مقدمة في علم الأحياء - جامعة الشام الخاصة - 2011 PDF
Document Details
Uploaded by CheaperDrums5225
Al-Sham Private University
2011
Tags
Summary
هذه محاضرة عن مقدمة في علم الأحياء لعام 2011 في جامعة الشام الخاصة. تشمل المحاضرة خصائص الكائنات الحية، ومستويات التنظيم البيولوجي، والتنوع الحيوي، والتصنيف عبر شيفرة الـDNA. وتتضمن شروحًا مفصلة عن هذه المواضيع.
Full Transcript
اﻟﻣﺣﺎﺿرة اﻷوﻟﻰ ﻣﻘدﻣﺔ ﻓﻲ ﻋﻠم اﻟﺣﯾﺎة Introduction in Biology ﻓﮭرس اﻟﻣﺣﺗوﯾﺎت الصفحة العنوان 2 علم الحياة...
اﻟﻣﺣﺎﺿرة اﻷوﻟﻰ ﻣﻘدﻣﺔ ﻓﻲ ﻋﻠم اﻟﺣﯾﺎة Introduction in Biology ﻓﮭرس اﻟﻣﺣﺗوﯾﺎت الصفحة العنوان 2 علم الحياة 2 خصائص الكائنات الحية 6 مستويات التراتبية في الحياة 11 التنوع الحيوي وتصنيف الكائنات الحية 14 التصنيف عبر شيفرة الـDNA https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 2 مقدمة في علم الحياة Introduction in Biology علم الحياة (البيولوجيا) Biology البيولوجيا مصطلح يوناني األصل عرف منذ عام 1766يتألف من كلمتين معا ً هما Bios :وتعني الحياة و Logosوتعني الدراسة ،وهو العلم الذي يدرس الكائنات الحية وجميع جوانب حياتها مثل (األصل والتنوع ،النمو والتطور ،الهيكل والوظيفة) كما يدرس التآثرات (التأثير والتأثُّر) بين تلك الكائنات الحية من جهة ،و بينها وبين البيئة المحيطة بها من جهة أخرى وقد تفرع عنه عدد من التخصصات أهمها: بيولوجيا الخلية والبيولوجيا الجزيئية وعلم األحياء الدقيقة والبيولوجيا العصبية بيولوجيا الخلية Cell Biology هو العلم الذي يهتم بدراسة جميع مكونات الخلية الحية ووظائفها والتنسيق فيما بينها لتؤدي الخلية مهامها على أكمل وجه البيولوجيا الجزيئية Molecular Biology هو العلم الذي يهتم بدراسة العمليات الحيوية على المستوى الجزيئي ودراسة التآثرات (التأثير والتأثُّر) بين جزيئات الـ DNAو الـ RNAوالبروتينات باإلضافة إلى سبل التحكم في تلك التآثرات علم األحياء الدقيقة Microbiology هو العلم الذي يدرس بنية ووظيفة األحياء الدقيقة كالجراثيم والفيروسات البيولوجيا العصبية Neurobiology هو العلم الذي يدرس بيولوجيا الجملة العصبية عبر وسائل خلوية و جزيئية خصائص الكائنات الحية يوجد على األرض مجموعات متنوعة و مذهلة من الكائنات الحية قد تبدو هذه الكائنات الحية مختلفة جدا كائن ٍ ولكنها جميعا على حد سواء تتشارك في عدة خصائص (سمات) وإن وجود مجموع ٍة السمات هذه في ما يؤدي إلى اعتبار ِه كائنا ً حيا ً حتى لو كان عبارة ً عن خلي ٍة بسيط ٍة صغيرة الحجم وتشترك جميع الكائنات الحية بعدد من الخصائص هي: الترتيب Order تتكون كل الكائنات الحية من خلية واحدة أو أكثر ،والخلية هي الوحدة البنائية و الوظيفية التي تقوم بجميع الوظائف الحيوية الالزمة لبقاء وتكاثر الكائنات الحية والتي تقسم بدورها إلى: كائنات وحيدة الخلية :Unicellularيتألف جسمها من خلية واحدة مثل البكتريا https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 3 كائنات كثيرات الخاليا :Multicellularيتألف جسمها من أكثر من خلية وقد تصل إلى ترليونات من الخاليا (يبلغ عدد الخاليا في اإلنسان البالغ قرابة 37ترليون خلية) تتميز الكائنات كثيرات الخاليا عن الكائنات وحيدة الخلية بأن خالياها تخضع إلى التمايز(التخصص الوظيفي) كما تخضع إلى الموت الخلوي في شروط معينة لصالح الكائن الحي بكتريا خاليا البصل التكاثر Reproduction لبقاء الكائنات الحية على وجه األرض والحفا ً ظ على النسل ودوام النوع تتكاثر الخاليا بمضاعفة مادتها الوراثية أوالً ثم تنقسم بشكل متساوي لتعطي كل خلية أم خليتين بنتين متماثلتين لهما نفس خصائص الخلية األم والتكاثر نوعان: تكاثر ال جنسي :ويقصد به إنتاج أفراد جديدة من فرد واحد مثل اإلنشطار العرضي عند البرامسيوم و البرعمة عند الهيدرا تكاثر جنسي :ويقصد به إنتاج أفراد جديدة نتيجة اندماج العروس الذكرية مع العروس األنثوية تكاثر جنسي اإلنشطار العرضي البرعمة https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 4 النمو Growthو التطور Development النمو هو الزيادة في كتلة الكائن الحي وحجمه نتيجة زيادة كمية المادة الحية فيه ويحدث النمو نتيجة االنقسام المتساوي للخاليا وزيادة حجمها وتنمو جميع الكائنات الحية وتتطور تبعا ً لتعليمات المادة الوراثية الخاصة بها هناك العديد من الكائنات الحية ال تصبح أكبر فقط عندما تنمو لكن أيضا ً تتطور وتتغير مثل الفراشات والضفادع التي يختلف شكل أجسامها تماما ً خالل مراحل تطور حياتها التكيف Adaption التكيف هو إحدى عواقب التطور نتيجة اإلصطفاء الطبيعي وهو يزيد من قدرة الكائن الحي على البقاء حتى يحين زمن التكاثرو التكيف ليس ثابتا ً فكلما تغيرت البيئة المحيطة بالكائن الحي أدى اإلصطفاء الطبيعي إلى تكيف الكائن الحي مع تلك التبدالت ،مثال على ذلك تكيف العتائق على العيش في ينابيع المياه الحارة وت َح ُمل درجات الحرارة المرتفعة اإلستقالب (األيض) Metabolism تدعى مجموعة التفاعالت الكيميائية في خاليا الكائنات الحية الالزمة الستمرار الحياة بعمليات اإلستقالب وتتضمن عمليات بناء وهدم وعمليات الهدم هي التفاعالت التي يتم بها تحطيم الجزئيات المعقدة إلى جزئيات بسيطة التركيب فينتج منها طاقة وعمليات البناء هي التفاعالت التي يتم بها تكوين جزئيات معقدة من جزئيات بسيطة التركيب وتحتاج إلى طاقة اإلستجابة للمنبهات Response to stimuli تبدي الكائنات الحية القدرة على الشعور بالتغيرات في البيئة واإلستجابة لهذه التغيرات ويسمى التغير الذي يؤثر على نشاط الكائن الحي بالمنبه أو ال ُم َح ِفز ،على سبيل المثال تستجيب النباتات للضوء بالنمو باتجاه مصدر الضوء (الجذب الضوئي) وتعد الحركة باتجاه المنبه استجابة ايجابية ،في حين تستجيب https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 5 البكتريا لبعض المواد الكيميائية باالبتعاد عنها ( الجذب الكيميائي) حيث تعد الحركة بعيدا ً عن المنبه استجابة سلبية استعمال الطاقة Energy Processing تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الطاقة من أجل القيام بالوظائف والعمليات االستقالبية فالنباتات مثالً تصنع غذائها بنفسها حيث ت ُ َح ِول طاقة الشمس الضوئية إلى طاقة كيميائية تخزنها في الجزيئات ال ِكبَ ِرية التي تنتجها بعملية التركيب الضوئي وتوصف هذه الكائنات بأنها ذاتية التغذية ( النباتات وبعض األوالي وقليل من الجراثيم) ،وتشكل هذه الجزيئات ال ِكبَ ِرية المختزنة للطاقة الطعام بالنسبة للكائنات غير ذاتية التغذية كالحيوانات والفطور وبعض االوالي ومعظم الجراثيم حيث تستخلص منها الطاقة المختزنة لتستخدمها في مختلف عملياتها الحيوية. الطاقة المختزنة في الجزيئات ال ِكبَريِة (سكاكر ،بروتينات ،دسم) تتمثل في الطاقة المختزنة في طاقة الرابطة التساهمية بين ذرات الكربون ))C-Cوهي تشكل مخازن الطاقة طويلة األمد وال تتحرر إال نتيجة تفاعالت استقالبية معقدة تتوسطها أنزيمات نوعية ،أما مخازن الطاقة قصيرة األمد تتمثل في جزيئات األدينوزين ثالثي الفوسفات الـ ATPوتتحرر منها الطاقة بسرعة وسهولة. https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 6 التنظيم Regulationو اإلستتباب Homeostasis كي تقوم الخاليا بوظيفتها على أكمل وجه تحتاج إلى ظروف مالئمة مثل درجة الحرارة ،تراكيز األمالح ،درجة الحموضة ،نسبة السكر ......وتتمكن الكائنات الحية من المحافظة على الشروط الداخلية من خالل عملية تسمى اإلستتباب والتي ت ُعرف بأنها قدرة الكائن الحي على صون شروطه الداخلية ،مثالً تنظم العديد من الكائنات درجة حرارتها الداخلية لتبقي مناسبة لعمل أنزيمات الجسم فالدببة القطبية التي تعيش في مناخ بارد تتمتع أجسامها بغطاء كثيف من الفرو وتتميز بوجود طبقة كثيفة من الشحوم تحت الجلد مما يسمح لها بتحمل درجات الحرارة المنخفضة والحد من فقدانها وبالمقابل تقوم الكائنات التي تعيش في المناخ الحار بعمليات مثل التعرق عند اإلنسان واإلستحمام عند الفيلة كي تتخلص من الحرارة الزائدة مستويات التراتبية في الحياة تمتد دراسة الحياة على األرض من نطاق الدراسة المجهرية للجزيئات و الخاليا التي تتشكل منها الكائنات الحية وتتسع لتشمل دراسة كوكبنا الحي بأكمله ويتم تقسيم هذا المدى الضخم من مجاالت الدراسة ضمن مستويات متسلسلة مختلفة من التنظيم البيولوجي تتبع مقياسا ً من األصغر إلى األكبر كمايلي: ✓ الذرة Atom الذرة أصغر وحدة لجميع المواد وتتكون من نواة موجبة الشحنة تحيط بها اإللكترونات السالبة الشحنة ✓ الجزيء Molecule هو أصغر جزء من المادة الكيميائية يحافظ على خاصياتها الكيميائية يتألف من ارتباط ذرتين أو أكثر من نفس العنصر الكيميائي أو من عناصر كيميائية مختلفة مثل جزيئات الماء والسكاكر والبروتينات والدسم https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 7 ✓ العضيات Organelles هي بنى غشائية صغيرة منتشرة ضمن سيتوبالسما الخاليا حقيقيات النوى وتؤدي وظائف نوعية لها مثل الصانعات الخضراء والمتقدرات في الخاليا النباتية والمتقدرات في الخاليا الحيوانية المتقدرات (الميتوكوندريا) ✓ الخلية Cell هي الوحدة البنائية والوظيفية للكائنات الحية وأصغـر تجمـع لمـادة قابلـة للحيـاة وت ُ َ صنَف الخاليا إلى : طالئعيات (بدائيات) النوى Prokaryotesوتتميز بأنها ال تملك غشاء نووي يحيط بالنواة وال تملك عضيات غشائية مثل البكتريا و حقيقيات النوى Eukaryotesوهي خاليا تملك نواة محاطة بغشاء نووي وتملك عضيات مثل الخلية العصبية ✓ النسيج Tissue مجموعة من الخاليا المتشابهة تقوم بأداء نفس الوظيفة مثال النسيج العصبي في اإلنسان https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 8 ✓ العضو و األجهزة Organ and Systems العضو هو ذلك الجزء من جسم الكائن الحي الذي يتكون من مجموعة من النسج تجتمع معا ً لتؤدي وظيفة محددة مثل الدماغ في اإلنسان والورقة في النبات و من ذلك إذا اشترك عدد من األعضاء يتكون الجهاز العضوي ،مثالً جسم اإلنسان يتكون من مجموعة من األجهزة العضوية المختلفة كالجهاز العصبي وجهاز الهضم وجهاز التنفس وجهاز اإلطراح في اإلنسان والغصن في النبات ✓ الكائنات الحية Organisms كل األفراد الحية الفردية هي كائنات حية والتي قد تكون : oمتعددة الخاليا تضم أجهزة عضوية مختلفة ومتمايزة الوظيفة مثل الحصان والشجرة oوحيدة الخلية مثل الجراثيم (من طالئعيات النوى) والبرامسيوم والمتحول (من حقيقيات النوى) ✓ السكان (الجمهرة) Populations ندعو كل االفراد الذين ينتمون إلى نوع واحد ويعيشون ضمن منطقة جغرافية محددة بالسكان ،مثالً تشكل أشجار الصنوبر التي توجد ضمن إحدى الغابات مايسمى بالسكان https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 9 ✓ المجتمعات Communities تُدعى الكائنات الحية من أنواع مختلفة والمتفاعلة مع بعضها والتي تعيش كلها معا في بيئة واحدة بالمجتمع الحيوي ،مثالً تحتوي الغابة على أنواع متعددة من االشجار و االزهار و الحيوانات و الفطريات والحشرات وأيضا ً كائنات حية مجهرية متنوعة كالبكتريا تشكل جميعها مجتمع حيوي في الغابة ✓ المنظومة البيئية Ecosystems تتألف من المجتمع إضافة إلى البيئة الفيزيائية المحيطة وهي كل الكائنات الحية التي تعيش في بيئة محددة وتتفاعل مع عناصر البيئة غير الحية مثل التربة و الماء والضوء والغازات في الهواء ،كما تتفاعل مع بعضها بعضا بحيث تحافظ هذه الكائنات على استمرارية وجودها ،ويتفاوت حجم النظام البيئي الطبيعي بشكل كبير و يتراوح ما بين بركة ماء صغيرة إلى غابة كبيرة ✓ المحيط الحيوي Biosphere المحيط الحيوي هو الجزء المأهول بالحياة من الكرة األرضية ويضم كل المنظومات البيئية الموجودة في كوكب االرض مجتمعة من يابسة وبحيرات و أنهار و محيطات و الغالف الجوي حتى ارتفاع عدة كيلومترات عن األرض ،وكذلك جميع الكائنات الحية التي تعيش فيها وتتآثر مع بيئاتها النوعية https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 10 Biosphere The biosphere (from Greek βίος bíos "life" and σφαῖρα sphaira "sphere") also known as the ecosphere (from Greek οἶκος oîkos "environment" and σφαῖρα الشكل 1يمثل المستويات المختلفة من التنظيم البيولوجي التنوع الحيوي وتصنيف الكائنات الحية التنوع سمة مميزة للحياة ويعد التطور المصدر االساسي لهذا التنوع وهو عملية التحول التدريجي التي تبزغ من خاللها انواع جديدة من االنواع القديمة ،يقدر البيولوجيون العدد اإلجمالي لألنواع الحية بحدود الـ 30مليون نوع وقد تم وصف وتعريف حوالي 1.4مليون نوع منهم. ويتضمن هذا التنوع الهائل في أشكال الحياة حوالي 5200نوع من بدائيات النوى و100000نوع من الفطور و 52000نوع من الفقاريات و 290000نوع من النباتات باإلضافة إلى 1000000من أنواع الحشرات يضاف إلى ذلك ان العلماء يحددون هوية أالف األنواع الحية اإلضافية كل عام https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 11 لقد استدعى هذا التنوع الهائل تقسيم الكائنات الحية إلى مجموعات تضم كل منها الكائنات التي لها صفات مشتركة مما سهل أمر دراستها وعليه فقد نشأ علم يهتم بتقسيمها بصورة علمية دقيقة هوعلم التصنيف علم التصنيف :Taxonomyهو فرع من فروع البيولوجيا يهتم بوصف وتقسيم أنواع الكائنات الحية وترتيبها في مجموعات وفقا ً لحصائصها النوع :Speciesهو مجموعة من األفراد المتشابهة في الشكل و التركيب ولها نمط حياة متماثل وتستطيع التزاوج فيما بينها لتعطي أفرادا ً جديدة لها نفس الصفات العامة لآلباء وقادرة على التكاثر يعد النوع حجر الزاوية األساسي في تصنيف الكائنات الحية مراحل علم التصنيف عبر التاريخ بدأت محاوالت تقسيم الكائنات الحية من قبل األنسان منذ زمن بعيد ويعود وضع نظام تصنيفي محدد إلى عهد قدماء اليونان تصنيف أرسطو يعد أرسطو أول من قام بتصنيف الكائنات الحية حيث قسم الحيوانات إلى مجموعة تعيش على اليابسة وأخرى تعيش في الماء وثالثة تعيش في الهواء ,كما قسمها إلى حيوانات تلد وأخرى تبيض أما النباتات فقد قسمها إلى أشجار وشجيرات وأعشاب وفقا ً لحجمها. تصنيف جون راي اول من صنف الكائنات الحية على أساس علمي وفقا ً للتشابه واالختالف في الصفات المورفولوجية للكائنات الحية ،أيضا ً اعتبر النوع هو الوحدة األساسية في التصنيف تصنيف كارلوس لينوس أول من اقترح في القرن التاسع عشر ترتيب الكائنات الحية ضمن منظومة تراتبية تصنيفية ،اعتمد مبدأ التسلسل في التصنيف وذلك بضم األنواع المتشابهة في مجموعة واحدة هي الجنس وتجمع األجناس المتشابهة في وحدة تصنيفبة أعلى تدعى الفصيلة وضم الفصائل المتشابهة في رتبة و وضع الرتب التي تجمعها خصائص مشتركة في صف والصفوف المتشابهة في شعبة والشعب المتشابهة في مملكة قد تتميز بعض الكائنات الحية التي تنتمي إلى مرتبة تصنيفية واحدة بوجود بعض الصفات الثانوية غير المتماثلة مما استوجب استحداث مراتب تصنيفية بينية أو فرعية مثل فوق superأو تحت subالمرتبة األساسية (فوق فصيلة ( ، ) super familyتحت فصيلة (sub family https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 12 اتبع لينوس نظاما يسمى النظام الثنائي لتسمية األنواع وعلية لكل نوع اسمه الالتيني المكون من كلمتين : األولى تدل على الجنس وتبدأ بحرف كبير والثانية تدل على النوع وتبدأ بحرف صغير ويكتبان بحروف مائلة أو يوضع تحتهما خط مثال األسم العلمي للبرقوق Prunus domesticaكذلك يتبع اإلسم العلمي للنوع بإسم العالم الذي اكتشفه وتاريخ نشر اسم النوع للمرة األولى التصنيف الحديث للكائنات الحية وفقا ً لنظام التّصنيف الذي اعت ُ ِمد لكثير من ال ّ سنوات الماضية ،صنف البيولوجيون الكائنات الحيَّة حسب درجة التشابه في نمط تطورها الجنيني وكذلك بنيتها التشريحية في خمس ممالك مختلفة وهي: ❖ المملكة الحيوانية Animalia ❖ المملكة النباتية Plantae ❖ مملكة الفطور Fungi ❖ مملكة األوالي (الطالئعيات) Protista ❖ مملكة البدائيات Monera األوالي :مجموعة ضخمة من الكائنات الحية تضم جميع حقيقيات النوى التي ال يمكن تصنيفها ضمن الفطور والحيوانات والنباتات مع تطور علم التصنيف الذي أصبح يعتمد على بعض الصفات الوراثية والفيزيولوجية للكائنات الحية وليس فقط على الصفات المورفولوجية الحظ البيولوجيون وجود صفات تربط بعض أنواع من الطالئعيّات مع النباتات أو الحيوانات أكثر م ّما تربطها بأفراد مملكة الطالئعيّات نفسها م ّما استدعى إيجاد نظام تصنيفي ي أعلى يدعى قطاع أو مجال ) (domainوهو جديد يُوضّح هذه الفروقات ،فاستُحدِث مستو ً ى تصنيف ّ مصطلح جديد نسبيا ً أُضيف منذ التسعينيات من القرن الماضي. بذلك أصبحت المنظومة التصنيفية الحالية تضم ثمانية مستويات للتراتبية من األصغر إلى األكبر هي:النوع ،الجنس ،العائلة ،الرتبة ،الصف ،الشعبة ،المملكة ،النطاق يوضح الجدول 1التصنيف الثماني لكل من األنسان العاقل ونبات دوار الشمس هما يشتركان فقط بمستوى التصنيف االعلى أي بنطاق حقيقيات النوى. https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 13 وعلى الرغم من استمرار الجدل بين العلماء حول تحديد عدد ثابت للممالك التي تُصنَف ضمنها الكائنات الحية (خمسة ممالك أو ستة ممالك) إال أنهم أجمعوا على ترتيب ممالك الحياة في ثالثة قطاعات هي : ❖ قطاع الجراثيم أو البكتريا ((Bacteria ❖ قطاع العتائق أوالجراثيم البدائية (األركيا (Archae ❖ قطاع حقيقيات النوى (اليوكاريا (Eukarya https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 14 العتائق :كائنات وحيدة الخلية دون نواة وتضم عدد من الكائنات التي تعيش في ظروف قاسية جدا ً مثل تلك التي تعيش في الينابيع الحارة حول فوهات البراكين الجراثيم :كائنات وحيدة الخلية دون نواة مختلفة تماما ً عن العتائق سواء من حيث المادة الوراثية أو العمليات الكيميائية الحيوية التي تتم داخل الخاليا يتألف قطاع الجراثيم وقطاع العتائق من بدائيات النوى )(prokaryotes وهي كائنات حية ذات خاليا بدائية النوى بينما يتألف قطاع حقيقيات النوى من الكائنات الحية التي لخالياها نوى ) (Eukaryotesوتتوزع بين أربع ممالك هي: مملكة الحيوان مملكة النباتات مملكة الفطور مملكة االوالي التصنيف عبر شيفرة الـDNA تم حديثا ً استخدام تحاليل المادة الوراثية الـ DNAفي تصنيف الكائنات الحية وأصبح باإلمكان دراسة التشابه وتحديد درجة القرابة بين األنواع المختلفة على المستوى الجزيئي من خالل مقارنة تسلسل األسس اآلزوتية في الـ ،DNAومقارنة الحموض األمينية في البروتينات بين األنواع المختلفة ،وقد استُخدِم مؤخرا ً مصطلح شيفرة الـ )DNA barcoding) DNAلتمييز األنواع شديدة الشبه بعضها عن بعض بحيث يكون لكل نوع الشيفرة الوراثية الخاصة به. https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 15 الشكل 2مخطط يوضح الخصائص األساسية لقطاعات الكائنات الحية خاتمة Conclusions تعرفنا في هذا الفصل على السمات المميزة للكائنات الحية و على مستويات التنظيم البيولوجي المختلفة، كما اطلعنا على تنوع الكائنات الحية وتطور مراحل علم التصنيف وصوال إلى مبادئ التصنيف الحديث الذي صنف الكائنات الحية في ثمانية مستويات للتراتبية ،مع المرور سريعا ً على استخدام تحاليل المادة الوراثية الـ DNAفي تصنيف الكائنات الحية والتي تتميز بالدقة البالغة والقدرة على تمييز األنواع شديدة الشبه من حيث الشكل والوظائف https://www.aspu.edu.sy/ نعمل معا لتحقيق حلمك 16