علم زیست شناسی ، هرچند به صورت توصیفی از قدیم ترین علومی بوده که بشر به آن توجه داشته است ؛ اما از حدود یک قرن پیش این علم وارد مرحله جدیدی شد که بعدا آن را ژنتیک نامیده اند و این امر انقلابی در علم زیست شناسی به وجود آورد. در قرن هجدهم ، عده ای از پژوهشگران بر آن شدند که نحوه انتقال صفات ارثی را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند؛ ولی به ۲ دلیل مهم که یکی عدم انتخاب صفات مناسب و دیگری نداشتن اطلاعات کافی در زمینه ریاضیات بود، به نتیجه ای نرسیدند.

 

اولین کسی که توانست قوانین حاکم بر انتقال صفات ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی به نام گریگور مندل بود که در سال ۱۸۶۵ این قوانین را که حاصل آزمایشاتش روی گیاه نخود فرنگی بود، ارائه کرد. اما متاسفانه جامعه علمی آن دوران به دیدگاه ها و کشفیات او اهمیت چندانی نداد و نتایج کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد.

در سال ۱۹۰۰ میلادی کشف مجدد قوانین ارائه شده از سوی مندل ، توسط درویس ، شرماک و کورنز باعث شد که نظریات او مورد توجه و قبول قرار گرفته و مندل به عنوان پدر علم ژنتیک شناخته شود.

در سال ۱۹۵۳ با کشف ساختمان جایگاه ژنها (DNA) از سوی جیمز واتسن و فرانسیس کریک ، رشته ای جدید در علم زیست شناسی به وجود آمد که زیست شناسی ملکولی نام گرفت . با حدود گذشت یک قرن از کشفیات مندل در خلال سالهای ۱۹۷۱ و ۱۹۷۳ در رشته زیست شناسی ملکولی و ژنتیک که اولی به بررسی ساختمان و مکانیسم عمل ژنها و دومی به بررسی بیماری های ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها می پرداخت ، ادغام شدند و رشته ای به نام «مهندسی ژنتیک» را به وجود آوردند که طی اندک زمانی توانست رشته های مختلفی اعم از پزشکی ، صنعت و کشاورزی را تحت الشعاع خود قرار دهد.

پایه اصلی مهندسی ژنتیک بر این اصل استوار است که با انتقال ژنی به درون ذخیره ژنی یک ارگانیسم ، آن ارگانیسم را وادار می کند که در شرایط محیطی مناسب برای بیان آن ژن به دستورات آن ژن که می تواند بروز یک صنعت یا ساختار شدن یک ماده بیوشیمیایی و… باشد ، عمل کند. امروزه مهندسی ژنتیک خدمات شایان ذکری را به بشر ارائه کرده که در تصویر دیروز او نمی گنجیده و امری محال محسوب می شد.

از برجسته ترین خدمات این علم در حال حاضر می توان موارد زیر را برشمرد:

اصلاح نژادی حیوانات و نباتات که باعث بالا رفتن سطح کیفیت و کمیت فرآورده های غذایی استحصال شده از آنان گردیده است . تهیه داروها و هورمون ها با درجه خلوص بالا و صرف هزینه های پایین درمان بیماری های ژنتیکی با ایجاد تغییرات در سلول تخم که از جدیدترین دستاوردهای مهندسی ژنتیک محسوب می شود و بسیار محدود است . پیش بینی محدود بیماری ها در فرزندان آینده یک زوج که از این طریق به زوجهای جوانی که می خواهند با یکدیگر ازدواج کنند خدمات مشاوره ژنتیک می دهند و آنها را از وضعیت جسمانی فرزندان آینده شان مطلع می سازند.

اما اگر بخواهیم دورنمای مهندسی ژنتیک را ترسیم کنیم ، تمامی موارد زیر قابل تصورند: اعضای بدن انسان از قلب گرفته تا چشم و دست و پا به صورت مجزا از طریق مهندسی ژنتیک تولید می شوند و بانکهای اعضای بدن به نیازمندان پیوند عضو ، عضو جدید عرضه می کنند و هر فرد می تواند عضوی که دقیقا مشابهت ژنتیکی با خودش را دارد، خریداری کند و از این طریق مشکل دفع پیوند که به دلیل شباهت نداشتن رموز ژنتیکی ، فرد دهنده و گیرنده عضو ناشی می شود، مرتفع خواهد شد در نتیجه آمار مرگ و میر انسان نیز پایین خواهد آمد. تمامی بیماری های ژنتیکی حتی در دوره جنینی نیز قابل درمان خواهد بود. از جهشهای متوالی عوامل بیماریزا که عامل اصلی فناناپذیر بودنشان است ، جلوگیری به عمل می آید و درصد بالایی از بیماری های شناخته شده ریشه کن خواهد شد. کارتهای شناسایی افراد ژنتیکی خواهد شد که برای هر ۲فردی روی کره زمین (بجز ۲قلوهای همسان و کلونها) متفاوت خواهد بود و دقیقا هویت هر فرد را تعیین می کنند. مجرمان با گذاشتن کوچکترین اثر بیولوژیکی از خود مثل یک تار مو بسرعت شناسایی خواهند شد. می توان سرعت رشد موجودات مختلف را افزایش داد که خود این امر مزایای بسیاری را فراهم می آورد که از آن جمله می توان به پرورش سریع حیواناتی همچون گاو و گوسفند اشاره کرد که می توانند نیازهای غذایی یک جامعه را تا حد زیادی مرتفع کنند.

به نظر می رسد ژنتیک بخش بسیار عظیمی از آینده را به خود اختصاص خواهد داد و شاید یکه تاز زمان باشد. البته برای این علم جنجال برانگیز پایانی نمی توان متصور شد. تمامی مواردی که در بالا ذکر شد، از لحاظ نظری امکانپذیر است ؛ ولی نیاز به تحقیق ، مطالعات و آزمایشات فراوان دارد که بشر بتواند به آنها دست یابد و چون مسلط بودن بر این علم نیاز به پشتوانه قوی علومی همچون بیولوژی سلولی ملکولی ، بیوشیمی ، فیزیولوژی و آمار و احتمالات دارد ، باید زحمات فراوانی برای دستیابی به ویژگی های این رشته از علم متحمل شد.

دانشمندان می توانند ژنی را از یک گونه بگیرند و آن را وارد گونه دیگری کنند، تا مشخصه جدیدی در گونه دوم ایجاد شود. مثلا می توان ژنی را که مواد شیمیایی سمی برای حشرات تولید می کند، به یک سلول گیاه گوجه فرنگی منتقل کرد. این سلول به صورت یک گیاه گوجه فرنگی در می آید که مواد شیمیایی سمی تولید می کند و در نتیجه حشرات آن را نمی خورند. این مثالی از مهندسی ژنتیک است.

وقایع مهم در ژنتیک مولکولی تا سال ۱۹۴۴

- شروع ژنتیک توسط گرگورمندل و با مقاله‌ای بود که وی در سال ۱۸۶۶ در مجموعه مقالات انجمن علوم طبیعی در مورد نخود فرنگی ، به چاپ رساند.

- تا سال ۱۹۰۰ طول کشید تا سایر زیست شناسان مانند هوگو ، کورنس و شرماک اهمیت کار مندل را درک کنند و این علم پس از رکورد طولانی توالی دوباره یافت.

- در سال ۱۹۰۳ ، ساتن پیشنهاد کرد که ژنها روی کروموزومها قرار دارند.

- در سال ۱۹۰۹ ، یوهانس پیشنهاد کرد که عوامل مندلی ژن نامیده شدند.

- در سال ۱۹۱۰ ، مورگان آزمایشهای زیادی بر روی مگس سرکه انجام داد.

- در سال ۱۹۲۷ ، مولر کشف کرد که اشعه ایکس ایجاد موتاسیون (جهش) در مگس سرکه می‌نماید.

- در سال ۱۹۴۱ ، بیدل و تاتوم پیشنهاد کردند که هر ژن فعالیت یک آنزیم را کنترل می‌کند.

-

در سال ۱۹۴۴ ، کتاب زندگی چیمت توسط یک فیزیکدان به نام شرودینگر انتشار یافت

این مقاله در مورد زیست شناسی است، برای مشاهده زیر شاخه های آن جدول طبقه بندی زیست شناسی را ملاحظه کنید.

زیست شناسی

علم

شناخت حیات است( این لغت از کلمه

یونان

ی بیاس به معنی زندگی و لوگاس یعنی دلیل منطقی تشکیل شده است). زیست شناسی به ویژگیها و

رفتار

های موجودات، چگونگی تشکیل

گونه

ها و انواع موجودات و روابطی که آنها با هم دارند و به محیط زیست آنها مربوط می شود. زیست شناسی طیف گسترده ای از رشته های علمی که اغلب رشته های علمی مستقل بحساب می آیند را شامل می شود. روی هم رفته زیست شناسان حیات را از روی دامنه وسیعی از شاخصها مورد مطالعه قرار می دهند.

در مقیاس ذره ای و

مولکولی

، زندگی مورد بررسی

زیست شناسی مولکولی

،

زیست شیمی

و علم

وراثت مولکولی

است. در مقیاس

سلول

ی، مورد مطالعه زیست شناسی سلولی و در مقیاس های چند سلولی، مورد نظر

فیزیولوژی

،

کالبد شناسی

و

بافت شناسی

است. زیست شناسی رشدی حیات را در مقیاس رشد و نمو اندام یک موجود مورد مطالعه قرار می دهد.

با بالا بردن مقیاس ها به بیش از یک موجود،

علم وراثت

چگونگی عملکرد

وراثت

بین والدین و فرزندان را مورد بررسی قرار می دهد.

رفتار شناسی جانوری

رفتار گروهی بیش از یک موجود را مطالعه می کند. علم

وراثت جمعیتی

میزان یک جمعیت کل را در در نظر دارد و علم

سیستماتیک

شاخص چند گونه ای اجداد موجودات را بررسی می کند.

جمعیت

های بهم وابسته ومحل سکونتشان در

بوم شناسی

و زیست شناسی تکاملی مورد مطالعه قرار می گیرد. یک رشته نظری جدید

ستاره شناسی

( یا زیست شناسى

گاز

بى اثر

گزنون

) نام دارد که احتمالات وجود حیات در کرات دیگر غیر از زمین را مورد بررسی قرار می دهد.

زیست شناسی تنوع حیات را مورد برررسی قرار می دهد( در جهت عقربه های ساعت از سمت چپ در بالا) ای . کولی، درخت سرخس، بز کوهی و سوسک جالوت.

اصول زیست شناسی

گرچه زیست شناسی بر خلاف علم

فیزیک

که معمولا سیستم های زیست شناختی را بر حسب اشیایی که تسلیم قوانین فیزیکی تغییر نا پذیر تشریح شده با

ریاضیات

را توصیف نمی کند، با اینحال توسط بسیاری از اصول و مفاهیم اصلی توصیف می گردد که شامل: جامعیت، تکامل، تنوع، تسلسل، هم ایستایی و فعل و انفعالات می گردد.

نمایش نمودار DNA در ابتدای ماده تکوینی

جامعیت: زیست شیمی، سلول ها و کد وراثتی

مقاله اصلی:

حیات

واحد ها و فرهایند های رایج جامع بسیاری وجود دارد که برای گونه های مشخص

حیات

ضروری می باشد. بعنوان مثال تمام گونه های حیات از

سلول

هایی تشکیل شده اند، که در عوض، این سلول ها بر پایه یک سری زیست شیمی عمومی با زیر ساخت

کربن

استوارند . تمام موجودات از طریق ماده وراثتی که بر پایه

نوکلئیک اسید دی ان ای

استوار است از یک

کد وراثتی

جامع استفاده می کنند.در مبحث رشد،موضوع فرایند های جامع نیز بیان می شود ، مثلا در بیشتر موجودات چند

یاخته

اى قدمهای اولیه در رشد رویان مراحل ریخت شناسی مشابهی دارد و

ژن

های مشابهی را شامل می شود .

تکامل : هدف اصلی زیست شناسی

مقاله اصلی :

تکامل

یکی از اهداف اصلی و سازمانده در زیست شناسی این است که تمام حیات از طریق یک فرایند

تکامل

از یک

خاستگاه مشترک

ناشی شده است . در واقع این یکی از عللی است که موجود زیستی تشابه قابل توجهی از واحدها و فرایند هایی که در بخش قبل تشریح شد را بروز می دهد .

چارلز داروین

نظریه تکامل را بعنوان یک نظریه قابل دوام با برشمردن نیروی محرک آن بنا نهاد : نظریه انتخاب اصلح در

طبیعت

. (

الفرد راسل والاس

یکی از همکاران شخص پی برنده به این مفهوم شناخته می شود ) .

رانش وراثتی

بعنوان یکی از شیوه های به اصطلاح ترکیب امروزی پذیرفته شده است .

تاریخچه تکاملی

گونه

ها که گویای خصوصیات اجزای مختلفی است که از آن ناشی شده، به همراه رابطه شجره ای اش با دیگر گونه ها ،

تاریخ نژادی جانور

یا گیاه نامیده می شود. دیدگاه های گوناگون زیادی در زیست شناسی اطلاعات مربوط به زیست شناسی را به وجود آورده است. این اطلاعات مقایسه های زنجیره های اسید دزوکسی ریبونوکلئیک که منجر به

زیست شناسی مولکولی

و

ژنومیک

می شود، و مقایسه های سنگواره ها با دیگر گونه های موجودات باستانی در علم

فسیل شناسی

را شامل می شود. زیست شناسان روابط تکاملی را با روش های مختلف سامان داده و بررسی می کنند که این شیوه ها شامل

تکامل نژادی

،

فنتیک

، و

رده بندی جانداران

بر حسب جد مشترک می شود. وقایع مهم در تکامل حیات، آنگونه که بتازگی زیست شناسان به آنها پی برده اند در این خط زمانی تکاملی بطور مختصر بیان شده است.

گوناگونی موجودات زنده

درخت روند تکامل تمام موجودات زنده مبنی بر اطلاعات ژن RNA ،نمایش تفکیک سه قلمرو باکتری ها،جانوران اولیه ،موجودات چند سلولی شرح ابندایی توسط کارل ا.واس ، ساختن درخت با دیگر ژن ها عموماَ شبیه هستند، اگرچه آنها ممکن است در برخی مکان ها در شاخه های نزدیک گروه های بسیار متفاوتی باشند ، احتمالاَ زیرا بعلت تکامل سیع RNA نسبت دقیق از سه قلمرو بحث هنوز وجود دارد.

یک شجره تکامل نژادی از تمام موجودات زنده، مبنی بر داده های ژن اسیدیبونوکلئیک، نشانگر تفکیک سه مقوله باکتری، جانوران اولیه و موجوداتی که سلول تک هسته ای دارند می باشد. شجره هایی که با دیگر ژنها درست شده اند معمولا شبیه هم هستند، اگر چه ممکن است آنها برخی از گروههای زود دسته بندی شده را خیلی متفاوت از هم قرار دهند که احتمالا به سبب تکامل سریع اسید ریبونوکلئیک می باشد که در ابتدا توسط کارل ووس تشریح شد. روابط دقیق این سه مقوله هنوز مورد بررسی است.

علیرغم این وحدت اصولی، حیات نشانگر یک نوع گوناگونی زیاد حیرت انگیز در ساختار شناسی،

رفتار شناسی

و

تاریخچه های حیات

است. برای گلاویز شدن با این گوناگونی، زیست شناسان تلاش می کنند تا تمام موجودات را رده بندی کنند. رده بندی علمی باید منعکس کننده شجره های تکاملی ( شجره های وابسته به

تکامل نژادی

) موجودات مختلف باشد. این قبیل رده بندی ها قلمرو رشته های سیستماتیک و رده بندی جانداران را نشان می دهد. علم رده بندی جانوران ، جانداران را در رده هایی قرار می دهد که

تاکزا

نامیده می شود، حال آنکه علم

سیستماتیک

به دنبال روابط بین جانداران است. معمولا موجودات زنده به پنج سلسله تقسیم می شدند:

جلبک

ها —

آغازیان

–

قارچ

ها —

گیاهان

— جلبکها

بهرحال این پنج سیستم پنج سلسله ای اکنون دیگر بسیار قدیمی بحساب می آید. جایگزین های بسیار جدیدتر معمولا با

سیستم سه مقوله ای

آغاز می شود:

جانوران اولیه

( در ابتداسلسله اصلی باکتری ها ) ،

باکتری

ها ( در ابتدا ای یو باکتری) ،

موجودات چند سلولی

این سه مقوله نشانگر این است که آیا سلولها هسته دارند یا خیر و همچنین منعکس کننده تفاوت ها در سطح خارجی سلولها است. همچنین یک سری از "انگل های" درون سلولی وجود دارند که به طور پیش رونده بر حسب فعالیت سوخت و سازی کمتر عمر می کنند:

ویروس

ها —

ویرید

ها —

پریون

ها

تسلسل: نژاد مشترک موجودات

مقاله اصلی:

نژاد مشترک

اگر گروهی از جانداران با هم

جد

مشترکی داشته باشند ، گفته می شود که این جانداران با هم نژاد مشترکی دارند. تمام

موجودات زنده

روی

زمین

از یک جد مشترک و یا

آبگیز ژن

اجدادی زاده می شوند. گمان می رود آخرین جد همگانی ، یعنی ، جدیدترین جد مشترک تمام موجودات زنده

سه و نیم میلیون سال قبل

بوجود آمده باشد ( به مبحث

منشا حیات

رجوع کنید ) .

تصور اینکه منشأ " کل حیات از" یک تخم مرغ بوجود آمده است یکی از مفاهیم بنیادی زیست شناسی امروزی است ، بدین معنی که یک تسلسل نا شکسته از منشأ اولیه زندگی تا زمان حاضر وجود داشته است.تا

قرن نوزدهم

معمولا اعتقاد بر این بود که گونه های حیات می توانند تحت شرایط خاصی خودبخود بوجود آیند. ( رجوع کنید به مبحث ایجاد

موجود زنده از مواد بی جان

). اصل عمومیت

کد وراثتی

معمولا به عنوان ملاک تعیین کننده موافق نظریه جد مشترک جهانی ( یو سی دی ) برای تمام

باکتری

ها،

موجودات اولیه

و موجوداتی که یک هسته در سلولهایشان دارند مورد نظر زیست شناسان است. ( رجوع کنید به مبحث

سیستم سه مقوله ای

).

هم ایستایی: سازگار با دگر گونی

مقاله اصلی:

هم ایستایی

هم ایستایی خاصیت یک

نظام باز

برای تنظیم محیط درونی خودش است ، طوری که بوسیله چندین بار تطبیق همتراز حرکتی کنترل شده با ساز و کارهای قانونی بهم وابسته ، یک وضعیت ثابت را حفظ کند. تمام

موجودات زنده

، چه

تک سلولی

و چه

چند سلولی

هم ایستایی بروز می دهند . هم استایی در سطح سلولی می تواند با حفظ یک قدرت اسیدی ثابت خود را بروز دهد (

پی اچ

) ؛ در سطح موجود زنده حیوانات

خون گرم

یک درجه حرارت ثابت درونی را حفظ می کنند ؛ و در سطح

بوم سازگان

، مثلا وقتی که میزان

دی اکسید کربن

موجود در

جو

افزایش می یابد ،

گیاهان

قادر به رشد بهتری هستند و بنابراین دی اکسید کربن بیشتری از جو می زدایند. بافت ها و اندامها تیز می توانند هم ایستایی داشته باشند.

فعل و انفعالات : گروه ها و زیستگاه ها

همزیستی متقابل بین دلقک ماهی از جنس آمفیبریون است که در میان شاخک شقایق دریایی مناطق استوایی است وجود دارد. ماهی منطقه ای شقایق نعمان را از دست ماهی شقایق نعمان خوار محافظت می کند و در عوض شاخک حساس نیش زن شقایق نعمان از ماهی شقایق در برابر شکارچیان محافظت می کند. هر موجود زنده ای با دیگر مو جودات و محیط زیست خودش فعل و انفعال داخلی دارد. یکی از دلایلی که مطالعه سیستم های زیست شناختی را مشکل می سازد این است که فعل و انفعالات امکان پذیر مختلف بسیار زیادی با دیگر موجودات زنده و محیط زیست آنها وجود دارد. واکنش یک میکروب گیاهی بسیار ریز به یک شیب در حبه

قند

به میزان واکنش آن به محیط زیست خود بهمان اندازه است که یک شیر هنگامی که در

دشت بی علف آفریقا

در جستجوی غذاست نسبت به محیط زیست خود واکنش نشان می دهد. در گونه های خاصی

رفتار

ها می تواند دوستانه ،

تهاجمی

،

انگل

ی یا

همزیگری

باشد. مسائل هنوز هم پیچیده تر می شود وقتی دو یا بیشتر گونه های مختلف در یک

بوم سازگان

با هم فعل و انفعال داشته باشند و اکو سیستم یکی از شاخه های

بوم شناسی

است

حوزه عمل زیست شناسی

زیست شناسی به یک عمل تحقیقی گسترده تبدیل گردیده یعنی که این علم عموما تنها بعنوان یک رشته منفرد مورد مطالعه قرار نمی گیرد ، بلکه بعنوان تعدادی از زیر رشته های دور هم گرد آمده مورد بررسی قرار می گیرد . ما چهار دسته بندی کلی را اینجا در نظر می گیریم . اولین گروه کلی شامل رشته هایی است که ساختارهای اصلی سازگان زنده را مورد مطالعه قرار می دهد :

سلول

ها ،

ژن

ها و غیره ؛ گروه بندی دوم عمل این ساختارها را در سطح بافت ها ، اندام ها و بدن مطالعه می کند ؛ یک گروه بندی سوم موجودات و تاریخچه های حیات آنان را مورد نظ