بیولوژی چیست؟

زیست شناسی چیست و چه شاخه هایی دارد؟

بر اساس تعریف دایره المعارف بریتانیکا، بیولوژی یا همان زیست شناسی به مطالعه موجودات زنده و فرآیندهای حیاتی آن ها گفته می شود. همانطور که در این تعریف ذکر شده است، موجودات زنده محوریت اصلی این حوزه علمی به شمار می آیند. تنوع بین موجودات مختلف در کره زمین بسیار زیاد بوده و طبیعتا درک آن ها و فرآیندهای حیاتی شان نیازمند علوم تخصصی دیگری (زیرمجموعه های بیولوژی)، می باشد. البته تقسیم بندی های موجود تنها بر اساس نوع موجودات زنده نیست و با توجه به نوع سلول ها، فعل و انفعالات درون سلولی، بین سلولی و مدل های دیگر، علوم تخصصی دیگری تعریف شده اند.

برخی از رشته های زیرمجموعه زیست شناسی:

• گیاه شناسی
• منابع طبیعی
• بوم شناسی (زیست شناسی محیطی)
• زیست شناسی تکاملی
• ژنتیک
• زیست شناسی دریایی
• پزشکی
• میکروبیولوژی
• زیست شناسی مولکولی
• فیزیولوژی
• جانور شناسی

در صورتی که تمایل دارید لیست کاملی از علوم زیرمجموعه بیولوژی را مطالعه نمایید، اینجا کلیک نمایید. لازم به ذکر است در دنیای امروز مطالعه زیست شناسی به شکل قابل توجهی با پیشرفت سایر علوم مانند علوم کامپیوتر، ریاضیات، شیمی و بسیاری موارد دیگر، در ارتباط است. همبستگی و همکاری بین علوم گوناگون در دنیای امروز بسیار بیشتر از گذشته دیده می شود و همین امر سبب سرعت قابل توجهی در رشد علوم گوناگون شده است.

ماهیت علم بیولوژی

زیست شناسی علمی است که اساساً با علومی مانند فیزیک و یا شیمی متفاوت است. این علوم به بررسی مواردی می پردازند که با معادلات ریاضی می توانیم آن ها رو توصیف کنیم. زیست شناسی بیشتر همانند یک علم تاریخی است، زیرا اشکال و ساختارهای دنیای زنده امروزی، نتیجه میلیاردها سال تکامل هستند. البته لازم به ذکر است شاخه نوینی از علم بیولوژی تحت عنوان سیستم بیولوژی (Systems biology)، با نگاه سیستمی به زیست شناسی و استفاده از ریاضیات برای مدل سازی و فهم سلول های گوناگون در حال توسعه است. اما در اینجا هدف ما تشریح مواردی است که سالیان سال سرلوحه دانشمندان به منظور درک بهتر دنیای بیولوژی بوده اند.

به واسطه تکامل و بررسی عمیق آن، تمامی موجودات زنده و منقرض شده در یک شجره نامه تکاملی قرار می گیرند. از موجودات تک سلولی اولیه که در گذشته های دور زندگی می کردند تا گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم های متنوع عصر حاضر، همگی به هم مرتبط خواهند شد. به همین جهت می توانیم موضوع تاریخی بودن و اهمیت تاریخ در بیولوژی را مطرح کنیم.

رابطه بیولوژی و تکامل

برای سالیان متعدد،‌ اینکه جهان هستی از جنبه زیستی چگونه به سمت جلو حرکت می کند، سوال مورد توجه بسیاری از دانشمندان بوده است. محمتل ترین نظریه توسط داروین مطرح شد و با تمام جنجال هایی که به همراه داشت، در حال حاضر می توان گفت اکثریت جامعه علمی به این موضوع باور دارند.

چارلز داروین و نظریه متحول کننده او

زمانی که از تکامل و زیست شناسی تکاملی صحبت می کنیم، یک نام آشنا وجود دارد که نپرداختن به آن خالی از لطف است. جناب آقای چارلز داروین که تحقیقات و تفکرات وی پایه و اساس بیولوژی تکاملی را شکل داده است. از نظر ابعاد و بزرگی کاری که جناب چارلز داروین در دنیای بیولوژی انجام دادند،‌ معادل تحولاتی است که نیوتن و انیشتین در علم فیزیک ایحاد کردند. نظریه جناب آقای داروین فهم و درک ما نسبت تمام دنیای زیست شناسی را دست خوش تغییر کرد. نظریه تکامل آقای داروین به همراه شواهد و دلایل قانع کننده ای در سال ۱۸۵۹ در کتابی تحت عنوان On the Origin of Species به چاپ رسید.

البته لازم به ذکر است، اکثریت ایشان را به عنوان خلق کننده تکامل می شناسند، اما سوابق تاریخی نشان می‌دهند که تقریباً هفتاد فرد مختلف بین سال‌های 1748 تا 1859 (یعنی همان سالی که آقای داروین از کتاب خود رونمایی کرد) آثاری را در مورد تکامل منتشر کرده بودند.

نگرش و دیدگاه چارلز داروین اصل انتخاب طبیعی یا همان Natural selection بود:

• بر اساس اصل انتخاب طبیعی، موجودات زنده به طور تصادفی تغییر کرده و در محیط خود برای منابع رقابت می کنند. فقط آن هایی که زنده می مانند و تولید مثل می کنند قادر به انتقال ویژگی های ژنتیکی خود هستند.

همانطور که پیش تر اشاره شد، انتقال ویژگی های ژنتیکی به نسل بعد موضوع بسیار مهمی است. علاوه بر این، تصادفی بودن تغییرات نکته دیگر است. در حقیقت با توجه به دانش فعلی ما، روند تکامل و ایجاد تغییراتی که منجر به تکامل می شوند، از منطق مشخص با زمان بندی مشخصی پیروی نمی کنند و تصادفی بودن آن موضوع مهمی به شمار می آید. همین امر سبب می شود که روند تکامل بسیار آهسته صورت پذیرد. تصور کنید هر تغییری می توانست به سرعت به نسل بعد منتقل و سبب ایجاد گونه ای جدید در کره زمین شود!!

سیر تکاملی در کره زمین

• ۴۶۰۰ میلیون سال قبل: سیاره زمین از موادی تشکیل شده است که به دور خورشید جوان می چرخند.
• تقریبا ۳۵۰۰ میلیون سال قبل: سلول هایی شبیه پروکاریوت ها ظاهر می شوند. اولین موجودات شیمیواتوتروف که از دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن استفاده کرده و مواد معدنی را برای استخراج انرژی اکسید می کنند.
• ۳۰۰۰ میلیون سال قبل: سیانوباکتری های فتوسنتز کننده تکامل می یابند. آن ها از آب به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می کنند و در نتیجه اکسیژن را به عنوان یک محصول زائد تولید می کنند.
• ۱۸۵۰ میلیون سال قبل:‌ سلول های یوکاریوتی تک سلولی ظاهر می شوند.
• ۱۲۰۰ میلیون سال قبل:‌ موجودات چند سلولی ساده تکامل می یابند که عمدتاً از کلونی های سلولی با پیچیدگی محدود تشکیل شده اند.
• ۵۸۰ تا ۵۰۰ میلیون سال قبل: اکثر فیلاهای (Phyla) مدرن جانوران در طول انفجار کامبرین در فسیل‌ها ظاهر می‌شوند.
• ۵۳۵ میلیون سال قبل: تنوع عمده موجودات زنده در اقیانوس ها شامل آکوردها، بندپایان (به عنوان مثال، تریلوبیت ها، سخت پوستان)، خارپوستان، نرم تنان، بازوپایان، روزن داران، رادیولارها و غیره.
• ۴۸۵ میلیون سال قبل: اولین مهره داران با استخوان های واقعی (ماهی های بدون آرواره) تکامل می یابند.
• ۴۳۴ میلیون سال قبل: اولین گیاهان اولیه در خشکی بوجود می آیند.
• ۲۲۵ میلیون سال قبل: اولین دایناسورها (prosauropods) و ماهی های استخوانی ظاهر می شوند.
• ۲۲۰ میلیون سال قبل: جنگل های Gymnosperm بر زمین تسلط دارند. گیاه‌خواران به اندازه های بزرگ رشد می کنند.
• ۲۱۵ میلیون سال قبل: اولین پستانداران تکامل می یابند.
• ۶۵.۵ میلیون سال قبل: رویداد انقراض کرتاسه-سوم حدود نیمی از تمام گونه های جانوری، از جمله همه دایناسورها را ریشه کن می کند.
• ۶۵.۵ میلیون سال قبل: Hominid ها تکامل می‌یابند.
• تقریبا ۲ میلیون سال قبل: اولین اعضای جنس Homo در فسیل ها ظاهر می شوند.
• تقریبا ۴۵۰ هزار سال قبل: نئاندرتال ها ظاهر می شوند.
• تقریبا ۳۰۰ هزار سال قبل: انسان های مدرن از نظر آناتومی در آفریقا ظاهر می شوند.
• تقریبا ۴۰ هزار سال قبل: نئاندرتال ها منقرض می شوند.

به لطف اصل و نسب مشترک ما، سیستم های بیولوژیکی از سلول هایی تشکیل شده اند که دارای انواع مشابهی از مولکول های شیمیایی هستند و از اصول سازماندهی و عملکرد مشابه در سطح سلولی استفاده می کنند. اگرچه بنیان مولکول‌های بیولوژیکی در طول میلیاردها سال تکامل حفظ شده‌اند، اما الگوهایی که برای تشکیل سلول‌ها و ارگانیسم‌های مختلف استفاده می کنند، دستخوش تغییرات قابل‌توجهی شده‌اند.

جمع بندی

بیولوژی علی رغم جذابیت بالا و تاثیری که بر زندگی بشریت دارد، امروزه درگیر پیچیدگی های متعددی نیز شده است. حجم بسیار زیاد داده تولید شده طی سالیان اخیر و ظهور تکنولوژی هایی که سبب تولید داده های بزرگ می شوند، کار را برای تحلیل آن ها کمی دشوار کرده اند. در حقیقت می توان گفت سرعت رشد تکنولوژی های تولید کننده داده در مقایسه با تولید تکنولوژی های تحلیل داده به مراتب بیشتر است.

درست است که جایگاه فعلی بیولوژی نسبت به یک قرن قبل کاملا متفاوت است و تسلط ما بر کنترل شرایط نیز بیشتر شده است، اما از طرفی افزایش دانش ما در بیولوژی ابهامات و پیچیدگی های بیشتری را نمایان کرده که در گذشته کاملا از دید دانشمندان پنهان بوده اند. بنابراین، درک بهتر این حوزه و گذر از پیچیدگی های موجود، نیازمند سرمایه گذاری های بیشتر و جذب افراد نخبه و علاقمند به فضاهای پژوهشی و آکادمیک است.