Trabajo de biología بحث في علم الأحياء Biology work

Indice

1. La pregunta
El ser humano siempre se ha preguntado por el origen de la vida. Es como una malsana curiosidad que nos impele a remontarnos más allá de lo que nuestros abuelos y bisabuelos pueden contar, más de lo que el primero de los historiadores jamás haya testimoniado: ¿Cómo fueron nuestros primeros pasos como seres vivos? ¿De donde viene la vida, el alma?Para conocer un poco más sobre esta pregunta, que tal vez la capacidad humana no llegue nunca a contestar, debemos entender un poco sobre la vida, como es ahora, como la vemos en nuestro presente.

Leer más, aquí

http://www.monografias.com/trabajos10/trabi/trabi.shtml

 

What does a biologist do? 

What can you do with biology

 

نقاط البحث

1- السؤال
2- هكذا هي الحياة
3- نظريات كثيرة: لقد كانت هنا منذ 3.800 مليون عام
4- مراجع البحث

1- السؤال

تساءل الكائن البشري دوماً عن أصل الحياة. إنه فضول دافع لمعرفة ما هو أبعد من الآباء والأجداد وقصصهم، شيء لم يشهد أيّ مؤرّخ حدوثه: 

 

كيف كانت الخطوات الاولى، التي جعلتنا كائنات حيّة؟ من أين اتت الحياة، الروح؟
 
لتحقيق معرفة أفضل، كجواب على ذاك السؤال، يجب الإشارة لانه ربما قد لا تصل القدرة البشريّة للتمكّن من الاجابة، لأنه يتوجب علينا فهم الحياة، كما تكون الآن، كما نراها بوقتنا الحاضر.

2- هكذا هي الحياة

يوجد خاصيّة أساسيّة يتقاسمها كلّ من الحوت الازرق، البالغ طوله 33 متر ووزنه 200 طن، والبكتريا الأصغر ككائن حيّ طوله 10 نانومتر، والحبار مصاص الدماء الذي يعيش بعمق المحيطات السحيق على عمق 11000 متر، والكائنات المجهرية التي قد التقطتها وكالة ناسا وهي عائمة على ارتفاع 41 كيلومتر عن سطح الارض: 

 

هي النوعيّة، التي تشكّل الحياة.

  رغم التمييز بين كائن حيّ وقطعة مادة خاملة. فالأمر ليس بسيطاً كما قد يظهر. 

 

على الرغم من إمكان تحقيق فحص الحياة من خلال: دراسة الأحياء، الانتصار على كثير من العوامل المرضية، التحكّم في المادة الوراثية للكائنات، تصميم حيوانات جديدة في المُختبر، خلق حياة صناعية عبر شاشة الكمبيوتر والسفر الى كواكب أخرى بحثاً عن نشاط بيولوجي وصيغ أخرى للحياة؛ يعترف العلماء بأنه، أحياناً، تواجههم صعوبات جديّة للتأكيد بيقين لما يرونه باعتباره مادة حيّة.

 

 ينتج هذا الوضع عن عدم وجود تعريف واحد، من جانب، يمكنه تحديد خصائص ما يمكن اعتباره حيّ، ومن جانب آخر، يحظى على قبول كل علماء الأحياء.

 

مع ذلك، يمكن اعتبار الحياة كنوع من الآليات الموجودة في صيغة طبيعية. ليس صعباً التنبؤ بأن هدف الشيء الحيّ هو البقاء على قيد الحياة والتنافس والتكاثر. 

 

لكن، بعض الملامح، التي نعتبرها خاصة بالكائنات الحيّة، هي حاضرة في عالم الجماد كذلك. 

 

آليّة ما، كمثال، يمكنها الأكل، تنفّس الاوكسجين، استقلاب الوقود وإفراز الزيت والماء والتحرّك. ألا يوجد حياة في تلك الآلية أكثر مما لدى بكتريا لاهوائيّة، لا تتنفّس الاوكسجين؟ 

 

أو من بطيء الخطو أو دبّ الماء، كحيوان لافقاري متناهي في الصغر، قادر على البقاء لعقود عديدة بحالة جفاف وفي حال سُبات؟ 

 

مثال آخر، فيروس غير قادر على التكاثر لوحده ودون تدخل خليّة مُضيفة له كمتطفل عليها، بينما ينمو البلُّور ويصنع نُسخ منه ذاته بطلاقة هائلة. حتى أنّ كثير من الروبوتات لديها من الحيوية أكثر مما لدى كثير من تلك الكائنات المجهرية.

"تبدو الأنظمة البيولوجية كنموذج مُعقّد، نظراً الى العدد الهائل من العناصر التي تكوّنها، ومن التنظيم، عبر الروابط الخاصة التي تخضع لها تلك المكونات"، كما يقول فريديريك موران من مكتب الكيمياء الحيوية وعلم الاحياء الجزيئي، بكلية العلوم الكيميائية بجامعة كومبلوتنسي بمدريد، كان قد ألّف كتابا مع فرانثيسكو مونتيرو، هو كتاب "الفيزياء الحيوية، حوادث التنظيم الذاتي في علم الاحياء". حيث يجري في هذا الكتاب بحث أصل تطور الأنظمة البيولوجية، اعتباراً من وجهة نظر جديدة وثوريّة علمياً، هي الفيزياء الحيوية. 

ما هي الحياة؟ 

 

هل هي مجموعة من الجزيئات المميزة؟ 

 

هل هي استقلاب أو تحويل للمادة؟ 

 

هل هي نظام تجزئة ذو قدرة على الاستجابة للبيئة؟ 

 

هل هي تنظيم ذاتي؟ ه

 

ل هي تطور وانتقاء للمعلومة؟

 يتساءل هذان المختصان بالكيمياء الحيوية.

ربما، يتمثل حلّ اللغز بالاجابة على تلك الاسئلة، منذ أيام أرسطو، اعتبروا أن المادة الحيّة تتصف بالقدرة على التغذية الذاتية والتحلّل الذاتي، وهو تحديد لما هو حيّ في العالم.

لأجل فهم الحياة، ضروري الولوج إلى قلبها ذاتها، ومحاولة كشف كيفيّة ظهورها في الارض منذ 3.800 مليون عام، ولو أنه وكما قال الشاعر والمعلم الفرنسي بليز سيندرار: "الحياة عبارة عن حدث سحري". 

 

وربما، لن نصل لفهم كيفية حدوثها أو ظهورها أبداً.

3- نظريات كثيرة: لقد كانت هنا منذ 3.800 مليون عام

فيما لو يُزوَّد عامل تقني بكل قطع تبديل السيارة، لا شكّ بأنه سيقوم بتجميعها بشكل صحيح وسيجعلها تعمل. 

 

بالمقابل بالنسبة لعالم أحياء، فيما لو يتم وضع جميع العينات من البروتينات، الأحماض النووية، السكريات، الدهون ومواد عضوية أخرى على طاولة، فلن يتمكن من خلق شيء حيّ منها. فهذا يتوقف على أنّ ما هو حيّ لا يمكن انتاجه في مُختبر. يملك العلماء معرفة وافية عن مكونات الحياة، لكن للآن، لم يتمكنوا من توليفها. بالنسبة لديبرا ل روبرتسون وجيرالد ف جويس، من جامعة كاليفورنيا، هذا ليس ملموساً حتى الآن. حقق روبرتسون وجويس تركيب قطعة من الحمض الريبوزي أو RNA - عبارة عن جزيء محوري وراثياً – مجهز بموهبة خاصة، هي محاكاة الحياة.

بمجرد سكبه في انبوب اختبار: يستولي هذا ال RNA على المادة العضوية من الوسط لاجل عمل نُسخ من نفسه. بمرور زمن معين، النُسخ الأبناء، التي غزت الوسط المحيط، تبدأ بالتطور، وبتطوير خصائص كيميائية جديدة غير مُنتظرة. 

هل بدأت الحياة هكذا؟

 

 أين، كيف ومتى قد ظهرت الحياة هي غير معلومة علمياً، حتى اللحظة على الأقلّ.

منذ العام 1981، يراهن كثير من العلماء على أنّ أوائل الخطوات نحو الحياة حدثت في عالم من الـ RNA . 

 

هذا العام، عثر فريق توماس كيش التابع لجامعة كولورادو الأميركية، خلال دراسته المادة الوراثية لنوع من الاوالي يُدعى tetrahymenta thermophila على نوع من الـ RNA ذو نشاط أنزيمي وقدرة هامة مناسبة للبروتينات.

العثور على تلك الجزيئات المعروفة بالريبوزومات أيضاً، يُظهر القدرة على إنهاء الجدل بين الخبراء فيما لو أنّ الاحماض النووية RNA و DNA قد ظهرا قبل ظهور البروتينات. لا يجب نسيان أن هذين الجزيئين يتمتعان بميزات متوافقة مع قوانين الحياة، أي القدرة على الاستنساخ الذاتي، يؤكد هذه المعلومة، إضافة إلى الطفرة والتنوع الوظائفي.

في الكائنات الحاليّة، يحدث القسم الاكبر من العمليات الحيوية بسبب نوع من البروتينات المعروفة بالانزيمات. لا يتمكن الـ DNA من نسخ المعلومة دون تلك البروتينات. والبروتينات لا يمكن توليفها دون اشتراك الـ DNA الذي يمتلك المعلومة الخاصة بتموضع صحيح للحموض الأمينية في سلسلة البروتين. 

 

هو مثال تقليدي عن معضلة البيضة والدجاجة:

 

 أيهما أوّل، البروتينات أو الأحماض النووية؟

تمتلك فكرة عالم بدائي من الـ RNA  قوّة أكبر، إثر ثلاث اكتشافات مثيرة للإهتمام، هي:

 

 الأول، التفاعل الرئيسي لأجل تركيب البروتينات يقوم به نوع من الـ RNA،

 

 الثاني، الأنزيم الأول الذي قد وحّد الحموض الأمينية – مكونات البروتينات – بالـ RNA الناقل – جزيء حيوي في التركيب البروتيني – أيضاً هو RNA، 

 

والثالث، وجود شيفرة جينية مُحتملة بدائيّة في فيروس ارتجاعي – فيروس يمتلك مادة وراثية عبارة عن جزيء RNA بدلاً من DNA - .

جويس وعلماء آخرين على قناعة، بأنه قبل انتهاء العقد الاول من هذه الألفية سيتوصلون الى الجزيء الذي قد كسر القاعده مما هو خامل إنتقالاً إلى الحياة. 

 

عند التمكّن من هذا، على الأرجح سيتم التساؤل فيما لو أنّ معجزة الحياة قد حدثت عبر صدفة محضة، أو على العكس، هي نتيجة عملية كيميائية مشتركة ولا يمكن تفاديها قد أمكن ظهورها في أيّ مكان من الكون.

ما هو واضح لدى علماء الأحياء، بأنّ الحياة قد خطت خطواتها الاولى بسرعة ومن فترة ليست بعيدة. 

 

تشكلت الارض منذ 4.555 مليون عام، فيما ظهرت الحياة فيما بعد.

من المثير للإهتمام أنّ الكائنات المجهرية الأحفورية الأقدم تعود الى ما قبل 3.500 مليون عام، بحسب عالم الاحاثة ج ويليامز سكوف من جامعة كاليفورنيا. 

 

هذه الكائنات عبارة عن بكتريا موجودة بقاياها الأحفورية في صخور ستروماتوليت – عبارة عن بُنى جيرية كلسيّة بشكل جاروري مشكلة لمستعمرات من تلك الكائنات المجهرية – وقد عُثِرَ عليها في القطب الجنوبي (المحاذي لأوستراليا) وفي جنوب أفريقيا.

 

 حتى الطبقات الأقدم للأرض، الواقعة في إيسوا بغرب غرينلاند، والتي تعود الى 3.800 مليون عام، لا يوجد أحفوريات قبل كامبرية فيها، بل هناك إشارات لنشاط بيولوجي. وأمكن تخطي هذا التسجيل عبر تشكيلات غرانيتية، عثروا عليها في شمال شرق كندا، مع قِدَمْ يبلغ 4.000 مليون عام. يشكك علماء أحياء الاحاثة بإمكان العثور على بقايا لأحياء بسبب الضغط ودرجة الحرارة التي تشكّلت وقتها.

لكن، الاستعدادات لاستقبال الحياة، وجب حصولها قبل تلك التواريخ، ربما تصادف ذلك مع تبرّد القشرة الارضية قبل 4.300 مليون عام. في غلاف جوي مكوّن أساساً من بخار الماء وغاز الكربون المجلوب، في الغالب، من كوكب المشتري عبر المذنبات، فنتجت تفاعلات كيميائية عديدة، منها، قد وُلِدتْ مواد جديدة قد تعقدت تدريجياً. تركبت من الكربون، النتروجين، الأوكسجين والهيدروجين، وهي الجزيئات الحاضرة حصرياً في الكائنات الحيّة تقريباً.

بمضي آلاف ملايين السنين، تحت تأثير الحرارة الداخلية الأرضية والإشعاعات الشمسية، ظهرت أوائل الجزيئات ذات القدرة على التكاثر الذاتي وبتفضيل التفاعلات المحفزة بينها. حدث هذا الحدث الجوهريّ منذ 3.800 مليون عام، لكن في أيّة ظروف تمّ طبخ هذا الحساء القبل حيوي؟ 

 

في العام 1953، حقق كيميائي شاب أميركي من شيكاغو اسمه ستانلي ميلر تجربة غير عاديّة صدمت المؤسسة العلمية. ففي قارورة كبيرة، صبّ مزيج من الميتان، الأمونياك، الهيدروجين وبخار الماء، وجرت تسميته حساء بدئي. لقد أراد ستانلي محاكاة الغلاف الجوي البدائي. بعد إغلاق القارورة، تسبّب هذا بحدوث عاصفة كهربائية داخلها. بعد مرور اسبوعين وبحضور الشرر والفقاعات، تغيّر لون السائل. بتحليل السائل الناتج، تحقق ميلر من تكوّن حمضين امينيين على الاقل: ألانين وغليسين.

 
منذ ذاك الحين، جرى تكرار التجربة بمؤالفة أغلفة جويّة مختلفة ومصادر طاقة حتى الاشباع. وظهر 14 من أصل 20 حمض أميني الطبيعية، هيدروكربونات، حوامض الخليك والفورميك، سكريات، ومكونات تقليدية اخرى للكائنات الحيّة.

للأسف، بينت دراسات أحدث أن الغلاف الجوي البدائي، لم يكن بهذا التبسيط كما جرى التفكير سابقاً، بل تأكسد بشكل طفيف واغتنى بثاني اوكسيد الكربون، الآزوت والماء. مع هذا التركيب، تُعتبر محاكاة المختبر لما حصل بالواقع ضئيلة النتائج. لهذا، يجب إضافة الفكرة القديمة القائلة بأن الحساء قبل الحيوي، قد تمّ طبخه في أرض حارة هو أمر خاطيء كلياً. ظهرت الحياة بتأثير جحيم السماء على الكوكب المهدد باندفاعات بركانية وسقوط المذنبات والنيازك.

ليس من قبيل الصدفة، أنه قبل 3.800 مليون عام، قد تعرضت الأرض لضربات وقصف عنيف قادم من خارجها، و قد وصل قطر بعضها الى طول 100 كيلومتر، تسببت بتبخير جزء من المحيطات وأجهضت أيّة معلم للحياة. حيث يُقدّر بأنه خلال الفترة الممتدة بين 3.900 الى 3.800 مليون عام، تعرض كوكبنا لهجمات عنيفة، بلغ عددها من 5 الى 10. لاحقاً، انخفض عددها. كدليل عليها بقايا المذنّب أو النيزك ذو قطر 10 كيلومتر، الذي قد سقط بنهاية العصر الكريتاسي، وبحسب عالم الجيولوجيا وولتر الفاريز من جامعة بيركلي، فإنّه قد قضى على الديناصورات وكائنات أخرى. حتى يومنا هذا، تستقبل الأرض سنويا ما مقداره 100.000 طن من جزيئات النيازك والغبار الصادر من كواكب اخرى. يُشكّل كل نجم يسطع تذكار صغير يشبه ماضينا المُضطرب.

هل أمطرتنا السماء بالحياة؟ 

أمكن لبعض المذنبات وبعض النيازك أن تصير مفتاح التبرير للشرح السابق عن التطور الكيميائي. فنصف كتلة المذنبات، كمثال، مكوّنة من الماء المُتجلّد. حَسَبَ المدافعين عن فرضية التبذُّر الشامل فيما لو أن 10% من الاجسام المصطدمة، في الماضي، قد كانت مذنبات: فستمتليء كل المحيطات  بالمياه حتى الفيضان.

بل أكثر من هذا، عندما واجهت المركبة غيوتو المذنب هالي في عام 1986، تمكّن العلماء من كشف نواته اللامعة المكونة من مركبات مثيرة للإهتمام مثل حمض سانيد الهيدروجين، فرمول وبوليميرات من تلك المكونات.

الكويكبات الصغيرة غير بعيدة. بعضها، كالذي سقط بتاريخ 28 سبتمبر أيلول من العام 1969 في مورشيسون بأوستراليا، عبارة عن مستوعبات أصلية للمواد العضوية. أثبت التحليل لتلك الصخور الفضائية احتوائها على الغرافيت، كربيد السيليكون، 74 حمض أميني و254 هيدروكربونات مختلفة تقريباً، وما هو مُدهش أكثر: 

 

القواعد النتروجينية الخمسة للحمض النووي DNA ما يعني، أدينين، غوانين، سيتوزين، تيمين ويوراسيل.

  من الواضح بأنّ اختبار الحياة لم يكن ممكن التحقّق تحت التهديد الدائم للمذنبات والكويكبات، إلا مَنْ بقي في مأمن منها، لكن، أين؟ 

"في أعماق المحيط"، يُجيب المدافعون عن فرضية العالم الحارّ، وخاصة بعيداً عن البراكين التحت بحريّة. تتجذّر تلك الفرضيّة في الاكتشاف، فمنذ 50 مليون عام:

 

 تحوَّلَ إلى نظام بيئي غنيّ، مصحوب بمزيج من الغازات والأبخرة المُنطلقة من البراكين تحت بحرية، سخّانات حقيقية للماء المغلي القادرة على طهي أيّ كائن حيّ.

مع هذا، هناك، ظهر نموذج من البكتريا أسماه دارسو الكائنات المجهريّة باسم نوعيّ هو العتائق. وهي مُجهّزة لتحمّل درجات حرارة تصل حتى 250 درجة مئوية وضغط جوي مقداره 350، وتلك الكائنات المجهرية غير هوائيّة – ما يعني، لا تستهلك الأوكسجين - تنمو بظروف تُشبه تقريبياً ما كان في الغلاف الجوي البدائي: 

 

قليل من الأوكسجين وكثير من ثاني أوكسيد الكربون.
 
من الصعب تخيّل وجود صيغ حياة قادرة على مقاومة تلك الحرارة المرتفعة. في الواقع، تنهدم كل الجزيئات البيولوجية بدرجة قريبة من 150 درجة مئوية. مع ذلك، منعت العتائق حدوث الهدم. هكذا، كمثال، تبدو روابط البروتينات متعززة، وتظهر جزيئات DNA ملتفة باتجاه معاكس، حيث تتشكل بفضل أنزيم منعكس يسمى جيراس، عبارة عن حلزون متفوق إيجابي. هذا النوع من الإنثناء، أمكنه سدّ ثغرات حقيقية تبقّت في باقي الكائنات الحيّة وجعلتهم أقل مقاومة للحرارة.

بالنسبة لعلماء الأحياء، يقول الواقع بأنّ العتائق هي الكائنات الوحيدة المجهزة للبقاء على قيد الحياة في كل البيئات القاسية، حيث أمكنها العيش في بيئات شديدة الحموضة، الحرارة والملوحة، إنها شاهد حيّ على الرغم من كل الظروف المؤلمة التي حكمت الأرض البدائيّة، فقد امتلكت الفرصة للبقاء على قيد الحياة. تبقى القضيّة قيد النقاش: 

 

هل تتأصّل الحياة قرب مزيج الأدخنة الغازية والأبخرة، أو على العكس، وصلت الى هناك هرباً من التهديدات الكونيّة؟

يرى الجيوفيزيائي الأميركي لويس ليرما، من مختبر لورانس بيركلي، حلّ القضية بحصول تلك الفقاعات التي تشكلت في الطبقة السطحية للبحار البدائيّة. فقد أمكنها العمل كما حصل بقارورة ميلر، كمفاعلات بيولوجيّة.

بحسب هذا النموذج، أمسكت تلك الفقاعات التي طفت في المحيط: جزيئات غنيّة بالكربون، حبيبات صلصال ومعادن منثورة في الهواء من البراكين والمذنبات الساقطة.

 

 عند إنفجارها، رمت كل فقاعة محيطها بقطرات صغيرة، والتي بتبخرها حققت تمركزات لمادة عضويّة. ساهمت الاشعة الشمسية والبرق بالجزء الباقي من العمل، بتفضيل تشكيل جزيئات معقدة، كالحمض الاميني، قطع من DNA و RNA وأحماض دهنية.

 

 بالنهاية، الأمطار والثلوج التي استقبلها سطح الأرض، قامت بترسيب تلك المادة الحية السابقة. 

 

بهذا الشكل، صار كل شيء جاهز لإستقبال الحدث الكبير.

سواء وُجدت تلك الفقاعات  في أعماق البحار أو حدثت في الفضاء الخارجي، فالشيء الملموس هو أنّ بعض أوائل المركبات العضوية قد خضعت لعملية تحوّل، لكي تتمكن من الإحتفاظ بالمعلومة الوراثية، وبذات الوقت، تحقق تفاعلات محفزة. 

 

هل كانت الـ RNA الجزيئات الأحسن؟ كيف وصلت لهذا؟ 

 

تُثير تلك القضية معضلة جديدة. فيما لو أن الإنتقاء الطبيعي يمكنه العمل عند وجود نظام إستنساخ ذاتي فقط، دون نسيان أهميته في أحماضه النووية الخاصة، كيف يمكن تفسير تطوُّر الـ RNA لاجل إكتساب قدرتها الوراثيّة؟

بالنسبة للسيِّد غراهام سميث من جامعة غلاسغو، فهو يعتبر أنه قبل ظهور أوائل صيغ الحياة، امكن وجود عالم متشكل من كائنات طينيّة!!

 

 فعلياً، تمتلك بلورات الطين خاصية التضاعف، النمو وبشكل ملموس التطور عبر الإنتقاء الطبيعي. يعود هذا لأن تلك البلورات ليست مثالية، بل فيها تشوهات صغيرة يمكن تكرارها. بهذه الصيغة، أمكن ظهور بلورات تكاثرت بصورة أفضل من بلورات أخرى، وتمتعت بمقاومة أكبر من نظرائها. بلحظة محددة، احتوت تلك الانظمة الطينية في بنيتها على جزيئات عضوية كالـ RNA التي أصبحت سائدة مع الزمن . غير معروفة كيفية سرقة الـ DNA للنجومية من زميله الـ RNA لاحقاً. وغير معروفة طريقة اجتماع المادة العضوية التي أعطت الأصل للحياة لأوائل مظاهر الحياة. 

 

هذه الأسئلة وغيرها الكثير، لم يُجب العلم عنها، للآن، والتي ربما تعود لأنّ "الطبيعة متشكلة بطريقة ما، يستحيل معها تحديد حركاتها المطلقة تجريبياً" (كما قال أينشتاين)، ما يعني: 

 

على الاقل، ما يحدث بشكل عفوي وطبيعي، لا يمكننا، إطلاقاً، ملاحظته عبر مؤشرات "إلهية" في الطبيعه.