سلسبيل الخير
03-08-2009, 08:23 PM
http://www.mjdislam.com/vb/imgcache/8634.imgcache.gif
علم اﻷحياء أو الحياوة
علم اﻷحياء أو الحياوة (بالإنجليزية: Biology) (من اليونانية، Bios حياة و Logosعلم) هو علم دراسة الكائنات الحية من حيث بنيتها، و تغذيتها ، وتكاثرها، طبيعتها، و صفاتها، و أنواعها، و القوانين التي تحكم طرق عيشها و تطورها و تفاعلها مع وسطها الطبيعي.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c6/Tree_Fern.jpg/90px-Tree_Fern.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/EscherichiaColi_NIAID.jpg/90px-EscherichiaColi_NIAID.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Thompson%27s_Gazelle.jpeg/90px-Thompson%27s_Gazelle.jpeg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d9/Goliath_beetle.jpg/90px-Goliath_beetle.jpg
يدرس علم الأحياء أشكالا متنوعة من الحياة و الأشكال الحية (ضد عقارب الساعة) بدءا من الجراثيم كبكتيريا الإيشيرشيا المعوية و النبتات مثل السرخس ، و الحيوانات كالغزال أو خنفساء جالوت.
تــاريــخ عــلـم الاحــيــاء
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.
وخلال القرن الثاني الميلادي، ساهم جالينوس الطبيب الإغريقي، الذي مارس الطب في روما، مساهمة كبيرة في تقدم علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء. وقد اكتسب الكثير من علمه من معالجة المجالدين (المصارعين) المصابين، وتشريح القِرَدة والخنازير. نمت المعرفة بعلم الأحياء خلال العصور الوسطى نموًا بطيئًا، واستمرت قرابة1000 عام بداية من القرن الخامس الميلادي.
ولا ينسى العلم قيام العلماء العرب بجمع، وحفظ، وترجمة، أعمال أبقراط، وأرسطو، وجالينوس، وعلماء قدامى آخرين. وقام العرب أيضًا بمساهمات كبيرة خاصة بهم في علم الأحياء، يأتي في مقدمتهم الرازي وابن سينا وابن النفيس والزهراوي. وقد حاولوا مع غيرهم أن يصلوا إلى المعرفة الصحيحة المبنية على التجارب العلمية والدراسة الميدانية. ومن الذين أسهموا كذلك في علم التاريخ الطبيعي وعلم الحيوان عمرو بن بحر بن محبوب الكناني المعروف بأبي عثمان الجاحظ، وعبدالملك بن قُريب المعروف بالأصمعي (16هـ، 861م)، وكمال الدين محمد بن موسى الدميري الشافعي، المعروف بالدميري (ت 808هـ، 1405م)، وضياء الدين أبو محمد، عبدالله بن أحمد المالقي النباتي والمعروف بابن البيطار، أو العشّاب (ت 646هـ، 1248م) وقد ترجمت أعمالهم جميعًا إلى اللغات الأوروبية.وفي النهاية، وجدت أعمال العلماء الإغريق والعرب القدامى طريقها إلى أوروبا خلال العصور الوسطى، وكانت الثقة في الكُتَّاب القدامى متوافرة، بالرغم من أن أعمالهم تضمنت بعض الأخطاء.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.
وحث التأكيد على الملاحظة على نمو التوجه إلى الطبيعة بدرجة كبيرة والدقة في التوضيح الأحيائي. وخلال أواخر القرن الخامس عشر وبداية القرن السادس عشر، رسم الفنان الإيطالي الشهير ليوناردو دافينشي مئات اللوحات لجسم الإنسان، التي راعى فيها دقة التفاصيل والتناسب. وبنى ليوناردو أعماله على أساس تشريح الجثث البشرية. ونُشر أول كتاب علمي عن تشريح الإنسان في عام 1543م وكَتَبَ العمل المسمى عن بنية جسم الإنسان، أندرياس فزاليوس، خبير علم التشريح الذي وُلد فيما يُسمى حاليًا بلجيكا. وأسس فزاليوس أعماله ـ كما فعل ليوناردو ـ على التشريحات التي أجراها على الجثث البشرية. صحح هذا الكتاب المزود برسوم إيضاحية وافية بالغة الدقة ونادرة لتشريح الإنسان، الكثير من أفكار جالينوس الخاطئة.
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.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.
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.لقد أثار تصنيف الكائنات الحية تبعًا للتشابه في تركيبها، اهتمام علماء علم التشريح المقارن، أي مقارنة التركيب التشريحي للكائنات الحية المختلفة. وكان الفرنسي البارون كوفييه، رائد علماء التشريح المقارن في أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر، قد لاحظ أن لدى معظم أنواع الحيوانات نوعًا أو آخر من أنواع الأجسام الأساسية القليلة جدًا. وابتكر نظامًا لتصنيف الحيوانات وفقًا لأنواع الأجسام الأساسية، وهو مازال مستخدمًا في شكل معدَّل. وقد طبَّق كوفييه أيضًا طرق علم التشريح المقارن على مجال آخر، ساعده على تأسيس 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.
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.طبق أنطوان لافوازيه، الكيمائي الفرنسي، الطرائق التقنية للكيمياء على علم وظائف الأعضاء، في أواخر القرن الثامن عشر الميلادي. شبه لافوازيه التنفس باحتراق الشمعة؛ لأن كلتا العمليتين تستخدمان الأكسجين، وتولدان الحرارة وثاني أكسيد الكربون. وبداية من منتصف القرن التاسع عشر، أدخل عالم وظائف الأعضاء الفرنسي كلود برنارد طريقة جديدة، لفهم علم وظائف الأعضاء المادي. وتصور الأشياء الحية على أنها مجموعات منظمة جدًا من آليات التحكم التي تعمل للحفاظ على الأوضاع الداخلية اللازمة للحياة. وأشار إلى أنه في الثدييات، على سبيل المثال، تُبْقي تلك الآليات حرارة الجسم ثابتة بالرغم من التغيرات الحادثة في الحرارة خارج الكائن الحي.
لقد كان الفهم المتزايد للخلية متوازيًا مع التطورات الحادثة في علم وظائف الأعضاء. وفي نهاية العقد الرابع من القرن التاسع عشر، افترض ألمانيان ـ عالم النباتات ماتياس شلايدن وعالم علم وظائف الأعضاء ثيودور شوان ـ أن الخلية هي الوحدة التركيبية والوظيفية الأساسية لجميع النباتات والحيوانات. وفي عام 1858م، نشر رودلف فيركو ـ وهو عالم ألماني آخر ـ نظريته التي تُرجع جميع الأمراض إلى أمراض الخلية. وتسمى هذه الأفكار في مجموعها نظرية الخلية.
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.
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.
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.
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.
في أواخر السبعينيات من القرن العشرين الميلادي، توصل العلماء إلى كيفية نقل مورِّثات من نوع مُعيَّن وإدخالها في نوع آخر. وتُسمى هذه العملية الهندسة الوراثية. وتقدم الهندسة الوراثية العديد من الفوائد الممكنة في مجالات الطب، والصناعة، والزراعة. فعلى سبيل المثال، ينقل العلماء إلى البكتيريا المورثة البشرية التي تنتج الإنسولين وهو هورمون ينظم استخدام الجسم للسكر. وتنتج البكتيريا حينئذ الإنسولين، الذي يمكن أن يستخدم لعلاج الأفراد المصابين بداء السكري. لكن بعض الناس يبدون شكوكهم حول أخلاقيات التدخل في البنية الوراثية للكائنات الحية بوساطة الهندسة الوراثية. لقد سببت الهندسة الوراثية قلقًا لأن إطلاق كائنات حية ناتجة عن الهندسة الوراثية إلى البيئة يمكن أن يحدث آثارًا ضارة. ولهذا السبب، وضع العلماء المشاركون في الهندسة الوراثية قواعد إرشادية للسلامة وللحماية من الانطلاق أو التسرب غير المقصود لمثل هذه الكائنات الحية.
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.
و علم اﻷحياء واسع جدا و ينقسم لعدة فروع من أهمها علم الكائنات المجهرية و علم الحيوان و علم النبات و كذلك علم وظائف اﻷعضاء و الكيمياء الحيوية و علم البيئة. و مع ترقي هذا العلم، منذ القرن التاسع عشر، صار ذو صلات وثيقة بالعلوم أخرى، النظرية منها و التطبيقية، مثل الطب و الصيدلة و مجالات تقنية أخرى تلبي إحتياجات الإنسان الضرورية والمستمرة. و هكذا صرنا اليوم لا نتحدث عن علم بل علوم الحياة (بالإنجليزية: Life Sciences).
يتعامل علم الأحياء مع دراسة كافة أشكال الحياة . حيث يهتم بخصائص الكائناتت الحية و تصنيفها و سلوكها ، كما يدرس كيفية ظهور هذه الأنواع إلى الوجود و العلاقات المتبادلة بين بعضها البعض و بينها و بين بيئتها . لذلك فإن علم الأحياء يحتضن داخله العديد من التخصصات و الفروع العلمية المستقلة . لكنها جميعا تجتمع في علاقتها بالكائنات الحية (ظاهرة الحياة) على مجال واسع من الأنواع و الأحجام تبدا بدراسة الفيروسات و الجراثيم ثم النباتات و الحيوانات ، في حين تختص فروع أخرى بدراسة العمليات الحيوية داخل الخلية مثل الكيمياء الحيوية إلى فروع دراسة العلاقات بين الحياء و البيئة في علم البيئة.
على مستوى العضوية ، تأخذ البيولوجيا على عاتقها دراسة ظواهر الولادة ، و النمو ، و الشيخوخة aging ، و الموت death و تحلل الكائات الحية ، ناهيك عن دراسة التشابه بين الأجيال offspring وآبائهم (وراثة heredity ) كما يدرس أيضا ازهرار النباتات و غيرها من الظواهر حيرت الإنسانية خلال التاريخ .
ظواهر أخرى مثل إفراز الحليب lactation ، metamorphosis ، و وضع البيض ، و التشافي healing ، والانتحاء Tropism . و ضمن مجالات أوسع يدرس علماء الأحياء تهجين الحيوانات و النباتات ، إضافة للتنوع الهائل في الحياة النباتية و الحيوانية و(التنوع الحيوي biodiversity ), والتغير في الكائنات الحية عبر الزمن و التطور ونظرية التطور وظاهرة انقراض بعض الأحياء ، أو ظهور الأنواعالجديدة Speciation ، وكذلك دراسة السلوك الاجتماعي بين الحيوانات ، الخ .. .
يضم علم الأحياء علم النبات الذي يختص بدراسة النباتات في حين يختص علم الحيوان بدراسة الحيوانات أما الأنثروبولوجيا فيختص بدرساة الكائن البشري . وأما على المستوى الجزيئي ، فتـُدرس الحياة ضمن علم الأحياء الجزيئي ، و الكيمياء الحيوية و علم الوراثة الجزيئي. و على المستوى التالي ألا وهو الخلية فهو يـُدرس في علم الأحياء الخلوي.
وعند الانتقال إلى مستوى عديدات الخلايا multicellular ، يظهر لدينا علوم مثل الفيزيولوجيا و التشريح و علم النسج . أما علم أحياء النمو Developmental biology فهو يدرس الحياة في مستوى تطور و نمو الكائنات الحية المفردة أو ما يدعى ontogeny. وأما عندما ننتقل إلى أكثر من عضوية واحدة ، يبرز علم الوراثة الذي يدرس كيف تعمل قوانين الوراثة heredity بين الآباءو الأنسال . و يدرس علم الإيثولوجيا Ethology سلوك المجموعات الحيوانية . أما علم الوراثة التجمعي Population genetics فيأخذ بعين الاعتبار كامل تجمّع الفئات population .أما النظاميات فتدرس مجالات متعددة الأنواع من الذراري lineage (أنواع من أصل مشترك) . المجموعات الحيوية المترابطة بعلاقات و مواطنها تدرس في إطار علم البيئة و علم الأحياء التطوري evolutionary biology . أحد أحدث العلوم البيولوجية حاليا هو علم الأحياء الفلكي astrobiology (أو xenobiology ) الذي يدرس إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض .
ما هى الحياة؟
كل التعريفات والتحديدات لكلمة الحياة حتى الآن غير مرضية أو غير مستوفية للغرض ، ذلك لأن أصل الحياة مجهول تجريبيا. ولكن يمكن القول أن الحياة "ظاهرة تتميز بصفات معينة مثل: التغذية ، التنفس ، التمثيل الغذائي ، الحركة ، التكائر ، الإخراج.... الخ. وتنتهى حياة الفرد الحى بمجرد فقدانه صفة واحدة (أو أكثر) من تلك الصفات المميزة للحياة.
يمكن تلخيص مظاهر الحياة في الآتي:
أولا المادة الحية: وتسمى البروتوبلازم Protoplasm. وهى أساس تكوين كل كائن سواء كان معقدا أو بسيطا. إنها تصبغ كل الأنشطة الفيزيائية بالحياة مثل: الهضم ، والتنفس ، والإخراج... الخ. ويمكن باختصارالقول : أن البروتوبلازم والحياة وجهان لعملة واحدة.
ثانيا الخلية وحدة بناء: هناك قاعدة بيولوجية تقول: الفرد الحي يتكون من مجموعة من الأجهزة ، وكل جهاز يتكون من مجموعة من الأعضاء ، وكل عضو يتكون من مجموعة من الأنسجة ، وكل نسيج يتكون من مجموعة من الخلايا ، ومهما تعقد العضو أو كان بسيطا فإنه في النهاية يتكون من مجموعة خلايا ، كما توجد كائنات حية مكونة من خلية واحدة .
ثالثا عمليةالأيض: مميز مهم جدا للأحياء. اللفظ (أيض/ Metabolism) يشمل كل الأنشظة الحيوية التى تتم في البروتوبلازم، وهى إما (بناء) أو (هدم).. هناك تعريف لـ" الأيض " في اللغة العربية، وهو: " صيرورة الشيء شيئاً أخراً". وكما نلاحظ من ذلك،الأيض الخلوي: هو كل التبدلات التي تطرأ على المواد في الخلية من هدم أو بناء ويسمى أحياناً الاستقلاب.
رابعا النمو: وهو ناتج بديهى لأضافة مواد جديدة للجسم (بناء). وعلى هذا لو كانت نسبة البناء تساوى نسبة الهدم فلن يحدث النمو.ولكن هناك بعض صور للنمو في كوائن غير حية مثل: تكوين الكريستالات أو الترسيبات الكلسية. فما الفارق إذن؟ أما ما يحدث في حالة الكريستال مثلا، فهو لا يعدو أن يكون ترسيبا لأن المواد المضافة تكون من الخارج فقط... والأمر يختلف تماما مع الكائنات الحية لأن الإضافة تكون بإدخال تركيبات جديدة فيما بين التركيبات القديمة التى تكون جسم الكائن من قبل. تلك التركيبات هى الخلايا الحية.
خامسا الإحساس: يمكننا أن نعرف الإحساس بالقدرة على التفاعل مع المتغيرات في الوسط المحيط.والإحساس صفة ظاهرة في الكائنات المعقدة أمثالنا (قدرتك على قراءة تلك الكلمات الآن هو مثال لقدرتك على الإحساس). أما في النبات فتتمثل في: (الانتحاء تجاه الضوء، الانتحاء تجاه الماء، الانتحاء ضد الجاذبية) بالإضافة إلى بعض الخصائص الحسية التى تتميز بها نباتات بعينها (إحساس نبات نبات المستحية بالحرارة أو باللمس، قبض النباتات المفترسة على فريستها). الكائنات الدقيقة قادرة على الإحساس كذلك (لوحظ أن الأميبا تغير من طرق نموها وتكاثرها عند تأزم الظروف البيئية أو عدم ملاءمتها لها). إذن تظهر كذلك القدرة على الإحساس عند كل الكائنات الحية ولكن بنسب متفاوتة.
سادسا: التكاثر:سر عدم الفناء هو قدرة الكائن الحى على إنتاج أفراد جديدة من نفس النوع. وتتنوع طرق التكاثر بين جنسي ولاجنسى. والتكاثر اللاجنسي يحتاج لفرد واحد فقط لديه القدرة عل إنتاج أفراد تشبهه تماما. وهذا يحدث في الحيوانات والنباتات الدنيا على صورة من ثلاثة: الإنقسام الثنائي، التبرعم، التجرثم. أما التكاثر الجنسي فهو مميز للكائنات الراقية، وهو يحتاج لفردين أحدهما ذكر ينتج مشيجا متحركا، والآخر أنثى وينتج مشيجا ساكنا.. وعندما يتحد المشيجان يكونان الزيجوت وهو البذرة الأساسية للفرد الجديد. ولأن التكاثر لا يحقق أى فائدة للأبوين، فقد جعل الله لها محفزات مثل: الحاجة الجنسية والغريزة.
علم اﻷحياء أو الحياوة
علم اﻷحياء أو الحياوة (بالإنجليزية: Biology) (من اليونانية، Bios حياة و Logosعلم) هو علم دراسة الكائنات الحية من حيث بنيتها، و تغذيتها ، وتكاثرها، طبيعتها، و صفاتها، و أنواعها، و القوانين التي تحكم طرق عيشها و تطورها و تفاعلها مع وسطها الطبيعي.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c6/Tree_Fern.jpg/90px-Tree_Fern.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/EscherichiaColi_NIAID.jpg/90px-EscherichiaColi_NIAID.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Thompson%27s_Gazelle.jpeg/90px-Thompson%27s_Gazelle.jpeg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d9/Goliath_beetle.jpg/90px-Goliath_beetle.jpg
يدرس علم الأحياء أشكالا متنوعة من الحياة و الأشكال الحية (ضد عقارب الساعة) بدءا من الجراثيم كبكتيريا الإيشيرشيا المعوية و النبتات مثل السرخس ، و الحيوانات كالغزال أو خنفساء جالوت.
تــاريــخ عــلـم الاحــيــاء
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.
وخلال القرن الثاني الميلادي، ساهم جالينوس الطبيب الإغريقي، الذي مارس الطب في روما، مساهمة كبيرة في تقدم علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء. وقد اكتسب الكثير من علمه من معالجة المجالدين (المصارعين) المصابين، وتشريح القِرَدة والخنازير. نمت المعرفة بعلم الأحياء خلال العصور الوسطى نموًا بطيئًا، واستمرت قرابة1000 عام بداية من القرن الخامس الميلادي.
ولا ينسى العلم قيام العلماء العرب بجمع، وحفظ، وترجمة، أعمال أبقراط، وأرسطو، وجالينوس، وعلماء قدامى آخرين. وقام العرب أيضًا بمساهمات كبيرة خاصة بهم في علم الأحياء، يأتي في مقدمتهم الرازي وابن سينا وابن النفيس والزهراوي. وقد حاولوا مع غيرهم أن يصلوا إلى المعرفة الصحيحة المبنية على التجارب العلمية والدراسة الميدانية. ومن الذين أسهموا كذلك في علم التاريخ الطبيعي وعلم الحيوان عمرو بن بحر بن محبوب الكناني المعروف بأبي عثمان الجاحظ، وعبدالملك بن قُريب المعروف بالأصمعي (16هـ، 861م)، وكمال الدين محمد بن موسى الدميري الشافعي، المعروف بالدميري (ت 808هـ، 1405م)، وضياء الدين أبو محمد، عبدالله بن أحمد المالقي النباتي والمعروف بابن البيطار، أو العشّاب (ت 646هـ، 1248م) وقد ترجمت أعمالهم جميعًا إلى اللغات الأوروبية.وفي النهاية، وجدت أعمال العلماء الإغريق والعرب القدامى طريقها إلى أوروبا خلال العصور الوسطى، وكانت الثقة في الكُتَّاب القدامى متوافرة، بالرغم من أن أعمالهم تضمنت بعض الأخطاء.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.
وحث التأكيد على الملاحظة على نمو التوجه إلى الطبيعة بدرجة كبيرة والدقة في التوضيح الأحيائي. وخلال أواخر القرن الخامس عشر وبداية القرن السادس عشر، رسم الفنان الإيطالي الشهير ليوناردو دافينشي مئات اللوحات لجسم الإنسان، التي راعى فيها دقة التفاصيل والتناسب. وبنى ليوناردو أعماله على أساس تشريح الجثث البشرية. ونُشر أول كتاب علمي عن تشريح الإنسان في عام 1543م وكَتَبَ العمل المسمى عن بنية جسم الإنسان، أندرياس فزاليوس، خبير علم التشريح الذي وُلد فيما يُسمى حاليًا بلجيكا. وأسس فزاليوس أعماله ـ كما فعل ليوناردو ـ على التشريحات التي أجراها على الجثث البشرية. صحح هذا الكتاب المزود برسوم إيضاحية وافية بالغة الدقة ونادرة لتشريح الإنسان، الكثير من أفكار جالينوس الخاطئة.
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.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.
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.لقد أثار تصنيف الكائنات الحية تبعًا للتشابه في تركيبها، اهتمام علماء علم التشريح المقارن، أي مقارنة التركيب التشريحي للكائنات الحية المختلفة. وكان الفرنسي البارون كوفييه، رائد علماء التشريح المقارن في أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر، قد لاحظ أن لدى معظم أنواع الحيوانات نوعًا أو آخر من أنواع الأجسام الأساسية القليلة جدًا. وابتكر نظامًا لتصنيف الحيوانات وفقًا لأنواع الأجسام الأساسية، وهو مازال مستخدمًا في شكل معدَّل. وقد طبَّق كوفييه أيضًا طرق علم التشريح المقارن على مجال آخر، ساعده على تأسيس 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.
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.طبق أنطوان لافوازيه، الكيمائي الفرنسي، الطرائق التقنية للكيمياء على علم وظائف الأعضاء، في أواخر القرن الثامن عشر الميلادي. شبه لافوازيه التنفس باحتراق الشمعة؛ لأن كلتا العمليتين تستخدمان الأكسجين، وتولدان الحرارة وثاني أكسيد الكربون. وبداية من منتصف القرن التاسع عشر، أدخل عالم وظائف الأعضاء الفرنسي كلود برنارد طريقة جديدة، لفهم علم وظائف الأعضاء المادي. وتصور الأشياء الحية على أنها مجموعات منظمة جدًا من آليات التحكم التي تعمل للحفاظ على الأوضاع الداخلية اللازمة للحياة. وأشار إلى أنه في الثدييات، على سبيل المثال، تُبْقي تلك الآليات حرارة الجسم ثابتة بالرغم من التغيرات الحادثة في الحرارة خارج الكائن الحي.
لقد كان الفهم المتزايد للخلية متوازيًا مع التطورات الحادثة في علم وظائف الأعضاء. وفي نهاية العقد الرابع من القرن التاسع عشر، افترض ألمانيان ـ عالم النباتات ماتياس شلايدن وعالم علم وظائف الأعضاء ثيودور شوان ـ أن الخلية هي الوحدة التركيبية والوظيفية الأساسية لجميع النباتات والحيوانات. وفي عام 1858م، نشر رودلف فيركو ـ وهو عالم ألماني آخر ـ نظريته التي تُرجع جميع الأمراض إلى أمراض الخلية. وتسمى هذه الأفكار في مجموعها نظرية الخلية.
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.
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.
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.
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.
في أواخر السبعينيات من القرن العشرين الميلادي، توصل العلماء إلى كيفية نقل مورِّثات من نوع مُعيَّن وإدخالها في نوع آخر. وتُسمى هذه العملية الهندسة الوراثية. وتقدم الهندسة الوراثية العديد من الفوائد الممكنة في مجالات الطب، والصناعة، والزراعة. فعلى سبيل المثال، ينقل العلماء إلى البكتيريا المورثة البشرية التي تنتج الإنسولين وهو هورمون ينظم استخدام الجسم للسكر. وتنتج البكتيريا حينئذ الإنسولين، الذي يمكن أن يستخدم لعلاج الأفراد المصابين بداء السكري. لكن بعض الناس يبدون شكوكهم حول أخلاقيات التدخل في البنية الوراثية للكائنات الحية بوساطة الهندسة الوراثية. لقد سببت الهندسة الوراثية قلقًا لأن إطلاق كائنات حية ناتجة عن الهندسة الوراثية إلى البيئة يمكن أن يحدث آثارًا ضارة. ولهذا السبب، وضع العلماء المشاركون في الهندسة الوراثية قواعد إرشادية للسلامة وللحماية من الانطلاق أو التسرب غير المقصود لمثل هذه الكائنات الحية.
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.
و علم اﻷحياء واسع جدا و ينقسم لعدة فروع من أهمها علم الكائنات المجهرية و علم الحيوان و علم النبات و كذلك علم وظائف اﻷعضاء و الكيمياء الحيوية و علم البيئة. و مع ترقي هذا العلم، منذ القرن التاسع عشر، صار ذو صلات وثيقة بالعلوم أخرى، النظرية منها و التطبيقية، مثل الطب و الصيدلة و مجالات تقنية أخرى تلبي إحتياجات الإنسان الضرورية والمستمرة. و هكذا صرنا اليوم لا نتحدث عن علم بل علوم الحياة (بالإنجليزية: Life Sciences).
يتعامل علم الأحياء مع دراسة كافة أشكال الحياة . حيث يهتم بخصائص الكائناتت الحية و تصنيفها و سلوكها ، كما يدرس كيفية ظهور هذه الأنواع إلى الوجود و العلاقات المتبادلة بين بعضها البعض و بينها و بين بيئتها . لذلك فإن علم الأحياء يحتضن داخله العديد من التخصصات و الفروع العلمية المستقلة . لكنها جميعا تجتمع في علاقتها بالكائنات الحية (ظاهرة الحياة) على مجال واسع من الأنواع و الأحجام تبدا بدراسة الفيروسات و الجراثيم ثم النباتات و الحيوانات ، في حين تختص فروع أخرى بدراسة العمليات الحيوية داخل الخلية مثل الكيمياء الحيوية إلى فروع دراسة العلاقات بين الحياء و البيئة في علم البيئة.
على مستوى العضوية ، تأخذ البيولوجيا على عاتقها دراسة ظواهر الولادة ، و النمو ، و الشيخوخة aging ، و الموت death و تحلل الكائات الحية ، ناهيك عن دراسة التشابه بين الأجيال offspring وآبائهم (وراثة heredity ) كما يدرس أيضا ازهرار النباتات و غيرها من الظواهر حيرت الإنسانية خلال التاريخ .
ظواهر أخرى مثل إفراز الحليب lactation ، metamorphosis ، و وضع البيض ، و التشافي healing ، والانتحاء Tropism . و ضمن مجالات أوسع يدرس علماء الأحياء تهجين الحيوانات و النباتات ، إضافة للتنوع الهائل في الحياة النباتية و الحيوانية و(التنوع الحيوي biodiversity ), والتغير في الكائنات الحية عبر الزمن و التطور ونظرية التطور وظاهرة انقراض بعض الأحياء ، أو ظهور الأنواعالجديدة Speciation ، وكذلك دراسة السلوك الاجتماعي بين الحيوانات ، الخ .. .
يضم علم الأحياء علم النبات الذي يختص بدراسة النباتات في حين يختص علم الحيوان بدراسة الحيوانات أما الأنثروبولوجيا فيختص بدرساة الكائن البشري . وأما على المستوى الجزيئي ، فتـُدرس الحياة ضمن علم الأحياء الجزيئي ، و الكيمياء الحيوية و علم الوراثة الجزيئي. و على المستوى التالي ألا وهو الخلية فهو يـُدرس في علم الأحياء الخلوي.
وعند الانتقال إلى مستوى عديدات الخلايا multicellular ، يظهر لدينا علوم مثل الفيزيولوجيا و التشريح و علم النسج . أما علم أحياء النمو Developmental biology فهو يدرس الحياة في مستوى تطور و نمو الكائنات الحية المفردة أو ما يدعى ontogeny. وأما عندما ننتقل إلى أكثر من عضوية واحدة ، يبرز علم الوراثة الذي يدرس كيف تعمل قوانين الوراثة heredity بين الآباءو الأنسال . و يدرس علم الإيثولوجيا Ethology سلوك المجموعات الحيوانية . أما علم الوراثة التجمعي Population genetics فيأخذ بعين الاعتبار كامل تجمّع الفئات population .أما النظاميات فتدرس مجالات متعددة الأنواع من الذراري lineage (أنواع من أصل مشترك) . المجموعات الحيوية المترابطة بعلاقات و مواطنها تدرس في إطار علم البيئة و علم الأحياء التطوري evolutionary biology . أحد أحدث العلوم البيولوجية حاليا هو علم الأحياء الفلكي astrobiology (أو xenobiology ) الذي يدرس إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض .
ما هى الحياة؟
كل التعريفات والتحديدات لكلمة الحياة حتى الآن غير مرضية أو غير مستوفية للغرض ، ذلك لأن أصل الحياة مجهول تجريبيا. ولكن يمكن القول أن الحياة "ظاهرة تتميز بصفات معينة مثل: التغذية ، التنفس ، التمثيل الغذائي ، الحركة ، التكائر ، الإخراج.... الخ. وتنتهى حياة الفرد الحى بمجرد فقدانه صفة واحدة (أو أكثر) من تلك الصفات المميزة للحياة.
يمكن تلخيص مظاهر الحياة في الآتي:
أولا المادة الحية: وتسمى البروتوبلازم Protoplasm. وهى أساس تكوين كل كائن سواء كان معقدا أو بسيطا. إنها تصبغ كل الأنشطة الفيزيائية بالحياة مثل: الهضم ، والتنفس ، والإخراج... الخ. ويمكن باختصارالقول : أن البروتوبلازم والحياة وجهان لعملة واحدة.
ثانيا الخلية وحدة بناء: هناك قاعدة بيولوجية تقول: الفرد الحي يتكون من مجموعة من الأجهزة ، وكل جهاز يتكون من مجموعة من الأعضاء ، وكل عضو يتكون من مجموعة من الأنسجة ، وكل نسيج يتكون من مجموعة من الخلايا ، ومهما تعقد العضو أو كان بسيطا فإنه في النهاية يتكون من مجموعة خلايا ، كما توجد كائنات حية مكونة من خلية واحدة .
ثالثا عمليةالأيض: مميز مهم جدا للأحياء. اللفظ (أيض/ Metabolism) يشمل كل الأنشظة الحيوية التى تتم في البروتوبلازم، وهى إما (بناء) أو (هدم).. هناك تعريف لـ" الأيض " في اللغة العربية، وهو: " صيرورة الشيء شيئاً أخراً". وكما نلاحظ من ذلك،الأيض الخلوي: هو كل التبدلات التي تطرأ على المواد في الخلية من هدم أو بناء ويسمى أحياناً الاستقلاب.
رابعا النمو: وهو ناتج بديهى لأضافة مواد جديدة للجسم (بناء). وعلى هذا لو كانت نسبة البناء تساوى نسبة الهدم فلن يحدث النمو.ولكن هناك بعض صور للنمو في كوائن غير حية مثل: تكوين الكريستالات أو الترسيبات الكلسية. فما الفارق إذن؟ أما ما يحدث في حالة الكريستال مثلا، فهو لا يعدو أن يكون ترسيبا لأن المواد المضافة تكون من الخارج فقط... والأمر يختلف تماما مع الكائنات الحية لأن الإضافة تكون بإدخال تركيبات جديدة فيما بين التركيبات القديمة التى تكون جسم الكائن من قبل. تلك التركيبات هى الخلايا الحية.
خامسا الإحساس: يمكننا أن نعرف الإحساس بالقدرة على التفاعل مع المتغيرات في الوسط المحيط.والإحساس صفة ظاهرة في الكائنات المعقدة أمثالنا (قدرتك على قراءة تلك الكلمات الآن هو مثال لقدرتك على الإحساس). أما في النبات فتتمثل في: (الانتحاء تجاه الضوء، الانتحاء تجاه الماء، الانتحاء ضد الجاذبية) بالإضافة إلى بعض الخصائص الحسية التى تتميز بها نباتات بعينها (إحساس نبات نبات المستحية بالحرارة أو باللمس، قبض النباتات المفترسة على فريستها). الكائنات الدقيقة قادرة على الإحساس كذلك (لوحظ أن الأميبا تغير من طرق نموها وتكاثرها عند تأزم الظروف البيئية أو عدم ملاءمتها لها). إذن تظهر كذلك القدرة على الإحساس عند كل الكائنات الحية ولكن بنسب متفاوتة.
سادسا: التكاثر:سر عدم الفناء هو قدرة الكائن الحى على إنتاج أفراد جديدة من نفس النوع. وتتنوع طرق التكاثر بين جنسي ولاجنسى. والتكاثر اللاجنسي يحتاج لفرد واحد فقط لديه القدرة عل إنتاج أفراد تشبهه تماما. وهذا يحدث في الحيوانات والنباتات الدنيا على صورة من ثلاثة: الإنقسام الثنائي، التبرعم، التجرثم. أما التكاثر الجنسي فهو مميز للكائنات الراقية، وهو يحتاج لفردين أحدهما ذكر ينتج مشيجا متحركا، والآخر أنثى وينتج مشيجا ساكنا.. وعندما يتحد المشيجان يكونان الزيجوت وهو البذرة الأساسية للفرد الجديد. ولأن التكاثر لا يحقق أى فائدة للأبوين، فقد جعل الله لها محفزات مثل: الحاجة الجنسية والغريزة.