفيًا. للثدييات العديد من أجهزة الجسم. على سبيل المثال، يقوم جهاز الدورة الدموية بنقل الدم عبر الجسم ومن وإلى الرئتين. ويشمل أعضاء مثل القلب والأوعية الدموية. الكائنات الحية هي كيانات فردية حية. على سبيل المثال، كل شجرة في الغابة هي كائن حي. بدائيات النوى وحيدة الخلية وحقيقيات النوى أحادية الخلية هي أيضًا كائنات حية، والتي يطلق عليها علماء الأحياء عادة الكائنات الحية الدقيقة.

يطلق علماء الأحياء بشكل جماعي على جميع أفراد نوع يعيش في منطقة معينة مجموعة سكانية. على سبيل المثال، قد تحتوي الغابة على العديد من أشجار الصنوبر، والتي تمثل سكان أشجار الصنوبر في هذه الغابة. قد تعيش مجموعات سكانية مختلفة في نفس المنطقة المحددة. على سبيل المثال، تشتمل الغابة التي بها أشجار الصنوبر على مجموعات من النباتات المزهرة والحشرات والمجموعات الميكروبية. المجتمع هو مجموع السكان الذين يسكنون منطقة معينة. على سبيل المثال، تشكل جميع الأشجار والزهور والحشرات والمجموعات السكانية الأخرى في الغابة مجتمع الغابة. الغابة نفسها هي نظام بيئي. يتكون النظام البيئي من جميع الكائنات الحية في منطقة معينة مع الأجزاء اللاأحيائية وغير الحية من تلك البيئة مثل النيتروجين في التربة أو مياه الأمطار. على أعلى مستوى من التنظيم (الشكل 1.16)، المحيط الحيوي هو مجموعة من جميع النظم البيئية، ويمثل مناطق الحياة على الأرض. وهي تشمل الأرض والماء وحتى الغلاف الجوي إلى حد ما.

شكل توضيحي – اتصال مرئي

الشكل 1.16: المستويات البيولوجية لتنظيم الكائنات الحية. من عضية واحدة إلى المحيط الحيوي بأكمله
الشكل 1.16: المستويات البيولوجية لتنظيم الكائنات الحية. من عضية واحدة إلى المحيط الحيوي بأكمله

يوضح مخطط التدفق التسلسل الهرمي للكائنات الحية. من الأصغر إلى الأكبر، يتضمن هذا التسلسل الهرمي: (1) العضيات، مثل النوى، الموجودة داخل الخلايا. (2) الخلايا، مثل خلايا الدم البيضاء. (3) الأنسجة، مثل أنسجة جلد الإنسان. (4) الأعضاء مثل المعدة تشكل الجهاز الهضمي للإنسان، مثال على نظام الأعضاء. (5) الكائنات الحية والسكان والمجتمعات. في الغابة، كل شجرة صنوبر هي كائن حي. تشكل جميع أشجار الصنوبر معًا مجموعة سكانية. تشكل جميع الأنواع النباتية والحيوانية في الغابة مجتمعًا. (6) النظم البيئية: يشمل النظام البيئي الساحلي في جنوب شرق الولايات المتحدة الكائنات الحية والبيئة التي تعيش فيها. (7) المحيط الحيوي: يشمل جميع النظم البيئية على الأرض.

يوضح الشكل 1.16: المستويات البيولوجية لتنظيم الكائنات الحية. من عضية واحدة إلى المحيط الحيوي بأكمله، تعد الكائنات الحية جزءًا من التسلسل الهرمي عالي التنظيم. (المصدر: “العضيات”: بواسطة Umberto Salvagnin؛ “الخلايا”: بواسطة Bruce Wetzel ، Harry Schaefer / National Cancer Institute؛ “الأنسجة”: بواسطة Kilbad؛ Fama Clamosa؛ Mikael Häggström؛ “الأجهزة”: بواسطة ماريانا رويز فيلاريال؛ “الكائنات الحية”: بواسطة “Crystal Flickr؛ “النظم البيئية”: مقر خدمات الأسماك والحياة البرية في الولايات المتحدة؛ “المحيط الحيوي”: بواسطة وكالة ناسا)

أي من العبارات التالية غير صحيح؟

  • توجد الأنسجة داخل الأعضاء الموجودة داخل أنظمة الأعضاء.
  • المجتمعات موجودة داخل السكان التي توجد داخل النظم البيئية.
  • توجد العضيات داخل الخلايا الموجودة داخل الأنسجة.
  • توجد المجتمعات داخل النظم البيئية الموجودة في المحيط الحيوي.

تنوع الحياة

حقيقة أن علم الأحياء، كعلم، له مثل هذا النطاق الواسع له علاقة بالتنوع الهائل للحياة على الأرض. مصدر هذا التنوع هو التطور، عملية التغيير التدريجي في مجموعة أو الأنواع بمرور الوقت. يدرس علماء الأحياء التطورية تطور الكائنات الحية في كل شيء من العالم المجهري إلى النظم البيئية.

يمكن لشجرة النشوء والتطور (الشكل 1.17) أن تلخص تطور أشكال الحياة المختلفة على الأرض. إنه رسم بياني يوضح العلاقات التطورية بين الأنواع البيولوجية بناءً على أوجه التشابه والاختلاف في السمات الجينية أو الفيزيائية أو كليهما. تشكل العقد والفروع شجرة نسج. تمثل العقد الداخلية أسلافًا وهي نقاط في التطور عندما يعتقد الباحثون، بناءً على الأدلة العلمية، أن السلف قد تباعد ليشكل نوعين جديدين. يتناسب طول كل فرع مع الوقت المنقضي منذ الانقسام.

شكل 1.17: تُظهر شجرة النشوء والتطور هذه أن المجالات الثلاثة للحياة، البكتيريا، والعتائق وحقيقيات النوى، نشأت جميعها من سلف مشترك
شكل 1.17: تُظهر شجرة النشوء والتطور هذه أن المجالات الثلاثة للحياة، البكتيريا، والعتائق وحقيقيات النوى، نشأت جميعها من سلف مشترك

الشكل 1.17: أنشأ عالم الأحياء الدقيقة كارل ووز شجرة النشوء والتطور هذه باستخدام البيانات التي حصل عليها من تسلسل جينات الحمض النووي الريبي الريبوزومي. تُظهر الشجرة فصل الكائنات الحية إلى ثلاثة مجالات: البكتيريا، والعتائق، وحقيقيات النوى. البكتيريا والعتائق هي بدائيات النوى، وهي كائنات وحيدة الخلية تفتقر إلى عضيات داخل الخلايا. (المصدر: إريك جابا، معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية)

كارل ووز وشجرة النشوء والتطور

في الماضي، صنّف علماء الأحياء الكائنات الحية في خمس ممالك: الحيوانات والنباتات والفطريات والطلائعيات والبكتيريا. لقد أسسوا المخطط التنظيمي بشكل أساسي على السمات الفيزيائية، على عكس علم وظائف الأعضاء أو الكيمياء الحيوية أو البيولوجيا الجزيئية، وكلها تستخدم العلم المنهجي النظامي الحديث. أظهر العمل الرائد لعالم الأحياء الدقيقة الأمريكي كارل ووز في أوائل سبعينيات القرن الماضي أن الحياة على الأرض قد تطورت على طول ثلاث سلالات، تسمى الآن المجالات – البكتيريا، والعتائق، وحقيقيات النوى Eukarya. الأولان هما خلايا بدائية النواة بها ميكروبات تفتقر إلى نوى وعضيات محاطة بالغشاء. يحتوي المجال الثالث على حقيقيات النوى ويتضمن الكائنات الحية الدقيقة أحادية الخلية (الطلائعيات)، جنبًا إلى جنب مع الممالك الثلاث المتبقية (الفطريات والنباتات والحيوانات).

عرف كارل ووز الأركيا بأنها مجال جديد، وقد نتج عن ذلك شجرة تصنيفية جديدة (الشكل 1.17). تعيش العديد من الكائنات الحية التي تنتمي إلى مجال الأركيا في ظروف قاسية وتسمى الكائنات الحية المتطرفة. لبناء شجرته، استخدم ووز العلاقات الجينية بدلاً من أوجه التشابه القائمة على التشكل (الشكل).

بنى ووز شجرته من التسلسل الجيني المقارن الموزع عالميًا والموجود في كل كائن حي، وحفظه (بمعنى أن هذه الجينات ظلت دون تغيير جوهريًا طوال التطور). كان نهج ووز ثوريًا لأن مقارنة السمات الفيزيائية غير كافية للتمييز بين بدائيات النوى التي تبدو متشابهة إلى حد ما على الرغم من تنوعها الكيميائي الحيوي الهائل والتنوع الجيني (الشكل 1.18). مقارنة تسلسلات الأر إن أي الريباسي rRNA زودت العالم ووز بجهاز حساس كشف التباين الواسع في بدائيات النوى، والذي يبرر فصل بدائيات النوى إلى مجالين: البكتيريا والعتائق.

شكل 1.18: أ: صورة بكتيريا تشبه الأنبوب. ب: جسمًا مائيًا يتصاعد بخارًا، ج: زهرة عباد الشمس. د: أسد عضلي
شكل 1.18: أ: صورة بكتيريا تشبه الأنبوب. ب: جسمًا مائيًا يتصاعد بخارًا، ج: زهرة عباد الشمس. د: أسد عضلي

شكل 1.18: الصورة الأولى عبارة عن صورة مجهرية تظهر بكتيريا تشبه الأنبوب. تُظهر الصورة الثانية جسمًا مائيًا يتصاعد بخارًا، ويشار إليه على أنه فتحة تهوية ساخنة. بعض الماء أزرق نموذجي، في حين أن الحواف الخارجية ملونة بالصدأ. الصورة الثالثة تظهر زهرة عباد الشمس طويلة، ولها ساق سميك وبتلات صفراء زاهية. الصورة الرابعة تظهر أسد عضلي له شعر كثيف حول رقبته ورأسه.

والشكل 1.18، تمثل هذه الصور مجالات مختلفة. تنتمي البكتيريا (أ) الموجودة في هذه الصورة المجهرية إلى بكتيريا المجال، بينما تنتمي البكتيريا (ب) المتطرفة (غير المرئية) التي تعيش في هذا الفتحة الساخنة إلى المجال العتيق. كل من (ج) عباد الشمس والأسد (د) جزء من مجال حقيقيات النوى Eukarya. (المصدر أ: بواسطة درو مارش؛ ب: بواسطة ستيف جورفتسون؛ ج: بواسطة مايكل أريغي؛ د: بواسطة ليسزيك ليسشينسكي)

فروع الدراسة البيولوجية

نطاق علم الأحياء واسع وبالتالي يحتوي على العديد من الفروع والتخصصات الفرعية. قد يتابع علماء الأحياء أحد هذه التخصصات الفرعية ويعملون في مجال أكثر تركيزًا. على سبيل المثال، تدرس البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية العمليات البيولوجية على المستوى الجزيئي والكيميائي، بما في ذلك التفاعلات بين الجزيئات مثل DNA وRNA والبروتينات، بالإضافة إلى طريقة تنظيمها. علم الأحياء الدقيقة، دراسة الكائنات الحية الدقيقة، هو دراسة بنية ووظيفة الكائنات وحيدة الخلية. إنه فرع واسع بحد ذاته، واعتمادًا على موضوع الدراسة، هناك أيضًا علماء فيزيولوجيا ميكروبية، وعلماء بيئة، وعلماء وراثة، من بين آخرين.

عالم في الطب الشرعي

علم الطب الشرعي هو تطبيق العلم للإجابة على الأسئلة المتعلقة بالقانون. يمكن لعلماء الأحياء وكذلك الكيميائيين والكيميائيين الحيوية أن يكونوا علماء في الطب الشرعي. يقدم علماء الطب الشرعي أدلة علمية لاستخدامها في المحاكم، وتشمل وظيفتهم فحص المواد النزرة المرتبطة بالجرائم. ازداد الاهتمام بعلوم الطب الشرعي في السنوات القليلة الماضية، ربما بسبب البرامج التلفزيونية الشهيرة التي يظهر فيها علماء الطب الشرعي أثناء العمل. كما أدى تطوير التقنيات الجزيئية وإنشاء قواعد بيانات الحمض النووي إلى توسيع أنواع العمل الذي يمكن لعلماء الطب الشرعي القيام به. ترتبط أنشطتهم الوظيفية في المقام الأول بالجرائم ضد الأشخاص مثل القتل والاغتصاب والاعتداء. يتضمن عملهم تحليل عينات مثل الشعر، الدم وسوائل الجسم الأخرى وكذلك معالجة الحمض النووي (الشكل 1.19) الموجودة في العديد من البيئات والمواد المختلفة.

يقوم علماء الطب الشرعي أيضًا بتحليل الأدلة البيولوجية الأخرى التي تُركت في مسرح الجريمة، مثل يرقات الحشرات أو حبوب اللقاح. سيتعين على الطلاب الذين يرغبون في ممارسة وظائف في علم الطب الشرعي على الأرجح أن يأخذوا دورات في الكيمياء والأحياء بالإضافة إلى بعض دورات الرياضيات المكثفة.

شكل 1.19: صورة تظهر عالما يعمل في المختبر
شكل 1.19: صورة تظهر عالما يعمل في المختبر

الشكل 1.19: عالم الطب الشرعي هذا يعمل في غرفة استخراج الحمض النووي في مختبر التحقيق الجنائي التابع للجيش الأمريكي في فورت جيليم، جورجيا. (المصدر: الشؤون العامة لقيادة إدارة البحث الجنائي التابعة لجيش الولايات المتحدة).

علم الأحياء العصبي

مجال آخر للدراسة البيولوجية، علم الأحياء العصبي، يدرس بيولوجيا الجهاز العصبي، وعلى الرغم من أنه فرع من فروع علم الأحياء، إلا أنه أيضًا مجال دراسة متعدد التخصصات يُعرف باسم علم الأعصاب. نظرًا لطبيعته متعددة التخصصات، يدرس هذا التخصص الفرعي وظائف الجهاز العصبي المختلفة باستخدام الأساليب الجزيئية والخلوية والتنموية والطبية والحاسوبية.

شكل 1.20: صورة تصور عالما يحفر أحافير من التراب
شكل 1.20: صورة تصور عالما يحفر أحافير من التراب

شكل 1.20: باحثون يعملون على التنقيب عن أحافير الديناصورات في موقع في كاستيلون بإسبانيا. (المصدر: ماريو موديستو).

علم الأحافير

يستخدم علم الأحافير، وهو فرع آخر من فروع علم الأحياء، الحفريات لدراسة تاريخ الحياة (الشكل 1.20). علم الحيوان وعلم النبات هما دراسة الحيوانات والنباتات على التوالي. يمكن لعلماء الأحياء أيضًا أن يتخصصوا كخبراء في التكنولوجيا الحيوية أو علماء البيئة أو علماء وظائف الأعضاء، على سبيل المثال لا الحصر. هذه مجرد عينة صغيرة من العديد من المجالات التي يمكن لعلماء الأحياء متابعتها.

علم الأحياء هو تتويج لإنجازات العلوم الطبيعية من بدايتها إلى اليوم. المثير في الأمر أنها مهد العلوم الناشئة، مثل بيولوجيا نشاط الدماغ، والهندسة الوراثية للكائنات المخصصة، وبيولوجيا التطور التي تستخدم الأدوات المختبرية للبيولوجيا الجزيئية لاستعادة المراحل الأولى من الحياة على الأرض. إن مسح سريع لعناوين الأخبار – سواء كانت التقارير عن التحصينات، أو الأنواع المكتشفة حديثًا، أو المنشطات الرياضية، أو الغذاء المعدل وراثيًا – يوضح الطريقة التي تنشط بها البيولوجيا في عالمنا اليومي ومهمته.

المراجع

  • موسوعة علم الأحياء، ترجمة وإعداد: د. م. مصطفى عبيد، مركز البحوث والدراسات متعدد التخصصات، إسطنبول، تركيا، 2022-2023.
  • كتاب علم الأحياء، إصدار أوبنستاكس OpenStax، مقررات جامعة رايس، كبار المؤلفين المساهمين: ماري آن كلارك، جامعة تكساس ويسليان، ماثيو دوجلاس، كلية مجتمع غراند رابيدز، جونغ تشوي، معهد جورجيا للتكنولوجيا. تاريخ النشر 2018، آخر تحديث 2022، الترقيم المعياري الدولي للكتاب ISBN-13: 978-1-50669-985-1.

Similar Posts