علم الأحياء ( Biology )
☰ جدول المحتويات
| ||||||||||||
| عمل علماء الأحياء يشمل مدىً واسعًا من الأنشطة ويتم في أماكن كثيرة متنوعة. على سبيل المثال، يعمل بعض علماء الأحياء في الحقل الخارجي حيث يدرسون الحياة الفطرية في الغابات أو في البحار. ويقوم بعضهم الآخر بأبحاث مخبرية في مجالات مثل إكثار النباتات وصناعة الأدوية. |
قسَّم العلماء علم الأحياء إلى قسمين رئيسيين هما: علم النبات الذي يبحث في النباتات، و علم الحيوان الذي يبحث في الحيوانات. يُقسَّم كل من علم النبات وعلم الحيوان أيضًا إلى فروع متعددة ومجالات متخصصة للدراسة، لكن معظم فروع الأحياء وبخاصة، علم التشريح (دراسة بنية الكائنات الحية) وعلم الوراثة (دراسة الصفات الموروثة) تنطبق على كل من النباتات والحيوانات. ويمكن -أيضًا- تقسيم علم الأحياء إلى: علم البيئة ؛ علم وظائف الأعضاء ؛ علم تقسيم الأحياء . ويبحث علم البيئة في العلاقات الكائنة بين الكائنات الحية وبعضها مع بعض وبين الكائنات الحية وبيئتها، ويدرس علم وظائف الأعضاء وظائف الحياة، مثل الهضم، والتنفس. أما علم تقسيم الأحياء، ويسمى أيضًا علم التصنيف ، فيبحث في التصنيف العلمي للنباتات والحيوانات.
وكثيرًا ما يستخدم علماء الأحياء في دراستهم طرق ونتائج أبحاث العلوم الأخرى. فعلى سبيل المثال، يعتمد علماء الأحياء على علمي الفيزياء والكيمياء لمساعدتهم على فهم العمليات التي تحدث في النباتات والحيوانات. ويستخدمون علم الإحصاء في دراسة التغيرات التي تطرأ على حجم عشيرة حيوانية أو نباتية ؛ أي عدد الكائنات الحية لنوع معين في منطقة ما. ويعمل علم الأحياء الخارجية مع علماء الفلك في البحث عن الحياة في مكان آخر في الكون.
لقد أثرت البحوث الأحيائية كثيرًا في حياة الناس، فمثلاً، ارتفع إنتاج المزارع عندما ساهم علماء الأحياء في التوصل إلى أنواع أفضل من النباتات وطرق الزراعة الحديثة. ويعمل علماء الأحياء في الصناعة أيضًا، وبصفة خاصة في صناعات المستحضرات الدوائية والأغذية. كما يكشف علماء التقنية الأحيائية عن طرق جديدة لتحضير المنتجات باستخدام الأحياء الدقيقة. لقد مكنت الاكتشافات الحديثة في علم الأحياء الأطباء من الوقاية من حدوث كثير من الأمراض، أو علاجها، أو الشفاء منها، وساعد البحث في العلاقات بين الكائنات الحية وبيئتها في تدبر أمر الحياة الفطرية والموارد الطبيعية الأخرى.
ماذا يدرس علماء الأحياء
 |
خبير علم البيئة يفحص نباتات فول الصويا التي تعرضت لملوثات متنوعة، في خيمة صُممت خصيصًا لذلك. يقوم كثير من خبراء علم البيئة بدراسة آثار التلوث على حياة النبات والحيوان. |
ويدرس بعض علماء الأحياء ـ أيضًا ـ الكائنات الحية التي تعيش في بيئة محددة. فمثلاً، يقوم علماء الأحياء البحرية بدراسة الحياة في أعماق البحار، كما يركز بعض علماء الأحياء على نوع معين من الكائنات الحية. يدرس علماء الطيور مثلاً حياة الطيور وبيئاتها وأنواعها، ويبحث كثير من علماء الأحياء في أجزاء الكائنات الحية. فمثلاً، يبحث علماء الخلايا في تركيب، وبنية، ووظائف الخلايا. ويحلل بعض علماء الأحياء عمليات الحياة. فمثلاً، يفحص علماء الأجنة تكوين وتطور الحيوانات والنباتات قبل أن تصبح كائنات مستقلة.
وتعتمد الأساليب التقنية والأدوات التي يستخدمها علماء الأحياء على ما يقومون ببحثه. يقوم العديد من علماء الأحياء بإجراء التجارب لاكتساب المعرفة، ووضع واختبار النظريات. ويمكن أن تتضمن تجاربهم إجراء تغيير في طريقة حياة الكائن الحي وبيئته، ثم ملاحظة آثار ذلك التغيير. فمثلاً، يمكن أن يغير عالم الأحياء غذاء أحد الحيوانات، ويدرس كيف يتأثر نمو وأداء الحيوان بذلك. وكان المجهر منذ زمن بعيد جهازًا من أجهزة عالم الأحياء المعقدة جدًا. ويُكرَّس فرع من فروع الأحياء بجملته، ويسمى علم الأحياء الدقيقة، لدراسة الكائنات الحية التي لايمكن رؤيتها إلا بالمجهر. وتتنوع الأساليب التقنية والأدوات الأخرى التي يستخدمها علماء الأحياء بين المسح الجوي لعشائر النبات وجماعات الحيوان والأساليب التقنية التي تعزل جزيئات الخلايا الحية.
| المجالات الرئيسية لعلم الأحياء | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
تاريخ علم الأحياء
 |
زراعة النخيل تظهر في هذا النقش القديم في بلاد ما بين النهرين. ساهمت المعرفة البيولوجية السابقة في الزراعة. |
البدايات:
في عصور ما قبل التاريخ، اكتسب الناس بالتدريج قدرًا كبيرًا من المعرفة العملية بعلم الأحياء ؛ فقد تعلموا زرع أنواع كثيرة من النباتات، وترويض وتربية بعض الحيوانات. وفي العصور القديمة جمع أهالي الشرق الأوسط والصين والهند، مزيدًا من المعرفة بالنباتات والحيوانات. فعلى سبيل المثال، عرفوا كيف يستخدمون العديد من النباتات أدوية وسمومًا، وأتقن المصريون التشريح وأدركوا وظائف الأعضاء من خلال تحنيط موتاهم.وحقق اليونانيون القدامى تقدمًا كبيرًا في علم الأحياء. فخلافًا لشعوب العصور الأخرى، لم يعتقد بعض المفكرين الإغريقيين أن الآلهة والأرواح تسبب الأحداث الطبيعية، وبدلاً من ذلك، تصوروا أن الطبيعة تعمل وفقًا لأنظمة يمكن للناس اكتشافها. وهذا هو الاتجاه الصحيح لأن العلم لايوجد جديدًا ولا يصنعه وإنما يكشف عن موجود أصلاً، أوجده إله واحد ولم توجده آلهة ولا أرواح.
في القرن الخامس قبل الميلاد، صرَّح الطبيب الإغريقي أبقراط أن للأمراض أسبابًا طبيعية فقط. وقد أكد أيضًا على أمر العلاقات الوطيدة بين أجزاء الكائن الحي وبين الكائن الحي وبيئته، ولذا يسمي الغربيون أبقراط ـ أحيانًا ـ أبا الطب الحديث.
وخلال القرن الرابع قبل الميلاد، جمع الفيلسوف الإغريقي أرسطو كمية كبيرة من المعلومات عن النبات والحيوان، وكان واحدًا من أوائل المفكرين الذين صنَّفوا الحيوانات تبعًا لصفاتها المميزة بدلاً من تصنيفها تبعًا لمنفعتها للناس.
وقد جمع بليني الأكبر، العالم الروماني المتخصص في التاريخ الطبيعي الذي عاش خلال القرن الأول الميلادي، كثيرًا من الحقائق عن النباتات والحيوانات ضمنها موسوعته التاريخ الطبيعي التي تبلغ 37 مجلدًا.
 |  |
تشريح الحيوانات أجراه الطبيب اليوناني جالينوس خلال القرن الثاني الميلادي. أدت دراسات جالينوس إلى تقدم كبير في معرفة التشريح. | وصفة طبية لشراب السعال من النباتات، تظهر في مخطوطة عربية من العشرينات من القرن السابع الهجري الثالث عشر ميلادي. |
عصر النهضة:
في الفترة بين أوائل القرن الرابع عشر والقرن السابع عشر الميلاديين، انتشر فكر جديد للبحث عبر أوروبا الغربية. وخلال هذه الفترة المسماة بعصر النهضة، بدأ كثير من خبراء علم التشريح، وعلم وظائف الأعضاء في التصدي لنفوذ الكتَّاب القدامى، وترسخ لديهم الاعتقاد بضرورة الاعتماد على التجريب والملاحظة بدلاً من قبول أفكار القدامى دون تمحيص. وهذا الاتجاه مستفاد في الحقيقة من اتجاه علماء المسلمين إلى المنهج التجريبي والتحقيق العلمي. |
الجهاز العضلي للإنسان يظهر في هذا الرسم التوضيحي من كتاب عن بنية جسم الإنسان لأندرياس فزاليوس. |
وتوصل وليم هارفي، وهو طبيب إنجليزي، إلى اكتشاف الدورة الدموية الكبرى، الأمر الذي يُعدُّ من أهم الاكتشافات في علم وظائف الأعضاء في القرن السابع عشر. وفي عام 1628م، نشر هارفي نتائج تجاربه موضحًا كيف يدور الدم، الذي يضخه القلب، عبر الجسم. وقد تبين بعد ذلك لمؤرخي العلم أن هارفي انتفع من عمل ابن النفيس العالم العربي الذي اكتشف الدورة الدموية الصغرى قبله بعدة قرون.
 |
رسم مفصل لذبابة نشر في كتاب الصور المجهرية لروبرت هوك الذي رائدًا لدراسة العينات بالمجهر. |
اكتشافات مبكرة بوساطة المجهر:
أدى استعمال المجهر إلى اكتشافات مهمة في علم الأحياء خلال منتصف وأواخر القرن السابع عشر. وفي القرن السابع عشر الميلادي، أصبح عالم تشريح إيطالي يدعى مارسيلو مالبيغي، بمعاونة المجهر، أول شخص يرى حركة الدم عبر الشعيرات. وفي عام 1665م، نشر روبرت هوك، وهو عالم تجريبي إنجليزي، الصور المجهرية، وهو كتاب يحتوي على رسومات تفصيلية لكثير من العينات الأحيائية، كما تمت رؤيتها من خلال المجهر. وتضمن الكتاب الرسومات الأولى للخلايا. وفي منتصف العقد الثامن من القرن السابع عشر، اكتشف أنطون فان ليفنهوك، وهو عالم هولندي غير متخصص، أشكالاً مجهرية للحياة، وبهذا افتتح عالمًا جديدًا للبحث. |
ساعة أزهار اقترحها عالم التاريخ الطبيعي السويدي كارولوس لينيوس في عام 1745م. ترتب الأنواع حسب أوقات تفتح وانغلاق الأزهار. |
أصول التصنيف العلمي:
توصل علماء النبات العرب إلى نظام لتسمية النباتات يشبه ما يعرف الآن بالتسمية الثنائية التي بدأها العالم السويدي كارولوس لينيوس عام 1735م ؛ فقد أطلقوا على كل نبات كلمتين تشير إحداهما إلى صفة من صفات النبات، وكان ذلك باعثًا لعلماء النبات في أوروبا على استعارة الاسم العربي بعد تطويعه لقواعد اللغة اللاتينية مثل: نبات الصلة الشوكي، واسمه العلمي Zilla Spinosa، ونبات الرتم Retema والحاج Alhaji والقات Catha. كما استعاروا الألفاظ العربية لتدل على اسم النوع في بعض النباتات مثل: العرفط A. arafat والحرمل Peganum harmals والحرجل Solenostelma argel.
 |
هيكل كسلان عملاق منقرض رسمه الفرنسي بارون كوفييه، رائد علم التشريح المقارن في أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر. كان كوفييه رائدًا في علم الإحاثة (دراسة الأحافير). |
نظرية النشوء والارتقاء:
اعتقد معظم علماء الأحياء لفترة طويلة أن كل نوع من أنواع الحياة ظل كما هو دون تغير، ولم تظهر أنواع جديدة منذ خُلِقَ الكون. ولكن بدأ علماء الأحياء يشكون في تلك المعتقدات، خلال أواخر القرن الثامن عشر، فقد لاحظوا أن المزارعين أنتجوا أنواعًا جديدة من النباتات والحيوانات بوساطة التهجين الانتقائي. وبالإضافة إلى ذلك، أظهرت رحلات الكشوف مجموعات منعزلة من النباتات والحيوانات التي احتوت على أنواع كثيرة، تختلف قليلاً فيما بينها. وتساءل علماء الأحياء عن سبب وجود أنواع كثيرة جدًا مع قليل من الاختلاف. وأدت تلك الملاحظات إلى اعتقاد بعض علماء الأحياء أن الأنواع تتغير بمرور الأزمان وأن بعض الأنواع تطورت (تشكلت تدريجيًا) من أنواع أخرى.وخلال بداية القرن التاسع عشر، اقترح عدد من علماء الأحياء في الغرب عدة تفسيرات عن كيفية تطور الأنواع. وفي النهاية، توصل عالما التاريخ الطبيعي البريطانيان تشارلز داروين وألفرد رسل والاس ـ كل على حدة ـ إلى نظرية بدت في وقتها أكثر إقناعًا. ولكن داروين قدم أفكاره في كتاب انتشر على نطاق واسع، وأصبح عمله مشهورًا رغم ما فيه من مواضع اعتراض واضحة.
فصَّل داروين نظريته عن النشوء والارتقاء في كتاب أصل الأنواع. ووفقًا لنظرية داروين ـ وحسب زعمه ـ تُولد بعض الكائنات الحية بسمات تساعدها على البقاء على قيد الحياة والتكاثر. ثم تنقل السمات الملائمة للبيئة إلى صغارها. ومن غير المحتمل أن تظل الأعضاء الأخرى للأنواع نفسها ـ التي لديها سمات غير ملائمة ـ على قيد الحياة وتتكاثر. وفي النهاية، تنقرض الأنواع ذات السمات غير الملائمة. لقد افترض داروين أن هناك أنواعًا تتطور كلما ظهرت سمات ملائمة أكثر فأكثر وانتقلت من جيل إلى جيل، وسمى داروين هذه العملية الانتخاب الطبيعي. وهذه النظرية لاقت اعتراضًا من بعض علماء الأحياء وعلماء الدين ولم تثبت كثير من فرضياتها أمام العلم التجريبي. ★ تَصَفح: الانتخاب الطبيعي.
علم وظائف الأعضاء المادي ونظرية الخلية:
بدأ كثير من علماء وظائف الأعضاء في أواخر القرن الثامن عشر في تصور الحياة كمجموعة من العمليات الطبيعية والكيميائية التي تتم داخل الكائن الحي. وبخلاف بعض علماء الأحياء الآخرين، لم يعتقدوا بأن أية قوة روحية أو خارقة للطبيعة توجه الكائنات الحية في تأدية وظائفها. وبدلاً من ذلك، زعموا أن الكائنات الحية ليست أكثر من تركيبات خاصة من المواد، تعمل مثل الآلات، وتسمى هذه الآراء علم وظائف الأعضاء المادي أو علم وظائف الأعضاء المادي الآلي، وهي آراء غير مقبولة من وجهة النظر الإسلامية وقد رفضها أيضًا الكثير من العلماء. |
تجربة عن التنفس تظهر في هذا النقش لمختبر أنطوان لافوازيه الذي درس العمليات الفسيولوجية في أواخر القرن الثامن عشر. |
 |
رسومات للخلايا، للألماني ثيودور شوان. ساعدت هذه الرسومات في إقناع العلماء أن جميع النباتات والحيوانات تتكون من خلايا. |
واعتمادًا على علم وظائف الأعضاء المادي ونظرية الخلية، وضع كلٌ من الكيميائي الفرنسي لويس باستير، والطبيب الألماني روبرت كوخ ـ بثبات ـ نظرية جديدة للأمراض خلال منتصف ونهاية القرن التاسع عشر. ومن خلال دراساتهما، أثبت كلٌ من باستير وكوخ ما كان يُسمى نظرية الجراثيم. وطبقًا لهذه النظرية، تسبب كائنات حية مجهرية كثيرًا من الأمراض.
 |
تشارلز داروين عالم تاريخ طبيعي بريطاني، نشر نظريته بشأن التطور في أصل الأنواع. أحدثت أفكاره تغييرًا كاملا في الفكر الأحيائي. |
تطور علم الأحياء الحديث:
خلال نهاية القرن التاسع عشر، أثارت نظرية داروين عن النشوء والارتقاء كثيرًا من الجدل بين علماء الأحياء بشأن أصل، وطبيعة، وتطور الكائنات الحية. ومع ذلك رفض كثير من علماء الأحياء في بداية القرن العشرين الاعتماد على النظريات والحدس. وبدلاً من ذلك، أكدوا أهمية التجارب المراقبة بدقة، وتطبيق الطرق التقنية الرياضية على علم الأحياء. لقد ساعدت تلك الطريقة في البحث على التوصل إلى توسع هائل للمعرفة بعلم الأحياء، وبخاصة في فهم الأساس الكيميائي والجزيئي للحياة.تأسس علم الوراثة فرعًا من علم الأحياء، في أوائل القرن العشرين. ثم تطور بصفة رئيسية من التجارب التي أجراها في منتصف القرن التاسع عشر الراهب النمساوي جريجور مندل. وعلى أساس تجاربه، اكتشف مندل أن الصفات الطبيعية المميزة تنتجها الوحدات الوراثية الأساسية، التي تنقل السمات من جيل إلى جيل. وفي نحو عام 1910م، وجد توماس هنت مورجان، وهو عالم أحياء أمريكي، أن الوحدات الوراثية لمندل، التي سميت فيما بعد المورِّثات تقع على بِنْيات تُسمى صبغيات داخل الخلايا، ولاحظ علماء الأحياء في هذا الوقت أيضًا أن التغيرات في السمات الوراثية تتوافق مع تغيرات مرئية في تركيب الصبغيات.
وخلال الأربعينيات من القرن العشرين، وجد علماء الوراثة أن المورثات توجه صنع البروتينات، التي تنظم الخلايا بوساطة عملياتها الكيميائية. وفي عام 1953م، اقترح عالم الأحياء جيمس واطسون من الولايات المتحدة، وعالم الفيزياء فرانسيس كريك من المملكة المتحدة نموذجًا للتركيب الجزئي للحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (د ن أ)، وهي المادة الموجودة في الصبغيات والتي تتحكم في الوراثة. لقد مكنت معرفة تركيب (د ن أ) علماء الأحياء من فهم الأساس الجزيئي لكثير من العمليات الحيوية ويشمل ذلك الوراثة والتغير الوراثي.
وساعد التقدم المفاجئ في علم الوراثة على تغيير توجه علماء الأحياء في الغرب إلى دراسة التطور. وفي الستينيات من القرن العشرين، كان كثير من علماء الأحياء يدرسون علم التطور وفقًا للتغيرات في أنواع وأعداد المورِّثات في مجموعة سكانية معينة.
وأخذ مجال علم البيئة في التطور بقوة في بداية القرن العشرين. وأدرك العلماء منذ عهد بعيد أهمية العلاقة بين الكائنات الحية بعضها مع بعض والعلاقة بين الكائنات الحية وبيئتها. إلا أن تطور علم البيئة، كفرع منفصل من علم الأحياء حدث ـ فقط ـ بعد إدخال طرق تقنية مثل التحليل الإحصائي للأنظمة المعقدة للعلاقات. ومنذ الستينيات من القرن العشرين، أثار الاهتمام بآثار التلوث على البيئة البحث في مجال علم البيئة بدرجة كبيرة.
وحدث أيضًا تقدم كبير خلال القرن العشرين في علم الأعصاب ؛ أي دراسة الجهاز العصبي. واكتشف علماء الأعصاب كثيرًا مما يخص كيفية عمل الأعصاب منفردة، وعملها في مجموعات منظمة. وقد زادوا بدرجة كبيرة فهمنا للتفاعلات الكيميائية التي تتم خلال نقل الدفعات العصبية من خلية عصبية إلى أخرى.
| تواريخ هامة في علم الأحياء | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
الأبحاث والموضوعات الحالية:
تُعَدُّ دراسة الجهاز المناعي للإنسان ؛ أي الجهاز الدفاعي للجسم ضد الأمراض والمواد الغريبة، إحدى المجالات الطليعية للبحث الأحيائي. ويدرس العلماء الآن كيف تنتج أجسامنا أنواعًا لا نهاية لها من البروتينات المقاومة للأمراض، تُسمى الأجسام المضادة. ويكيَّف كل جسم مضاد خصيصًا لمقاومة إحدى المواد العديدة المسماة المستضدات. واكتشف علماء الأحياء أن الجسم بإمكانه أن ينتج عددًا كبيرًا من الأجسام المضادة المختلفة ؛ لأن بعض المورِّثات تُعيد ترتيب نفسها، لإنتاج أجسام مضادة تهاجم مستضدات محددة.ومنذ الخمسينيات من القرن العشرين الميلادي، يقوم علماء الأحياء بجمع الأدلة لنظرية بداية الحياة عبر سلسلة من التفاعلات الكيميائية في وقت مبكر من تاريخ الأرض.
وأنتج علماء الأحياء جزيئيات أحيائية معقدة بوساطة التجارب الكيميائية بإمكانها أن تُوجِد ثانية الأحوال التي أعتقد أنها وجدت على الأرض منذ بلايين السنين. ★ تَصَفح: الحياة.
ومنذ السبعينيات من القرن العشرين الميلادي، بدأ عدد كبير من علماء الأحياء في دراسة فكرة التغيير التطوري الذي يحدث فقط نتيجة لعملية تدريجية. وبدلاً من ذلك، يقبل العلماء فكرة أن التطور يمكن أن ينشأ -أحيانًا- بوساطة تغيرات مفاجئة، تؤدي إلى إحلال نوع مكان نوع آخر. وبالرغم من وجود عدة تساؤلات حول التفاصيل الخاصة بهذه النظرية إلا أن معظم علماء الأحياء ـ خصوصًا في الغرب ـ يقبلون الخطوط العامة لنظرية النشوء والارتقاء. ومع ذلك، يرفض علماء آخرون هذه النظرية، نظرًا لوجود العديد من الثغرات في فهمنا لكيفية تطور أنواع مُعيَّنة من الكائنات الحية. ★ تَصَفح: النشوء والارتقاء.
 |
خمائر منتجة بوساطة الهندسة الوراثية تظهر على الشاشة، تنتج لقاحًا لمعالجة الالتهاب الكبدي. ويتوقع في المستقبل وجود استخدامات جديدة وكثيرة للهندسة الوراثية. |
وفي عام 1996م، استطاع بعض العلماء الأسكتلنديين بقيادة عالم الأحياء إيان ولمت إنجاز أول استنساخ ناجح لحيوان من ذوات الثدي من خلايا حيوان بالغ. فقد استطاعوا استنساخ نسيلة لنعجة أطلق عليها اسم دوللي، واحتدم الجدل بعد ذلك حول جدوى الاستنساخ الآدمي.
وكان علماء الوراثة حول العالم قد أطلقوا عام 1990م، برنامجهم الذي عرف باسم مشروع المجين البشري. ويهدف المشروع لإيجاد سلسلة أو نظام لكل المادة المعروفة باسم د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) في المجين (الجينوم) البشري وجينومات الكائنات الحية الأخرى. ويحتوي الجينوم على كل الجينات (المورثات) في كروموزومات (صبغيات) الخلية. وبنهاية القرن العشرين استطاع علماء مشروع المجين البشري الحصول على سلاسل جينومات لبعض الكائنات الحية مثل الدودة الأسطوانية والخميرة وغيرهما من الكائنات الحية.
★ تَصَفح: العلوم عند العرب والمسلمين.
إختبر معلوماتك :
- ما علم الهندسة الوراثية؟
- بأية طريقة قارن أنطوان لافوازيه بين عملية التنفس واحتراق الشمعة؟
- ما نظرية الخلية؟
- كيف تمكن جالينوس من اكتساب معظم معلوماته عن علم التشريح؟
- لماذا اعتقد كثير من علماء الأحياء في أواخر القرن الثامن عشر أن الأنواع تتغير بمرور الزمن؟
- ما الصفات الثلاث التي تشترك فيها الكائنات الحية وتميزها عن الجماد؟
- من مؤلف الكتاب الذي يحتوي على الرسوم الأولى للخلايا؟
- ما الانتخاب الطبيعي؟