بحث مادة الاحياء

علم الاحياء

***************

علم اﻷحياء او البيولوجيا (بالانجليزية: Biology) (من اليونانية، Bios تعني الحياة و Logos تعني المقالة او الدراسة) هو علم دراسة الحياة و الكائنات الحية من حيث بنيتها، و طبيعتها، و صفاتها، و انواعها، و القوانين التي تحكم طرق عيشها و تطورها و تفاعلها مع وسطها الطبيعي.

و علم اﻷحياء واسع جدا و ينقسم لعدة فروع من اهمها علم الكائنات المجهرية و علم الحيوان و علم النبات و كذلك علم وضائف اﻷعضاء و الكيمياء الحيوية و علم البيئة. و مع ترقي هذا العلم، منذ القرن التاسع عشر، صار ذات صلات وثيقة بالعلوم اخرى، النظرية منها و التطبيقية، مثل الطب و الصيدلة و مجالات تقنية اخرى تلبي احتياجات الانسان الضرورية والمستمرة. و هكذا صرنا اليوم لا نتحدث عن علم بل علوم الحياة (بالانجليزية: Life Sciences).

يتعاملعلم الاحياء مع دراسة كافة اشكال الحياة . حيث يهتم بخصائص المتعضيات الحية و تصنيفها و سلوكها ، كما يدرس كيفية ظهور هذه الانواع الى الوجود و العلاقات المتبادلة بين بعضها البعض و بينها و بين بيئتها . لذلك فان علم الاحياء يحتضن داخله العديد من التخصصات و الفروع العلمية المستقلة . لكنها جميعا تجتمع في علاقتها بالكائنات الحية (ظاهرة الحياة) على مجال واسع من الانواع و الحجام تبدا بدراسة الفيروسات و الجراثيم ثم النباتات و الحيوانات ، في حين تختص فروع اخرى بدراسة العمليات الحيوية ضمن الخلية مثل الكيمياء الحيوية الى فروع دراسة العلاقات بين الحياء و البيئة في علم البيئة.

على مستوى العضوية ، تاخذ البيولوجيا على عاتقها دراسة ظواهر مثل الولادة ، النمو ، الشيخوخة aging ، الموت death و تفسخ الكائات الحية ، ناهيك عن التشابهات بين الاجيال offspring و ابائهم (وراثة heredity ) كما يدرس ايضا ازهرار النباتات و غيرها من الظواهر حيرت الانسانية خلال التاريخ .

ظواره اخرى مثل افراز الحليب lactation ، ****morphosis ، وضع البيض ، تشافي healing ، الانتحاء Tropism . ضمن مجال اوسع من الوقت و المكان ، يدرس علماء الاحياء تهجين الحيوانات و النباتات ، اضافة للتنوع الهائل في الحياة النباتية و الحيوانية (التنوع الحيوي biodiversity ), التغير في العضويات الحية عبر الزمن (التطور ), الانقراض ، ظهور الانواع Speciation ، السلوك الاجتماعي بين الحيوانات ، الخ .. .

يبرز ضمن علم الاحياء علم النبات الذي يختص بدراسة النباتات في حين يختص علم الحيوان بدراسة الحيوانات اما الانثروبولوجيا فيختص بدرساة الكائن البشري . اما على المستوى الجزيئي ، فتدرس الحياة ضمن علم الاحياء الجزيئي ، و الكيمياء الحيوية و علم الوراثة الجزيئي. اما على المستوى التالي و هو الخلية فهو يدرس في علم الاحياء الخلوي. عند الانتقال لمستوى عديدات الخلايا multicellular ، يظهر لدينا علوم مثل الفيزيولوجيا و التشريح و علم النسج . اما علم احياء النمو Developmental biology فهو يدرس الحياة في مستوى تطور و نمو الكائنات الحية المفردة او ما يدعى ontogeny. اما عندما نتقل الى اكثر من عضوية واحدة ، يبرز علم الوراثة الذي يدرس كيق تعمل مباديء الوراثة heredity بين الاباءو الانسال . يدرس علم الايثولوجيا Ethology سلوك المجموعات الحيوانية . اما علم الوراثة المجموعي Population genetics فياخذ بعين الاعتبار كامل و مجمل المجموعة السكانية population اما النظاميات فتدرس مجالا متعدد الانواع من الذراري lineage (انواع من اصل مشترك) . المجموعات الحيوية المترابطة بعلاقات و مواطنها تدرس في اطار علم البيئة و علم الاحياء التطوري evolutionary biology . احد احدث العلوم البيولوجية حاليا هو علم الاحياء الفلكي astrobiology (او xenobiology ) الذي يدرس امكانية وجود حياة خارج كوكب الارض .

ما هى الحياة؟

****************

كل التعريفات والتحديدات لكلمة الحياة حتى الان غير مرضية او غير مستوفية للغرض؛ وذلك لان اصل الحياة مجهول تجريبيا. ولكن يمكن القول ان الحياة “ظاهرة تتميز بصفات معينة مثل: التغذية، التنفس، الحركة، التكائر، الاخراج…. الخ. وتنتهى حياة الفرد الحى بمجرد فقدانه صفة واحدة (او اكثر) من تلك الصفات المميزة للحياة.

يمكن تلخيص مظاهر الحياة في الاتي:

اولا المادة الحية: وتسمى البروتوبلازم او Protoplam. وهى اساس تكوين كل كائن معقدا كان او بسيطا. انها تصبغ كل الانشطة الفيزيائية بالحياة مثل: الهضم، التنفس، الاخراج… الخ. باختصار: البروتوبلازم والحياة وجهان لعملة واحدة.

ثانيا الخلية وحدة بناء: هناك قاعدة بيولوجية تقول: الفرد الحي يتكون من مجموعة من الاجهزة، وكل جهاز يتكون من مجموعة من الاعضاء، وكل عضو يتكون من مجموعة من الانسجة، وكل نسيج يتكون من مجموعة من الخلايا.. ومهما تعقد العضو او كان بسيطا فانه في النهاية يتكون من مجموعة خلايا.

ثالثا عمليةالايض: مميز مهم جدا للاحياء. اللفظ (ايض/ ****bolism) يشمل كل الانشظة الحيوية التى تتم في البروتوبلام، وهى اما (بناء) او (هدم).. هناك تعريف ل” الايض ” في اللغة العربية، وهو: ” صيرورة الشيء شيئا اخرا”. وكما نلاحظ من ذلك،الايض الخلوي: هو كل التبدلات التي تطرا على المواد في الخلية من هدم او بناء ويسمى احيانا الاستقلاب.

رابعا النمو: وهو ناتج بديهى لاضافة 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 او الترسيبات الكلسية. فما الفارق اذن؟ اما ما يحدث في حالة الكريستال مثلا، فهو لا يعدو ان يكون ترسيبا لان المواد المضافة تكون من الخارج فقط… والامر يختلف تماما مع الكائنات الحية لان الاضافة تكون بادخال تركيبات جديدة فيما بين التركيبات القديمة التى تكون جسم الكائن من قبل. تلك التركيبات هى الخلايا الحية.

خامسا الاحساس: يمكننا ان نعرف الاحساس بالقدرة على التفاعل مع المتغيرات في الوسط المحيط.والاحساس صفة ظاهرة في الكائنات المعقدة امثالنا (قدرتك على قراءة تلك الكلمات الان هو مثال لقدرتك على الاحساس). اما في النبات فتتمثل في: (الانتحاء تجاه الضوء، الانتحاء تجاه الماء، الانتحاء ضد الجاذبية) بالاضافة الى بعض الخصائص الحسية التى تتميز بها نباتات بعينها (احساس نبات نبات المستحية بالحرارة او باللمس، قبض النباتات المفترسة على فريستها). الكائنات الدقيقة قادرة على الاحساس كذلك (لوحظ ان الاميبا تغير من طرق نموها وتكاثرها عند تازم الظروف البيئية او عدم ملاءمتها لها). اذن تظهر كذلك القدرة على الاحساس عند كل الكائنات الحية ولكن بنسب متفاوتة.

سادسا: التكاثر:سر عدم الفناء هو قدرة الكائن الحى على انتاج افراد جديدة من نفس النوع. وتتنوع طرق التكاثر بين جنسي ولاجنسى. والتكاثر اللاجنسي يحتاج لفرد واحد فقط لديه القدرة عل انتاج افراد تشبهه تماما. وهذا يحدث في الحيوانات والنباتات الدنيا على صورة من ثلاثة: الانقسام الثنائي، التبرعم، التجرثم. اما التكاثر الجنسي فهو مميز للكائنات الراقية، وهو يحتاج لفردين احدهما ذكر ينتج مشيجا متحركا، والاخر انثى وينتج مشيجا ساكنا.. وعندما يتحد المشيجان يكونان الزيجوت وهو البذرة الاساسية للفرد الجديد. ولان التكاثر لا يحقق اى فائدة للابوين، فقد جعل الله لها محفزات مثل: الحاجة الجنسية والغريزة.

تاريخ علم الاحياء

********************

اصل المصطلح تشكل مصطلح الاحياء (Biology) من دمج اللفظة اليونانية (bios) وتعني الحياة مع اللفظة (logos) والتي تعني (دراسة ال..) لتكونا المصطلح بمفهومه الحديث, ويعتقد ان كارل فريدريك بورداك قدمه بشكل مستقل عام 1800 وغوتفريد راينولد تريفيرانوس عام 1802 وجان بابتيست لامارك عام 1802, كما ان المصطلح في حد ذاته ظهر كعنوان للمجلد الثالث من كتاب كريستوف هانوف (طبيعة فلسفة المناذج الفيزيائية: علوم الارض والعلوم الحياتية) الذي نشر عام 1766. علم الاحياء في العصور القديمة اكتسب الانسان الاول المعرفة بالنبات والحيوان التي جعلته قادرا على الصيد والزراعة, فعلى سبيل المثال عرفوا كيف يتجنبون النباتات السامة وطرق تربية الحيوانات, لذا سبق علم الاحياء تاريخ البشر المكتوب باشواط. عرف سكان الشرق الاوائل منذ امد بعيد كيف يلقحون النخل للحصول على التمر, ففي بلاد ما بين النهرين اكتشفوا انه يمكن استخدام غبار الطلع في تخصيب المحاصيل, كما ذكرت احد الاعمال من فترة حمورابي (1800 قبل الميلاد) زهرة شجرة النخيل كاحد المجالات التجارية. وصفت النصوص الهندية بعض جوانب حياة الطيور وتم وصف الحشرات والضفادع في مصر, وعرف المصريون والبابليون علم التشريح وعلم وظائف الاعضاء في هيئات مختلفة, وكانت الحيوانات في بلاد ما بين النهرين تحفظ في ما يمكن ان نطلق عليه اول حدائق للحيوانات. ورغم ذلك امتزجت المعتقدات الخرافية بالمعرفة الحقيقية, فاستعملت اعضاء الحيوانات في اشور وبابل في الشعوذة, ففي بابل واشور استعملت اعضاء حيوانات في اعمال السحر والتنبؤ وفي الطب المصري والتصوف. اهتمت المدارس العلمية عند الرومان والاغريق بالمنهجيات العقلانية, وكان ارسطو احد اكثر الفلاسفة غزارة في الانتاج في العصور القديمة, وقام بمشاهدات عديدة للطبيعة وبخاصة سلوك وخواص النبات والحيوان, كما خصص اهتماما بنواحي تصنيف الكائنات الحية. كان بلايني مشهورا في روما القديمة لمعرفته الواسعة بالنبات والطبيعة, واصبح كلاوديوس غالين فيما بعد رائد الطب وعلم التشريح. علم الاحياء في العصور الوسطى يطلق على هذه الفترة في بعض الاحيان بالعصر المظلم لعلم الاحياء, ومع ذلك اظهر البعض ممن مارسوا الطب اهتماما بالنباتات والحيوانات, وقام العرب بترجمة العديد من المؤلفات الاغريقية للاستفادة منها, ومن المؤلفين العرب البارزين الجاحظ (توفي عام 868) الذي الف كتاب (الحيوان). الف الالماني البرتوس ماغنوس (احد اساتذة توماس اكويناس) نحو 35 كتابا, وكان مهتما بتكاثر النباتات بشكل خاص, وناقش بالتفصيل النشاط الجنسي للنبات والحيوان. عصر النهضة درس العديد من فناني المدرسة الافتراضية علم وظائف الاعضاء بالتفصيل وبشكل مثير للاهتمام الى جانب اهتمامهم باجسام الحيوان والبشر, الف كل من اوتو برونفيلز وهيرونيموس بوك وليونارد فوكس عدة كتب حول النباتات البرية, وكان يشار اليهم على انهم اباء علم النبات. وتم تاليف كتب اخرى حول الحيوانات ككتب كونراد غيزنر والبرت دور. علم الاحياء الحديث تطور علم الحياء قدما مع تطور العلم في مجمله, حيث تم اختراع المجاهر الاولى, وبواسطتها تمكن انتوني فان ليفينهوك (1632-1723) من فحص مكونات الدم, وعرف الناس الخلايا المنوية في ذلك الوقت على الرغم من انتشار افكار ومعتقدات غريبة حول وظائفها. هيمن التصنيف والتنظيم على الاحياء خلال القرنين السابع عشر والثامن عشر, وكان كارل فون لين (1707-1778) من اشهر شخصيات تلك الفترة, فقد قام بدراسة نظام علم تصنيف الانواع بالاسماء العلمية اللاتينية. بدات نظرية التوالد التلقائي بالتفتت والانهيار, وكانت هذه النظرية تقول ان العضويات الحية التي تعيش فترات طويلة تنشا من مواد غير حية, وتم تفنيدها اخيرا على يد لويس باستور. تطور علم الجينات الوراثية في القرن التاسع عشر عندما قام الراهب النمساوي غريغور مينديل بصياغة قوانين الوراثة عام 1866, ومع ذلك فان اعماله لم تلقى الاهتمام الكافي لبضعة عقود. كان البريطاني تشارلز دارون العالم الذي اثر في علم الاحياء بنشره افكاره في هذا المجال, واشهر كتبه هو “حول اصل الانواع” الذي نشر عام 1859 الذي يصف الانتقاء الطبيعي وهو الية التطور الرئيسية. ادت نتائج تطور المجالات خارج نطاق العلوم الصرفة الى معارضة ومساندة من اطياف مختلفة في المجتمع. بحلول العام 1953 وضع جيمس واتسون وفرانسيس كريك اساس بنية الحمض النووي الريبي (DNA) وهو المكون الجيني لتجسيد الحياة في كل صورها واشكالها. بعد النجاح في اكشاف بنية ال DNA, تحول كريك الى دراسة الادراك, وفي نفس الوقت جاءت الدراسات المتعلقة بالاحياء التطويرية في مقدمة المسائل التي لم تحل بعد, وجرت محاولات لاستنساخ النباتات والحيوانات, واصاب بعضها النجاح الا انها خلفت اسئلة تتعلق بالمبادئ الاخلاقية. وعرفت الخلايا الجذعية القادرة على النمو والتمييز على انها من العناصر الرئيسية في دراسة الاحياء التطويرية وللعلاجات الطبية.

التسلسل الزمني لعلم الاحياء
***************************

ما قبل عام 1600 – 520 قبل الميلاد: عرف الكامون الشرايين والاوردة واكتشف الاعصاب البصرية. – 500 قبل الميلاد: وصف سوشروتا اكثر من 120 اداة جراحية و300 عملية جراحية وصنف الجراحة البشرية الى 8 انواع وعرف جراحة التجميل. – 500 قبل الميلاد: درس اكزانوفانيس المتحجرات ووضع تصورا لتطور الحياة. – 350 قبل الميلاد: حاول ارسطو تصنيف الحيوانات تصنيفا شاملا, والف كتاب “التاريخ الحيواني” الذي يعتبر الاحياء الحيوانية العامة, وكتبا اخرى تبين علم التشريح المقارن للحيوانات ووظائف اعضائها, اضافة لكتاب “اجيال الحيوانات” حول الاحياء التطويرية. – 320 قبل الميلاد: شرع تيوبراستوس في دراسة علم النبات بشكل منظم وممنهج. – 300 قبل الميلاد: قام هيروفيلوس بتشريح الجسم البشري. – 300 قبل الميلاد: الف ديوكليس اول كتاب معروف عن علم التشريح وكان اول كتاب يستخدم مصطلح “علم التشريح”. – 50-70 ميلادية: تم نشر كتاب “التاريخ الطبيعي” في 37 مجلدا. – 130-200: كتب كلاوديوس غالين عدة اطروحات حول التشريح البشري. – 1010: الف ابو علي الحسن بن سينا كتاب “القانون في الطب”.

1600-1800 – 1628: نشر ويليام هارفي كتاب “مثال تشريحي على حركة القلب والدم عند الحيوان”. – 1658: لاحظ جان سوامردام خلايا الدم الحمراء من خلال المجهر. – 1663: استعمل روبرت هوك المجهر لرؤية الخلايا الفلينية. – 1668: فند فرانسيسكو ريدي نظرية نشوء الديدان التلقائي في المواد المتعفنة. – 1676: راقب انتون فان ليفنهوك الحيوانات الاحادية الخلية واطلق عليها اسم (روتيفيرا). – 1677: درس انتون فان ليفنهوك السبيرماتوزوا. – 1683: درس انتون فان ليفنهوك البكتيريا. – 1765: دحض لازارو سبالانزاني عدة نظريات حول النشوء التلقائي للخلايا الحية. – 1771: اكتشف جوزيف برايستلي تحول ثاني اكسيد الكربون الى اكسجين في النبات. – 1798: ناقش توماس مالتوس النمو السكاني للبشر والانتاج الغذائي في “مقال حول المبادئ السكانية”.

1800-1899 – 1801: شرع جان-بابتيست لامارك في دراسة معمقة لتصنيفات انواع اللافقاريات. – 1802: قدم مصطلح “علم الاحياء” بشكل مستقل في صيغته الحديثة من قبل غودفري راينهولد ترفيرانوس ولامارك, وابتكر كارل فريدريتش بروداك هذه الكلمة عام 1800. – 1809: قدم لامارك ميراث المميزات المكتسبة لنظرية التطور. – 1817: قام بيير-جوزيف بيلتيير وجوزيف-باينايم كافينتو بعزل الكلوروفيل. – 1820: وضع كريستيان فريدريك ناس القانون الذي حمل اسمه والذي يقول ان الهيموفيليا التي توجد عند الذكور فقط تنتقل بواسطة اناث غير مصابة بالمرض. – 1828: اكتشف كارل فون باير بيوضا عند الثدييات. – 1828: قام فريدريك وولر بتركيب حمض اليوريا وهو اول مركب عضوي يتم تصنيعه من مواد اولية لاعضوية. – 1836: اكتشف ثيودور شوان انزيم البيبسين من مستخلصات جدار المعدة, وهي اول محاولة لعزل الانزيمات الحيوانية. – 1837: بين ثيودور شوان ان تسخين الهواء يحول دون تعفنه. – 1838: اكتشف ماتهياس شلايدن ان جميع الانسجة النباتية الحية مؤلفة من خلايا. – 1856: وضع لويس باستور القاعدة التي تقول ان الكائنات الحية المجهرية تنتج الاختمار. – 1858: قدم كل من تشارلز داروين والفريد والاس الانتقاء الطبيعي بشكل مستقل, واستعمل داريم مصطلح “التطور” في طبعات لاحقة من كتبه الذي وضعه هيربرت سبنسر قبل عام 1852. – 1858: ذكر رودلف فيرشو ان الخلايا يمكن ان تنشا من خلايا سابقة فقط. – 1862: دحض لويس باستور وعلى نحو مقنع النشوء التلقائي للخلايا الحية. – 1865: ادرك فريدريك اوغست سترادونتز ان البنزين مركب من ذرات الكربون والهيدروجين على هيئة حلقة سداسية. – 1869: اكتشف فريدريك مايتشر الاحماض النووية في نوى الخلية. – 1874: طور جاكوبس فانتهوف وجوزيف اكيلي لابيل عرضا ثلاثي الابعاد للجزيئات العضوية وقدما ذرات الكربون الرباعية السطوح. – 1876: بين اوسكار هيرتويغ وهيرمان فول ان البيض المخصب يسيطر على النوى الذكرية والانثوية على حد سواء. – 1884: بدا اميل فيشر بتحليله المفصل لمكونات ومركبات المواد السكرية. – 1898: استخدم مارتينوس بايجرنيك تجارب منقاة لبيان ان الامراض المنقولة بالتبغ يسببه شئ اصغر من البكتيريا والتي اسماها (الفيروسات).

1900-1949 – 1906: اكتشف ميكاييل سفيت تقنية العزل والتنقية لفصل المركبات العضوية. – 1907: بين ايفان بافلوف ردات الفعل المكيفة للعاب الكلاب. – 1907: قام اميل فيشر بتصنيع سلاسل حمض البيبتايد الاميني, واظهر بذلك ان الاحماض الامينية في البروتينات مرتبطة بمجموعة روابط احماض امينية. – 1911: بين توماس مورغان ان عوامل مندل مرتبة في صف على الكروموسومات. – 1926: بين جيمس سومنر ان انزيم اليوريز عبارة عن بروتين. – 1928: اكتشف كل من اوتو دايلز وكيرت الدر تفاعل دايلز-الدر لتشكيل حلقات الجزيئات. – 1928: اكتشف الكسندر فلمنغ اول مضاد حيوي: “البنسلين”. – 1929: اكتشف فوبيوس ليفين سكر الديوكسيريبوز في الاحماض النووية. – 1929: افلح كل من ادوارد دويزي وادولف بوتينانت الاستيرون بصورة منفصلة. – 1930: بين جون هوارد نورثروب ان انزيم البيبسين عبارة عن بروتين. – 1931: اكتشف ادولف بوتينانت الاندروستيرون. – 1932: اكتشف هانز ادولف كيربز دورة حمض اليوريا. – 1933: نجح تاديوس رايخشتاين في تركيب الفيتامين سي صناعيا وهو اول فيتامين غير طبيعي. – 1935: تمكن فيندل ستانلي من بلورة فيروسات التبغ. – 1937: توصل هانز ادولف كيربز الى اكتشاف دورة حمض الكربوكسيليك. – 1937: وجد ثيودوسيوس دوبهانسكي روابط بين التطور والتغير الجيني في كتاب “علم الوراثة واصل الانواع”. – 1938: تم العثور على سمكة كولاكنت على مقربة من سواحل جنوب افريقيا. – 1940: اعلن دونالد غريفين وروبرت غالامبوس عن اكتشافهما لتحديد مواقع الاشياء في حالة الرؤية الضعيفة بالامواج فوق الصوتية عند الخفافيش. – 1942: عرض ماكس ديلبروك وسلفادور لوريا ان مقاومة البكتيريا لعدوى الفيروسات يسببها التغير العشوائي وليس التغير التكيفي. – 1944: بين اوزوالد افري ان الحمض النووي الريبي يحمل معه رموزا وراثية في بكتيريا نيوموكوتشي. – 1944: قام روبرت بيرنز وودوارد وويليام فون دورينغ بتصنيع الكوينين. – 1948: بين اروين شارغاف ان عدد وحدات الغوانين في الحمض النووي الريبي يساوي عدد وحدات حامض سايتوسين الاميني, وان عدد وحدات الادينين يساوي عدد وحدات الثايمين.

1950-1989 – 1951: تم تصنيع الكوليسترول والكورتيزون على يد روبرت وودوارد. – 1952: استخدم الفرد هيرشي ومارثا تشايس اجهزة التتبع الاشعاعية لتبيان ان الحمض النووي الريبي هو المادة الوراثية في الفيروسات. – 1952: اتم فريد سانغر وهانز توبي وتيد ثومبسون تحليلهم الكروماتوغرافي حول تسلسل حمض الانسولين الاميني. – 1952: استخدمت روزالين فرانكلين انحراف اشعة اكس لدراسة بنية الحمض النووي الريبي, وذكرت ان العمود الفقري لفوسفات السكر موجود خارجه. – 1953: عرض جايمس واتسون وفرانسيس كريك بنية لولبية ثنائية للحمض النووي الريبي. – 1953: عرف ماكس بيروتز وجون كيندرو بينة الهيموغلوبين مستخدمين دراسات انحراف اشعة اكس. – 1953: بين ستانلي ميلر ان الاحماض الامينية يمكن تكوينها عند مرور البرق المحاكى عبر اوعية تحتوي على الماء والميثان والامونيا والهيدروجين. – 1955: اكتشف سيفيرو اوكوا انزيمات بوليمرات الRNA. – 1955: اكتشف ارثر كورنبرغ انزيمات بوليمرات الحمض النووي الريبي. – 1960: وجد خوان اورو ان المحاليل المركزة لسيانيد الامونويم في الماء يمكن ان تنتج مركب النيوكليوتيد العضوي استنادا الى مادة الادينين. – 1960: قام روبرت وودوارد بتصنيع الكلوروفيل. – 1967: استخدم جون غوردين الزرع النووي لاستنساخ ضفدع, وكانت تلك اول محاولة استنساخ كائنات فقارية. – 1968: استخدم فريد سانغر الفسفور المشع كوسيلة تعقب لحل شفرة مكونة من 120 تسلسلا للRNA بطريقة كروموتوغرافية. – 1970: اكتشف هاملتون سميث ودانييل ناثانز انزيمات تقييد الحمض النووي الريبي. – 1970: توصل كل من هوارد تيمين ودايفيد بالتيمور بشكل مستقل لاكتشاف انزيمات ترانزكريبتيز المعكوسة. – 1972: نجح روبرت وودوارد في تركيب فيتامين B-12 صناعيا. – 1972: قدم ستيفن جاي غاولد ونيكلسون اثار الموازنة المرمزة في عملية التطور. – 1972: طور سينغر ونيكلسون نموذج الموائع الذي يدخل في تكوين اغشية جميع الخلايا. – 1974: بين مانفريد ايغين ومانفريد سامبر ان خليط النيوكليوتيد والRNA ترفع من جزيئات الحمض النووي الريبي والتي تقوم بدورها بالتضاعف والتغير والدوران. – 1974: اوضح ليزلي اورغل ان RNA بمقدوره التضاعف بدون مضاعفات ال RNA وان الخارصين يساعد على هذا التضاعف. – 1977: اكتشف جون كورليس وجاك دايموند ولويس غوردون وجون ادموند وريتشارد فون هيرزين وروبرت بالارد وكينيث غرين ودايفيد ويليامز وارنولد باينبريدج وكايثي كراين وتيرد فان اندل نوعا جديدا من الحيوانات البرمائية في جزر غالاباغوس. – 1977: قدم والتر غيلبرت والان ماكسيم تقنية تسلسل جينية سريعة تعتمد على الاستنساخ والمواد الكيميائية المدمرة للقواعد والهلام المتنقل بالكهرباء. – 1977: اعلن فريدريك سانغر والان كولسون عن تقنية تسلسل جينية سريعة تستعمل الديديوكسينيوكليوتايدات والهلام المتنقل بالكهرباء. – 1978: قدم فريدريك سانغر التسلسل 5386 للفيروس PhiX174 وهو اول تسلسل مورث كامل. – 1982: تم تقديم مبادئ بروتين البريون من قبل ستانلي بروزنر. – 1983: ابتكر كاري موليس تفاعل البوليمرات التسلسلي. – 1984: استنبط اليك جيفريز منهج البصمة الوراثية. – 1985: اكتشف كل من هاري كروتو وجون هيث واوبراين وكورل وريتشارد سمولي الثبات غير الطبيعي لجزيئات المركبات المتعددة الكربون وبنيتها. – 1986: قام الكسندر كليبانوف بتوضيح ان الانزيمات يمكن ان تؤدي وظائفها في بيئة لامائية.

1990-الوقت الحالي – 1990: اكتشف ولفغانغ كراتشمير ولويل لامب وكونستانتينوس فوستربولوس ودونالد هوفمان انه يمكن فصل المركبات المتعددة الكربون عن السخام الحامض بسبب قابليته للذوبان في البنزين. – 1996: ظهرت “النعجة دوللي” على الملا وهي اول كائن ثديي بالغ مستنسخ. – 2001: تم نشر المسودات الاولية للموررث البشري المكتمل. – 2003: اكتشاف اول فيروس متاتي من “الخدوش”.

التشريح

**************

التشريح هو احد فروع علم الاحياء الذي يتناول دراسة بنية و تنظيم الكائنات الحية و تركيب اعضائها المتنوعة . يمكن تقسيمه الى تشريح حيواني و تشريح نباتي . كما يتضمن عدة فروع تخصصية ضمنه اهمها : التشريح المقارن ، و علم النسج ، و التشريح البشري .

التشريح الحيواني

******************

التشريح الحيواني يتضمن دراسة بنى الحيوانات المختلفة و عندئذ يعرف غالبا ب : تشريح مقارن او مورفولوجيا حيوانية ، و يمكن ان يكون محصورا على دراسة حيوان وحيد عندئذ نكون نتحدث عن تشريح مختص .

التشريح الانساني

**********************
يتضمن التشريح الانساني دراسة تفصيلية لمختلف اعضاء الجسم و نسجه و طريقة تكوينه و يمكن مقاربة التشريح من عدة زوايا.

من وجهة نظر طبية يتكون التشريح من معرفة الشكل الدقيق ، الموضع ، و القياس و العلاقات بين البنى المختلفة للجسم البشري السليم و هنا تنطبق تسمية : علم التشريح الوصفي او الطوبوغرافي

جسم الانسان

******************

مخطط تشريحي من Cyclopaedia, 1728

يقسم جسم الانسان تشريحيا للاقسام الاتية و ذلك التقسيم التى تبنى عليها دراستة في كليات الطب :

الطرف علوي :و يتكون من ذراع و ساعد و يد و ما يحتوية من عضلات و اوردة و شرايين و اعصاب ( عظم عضد ، عظم الزند، الكعبرة ،
الطرف سفلي : و يتكون من الفخذ و الساق و القدم و ما يحتوية من عضلات و اوردة و شرايين و اعصاب (عظم فخذ، رضفة، عظم قصبة )
الراس: و تتكون من العظام : جمجمة و فك واسنان و ما تحتويه من اعضاء ( اذن، عين، انف، مخ ، لسان ) و ما تحتويه من اجزاء خارجية ( فم، فروة راس، وجه، شعر، شفة ) و الغدد (غدة لعابية) .
العنق: و يتكون من الفقرات العنقية و تتكون من 7 فقرات و ما يحتوية من عضلات و اوردة و شرايين و اعصاب و يحتوى ايضا على المري و القصبة هوائية و الحنجرة و البلعوم .
الصدر : ويتكون من عظام : عظم الترقوة، الاضلاع، عظم قص و الاعضاء التالية (قلب، رئة و يفصله عن الجذع حجاب حاجز).
الجذع : و تتقسم منطقة البطن في علم التشريح الى 9 اقسام و يحتوى على الاعضاء التالية (كبد، قولون او امعاء غليظة، امعاء دقيقة، طحال، معدة، زائدة دودية، بنكرياس ) .
حوض : و يحتوى على الاعضاء التالية شرج، كلية، مستقيم، و الاعضاء تناسلية (مبيض، قضيب، مشيمة،رحم.
العضلات الخلفية العضلة شبه المنحرفة musculus trapezius : هي عضلة كبيرة سطحية مثلثة الشكل، ذات قاعدة انسية وقمة وحشية اخرمية (اسمها شبه المنحرفة متاصل من كون العضلتين من الجانبين تكونان شكل شبه منحرف) تغطي القفا (مؤخرة الرقبة) والكتف واعلى الظهر. يقوم العصب القحفي الحادي عشر والفروع البطنية (الامامية) للالياف الرقبية الثانية والثالثة والرابعة بتعصيب هذه العضلة. • المنشا : تنشا العضلة بالياف وتدية من : o النتوءات الشوكية للفقرات الظهرية الستة السفلى . o النتوءات الشوكية للفقرات القطنية والعجزية كلها بواسطة الصفاق القطني . o من النصف الخلفي للحرف الوحشي لعظم الحرقفة عن طريق الصفاق القطني . o من السطح الوحشي للاضلاع الثلاثة الاخيرة . • الاندغام : الكتفين، عند الثلث الوحشي للترقوة و الناتئ الاخرومي وشوكة الكتف ، وتندغم بوترها في عظم العضد في قاع الميزاب الراسي لوتر العضلة العضدية ذات الراسين. • الشريان المغذي : الشريان الرقبي المستعرض . • التعصيب : العصب العنقي السادس والسابع والثامن ،العصب القحفي الحادي عشر. • عمل العضلة : تعمل على ضم العضد للجذع ،وتساعد على شد الجذع الى اعلى والامام في حالة رفع الذراع اعلى الراس وتثبيته كما في العقلة وحركات السباحة والتجديف. العضلة الظهرية العريضة musculus latissimus dorsi : هي عضلة كبيرة مسطحة ،وهي مثلثة الشكل القاعدة في الخط المتوسط للظهر ،وراس المثلث عند الكتف ، تقع في الجزء الظهري الوحشي من الجذع الى الخلف من الذراع .  المنشا : o الثلث الانسي للخط القفوي العلوي لعظم الجمجمة . o من النتوء المؤخري للجمجمة . o من الرباط القفوي . o من النتوءات الشوكية للفقرة العنقية الاخيرة ،والفقرات الصدرية كلها .  الاندغام : o الالياف العليا : تتجه من اعلى الى اسفل والوحشية لتندغم في الجزء الخلفي للثلث الوحشي لعظم الترقوة . o الالياف الوسطى : تتجه افقيا الى الوحشية لتندغم في الحرف الانسي للنتوء الاخرومي لعظم اللوح وكذلك في الحرف العلوي للشوكة . o الالياف السفلى : تتجه الى اعلى الوحشية لتندغم في قاعدة النتوء الشوكي لعظم اللوح بواسطة الياف وتدية .  الشريان المغذي : الشريان تحت الكتف، الفرع العميق للشريان المستعرض الرقبي .  التعصيب : العصب المخي الحادي عشر ، والعنقي الثالث والرابع .  عمل العضلة : تقريب الذراع ،تثبيت عظم اللوح وحفظه في مكانه مع الكتف ،كما تعمل مع العضلة المسننة على رفع العضد فوق الراس اي بزاوية اكثر من 90 درجة ،وذلك بتدوير عظم اللوح . العضلة المعينية الكبيرة musculus rhomboideus major :

هي عضلة تصل عظم الكتف بالفقرات وتجاور المعينية الصغرى وحرفا العضلتين متجاورين ومتوازيين .  المنشا : النتوء الشوكي للفقرات الصدرية من النتوء الثالث والرابع والخامس الصدري ، ومن الرباط الليفي الفوق نتوئي الذي يربط بين هذه النتوءات الشوكية .  الاندغام : الحرف الانسي لعظم الكتف من الخلف اسفل مستوى الشوكة اي اسفل اندغام العضلة المعينية الصغيرة .  الشريان المغذي : الشريان الكتفي الظهراني .  التعصيب : العصب العنقي الخامس .  عمل العضلة : : شد اللوح وجذبه الى اعلى والى العمود الفقري ، تثبيت عظم الكتف في مكانه ملاصقا للقفص الصدري .  العضلة المضادة : العضلة المنشارية الامامية . العضلة المعينية الصغيرة musculus rhomboideus minor :

هي عضلة طويلة تجاور العضلة الرافعة للوح في اندغامها وتجاور المعينية الكبرى في المنشا والاندغام وتصل عظم الكتف بالفقرات .  المنشا : الياف عضلية من النتوء الشوكي للفقرة العنقية السابعة ، والصدرية الاولى ، ومن الجزء السفلي للرباط القفوي .  الاندغام : الحافة الخلفية للحرف الانسي لعظم لوح الكتف في قمة الشوكة ، المغرز الاعلى للعضلة المعينية الكبيرة .  الشريان المغذي : الشريان الكتفي الظهراني .  التعصيب : العصب العنقي الخامس .  عمل العضلة : شد اللوح وجذبه الى اعلى والى العمود الفقري ، تثبيت عظم الكتف في مكانه ملاصقا للقفص الصدري .  العضلة المضادة : العضلة المنشارية الامامية . العضلة الرافعة للوح الكتف musculus Levator scapulae :

هي عضلة صغيرة مستطيلة الشكل تقع على الجهة الخلفية للعنق بين عظم اللوح والفقرات العنقية العليا .  المنشا : تنشا العضلة بواسطة الياف عضلية من النتوءات المستعرضة للفقرات العنقية الاربعة العليا .  الاندغام : في الشفة الخلفية للحرف الانسي لعظم اللوح بين زاويته العليا والشوكة .  عصب العضلة : من العصب العنقي الثالث والرابع .  عمل العضلة : رفع عظم اللوح الى اعلى ولذلك سميت بالعضلة الرافعة للوح .

*********************

علم الاحياء الفلكي

*********************

علم الاحياء الفلكي Astrobiology هو دراسة الحياة في الفضاء ، فهو يحاول جمع علم الاحياء و علم الفلك و الجيولوجيا [2] يركز علم الاحياء الفلكي مبدئيا على دراسة الاصل و التوزع و التطور للحياة. يعرف ايا بعلم الفلك الخارجي Exobiology او Xenobiology. [3] [4] بعض مواضيع ابحاث علم الاحياء الفلكي الرئيسية تتضمن : [2][5][6][7]

ما هي الحياة؟
كيف نشات الحياة على الارض]؟
اي نوع من البيئة يمكن لحياة احتمالها؟
كسف يمكن ان نحدد وجود حياة على كواكب اخرى ؟ ما مدى احتمالية ايجاد حياة معقدة ؟
كيف تتكون الحياة على كواكب اخرى? هل ستكون معتمدة على اساس دناوي/كربوني؟[1] كيف ستبدو هذه الانماط الاخرى من الحياة الخارج-ارضية؟

كيمياء حيوية

****************

الكيمياء الحيوية هى احد فروع العلوم الطبيعية التى تختص بدراسة كل ما هو متعلق بحياة الكائنات الحية سواء كانت كائنات دقيقة (بكتيريا ، فطريات ، طحالب ) او راقية كالانسان و الحيوان و النبات . و يوصف علم الكيمياء الحيوية احيانا بانه علم كيمياء الحياة وذلك نظرا لارتباط الكيمياء الحيوية بالحياة فقد ركز العلماء في هذا المجال على البحث في كيمياء الكائنات الحية على اختلاف انواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات و مناطق تواجدها و وظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التى تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق ، او من حيث الهدم و انتاج الطاقة.

ونظرا لتشعب فروع علم الكيمياء الحيوية فانه تم تقسيمها الى ثلاثة اتجاهات رئيسية وهى:

1-دراسة التركيب الكيميائي لمكونات الخلايا من حيث النوع و الكم ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية التركيبية .

2-دراسة فزيولوجية لمكونات الخلايا الحية و التحولات الغذائية و انتاج الطاقة ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية الفسيولوجية و الحركية.

3-دراسة وظيفة المركبات الحيوية داخل الخلايا و العلاقة بينها و بين وظائف الاعضاء و الانسجة ، و سمى هذا المجال بالكيمياء الحيوية الوظيفية

مواضيع الكيمياء الحيوية

***********************

المركبات الحيوية
***************

الكيمياء الحيوية تتضمن ايضا دراسة التركيب و وظيفة المكونات الخلوية، مثل البروتينات ، كربوهيدرات ، ليبيدات ، حمض نووي ، و الجزيئات الحيوية الاخرى. ركزت كيمياء حيوية مؤخرا بشكل محدد اكثر على كيمياء الانزيمات التي توسط الكثير من العمليات و التفاعلات الحيوية ، وعلى خواص البروتينات .

تتكون الكيمياء الحيوية عامة من دراسة المركبات الحيوية:-

الكربوهيدرات.
الاحماض الامينية و البروتينات .
الاحماض النووية.
الانزيمات.
الليبيدات .
الاستقلاب .
الهرمونات.
الفيتامينات

التفاعلات الحيوية
********************

يدرس المتخصصون في الكيمياء الحيوية الجزيئات والتفاعلات الكيميائية المحفزة من قبل الانزيمات التي تسهم في كل العمليات الحيوية ضمن الكائن الحي . يقدم علم الاحياء الجزيئي تخطيطا و وصفا للعلاقة الداخلية بين الكيمياء الحيوية،و علم الاحياء، وعلم الوراثة

الاستقلاب

*****************

الاستقلاب او الايض او عملية التمثيل الغذائي (بالانجليزية: ****bolism) هي التغيرات الحيوية التي تتم داخل الكائن الحي على المواد الغذائية المختلفة بواسطة العوامل الانزيمية بغرض الحصول على الطاقة او بناء الانسجة وينقسم التمثيل الغذائي الى:

1- التقويض Catabolism : حيث يتم تكسير المواد الغذائية الرئيسية سواء كانت كربوهيدرات او بروتينات او دهون خلال طرق مختلفة من التفاعلات الحيوية الى جزيئات بسيطة ويتم خلال ذلك الحصول على الطاقة.

2- الابتناء (Anabolism): الجزيئات البسيطة الناتجة من عملية الهدم يمكن استخدامها كنواة لبناء مواد اكثر تعقيدا سواء كانت بروتينية او احماض نووية من خلال سلسلة من التفاعلات وذلك لبناء الانسجة وتستهلك الطاقة في تلك التفاعلات.

تاخذ عمليات البناء والهدم مسارات مختلفة من ناحية التفاعلات الحيوية داخل جسم الكائن الحي وهذه التفاعلات ليست بالسهولة من ناحية تحويل كلا لاخر.

يقصد بالاستقلاب تلك العمليات البيوكميائية التي تتم داخل الجسم عندما يقوم ببناء الانسجة الحية من مواد الطعام الاساسية و من ثم يفككها لينتج منها الطاقة, و يحتاج ذلك الي عملية هضم الطعام في الامعاء و امتصاص خلاصاتها و تخزينها كمرحلة انتقالية لدمجها في انسجة الجسم ثم تفكيكها الي ماء و ثاني اكسيد الكربون فالطاقة التي تتولد من الاستقلاب لا تتحول كلها الي حرارة بل تخزن داخل الخلايا و تستخدم عند الحاجة

و يبدا استقلاب الكاربوهيدرات مع امتصاص الكلوجوز عبر جدران الامعاء الي الدم فيحمل البعض منه الي مختلف انحاء الجسم حيث يتم استقلابة في حين يتم تخزين البعض الاخر في الكبد و العضلات علي شكل سكر او جلوكوجين و تتفكك بعض ذلك عند الحاجة.

المسارات الاستقلابية

**********************
في الكيمياء الحيوية، المسار الاستقلابي هو سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث ضمن الخلية. في كل مسار يتم تعديل مادة كيميائية اساسية (غالبا عضوية غذائية) عن طريق تفاعل كيميائي يتم تحفيزها عن طريق انزيمات. المعادن الغذائية ، الفيتامينات و غيرها من العوامل المرافقة ضرورية جدا للقيام بعمليات الاستقلاب الكيميائية هذه . تتشابك العديد من المسارات الاستقلابية ضمن الخلية لتشكل الشبكة الاستقلابية للخلية. هذه المسارات الاستقلابية ضرورة لحياة الخلية للحفاظ على توازنها homeostasis و استمراريتها.

الاستقلاب هو تعديل خطوة بخطوة للجزيئة الاساسية لكي يتم اعادة تشكيلها في شكل كيميائي اخر . النتيحة يمكن ان تكون باحدى ثلاث طرق :

التخزين ضمن الخلية.
الاستخدام المباشر للناتج الاستقلابي .
المتبعة في مسار استقلابي اخر ، يدعى الخطوة المولدة للتدفق flux generating step
الجزيئة التي تدخل المسار الاستقلابي تدعى الركازة substrate و هي اعتمادا على حاجة الخلية و توفر الركازة. الزيادة في النواتج النهائية البنائية و الهدمية يمكن ان يخفض من السرعة او المعدل الاستقلابي لمسار استقلابي معين

العائلات الرئيسية من المركبات الحيوية

***********************************

ببتيدات | الحموض الامينية | حموض نووية | كاربوهيدرات | ليبيديات | تيربينات | كاروتينويدات | تيترابيرولات | عوامل مرافقة انزيمية | ستيرويدات | فلافونيدات | قلويدات | بوليكيتيدات | غليكوزيدات

معلوماتية حيوية

******************

المعلوماتية الحيوية (بالانجليزية: Bioinformatics) او علم الاحياء الحاسوبي ( البيولوجيا الحاسوبية ) computational biology هو استخدام احدث تقنيات الرياضيات التطبيقية ، المعلوماتية informatics ، الاحصاء ، و علوم الحاسب لحل مشكلات بيولوجية حيوية . جهود الابحاث الرئيسية في هذا الحقل تتضمن التراصف التسلسلي Sequence alignment ، ايجاد المورثات ، مشروع الجينوم البشري ، تراصف البنية البروتينية protein structural alignment ، تنبؤ البنية البروتينية protein structure prediction ، التنبؤ بالتعبير الجيني gene expression ، و تاثرات بروتين-بروتين ، اضافة لنمذجة التطور

حمض نووي ريبي منقوص الاكسجين

مقدمة

**********

المعلوماتية الحيوية (البيوانفورماتيك) من احدث علوم الحاسب ،ومن المتوقع في المستقبل القريب ان يشتد الطلب على الخبراء في هذا المجال.ووفقا للمحللين الاقتصاديين فان حجم الاستثمارات في هذا القطاع ستقارب الستين مليار دولار خلال هذه السنة.

تعريف المعلوماتية الحيوية

************************

المعلوماتية الحيوية هو تحليل المعلومات البيولوجية باستخدام الكمبيوتر و التقنيات الاحصائية. هو العلم الذي يسعى لاستخدام وتطوير قواعد البيانات و الخوارزميات الحاسوبية لتسيع وتعزيز الابحاث البيولوجية.

تعريف المركز العالمي لمعلومات البيوتكنولوجي [NCBI] :
عرف المعلوماتية الحيوية كما يلي: المعلوماتية الحيوية (البيوانفورماتيك) هو حقل من العلم حيث علم الاحياء (Biology) و علوم الحاسب (Computer Science) و تكنولوجيا المعلومات (Information techonlogy ) دمجت سوية في مجال علمي واحد.

تنضوي المعلوماتية الحيوية على ثلاثة فروع رئيسية هي:

تطوير خوارزميات جديدة و تقنيات احصائية تساعد في تحصيل المعلومات من مجموعات ضخمة من البيانات.
تحليل و تفسير الانماط المختلفة من البيانات التي تتضمن سلاسل الحموض الامينية
و الانوية و القطع و البنى البروتينية.

تطوير و تنفيذ ادوات تساعد على ادارة فعالة للانماط المختلفة من المعلومات.
اما ويبوبيديا (***opedia) فتعرف المعلوماتية الحيوية كما يلي:

هي تطبيق التكنولوجيا الحاسوبية و المعلوماتية في ادارة المعلومات البيولوجية,

وبشكل محدد هي علم تطوير قواعد بيانات و خوارزميات حاسوبية لتسهيل و تسريع الابحاث البيولوجية.

استخدمت المعلوماتية الحيوية على نطاق واسع في ابحاث الجينوم البشري ضمن مشروع الجينوم البشري الذي حدد السلسلة الجينية الكاملة للانسان والتي تتكون من حوالي ثلاثة بلايين (مليارات) زوج اساسي وبشكل اساسي ساعت في استخدام المعلومات الجينية لفهم الامراض و كان لها دور في اكتشاف عقاقير جديدة فعالة.

ان المصطلحات الثلاثة المعلوماتية الحيوية و البيولوجيا الحوسبية و البنية التحتية للمعلومات البيولوجية تشير ال نفس المضمون تقريبا.

ماالمقصود بالمعلوماتية الحيوية

***************************

المعلوماتية الحيوية هي استخدام تكنولوجيا المعلومات ضمن علم الاحياء (البيولوجيا) للاستفادة من ذلك في عمليات تخزين البيانات (data storage and warehousing),و تحليل سلاسل الحمض النووي (DNA).

للعمل ضمن مجال البيوانفورماتيك عليك الالمام بعدد من العلوم تشمل علم الاحياء(Biology) والرياضيات وعلوم الحاسب اضافة لقوانين الفيزياء والكيمياء والاهم طبعا هو المامك بتكنولوجيا المعلومات (IT)وذلك من اجل تحليل البيانات البيولوجية ودراستها. لا ينحصر استخدام البيوانفرماتيك في حوسبة البيانات البيولوجية و انما يتعدى ذلك الى حل العديد من المشاكل البيولوجية واكتشاف الانماط الاحيائية المتعددة.

المهارات المطلوبة لتصبح خبيرا ناجحا في مجال المعلوماتية الحيوية
************************************************** ******

كبداية عليك الالمام بما يلي:

بيولوجيا الجزيئات.
خبرة في العمل على واحد او اكثر من حزم البرمجيات المخصصة للتعامل مع بيولوجيا الجزيئات.تعلم كيفية تحليل المعطيات البيولوجية باستخدام هذه البرمجيات والتي اذكر منها: (GCG,BLAST,FASTA) وغيرها.
تعلم عن نظم التشغيل مفتوحة المصدر (LINUX,UNIX) لان الشائع في هذه الايام هو استخدام البرمجيات الحرة في البيوانفورماتيك وذلك نظرا لقوتها وتوفر الادوات البرمجية والبرمجيات المخصصة لهذه المنصات.
معرفة جيدة بلغات البرمجة مثل : Java,C++,Python,Perl كما يجب عليك الالمام بلغة HTML.
الالمام بنظم ادارة قواعد البيانات وافضلها : Oracle و MySQL (مفتوحة المصدر والمجانية) و الاكثر استخداما لتخزين كميات ضخمة gigabytes من المعطيات البيولوجية لتحليلها واستخلاص المعلومات منها.

علم الاحياء الجزيئي

*********************

يقوم علم الاحياء الجزيئي او البيولوجيا الجزيئية (بالانجليزية: Molecular biology) بدراسة الاحياء على المستوى الجزيئي ، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الاحياء و الكيمياء في عدة فروع و يتقاطع مع الكيمياء الحيوية و علم الوراثة في عدة مناطق و تخصصات . تهتم البيولوجيا الجزيئية بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الانظمة الخلوية و بخاصة العلاقات بين الدنا و الرنا و عملية الاصطناع البروتيني اضافة الى اليات تنظيم هذه العملية و كافة العمليات الحيوية .

يصف وليم استبوري علم الاحياء الجزيئي في مقالة له في مجلة نيتشر :

” … بانه ليس تقنية بل هو مقاربة، مقاربة من وجهة نظر ما يدعى بالعلوم الاساسية مع فكرة موجهة للبحث ضمن الحقائق و الخطوط العريضة لعلم الاحياء عن خطة جزيئية موافقة . انه علم يهتم اساسا باشكال الجزيئات الحيوية و … بشكل اكثر تحديدا على البنى الثلاثية الابعاد و التشكيلات البنيوية بحيث لا تقتصر فقط على الدراسة الشكلية morphology بل تتعداها لتدرس التشكل genesis و الوظيفة . ”

العلاقة بعلوم الاحياء الاخرى على المستوى الجزيئي

*******************************************

رسم توضيحي للعلاقة لبن الكيمياء الحيوية، وعلم الوراثة، وعلم الاحياء الجزيئي.

الباحثون في الاحياء الجزيئية استخدموا تقنيات محددة منشؤها علم الاحياء الجزيئي, ولكن مع تزايد الجمع بين هذه الافكار من تقنيات و علم الوراثه وعلم الكيمياء الحيويه و الفيزياء الحيويه مع انه ليس هناك ترابط بين هذه المجالات كما كان من قبل. الشكل التالي يمثل مخطط علاقه بين بعض تلك المجالات

الكيمياء الحيوية: هي دراسة المواد الكيميائية والعمليات الحيوية اللذان يحدثان في الكائنات الحية.
علم الوراثة: هو دراسة تاثير الاختلافات الوراثية على الكائنات الحية.
كثيرا ما يمكننا هذا من الاستدلال علي غياب مكون طبيعي (ومثال على ذلك: – جين واحد).

دراسه “المسوخ” الكائنات التي تفتقر الي واحد او اكثر من العناصر الفنية فيما يتعلق بما يسمي ” بالنوع البري ” او نمط ظاهري طبيعي. التفاعلات الوراثية مثل epistasis يمكن ان تفند تفسيرات بسيطة في اغلب الاحيان مثل هذه الدراسات “القاضية”.

علم الاحياء الجزيئي : دراسه الاسس الجزيئيه من عمليه النسخ والاستنساخ والترجمه الجينيه. العقيدة المركزية لعلم الاحياء الجزيئي حيث ان مادة وراثية نسخت الى ار ان اي وبعد ذلك ترجمت الى البروتين، على الرغم من ان هناك صورة مبالغة في تبسيط علم الاحياء الجزيئي ، ولا يزال يوفر نقطه انطلاق جيده لفهم الميدان. بيد ان هذه الصوره يجري تنقيحها في ضوء الادوار الجديده الناشئه للرنا .

معظم العمل في علم الاحياء الجزيئي كمي ، تم انجاز الكثير من العمل المشترك في البيولوجيا الجزيئيه وعلوم الحاسوب والمعلوماتية الحيوية وعلم الاحياء الحسابي . اعتبارا من مطلع العشرين ، ودراسه بنية الجينات وعلم الوراثه الجزيئية كان الحقل الثانوي الابرز لعلم الاحياء الجزيئي.

تركز على نحو متزايد العديد من الحقل الاخرى لعلم الاحياء على الجزيئات ، اما دراسة مباشرة لتفاعلاتهم في اماكن تواجدهم مثل في علم الاحياء الخلوي وعلم الاحياء التطوري ، او بشكل غير مباشر ، حيث تقنيات علم الاحياء الجزيئي تستعمل لاستنتاج الخواص التاريخية من السكان او النوع، كما في مجالات علم الاحياء المتطورة مثل علم وراثة السكان و علم الوراثة العرقي phylogenetics . وهناك ايضا تقاليد عريقه دراسه الجزيئات البيولوجية “من الصفر” في الفيزياء الحيوية .

تقنيات الاحياء الجزئية

*********************

منذ اواخر خمسينات واوائل الستينات ، تعلم علماء الاحياء الجزيئي كيفية تمييز وعزل ومعالجة المكونات الجزيئية للخلايا والكائنات الحية. تتضمن هذه المكونات الدنا (DNA) مستودع المعلومات الوراثية ؛ الرنا (RNA) الشبيه بالدي ان اي (DNA) . الذي تتراوح وظائفها من العمل كالنسخة العاملة المؤقتة ل (DNA) دنا الى هيكلية فعلية ومهام انزيمية كذلك الوظيفيه والهيكليه من اجهزة النقل. والبروتين هو الهيكل الرئيسي والنوع الانزيمي للجزيئات في الخليه.

علم الاحياء الخلوي

***********************

علم الاحياء الخلوي او البيولوجيا الخلوية (Cell biology او cellular biology احيانا cytology ) علم يقوم بدراسة الخلايا الحية : خواصها و بنيتها و مكوناتها ، و العضيات الموجودة فيها و تفاعلاتها مع البيئة المحيطة . اضافة لذلك دورة حياتها cell cycle ، انقسامها ، و اخيرا موتها. تتم هذه الدراسة على نطاق مجهري او جزيئي . البيولوجيا الخلوية تبحث في مجالات تمتد من تنوعات الاحياء وحيدة الخلية الى الحياء متعددة الخلايا بخلاياها المتمايزة جدا مثل الانسان.

معرفة تركيب الخلايا و كيفية عملها اساسي لجميع العلوم الحيوية . فتقدير مدى التشابه و اللاختلاف بين النماط الخلوية يعتبر امرا مهما و اساسيا لجميع العلوم الحيوية الجزيئية و الخلوية . لان هذه التشابهات تشكل اطارا عاما موحدا يسمح بتعميم المباديء و نتائج الابحاث في علوم مترابطة مثل علم الوراثة ، الكيمياء الحيوية ، علم الاحياء الجزيئي و اخيرا علم الاحياء التنموي .

الخلايا من حيث مكوناتها الجزئية

عمليات خلوية

******************

انقسام خلوي Cell division – كيفية تولد الخلايا الجديدة

هناك نوعين من الانقسام الخلوي وهما الانقسام غير المباشر (الذي يحدث في الخلايا الجسدية في الكائنات الحية) و الانقسام الاختزالي (و الذي يحدث في الخلايا التناسلية للكائنات الحية).

شكل يوضح المراحل المختلفه لانواع الانقسام

الانقسام غير المباشر:

وتكمن اهمية الانقسام غير المباشر في انه يساهم في نمو الكائنات الحية وتعويض انسجتها التالفة، كما يساهم في نقل الجينات الموجودة على الكروموسومات من الخلية الاصلية الى الخليتين الجديدتين.

وبالطبع فان الانقسام الغير المباشر يختلف في الخلية النباتية عنه في الخلية الحيوانية، فالخلية النباتية لا تحتوي على جسم مركزي (حيث يلعب الجسم المركزي دورا في انقسام الخلية الحيوانية،حيث ينقسم الى قسمين، و يهاجر كل قسم الى احد قطبي الخلية. و يبدا في هذا الدور تكثف خيوط سيتوبلازمية بين الجسمين المركزين و تبدو هذه الخيوط بالمغزل)، كما انه لا يحدث اختناق في الخلية النباتية انما تشكل انتفاخات غشائية من جهاز جولجي على الخط الاستوائي للخلية و تمتد هذه الانتفاخات حتى تشكل حاجزا يسمى بالصفيحة الوسطى والتي تقسم الخلية الى خليتين.

ادوار الانقسام غير المباشر:
الدور التمهيدي: تتميز الكروموسومات في هذا الدور ، و تكون على شكل خيوط طويلة و رفيعة، و يظهر كل كروموسوم مكونا من جزءين، و يدعى كل جزء كروماتيدة و يرتبط الكروماتيدان مع بعضهما في نقطة تسمى بالسنترومير، و يلتفان حول بعضهما البعض.

الدور الاستوائي: يكتمل في هذا الدور تشكل المغزل. و تتميز الكروموسومات في هذا الدور و يصبح من السهل عدها و تحديدها.

الدور الانفصالي: ينقسم السنترومير في هذا الدور، و يبتعد الكروماتيدان في كل كروموسوم عن بعضهما، ويتجه كل كروماتيد نحو القطبين. و بذلك يصبح عند كل قطب من قطبي الخلية مجموعتان متشابهتان من الكروموتيدات، والتي يمكن تسميتها الان بالكروموسومات.

الدور النهائي: تبدو مجموعة الكروموسومات في كل قطب طويلة و رفيعة، و تظهر النوية و الغشاء لنووي

الانقسام الاختزالي:

يحدث الانقسام الاختزالي في الخلايا التناسلية الحية و التي تعرف ايضا بالجاميتات (gamets)و يختلف هذه النوع من الانقسام بانه خلاله يختزل عدد الكرموسومات الى النصف. و تكمن اهمية الانقسام الاختزالي بانه ضروريا للحفاظ على الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيا، كما انه بواسطة الاختزال يحافظ على ثبات عدد الكروموسومات ، و يساعد في تنوع صفات الكائنات الحية لنفس السلالة.

في الحيوان يحدث الانقسام الاختزالي في الخصية للذكر لتكوين الحيوانات منوية، و في الاناث في المبيض لتكوين البويضات . اما في النبات فيحدث في المتك لتكوين حبوب اللقاح، و المبيض لتكوين البويضات.

تاشير الخلايا – تنظيم سلوك الخلية عن طريق اشارات خارجية.

نقل فعال Active transport و نقل منفعل Passive transport – انتقالات الجزيئات من الخلايا و الى الخلايا.

التصاق الخلايا Cell adhesion – جمع الخلايا مع بعضها البعض.

نسخ وراثي و mRNA splicing – التعبير الجيني.
حركة الخلية : كيموتاكسيس Chemotaxis ، التقلص Muscle contraction ، هدب (خلية) و سوط الخية
اصلاح الدنا و موت الخلية
استقلاب: تحلل غليكوزي Glycolysis ، تنفس خلوي, تركيب ضوئي : اصطناع ضوئي او تمثيل ضوئي

تقنيات

*************

Microscopy and Immunostaining
Gene knockdown and Transfection
مستعمرة خلوية Cell culture و متعقب مشع Radioactive tracers
بي سي ار and تهجين في الموقع In situ hybridization
DNA microarray مرشحات للتعبير الجيني

تنقية الخلايا و اجزائها
يتم التوصل الى تنقية الخلايا و اجزائها باستخدام الطرق التالية :

Flow cytometry
تجزئة الخلية Cell fractionation
تحرير العضيات الخلوية بوساطة disruption of cells.
فصل العضيات المختلفة ضمن الخليفة بوساطة تثفيل centrifugation.
استخلاص البروتينات من الاغشية الخلوية عن طريق المنظفات detergents و املاح او غيرها من الكيماويات.
Immunoprecipitation

• اروین شارغاف