مقدمه عن علم الاحياء

علم اﻷحياء أو البيولوجيا (بالإنجليزية: Biology) (من اليونانية، Bios حياة و Logosالحياة) هو علم دراسة الكائنات الحية من حيث بنيتها، و تغذيتها ، وتكاثرها، طبيعتها، و صفاتها، و أنواعها، و القوانين التي تحكم طرق عيشها و تطورها و تفاعلها مع وسطها الطبيعي.
و علم اﻷحياء واسع جدا و ينقسم لعدة فروع من أهمها علم الكائنات المجهرية و علم الحيوان و علم النبات و كذلك علم وظائف اﻷعضاء و الكيمياء الحيوية و علم البيئة. و مع ترقي هذا العلم، منذ القرن التاسع عشر، صار ذو صلات وثيقة بالعلوم أخرى، النظرية منها و التطبيقية، مثل الطب و الصيدلة و مجالات تقنية أخرى تلبي إحتياجات الإنسان الضرورية والمستمرة. و هكذا صرنا اليوم لا نتحدث عن علم بل علوم الحياة (بالإنجليزية: Life Sciences).
يتعامل علم الأحياء مع دراسة كافة أشكال الحياة . حيث يهتم بخصائص الكائناتت الحية و تصنيفها و سلوكها ، كما يدرس كيفية ظهور هذه الأنواع إلى الوجود و العلاقات المتبادلة بين بعضها البعض و بينها و بين بيئتها . لذلك فإن علم الأحياء يحتضن داخله العديد من التخصصات و الفروع العلمية المستقلة . لكنها جميعا تجتمع في علاقتها بالكائنات الحية (ظاهرة الحياة) على مجال واسع من الأنواع و الأحجام تبدا بدراسة الفيروسات و الجراثيم ثم النباتات و الحيوانات ، في حين تختص فروع اخرى بدراسة العمليات الحيوية داخل الخلية مثل الكيمياء الحيوية إلى فروع دراسة العلاقات بين الحياء و البيئة في علم البيئة.
على مستوى العضوية ، تأخذ البيولوجيا على عاتقها دراسة ظواهر الولادة ، و النمو ، و الشيخوخة aging ، و الموت death و تحلل الكائات الحية ، ناهيك عن دراسة التشابه بين الأجيال offspring وآبائهم (وراثة heredity ) كما يدرس أيضا ازهرار النباتات و غيرها من الظواهر حيرت الإنسانية خلال التاريخ .
ظواهر أخرى مثل إفراز الحليب lactation ، metamorphosis ، و وضع البيض ، و التشافي healing ، والانتحاء Tropism . و ضمن مجالات أوسع يدرس علماء الأحياء تهجين الحيوانات و النباتات ، إضافة للتنوع الهائل في الحياة النباتية و الحيوانية و(التنوع الحيوي biodiversity ), والتغير في الكائنات الحية عبر الزمن و التطور ونظرية التطور وظاهرة انقراض بعض الأحياء ، أو ظهور الأنواعالجديدة Speciation ، وكذلك دراسة السلوك الاجتماعي بين الحيوانات ، الخ .. .
يضم علم الأحياء علم النبات الذي يختص بدراسة النباتات في حين يختص علم الحيوان بدراسة الحيوانات أما الأنثروبولوجيا فيختص بدرساة الكائن البشري . وأما على المستوى الجزيئي ، فتـُدرس الحياة ضمن علم الأحياء الجزيئي ، و الكيمياء الحيوية و علم الوراثة الجزيئي. و على المستوى التالي ألا وهو الخلية فهو يـُدرس في علم الأحياء الخلوي.
• وعند الانتقال إلى مستوى عديدات الخلايا multicellular ، يظهر لدينا علوم مثل الفيزيولوجيا و التشريح و علم النسج . أما علم أحياء النمو Developmental biology فهو يدرس الحياة في مستوى تطور و نمو الكائنات الحية المفردة أو ما يدعى ontogeny. وأما عندما ننتقل إلى أكثر من عضوية واحدة ، يبرز علم الوراثة الذي يدرس كيف تعمل قوانين الوراثة heredity بين الآباءو الأنسال . و يدرس علم الإيثولوجيا Ethology سلوك المجموعات الحيوانية . أما علم الوراثة التجمعي Population genetics فيأخذ بعين الاعتبار كامل تجمّع الفئات population .أما النظاميات فتدرس مجالات متعددة الأنواع من الذراري lineage (أنواع من أصل مشترك) . المجموعات الحيوية المترابطة بعلاقات و مواطنها تدرس في إطار علم البيئة و علم الأحياء التطوري evolutionary biology . أحد أحدث العلوم البيولوجية حاليا هو علم الأحياء الفلكي astrobiology (أو xenobiology ) الذي يدرس إمكانية وجود حياة خارج كوكب الأرض .

ما هى الحياة؟
كل التعريفات والتحديدات لكلمة الحياة حتى الآن غير مرضية أو غير مستوفية للغرض ، ذلك لأن أصل الحياة مجهول تجريبيا. ولكن يمكن القول أن الحياة "ظاهرة تتميز بصفات معينة مثل: التغذية ، التنفس ، التمثيل الغذائي ، الحركة ، التكائر ، الإخراج.... الخ. وتنتهى حياة الفرد الحى بمجرد فقدانه صفة واحدة (أو أكثر) من تلك الصفات المميزة للحياة.
يمكن تلخيص مظاهر الحياة في الآتي:
أولا المادة الحية: وتسمى البروتوبلازم Protoplasm. وهى أساس تكوين كل كائن سواء كان معقدا أو بسيطا. إنها تصبغ كل الأنشطة الفيزيائية بالحياة مثل: الهضم ، والتنفس ، والإخراج... الخ. ويمكن باختصارالقول : أن البروتوبلازم والحياة وجهان لعملة واحدة.
ثانيا الخلية وحدة بناء: هناك قاعدة بيولوجية تقول: الفرد الحي يتكون من مجموعة من الأجهزة ، وكل جهاز يتكون من مجموعة من الأعضاء ، وكل عضو يتكون من مجموعة من الأنسجة ، وكل نسيج يتكون من مجموعة من الخلايا ، ومهما تعقد العضو أو كان بسيطا فإنه في النهاية يتكون من مجموعة خلايا ، كما توجد كائنات حية مكونة من خلية واحدة .
ثالثا عمليةالأيض: مميز مهم جدا للأحياء. اللفظ (أيض/ Metabolism) يشمل كل الأنشظة الحيوية التى تتم في البروتوبلازم، وهى إما (بناء) أو (هدم).. هناك تعريف لـ" الأيض " في اللغة العربية، وهو: " صيرورة الشيء شيئاً أخراً". وكما نلاحظ من ذلك،الأيض الخلوي: هو كل التبدلات التي تطرأ على المواد في الخلية من هدم أو بناء ويسمى أحياناً الاستقلاب.
رابعا النمو: وهو ناتج بديهى لأضافة 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 إذن؟ أما ما يحدث في حالة الكريستال مثلا، فهو لا يعدو أن يكون ترسيبا لأن المواد المضافة تكون من الخارج فقط... والأمر يختلف تماما مع الكائنات الحية لأن الإضافة تكون بإدخال تركيبات جديدة فيما بين التركيبات القديمة التى تكون جسم الكائن من قبل. تلك التركيبات هى الخلايا الحية.
خامسا الإحساس: يمكننا أن نعرف الإحساس بالقدرة على التفاعل مع المتغيرات في الوسط المحيط.والإحساس صفة ظاهرة في الكائنات المعقدة أمثالنا (قدرتك على قراءة تلك الكلمات الآن هو مثال لقدرتك على الإحساس). أما في النبات فتتمثل في: (الانتحاء تجاه الضوء، الانتحاء تجاه الماء، الانتحاء ضد الجاذبية) بالإضافة إلى بعض الخصائص الحسية التى تتميز بها نباتات بعينها (إحساس نبات نبات المستحية بالحرارة أو باللمس، قبض النباتات المفترسة على فريستها). الكائنات الدقيقة قادرة على الإحساس كذلك (لوحظ أن الأميبا تغير من طرق نموها وتكاثرها عند تأزم الظروف البيئية أو عدم ملاءمتها لها). إذن تظهر كذلك القدرة على الإحساس عند كل الكائنات الحية ولكن بنسب متفاوتة.
سادسا: التكاثر:سر عدم الفناء هو قدرة الكائن الحى على إنتاج أفراد جديدة من نفس النوع. وتتنوع طرق التكاثر بين جنسي ولاجنسى. والتكاثر اللاجنسي يحتاج لفرد واحد فقط لديه القدرة عل إنتاج أفراد تشبهه تماما. وهذا يحدث في الحيوانات والنباتات الدنيا على صورة من ثلاثة: الإنقسام الثنائي، التبرعم، التجرثم. أما التكاثر الجنسي فهو مميز للكائنات الراقية، وهو يحتاج لفردين أحدهما ذكر ينتج مشيجا متحركا، والآخر أنثى وينتج مشيجا ساكنا.. وعندما يتحد المشيجان يكونان الزيجوت وهو البذرة الأساسية للفرد الجديد. ولأن التكاثر لا يحقق أى فائدة للأبوين، فقد جعل الله لها محفزات مثل: الحاجة الجنسية والغريزة.

الانتحاء



الانتحاء tropism هو إحدى الحركات النباتية المرتبطة بالنمو،والمُوجّهُ بمحرِّض خارجي، كالجاذبية الأرضية التي تحرِّض على الانتحاء الأرضي geotropism، والضوء الجانبي الذي يحرِّض على الانتحاء الضوئي phototropism، والرطوبة التي تحرِّض على الانتحاء المائي hydrotropism.

الانتحاء الأرضي

يتصف أغلب النباتات باتجاه سوقها الرئيسية نحو الأعلى، محققة انتحاءً أرضياً سالباً، واتجاه جذورها الرئيسية نحو الأسفل محققة انتحاءً أرضياً إيجابياً، واتجاه أغصانها وجذورها الثانوية اتجاهاً مائلاً مُحققة انتحاءً أرضياً بين السالب والموجب يدعى بالانتحاء المائل plagiotropism. ومن الأعضاء النباتية ما يغيِّرُ انتحاءه في أثناء مراحل نموه من الاتجاه الموجب إلى الاتجاه السالب كما في رجيلة أزهار الخشخاش المنثور Papaver rhaeas ذات الانتحاء الأرضي الموجب في مرحلة البراعم الزهرية، والانتحاء الأرضي السالب في مرحلة تفتح الأزهار.

وتؤدي الجاذبية الأرضية دوراً أساسياً في توجيه الانتحاء الأرضي. ويُوضّح هذا الدور بتطبيق قوة نابذة توجه نمو الأعضاء النباتية على النحو الذي تُوجِّهه الجاذبية الأرضية. فإذا ما ثُبِّتتْ بادراتٌ نباتية على حواف عجلة تدور بسرعة بطيئة دوراناً عمودياً يُحقق انعدام الجاذبية الأرضية، تم نمو البادرات على النحو الذي وُضِعَتْ فيه. وإذا ما دارت العجلة بسرعة تفوق قوة الجاذبية الأرضية توجهت السوق نحو الداخل وتَبِعَت الجذور الرئيسية منحى القوة النابذة، وفق محصلة موازية لمحصلة قوتي الجاذبية الأرضية والقوة النابذة. ويدعى الجهاز المستعمل لهذا الغرض باسم ناظِم الانحناء klinostat.

ويجري الانحناء في منطقة الاستطالة الخلَوية، الواقعة مباشرة قبل القمة الجذرية، ويتم باستطالة الجدران الخلوية البعيدة عن أثر الجاذبية الأرضية، مما يؤدي إلى انعطاف الجذور إيجابياً نحو مصدر الجاذبية.

ويتطلب إنجاز الانتحاء ثلاثة أزمنة، هي: زمن العرض، وزمن الكُمُون، وزمن الاستجابة. ويُقدَّر زمن العرض presentation time بطول مدة عرض البادرة على المنبه الممثل بوضع البادرة أفقياً، أو بتعريضها لقوة نابذة. ويقدر زمن العرض لبادرة فول Vicia faba نامية في حرارة فضلى من مرتبة 30 درجة مئوية، في حُدود خمس ثوان لكل قوة نابذة مقدارها 55 غراماً ثقلياً، وفي حدود مئة ثانية لكل قوة نابذة مقدارها 3 غرامات ثقلية. ويرتفع زمن العرض إلى حدود دقيقتين في بادرة كيس الراعي Capsella bursa-pastoris الموضوعة أفقياً.

ويُقدر زمن الكمون latent time بالزمن اللازم لظهور الانتحاء بدءاً من تعريض البادرة المثبتة على جهاز ناظم الانحناء للمحرض الخارجي. ويقع زمن الكمون في بادرة الفول في حدود 85 دقيقة، في حين يمتد زمن الكمون في عُقَدِ النجيليات إلى بضع ساعات. ويختزل هذا الزمن إلى 20 دقيقة في الليبيديوم Lepidium، ويراوح ما بين 14 - 49 دقيقة في حالة غمد البريعم (الكوليوبتيل) في الشوفان Avena.

ويُقَدَّر زمن الاستجابة perception time بأقصر زمن لازم للإحساس بالمنبه المؤثر تأثيراً مستمراً أو متقطعاً لا يتجاوز عتبة انقضاء الأثر. ويرى بعض الباحثين أن الاستجابة تتطلب سلامة منطقة القمة. فالقمة الجذرية أو الساقيّة المقطوعة عاجزة عن الاستجابة للمحرضات الخارجية.

وتُفسّر استجابة النبات للمنبه، أو إحساسه به، بعدد من النظريات، أبرزها نظرية غبرة التوازن statolith التي تقول بوجود أجسام مُحرِّضة لنمو الجدار الخلوي، وتتمثل في نبات الترادِسْكانسيا Tradescantia بحبات النشاء أو بلورات الأُكْسالات المكدسة في الجزء السفلي من الخلايا؛ ونظرية الجزيئات الهيولية (السيتوبلازمية) التي تقوم مقام الغبرة التوازنية. ويذهب فريق ثالث إلى المناداة بنظرية الاستجابة الكهربائية داعماً وجهة نظره هذه بوجود فرق في الكمون بين سطحي الخلية العلوي والسفلي قدره نحو 15 مِلّي فلط.

ومهما يكن من أمر هذه النظريات فالموضوع مرتبط بانتقال الأُكسين[ر] auxin وتوزعه توزعاً متبايناً، يتبع ذلك تباين نمو الجدران الخلوية، إذ يُصنع الأكسين في النسج المتقسمة القميَّة وينتقل بالرَحَلان الكهربائي electrophoresis إلى الخلايا الآخذة بالاستطالة والموَجِّهة للانتحاء.

وتُرَد إيجابية الانتحاء الجذري، وسلبية الانتحاء الساقي فيما يتصل بالجاذبية الأرضية، إلى تباين في حساسية الخلايا الجذريّة من جهة والخلايا الساقيّة من جهة أخرى بالنسبة للأكسين الذي يوجه تباين التفاعلات.

الانتحاء الضوئي

هو حركة مرتبطة بالنمو يثيرها ويوجهها مصدر ضوئي وحيد الجانب. ويكون الانتحاء الضوئي إيجابياً إذا ما اتجه عضو آخذ بالنمو نحو مصدر الضوء كما هي الحال في أغلب السوق، وفي جميع أغماد بريعمات الفصيلة النجيلية؛ ويكون سلبياً إذا ما ابتعد عضو آخذ بالنمو عن مصدر ضوئي كما هي الحال في أغلب الجذور والأعضاء تحت التراب، وفي بعض السوق كما في الدبْق الأبيض Viscum album، وفي بعض الرجيلات الثمرية كما في كتانية الشَقوق Linaria cymbalaria.

ويتطلب إنجاز الانتحاء الضوئي الأمور التالية: أن يتجاوز المنبه عتبة محددة، وأن يستمر مدة من الزمن، وأن تنقضي مدة بين زمن التنبيه وظهور الأثر تُعرف بزمن التفاعل reaction time، وأن يَخْضع العضو المُنَبَّه لفعل التراكم accumulation effect إذا ما تعرض لنوبات ضوئية.

ويُفسَّر الانتحاء الضوئي بتكون هرمون الأُكسين في قمة العضو المتأثر بالمنبه الضوئي، ثم يَنْتقل هذا الهرمون أفقياً باتجاه منطقة الظِّل، ثم يَهبِط عمودياً باتجاه الجاذبية الأرضية ويقوم على بُعْد مليمتريْن من سطح بشرة غمد بريعم الشوفان بتنشيط استطالة الجدران الخلوية الظليلة فينحني العضو باتجاه مصدر الضوء. وترتبط فعالية منطقة الاستطالة بأطوال الأمواج الضوئية. فكلما ضَعُفَتْ شدة الإنارة نشطت القدرة على امتصاص الأشعة ذات الموجات القصيرة كالزرقاء والبنفسجية (500 - 400 نانومتر) بوساطة أصبغة الريبوفلافين riboflavin والكاروتين بيتا β carotin أو بوساطة أصبغة أخرى قادرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية.

الانتحاء المائي

يقوم بعض الأعضاء النباتية كالجذور مثلاً بالاتجاه نحو الرطوبة، وهذا ما يُدعى بالانتحاء المائي الإيجابي الذي يمكن إيضاحه بالتجربة التالية: تُزرع بادرات فتية في غربال مائل مفروش بنشارة خشب رطبة، فيلاحظ نمو الجذور عمودياً خارِجَةً من ثقوب الغربال مُوجَّهةً بالجاذبية الأرضية، ثم تنعطف الجذور ثانية نحو ثقوب الغربال منجذبة نحو الرطوبة. وهنالك أجهزة كثيرة أخرى تُوضِّح العلاقة بين الانتحاء الأرضي والانتحاء المائي.

ويُصَنَّف الانتحاء المائي في زمرة الانتحاءات الكيمياوية chemotropism لعلاقته بالمواد المذابة في الماء. فخيوط الفطريات إيجابية الانتحاء نحو السكروز، والغلوكوز، والببتون، وخلاصة مرق اللحم، وأملاح الفسفات والأمونيوم، وسلبية الانتحاء نحو الحموض العضوية واللاعضوية. وخيوط الكشوث Cuscuta الطفيلي، إيجابية الانتحاء نحو الأنابيب الغربالية.

ويتضح الانتحاء الكيمياوي في النباتات الذاتية التغذي باتجاه الأنابيب الطلعية نحو المياسم أو البييضات ovule. فإذا ما استُنْبِتَ طَلْعُ العُنصل Scilla patula في آغارٍ مُغَذٍ في طبق زجاجي وُضِعَتْ في وسطه قطعة مَيْسِم، اتجهت الأنابيب الطلعية كيمياوياً نحو الميسم. كما تنفر الأنابيب الطلعية من أكسجين الهواء. ويُفْرِزُ بعض الجذور مركبات كيمياوية تُثَبِّط نمو جذور أخرى أو تمنعه. ولهذا الأمر دور كبير في بناء نُظُم علم الاجتماع النباتي phytosociology.

وأخيراً يمكن الحديث في مجال الانتحاء عن نماذج أخرى لم تدرس كما درست الانتحاءات السابقة كالانتحاء الغلفاني galvanotropism المرتبط بالاتجاه نحو منبهٍ كهربائي، والانتحاء الرضّي traumatotropism المرتبط بالرُضُوض أي الجروح، والانتحاء الحراري thermotropism المرتبط بتفاوت درجات الحرارة.

التنوع الحيوي Biodiversity

يوجد العديد من التعريفات التي تطرقت إلى مفهوم التنوع الحيوي ، ولقد تم مناقشتها بإسهاب في المحاضرات وتم الخلوص إلى التعريف التالي :
يعرف التنوع الحيوي بأنه : عبارة عن عدد الأنواع وعدد الأفراد التي تتأثر بعوامل بيئة مختلفة في منطقة بيئية محددة ( Niche ) وتأثيراتها على التركيب الحيوي .
أهمية التباين :
يعتبر التباين الحيوي Biodiversity أحد مقومات المجتمع الحي لكي يحافظ على ثباته واستقراره وأداؤه لوظائفه ، سواء كان التباين على مستوى الأفراد أو الجماعات .
تكوين النظام البيئي الجيد :
إن من المعلوم أنه كلما كان التنوع الحيوي أكبر فــي النــظام الـبـيـئي ( أكثر تعقيداً ) كلما أدى ذلك إلى نجاح النظام واستقراره وبذلك لابد أن يكون عدد الأنواع أكبر من عدد الأفراد لكي يكون النظام البيئي في حالة استقرار .
والعكس صحيح فلكما زاد عدد الأفراد على حساب عدد الأنواع أدى إلى اختلال النظام البيئي.
العوامل المؤثرة في التنوع الحيوي :
(1) عوامل غير حيوية Abiotic factors:
أ - العوامل البيئية Environmental factors: وتشمل العديد من العوامل ففي البيئات اليابسة مثلا تلعب درجات الحرارة والرطوبة والضوء والرياح دورا مهما في التنوع الحيوي ، كما تؤثر بعض العوامل البيئية في البيئات المائية تأثيرا ملحوظا مثل الضغط ودرجة الملوحة العكارة الضوء التيارات المائية وغيرها .
ب - المساحة : من المعلوم أن ازدياد المساحة يزيد من التنوع الحيوي في المنطقة البيئية Habitat والعكس صحيح .
جـ - الزمن Time: بلا شك أن الزمن يلعب دوراً أساسياً مع المساحة في عملية التباين الحيوي فكلما طالت الفترات الزمنية على المساحات المحددة كلما ازداد فيها عدد الأنواع وهذا مؤشر يعرف بنمو الجماعات .
د - التعاقب البيئي Ecological Succession : يزداد التنوع الحيوي في التعاقب البيئي كلما اتجهنا نحو الذروة Climax وعليه فإن تتابع البيئات واختلافها من الأسباب المؤدية إلى التنوع الحيوي .
هـ _ التلوث Pollution: يؤثر التلوث تأثيرا واضحا في الغالب على التنوع الحيوي فالمتأمل في التلوث النفطي والحراري على شواطئ البحار والمحيطات ورمي المخلفات الصناعية والبشرية فيها إلا دليلا على تأثيرها على التواجد الحيوي في تلك البيئات ، كذلك التطور الصناعي على نطاق وسائل النقل والاتصالات والمعدات والأجهزة المنزلية إلا دليل آخر على تأثيرها على الكائنات الحية وبالتالي تأثيرها على التنوع الحيوي .
2 - عوامل حيوية biotic factors:
أ - الانقراض Extinction: ويعتبر من أهم الأسباب التي أدت إلى التغير في التنوع الحيوي وبالرغم من أنه عملية طبيعية إلا أنه ازداد في الوقت الحاضر ، ومن أهم الأسباب التي أدت إلى ذلك وعلى سبيل المثال :
- الصيد Hunting ووضع المصائد .
- إدخال الحيوانات إلى بيئات جديدة Feral domestic and introduced animals.
- التغيرات البيئية عن طريق تحطيم البيئات Habitat alteration : وهذا من العوامل الحديثة التي أدت إلى التقليل من المساحات المناسبة للحيوانات باختلافها وبلا شك أن كثيراً من تحوير البيئات يجعلها غير مناسبة لأنواع معينة مما يضطرها إلى الهجرة أو الهلاك مما يقلل من التنوع الحيوي فيها.
- القضاء على الآفات والحيوانات المفترسة Predator and pest control .
- حركة مرور الحيوانات Animal traffic.
- النشاطات البشرية .
ب - الافتراس Predation: إن دور الافتراس في التنوع الحيوي يتبلور باتجاهين الأول أن توفر الفرائس يدعم تواجد فرائس جديدة في البيئة تؤثر إيجابيا في التنوع الحيوي ، والثاني أن دور المفترسات في حفظ تعداد الفرائس إلى مستوياتها الدنيا يؤدي بالتالي إلى حفظ حدة التنافس بينها إلى أقل حد وبالتالي يؤدي ذلك إلى دخول فرائس أخرى في مجال المنافسة لتدعم وجود أعداد جديدة من المفترسات في البيئة .
جـ - الهجرة Migration: تؤثر الهجرة بنوعيها سواءا للداخل ( الاستيطان ) أو للخارج ( الاغتراب ) في التباين الحيوي حيث نلاحظ أن الهجرة إلى الداخل تزيد من معدل التباين الحيوي بينما نجد أن الهجرة إلى الخارج تقلل من التباين الحيوي .
د - التنافس Competition : ويعرف بأنه علاقة عدائية كنتيجة للاستخدام المتبادل لموارد طبيعية محدودة في الموطن البيئي يرتبط التنافس بعنصرين أساسيين يؤديان إلى توضيح مدى ارتباط التنافس بالتنوع الحيوي وهما :
1 - مدى أتساع الوحدة البيئية Niche breath لكلا النوعين.
2 - حجم التداخل Niche overlap في الوحدة البيئية لكلا النوعين، حيث أن هناك قاعدة بيئية تشير إلى أن الأنواع التي تعيش في منطقة معينة مع بعضها البعض وتتداخل في أعشاشها البيئية غالبا ما تتنافس على نفس الموارد وكثيرا ما يقوم أحدها بإزاحة الآخر ويطلق على هذه الظاهرة بالإقصاء التنافسي Competitive exclusion .






المواطن Habitats

بعد نقاش مستفيض شمل العديد من التعريفات تم الاتفاق على التعريفات التالية :
- الموطن Habitat : هو المكان بجميع قياساته الذي يوفر جميع المتطلبات الأساسية بأنواعها ليعيش الكائن الحي بصورة طبيعية .
اختيار المواطن :
يعتمد اختبار الموطن Habitat للكائن الحي على عدة عناصر ولكن من أهم تلك العناصر ما يلي :
1 - الأساس الوراثي genetic basic .
2 - الكثافة السكانية Population density .
3 - الخبرات Experience .
4 - التعلم Learning .
- تعريف Niche : هو الدور الوظيفي الذي يقوم به الكائن الحي في مجتمعه أو في نظامه البيئي .
قد تعيش عدة أنواع من الكائنات المتشابه في نفس الموطن ولكنها تحتل Niche مختلف عن غيرها وبتالي لا تتعارض وجودها مع النوع الآخر .
أما بالنسبة للعوامل المحددة للتباين في الخلية البيئية Niche فمنها على سبيل المثال :
1 - حجم المصادر الطبيعية المتاحة .
2 - نوع المصادر الطبيعية المتاحة .
3 - التداخلات بين الأنواع في المجتمع .
4 - ديناميكية المجتمع الحي .
- المقاطعة Territory : هو الجزء من الموطن الذي يقوم الحيوان بالدفاع عنه ولكن لا يهتم بوجود أفراد من أنواع أخرى لا تتعارض أو تتنافس معه لاختلاف متطلباتها في الغذاء أو المأوى .
ذهب البعض إلى تقسيم المواطن إلى Macrohabitat و Microhabitat إلا أن ذلك غير صحيح لأن الموطن لا يمكن تقسيمه إلى مواقع أصغر وذلك بسبب التداخل وصعوبة التمييز بين المواطن الدقيقة. مع ضرورة الإشارة إلا أن بعض من استخدم لفظ Microhabitat قصد به الموطن Habitat ولكن للكائنات الأولية والدقيقة نسبة لحجمها ليس إلا.
تقسيم المواطن البيئية:
تتباين الكائنات الحية باختلاف مواطنها البيئية وعلى هذا قسمت المواطن البيئية إلى :
1 - البيئات المائية Aquatic Biomes: وتقسم إلى:
أ - المحيطات Oceans : وتقسم إلى ثلاث مناطق :
1- منطقة ما بين المد والجزر Intertidal zone أو المنطقة الساحلية.
2- منطقة الجرف القاري Neric zone .
3- المنطقة المحيطية Oceanic zone .
ب – الجداول والأنهار Streams and Rivers .
ج – البحيرات والبرك Lakes and Ponds : ويمكن تقسيم البحيرات رأسيا اعتمادا على مقدار اختراق الأشعة الشمسية إلى :
1- المنطقة الساحلية Littoral zone .
2- المنطقة المائية المضاءة Limnetic zone .
3- المنطقة القاعية المعتمة Profumdal .
د – المصبات Estuaries .
هـ - المستنقعات Swamps .
2 _ بيئات اليابسة Terrestrial Biomes: وتقسم إلى :
أ – التندرا Tundra : وهي منطقة بيئية خالية من الأشجار وتقع في أقصى شمال الكرة الأرضية في المنطقة القطبية .
ب – الغابات Forests : يغطي إقليم الغابات حوالي ثلث اليابسة على الكرة الأرضية وتعتمد هذه الغابات في نوعيتها وتوزيعها على المناخ والتربة ، وهي :
1- الغابات الصنوبرية الشمالية : وهي أكثر الغابات بعدا نحو الشمال وهي تجاور منطقة التندرا .
2- الغابات المتساقطة الأوراق : وتوجد في كل من نصفي الكرة الأرضية في خطوط العرض الوسطى من منطقة المناخ المعتدل .
3- الغابات الاستوائية المطيرة : تطهر هذه الغابات في أواسط أمريكا الجنوبية وأفريقيا وشرق الأنديز وأجزاء من جنوبي آسيا .
4- الغابات المتوسطية : ويسود هذا الإقليم منطقة حوض البحر الأبيض المتوسط ، وجنوب كاليفورنيا ووسط تشيلي وجنوب أستراليا .
ج- الحشائش Grasslands : وتقسم إلى :
1- حشائش الأقاليم المعتدلة .
2- حشائش الأقاليم الاستوائية (السفانا)Savannah : وهي بيئة إنتقالية بين الغابات المدارية وأراضي الحشائش .
د- الصحاري Deserts : وهي مجتمعات حياتية جافة يكون فيها معدل سقوط الأمطار أقل من 250 ملم سنويا ، وتمتاز بمعدلات تبخر تفوق التهطال ، وكذلك بدرجات حرارة مرتفعة ، وتباين حراري كبير سواءا يوميا أو فصليا .


الافتراس Predation
هناك من عرف الافتراس بأنه : عملية اقتناص حيوان حي ( الفريسة prey ) من أجل الغذاء من قبل حيوان آخر ( المفترس predator ) .
ومنهم من عرفه على أنه : عملية تغذية حيوان على حيوان آخر بشرط أن يكون على قيد الحياة .
إلا أننا اتفقنا على أن التعريف التالي هو الأنسب : فالافتراس علاقة بين كائنين حيوانين حيين أحدهما ( المفترس ) الذي يقتل الآخر (الفريسة) من اجل التغذية ، عندما لا يكون للمفترس بديل آخر .
دور الافتراس في التحكم البيئي :
أ - تحكم كمي : يعتمد على العدد وخاصة على مستوى النوع الواحد (الأفراد) .
ب - تحكم نوعي : يعتمد على السيطرة على نوع معين أو أكثر .
جـ - مقاومة حيوية : وقد يشمل على التحكم الكمي أو النوعي أو كلاهما معاً .
وسائل تجنب الفرائس للافتراس :
هناك العديد من الكائنات التي تكيفت للحد من ظاهرة الافتراس ويعتبر التلون الوقائي Protective coloration والتلون التحذيري Warning coloration والتنكر Mimicry ضمن هذه الفئة من التكيفات . وهناك أيضا سلوك سرعة الطيران والحركة والسلوك المضلل وسلوك التجمد وأنماط أخرى من التكيفات التي تحد من عدد الوفيات الناجمة عن الافتراس . ولتوضيح ذلك نورد أمثلة منها :
أ - التخفي Mimicry: وهو أسلوب تنتهجه الحيوانات لتجنب الافتراس سواءً كان ذلك عن طريق تغيير لونها إلى لون مقارب من البيئة التي يوجد بها أو يوضع جسمها على شكل قريب من المكان الذي يتواجد به ، مثل تلون الحربا وبعض الحشرات ، أو تشبه بعض الحيوانات بأشكال الأوراق والأغصان .
ب - الدفاع : كثير من الحيوانات لا تملك إمكانية الهرب من المفترس بسرعة وذلك راجع لعدة أسباب تختلف من حيوان لآخر .. لذلك تتجنب المفترس مع أنها ليس لها القدرة على التخفي .. ومن أمثلة وسائل الدفاع للحيوانات ما يلي :
1 - الدودة ذات الألف رجل تفرز حمض الهيدروسياتيك السام إذا ما ضيق عليها .
2 - هناك غدد خاصة في كثير من الحشرات تمكنها من رش المفترسات بمواد كيميائية سامة مثل حمض الخليك وحمض الفورميك ، وحمض النمليك .
جـ - المحاكاة :
ويقصد بها قيام أحد الحيوانات بمحاكاة حيوان آخر تعرف عنه القوة بغرض الدفاع عن نفسه ومن أمثلة ذلك :
1 - محاكاة ثعبان أبو العيون بمحاكاة الكوبرا برفع رأسه .
2 - محاكاة بعض الثعابين الغير سامة من حيث اللون لثعبان المرجان ذو اللون الزاهي حيث أن ثعبان المرجان من أشد الثعابين سمية في الولايات المتحدة الأمريكية .
د - السلوك الجماعي :
وهو عبارة عن سلوك دفاعي جماعي تلجأ إليه بعض الحيوانات عند التهديد . ومن أمثلة ذلك ثيران القناع عندما تهاجم فإنها تكون دائرة حول الصغار والإناث بحيث يكونون في الوسط . كذلك تجمع الماشية في قطعان والطيور في أسراب والأسماك في أفواج .
الفرق بين التطفل والافتراس :
ولعل البعض يعتقد أن التطفل نوع من الافتراس ؛ ولكن في الحقيقة لا يعتبر التطفل نوعاً من أنواع الافتراس لوجود العديد من الفروقات :

علم الأحياء النَمَائِي Developmental biology هي دراسة العملية التي ينمو ويتشكل ويتطور بها العضويات في مراحل نموها. علم الحياء النمائي الحديث يدرس التحكم الجيني بنمو الخلايا، التمايز الخلوي، والتخلق، وهو العملية التي تنشأ عنها النسج والأعضاء وكامل بنية جسم العضوية (تشريح). يشكل علم الجنين أحد فروع هذا العلم حيث يدرس العضويات بين مرحلة الخلية الوحيدة (زيغوت) ونهاية المرحلة الجنينية، وهي لست بالضرورة بداية الحياة الطبيعية الحرة. كان علم الجنين بداية علما وصفيا حتى القرن العشرين. يرتبط بهذا العلم تخصص آخر يدعى علم الأحياء النمائي التطوري evolutionary developmental biology تشكل في التسعينات من القرن العشرين وهو تركيب من الحقائق التي تنتج عن علم الأحياء النمائي الجزيئي وعلم الأحياء التطوري الذي يدرس تنوع واختلاف الأشكال الحيوية للكائنات من وجهة نظر تطورية.

النتائج التي يجدها علم الأحياء النمائي يمكن أن تساعد في فهم الاختلالات النمائية developmental malfunctions مثل الزيغ الصبغي (chromosomal aberration)، مثلا متلازمة داون. كما أن فهم تخصصات الخلايا خلال مرحلة التطور الجنيني يمكن أن تؤمن معلومات حول كيفية تخصص الخلايا الجذعية لتشكيل نسج نوعية واعضاء، يمكن ان تقود لاستنساخ نوعي للأعضاء لأغراض طبية.العملية الخرى المهمة التي تحدث أثناء النمو هي الاستموات apoptosis - انتحار الخلية - لأجل هذا يحاو هذا العلم بناء نماذج للنمو تستخدم لفهم فيزيولوجيا والأساس الجزيئي للعمليات الخلوية.

علم الإيثولوجيا فرع من علم الحيوان يعالج غرائز الحيوان. يدرس علماء الإيثولوجيا السلوك الغريزي كالغزل والتزاوج والعناية بالصغار، كما يدرسون أيضًا كيف تتواصل الحيوانات وكيف تنشئ وتدافع عن مناطقها الإقليمية. انظر: الإقليمية.

ويبحث علماء الإيثولوجيا في أسباب السلوك الغريزي وكيف تطور خلال ملايين السنين، وكيف يستطيع هذا السلوك مساعدة نوع من الحيوان كي يبقى على قيد الحياة.

ويجهز علماء الإيثولوجيا لكل نوعٍ يُدرس من الحيوان، إيثوجرامًا يصف أنماط السلوك المعروفة للنوع. وفي الإيثوجرام يحاولون أيضًا أن يحددوا الأحوال التي يقع فيها الفعل الغريزي. وقد طوروا إيثوجرامات لمختلف أنواع الحشرات والأسماك والطيور والثدييات.
حقل الإيثولوجيا يتطور بسرعة كبيرة نتيجة الرغبة في فهم عالم الحيوانات و قد بدات لاعديد من الأبحاث منذ بدايات القرن الحادي و العشرين تتناول بشكل رائد مواضيع مثل تواصل الحيوانات animal communication ، استعمال التسميات الرمزية الشخصي ، ثقافة الحيوان و تعلم الحيوان و حتى الجنس الحيواني animal sexuality و تم نشوء فروع مثل إيثولوجيا عصبيةneuroethology

علم الوراثة Genetics هو العلم الذي يدرس المورثات (الجينات) والصفات التي تورثها وما ينتج عنه من تنوع الكائنات الحية. وكانت مبادئ توريث الصفات مستخدمة منذ تاريخ بعيد لتحسين المحصول الزراعي وتحسين النسل الحيواني عن طريق تزويج حيوانات من سلالة ذات صفات جيدة – كمثال عن ذلك الحصان العربي الأصيل حيث كان العرب يزاوجون الحصان والفرس الأقوياء ليحصلوا على نسل قوي واستمروا بذلك عبر السنين -.

ولكن علم الوراثة الحديث الذي حاول فهم آلية توريث الصفات ابتدأ بالعالم غريفور مندل Gregor Mendel في منتصف القرن التاسع عشر، حيث قام مندل بمراقبة الصفات الموروثة للكائنات الحية وكيفية انتقالها من الآباء إلى الأبناء، ولكنه لم يكتشف آلية هذا الانتقال التي تتم عن طريق وحدات مميزة في توريث الصفات وهي المورثات (الجينات) Genes، وهي تمثل مناطق معينة من شريط الـDNA، هذا الشريط هو عبارة عن تتالي وحدات جزيئية تدعي النيكليوتيدات Nucleotides، ترتيب وتسلسل هذه النيكليوتيدات يمثل المعلومات الوراثية لصفات الكائن الحي.

يتواجد الـDNA بشكل طبيعي على هيئة سلسلة مزدوجة، كل نيكلوتيد من السلسلة الأولى يقابله ويتممه نيكليوتيد من السلسلة الثانية. فكل سلسلة مفردة تقوم بعمل قالب للسلسلة الأخرى، وهذه هي آلية انتساخ الـDNA واتنقال المورثات.

تترجم الخلية ترتيب النيكليوتيدات في المورثة إلى سلسلة من الأحماض الأمينية amino acids وهذه السلسلة تؤلف بروتين معين- ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين تتوافق مع ترتيب النيكليوتيدات في المورثة، والعلاقة بين ترتيب النيكلوتيدات وترتيب الأحماض الأمينية تدعى الشيفرة الوراثية genetic code.

الأحماض الأمينة التي تؤلف البروتين تحدد شكله الثلاثي الذي يحدد وظيفة البروتين ودوره، فتختلف بذلك البروتينات عن بعضها البعض لتلعب أدواراً مختلفة في الخلية، فالبروتينات تلعب تقريباً كافة الوظائف داخل الخلية.

فتغير واحد في الـDNA لجينة(مورثة) معينة يؤدي إلى تغير في الأحماض الأمينية لأحد البروتينات مما يغير شكله فتتغير وظيفته ودوره وقد يكون هذا التغير ممرض أو مميت للخلية وللكائن الحي بشكل عام- مثال مرض فقر الدم المنجلي Sickle Cell Anemia ناتج عن تغير لنيكلوتيد واحد مما يغير أحد الأحماض الأمينية مما يغير البروتين فيتغير دوره فتتشكل كرات دم غير قادرة على نقل الأوكسجين بشكل طبيعي فيتنج عنه مرض فقر الدم المنجلي-. وعلى الرغم من أن الوراثة تلعب دوراً في شكل وتصرفات الكائن الحي، لكن ما يمر به الكائن الحي من تجارب في حياته يلعب دورا كبيراً في ذلك- مثال الجينات مسؤولة عن تحديد طول الشخص ولكن التغذية والظروف التي مر بها هذا الشخص في طفولته تؤثر وتلعب دوراً كبيراً أيضاً.

بدأ علم الوراثة على يد العالم المشهور مندل بدراسة انتقال الصفات الوراثية من الآباء للأبناء ونسب توزعها بين افراد الأجيال المختلفة. تعرف هذه الدراسات الآن بعلم الوراثة الكلاسيكي. لكن التقنيات الحديثة سمحت لعلماء الوراثة حاليا باستقصاء آلية عمل الجينات ومعرفة التسلسل الدقيق للحموض الأمينية ضمن دنا ورنا المادة الوراثية ليقوموا بعد ذلك بربط هذا التسلسل بالمورثات، وقد سمح هذا بإتمام واحد من أضخم مشاريع القرن العشرين : وهو مشروع الجينوم البشري.

المعلومات الوراثية بشكل عام تكون محمولة ضمن الصبغيات الموجودة في نواة الخلايا وتحوي ضمنها الدنا الحامل الأساسي للمورثات.

تقوم الجينات بتشفير المعلومات الضرورية لاصطناع سلاسل الأحماض الأمينية التي ستدخل في تركيب البروتينات المختلفة، هذه البروتينات ستلعب بدورها دورا كبيرا في تحديد النمط الظاهري النهائي للمتعضية. عادة في الأحياء ثنائية الصيغة أحد النسخ الجينية (الحليل) المسيطرة سوف تطغى بصفاتها على صفات الجينة المتقهقرة (الضعيفة).

انتشر في الوراثيات الكلاسيكية مبدأ يقول (لكل مورثة واحدة، بروتين واحد) بمعنى ان كل مورثة تحمل معلومات لبناء بروتين وأحد فقط، لكن هذه العبارة يشكك بها كثيرا هذه الأيام وتعتبر إحدى الاخطاء التبسيطية التي وقع بها علم الوراثة الكلاسيكي.

من المؤكد الآن أنه يمكن لنفس المورثة أن تنتج عدة بروتينات ويتحكم بهذا الأمر طريقة ترجمة (تحويل) الشفرة الوراثية وتنظيم هذه العملية المعقدة.

تقوم المورثات بتحديد مظهر الكاثنات الحية الخارجي إلى حد كبير، وهناك احتمال يطرحه البعض فكلتحكمها بالسلوك البشري لكن هذه القضية ما زالت قيد نقاش عميق وتختلف وجهة النظر حسب التوجهات العلمية للباحثين.


الأطباء المتدربين أيضا على علم الوراثة يقومون بتشخيص الأمراض الوراثية عند المرضى بكفاءة. يتم تدريس ذلك للأطباء في مناهج إقامة أو اختصاص

علم الوراثة الجزيئى: هي فرع من علم الأحياء. يدرس تركيب ووظيفة الجينات على المستوى الجزيئى. هذا الفرع يدرس كيفية انتقال الجينات من جيل إلى آخر.الوراثة الجزيئية توظف طرق علم الوراثة البيولوجيا الجزيئية.

ويسمى كذلك للتميز بينه وبين أى فرع من فروع علم الوراثة الأخرى مثل علم الوراثة البيئية وعلم الوراثة السكانية.

علم وراثة السكان
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :علم وراثة السكان

علم وراثة السكان يدرس القوى التي تؤثر على التنوع الجيني للسكان ونشوء الأنواع (تحور، تدفق، انتخاب) بتطوير نماذج رياضية وإحصاءاتية

الجينوم
Crystal Clear app kdict.png مقال تفصيلي :الجينوم

هو كامل المعلومات الوراثية المشفرة ضمن الدنا (و أحيانا ضمن الرنا كما في حالة الفيروسات)

سؤال/لماذا اختار مندل نبات البازلاء؟
الجواب/ لاحتواء نبات البازلاء على عدة أزواج من الصفات المتضادة كالطول والقصر و اللون الأبيض والأحمر ، بالإضافة كونها تتلقح ذاتياً.
سؤال/ اشرح تجربة مندل لنبات البازلاء؟
1- اختار مندل نباتين من البازلاء أحدهما ذو أزهار حمراء و أخرى ذو أزهار بيضاء وكلاهما صفات نقية
2- زرع البذور وقام بعملية تلقيح خلطي للأزهار حتى تتكون البذور.
3- زرع مندل هذه البذور فظهرت أزهار هجين حمراء اللون ولم تظهر أزهار بيضاء وسميت بذوره بالجيل الأول.
4- زرع مندل بذور الجيل الأول فظهرت 3 نباتات ذوات أزهار حمراء اللون و نبات واحد ذو أزهار بيضاء وسميت بذوره الجيل الثاني.
س/عرف الهجين من النبات؟
الهجين: هو نبات يحمل جينين لصفة ما أحدهما سائد والآخر متنح و يرمز لهما بحرف كبير وآخر صغير لنفس الحرف. (Rr).
س/عرف الصفة السائدة؟
الصفة السائدة: هي الصفة التي تظهر في الجيل الأول نتيجة تزاوج كائنين يختلفان عن بعضهما في زوج الصفات المتضادة ويرمز لها بحرف كبير ( R )
س/عرف الصفة المتنحية؟
الصفة المتنحية: هي التي لا تظهر في الجيل الأول وتظهر في الجيل الثاني ويرمز لها بحرف صغير ( r )
س/ بماذا يعرف قانون مندل الأول:
الجواب/ يعرف قانون مندل الأول باسم (قانون انعزال الصفات) ونصه كالتالي:
" كل صفة وراثية تمثل بزوج من الجينات ينعزلان عن بعضهما عند تكوين الجاميتات ويحتوي كل جاميت على جين واحد فقط من هذا الزوج."
س/عرف الطراز الجيني؟
الطراز الجيني: هو تركيب الجينات في الفرد. / وهو مسؤول عن تكوين الطراز المظهري.
س/ عرف الطراز المظهري؟
الطراز المظهري: هي الصفة التي نراها بالعين (كالطول والقصر واللون).

ما هي تجربة مندل في هذا القانون؟
1- استخدم مندل في هذا القانون أكثر من زوج من الصفات المتضادة ففي هذه التجربة اختار نبات بازلاء له بذور مستديرة الشكل صفراء اللون ونبات بذوره مجعدة الشكل خضراء اللون .
2- زرع النباتين وأجري عملية تلقيح خلطي فتكونت نباتات الجيل الأول بذورها مستديرة صفراء هجين ( صفه سائدة )
3- زرع بذور الجيل الأول وأجرى تلقيح ذاتي بين زهورها ونتجت بذور الجيل الثاني فكانت كالتالي:-(9 بذور مستديرة صفراء ، 3 بذور مستديرة خضراء، 3 بذور مجعدة صفراء ، 1 بذرة مجعدة خضراء)
4- ماذا استنتج مندل؟ استنتج أن كل زوج من الصفات المتضادة حر ومستقل التوزيع بنسبة 3: 1 فمثلاً نسبة البذور الصفراء إلى الخضراء 12: 4 وهي تعادل 3: 1
بماذا يعرف قانون مندل الثاني؟
يعرف قانون مندل الثاني باسم ( قانون التوزيع الحر) و نصه كالتالي:-
" إذا تزاوج فردان يختلفان في أكثر من زوج من الصفات المتضادة فإن كل زوج من الجينات الخاصة بهذه الصفات يتوزع توزيعاً حراً ومستقلاً عند تكوين الجاميتات."