معلوماتية حيوية

معلوماتية حيوية

المعلوماتية الحيوية (بالإنجليزية: Bioinformatics) أو علم الأحياء الحاسوبي ( البيولوجيا الحاسوبية ) computational biology هو استخدام أحدث تقنيات الرياضيات التطبيقية ، المعلوماتية informatics ، الإحصاء ، و علوم الحاسب لحل مشكلات بيولوجية حيوية . جهود الأبحاث الرئيسية في هذا الحقل تتضمن التراصف التسلسلي Sequence alignment ، إيجاد المورثات ، مشروع الجينوم البشري ، تراصف البنية البروتينية protein structural alignment ، تنبؤ البنية البروتينية protein structure prediction ، التنبؤ بالتعبير الجيني gene expression ، و تآثرات بروتين-بروتين ، اضافة لنمذجة التطور

حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين

مقدمة

المعلوماتية الحيوية (البيوإنفورماتيك) من أحدث علوم الحاسب ،ومن المتوقع في المستقبل القريب أن يشتد الطلب على الخبراء في هذا المجال.ووفقاً للمحللين الاقتصاديين فإنّ حجم الاستثمارات في هذا القطّاع ستقارب الستين مليار دولار خلال هذه السنة.

تعريف المعلوماتية الحيوية

المعلوماتية الحيوية هو تحليل المعلومات البيولوجية باستخدام الكمبيوتر و التقنيّات الإحصائيّة. هو العلم الذي يسعى لاستخدام وتطوير قواعد البيانات و الخوارزميّات الحاسوبيّة لتسيع وتعزيز الأبحاث البيولوجيّة.

تعريف المركز العالمي لمعلومات البيوتكنولوجي [NCBI] :
عرف المعلوماتية الحيوية كما يلي: المعلوماتية الحيوية (البيوإنفورماتيك) هو حقلٌ من العلم حيث علم الأحياء (Biology) و علوم الحاسب (Computer Science) و تكنولوجيا المعلومات (Information techonlogy ) دُمجت سويّةً في مجال علميّ واحد.

تنضوي المعلوماتية الحيوية على ثلاثة فروع رئيسيّة هي:

تطوير خوارزميات جديدة و تقنيات إحصائيّة تساعد في تحصيل المعلومات من مجموعات ضخمة من البيانات.
تحليل و تفسير الأنماط المختلفة من البيانات التي تتضمن سلاسل الحموض الأمينية
و الأنوية و القطع و البنى البروتينيّة.

تطوير و تنفيذ أدوات تساعد على إدارة فعالة للأنماط المختلفة من المعلومات.
أمّا ويبوبيديا (***opedia) فتعرّف المعلوماتية الحيوية كما يلي:

هي تطبيق التكنولوجيا الحاسوبيّة و المعلوماتيّة في إدارة المعلومات البيولوجيّة,

وبشكل محدّد هي علم تطوير قواعد بيانات و خوارزميّات حاسوبيّة لتسهيل و تسريع الأبحاث البيولوجيّة.

استُخدمت المعلوماتية الحيوية على نطاق واسع في أبحاث الجينوم البشري ضمن مشروع الجينوم البشري الذي حدّد السلسلة الجينيّة الكاملة للإنسان والتي تتكوّن من حوالي ثلاثة بلايّين (مليارات) زوج أساسي وبشكل أساسي ساعت في استخدام المعلومات الجينيّة لفهم الأمراض و كان لها دور في اكتشاف عقاقير جديدة فعّالة.

إن المصطلحات الثلاثة المعلوماتية الحيوية و البيولوجيا الحوسبيّة و البنية التحتيّة للمعلومات البيولوجيّة تشير إل نفس المضمون تقريبا.

ماالمقصود بالمعلوماتية الحيوية

المعلوماتية الحيوية هي استخدام تكنولوجيا المعلومات ضمن علم الأحياء (البيولوجيا) للاستفادة من ذلك في عمليات تخزين البيانات (data storage and warehousing),و تحليل سلاسل الحمض النووي (DNA).

للعمل ضمن مجال البيوإنفورماتيك عليك الإلمام بعدد من العلوم تشمل علم الأحياء(Biology) والرياضيات وعلوم الحاسب إضافةً لقوانين الفيزياء والكيمياء والأهم طبعاً هو إلمامك بتكنولوجيا المعلومات (IT)وذلك من أجل تحليل البيانات البيولوجيّة ودراستها. لا ينحصر استخدام البيوإنفرماتيك في حوسبة البيانات البيولوجية و إنّما يتعدّى ذلك إلى حلّ العديد من المشاكل البيولوجيّة واكتشاف الأنماط الإحيائيّة المتعدّدة.

المهارات المطلوبة لتصبح خبيراً ناجحاً في مجال المعلوماتية الحيوية

كبداية عليك الإلمام بما يلي:

بيولوجيا الجزيئات.
خبرة في العمل على واحد أو أكثر من حزم البرمجيات المخصصة للتعامل مع بيولوجيا الجزيئات.تعلّم كيفيّة تحليل المعطيات البيولوجيّة باستخدام هذه البرمجيّات والتي أذكر منها: (GCG,BLAST,FASTA) وغيرها.
تعلّم عن نظم التشغيل مفتوحة المصدر (LINUX,UNIX) لأنّ الشائع في هذه الأيّام هو استخدام البرمجيّات الحرة في البيوإنفورماتيك وذلك نظراً لقوّتها وتوفّر الأدوات البرمجيّة والبرمجيّات المخصّصة لهذه المنصّات.
معرفة جيّدة بلغات البرمجة مثل : Java,C++,Python,Perl كما يجب عليك الإلمام بلغة HTML.
الإلمام بنظم إدارة قواعد البيانات وأفضلها : Oracle و MySQL (مفتوحة المصدر والمجانيّة) و الأكثر استخداماً لتخزين كميات ضخمة gigabytes من المعطيات البيولوجية لتحليلها واستخلاص المعلومات منها.

علم الأحياء الجزيئي

يقوم علم الأحياء الجزيئي أو البيولوجيا الجزيئية (بالإنجليزية: Molecular biology) بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي ، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء و الكيمياء في عدة فروع و يتقاطع مع الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق و تخصصات . تهتم البيولوجيا الجزيئية بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية و بخاصة العلاقات بين الدنا و الرنا و عملية الاصطناع البروتيني إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية و كافة العمليات الحيوية .


يصف وليم أستبوري علم الاحياء الجزيئي في مقالة له في مجلة نيتشر :

" ... بأنه ليس تقنية بل هو مقاربة، مقاربة من وجهة نظر ما يدعى بالعلوم الأساسية مع فكرة موجهة للبحث ضمن الحقائق و الخطوط العريضة لعلم الأحياء عن خطة جزيئية موافقة . إنه علم يهتم أساسا بأشكال الجزيئات الحيوية و ... بشكل أكثر تحديدا على البنى الثلاثية الأبعاد و التشكيلات البنيوية بحيث لا تقتصر فقط على الدراسة الشكلية morphology بل تتعداها لتدرس التشكل genesis و الوظيفة . "

العلاقة بعلوم الأحياء الأخرى على المستوى الجزيئي



رسم توضيحي للعلاقة لبن الكيمياء الحيوية، وعلم الوراثة، وعلم الأحياء الجزيئي.

الباحثون في الأحياء الجزيئية استخدموا تقنيات محددة منشؤها علم الأحياء الجزيئي, ولكن مع تزايد الجمع بين هذه الأفكار من تقنيات و علم الوراثه وعلم الكيمياء الحيويه و الفيزياء الحيويه مع انه ليس هناك ترابط بين هذه المجالات كما كان من قبل. الشكل التالي يمثل مخطط علاقه بين بعض تلك المجالات




الكيمياء الحيوية: هي دراسة المواد الكيميائية والعمليات الحيوية اللذان يحدثان في الكائنات الحيَّة.
علم الوراثة: هو دراسة تأثيرِ الإختلافات الوراثيةِ على الكائنات الحية.
كثيرا ما يمكننا هذا من الاستدلال علي غيابِ مكوّن طبيعي (ومثال على ذلك: - جين واحد).

دراسه "المسوخ" الكائنات التي تفتقر الي واحد او أكثر من العناصر الفنية فيما يتعلق بما يسمي " بالنوعِ البرّيِ " أَو نمط ظاهري طبيعي. التفاعلات الوراثية مثل epistasis يمكن أَن تفند تفسيرات بسيطة في أغلب الأحيان مثل هذه الدراسات "القاضية".

علم الأحياء الجزيئي : دراسه الاسس الجزيئيه من عمليه النسخ والاستنساخ والترجمه الجينيه. العقيدة المركزية لعِلْمِ الأحياء الجزيئيِ حيث أنَّ مادّة وراثية نُسِختْ إلى آر إن أي وبعد ذلك ترجمتْ إلى البروتينِ، على الرغم مِنْ أنْ هناكَ صورةَ مُبَالَغة في تبسيط علم الأحياء الجزيئي ، ولا يزال يوفر نقطه انطلاق جيده لفهم الميدان. بيد ان هذه الصوره يجري تنقيحها في ضوء الادوار الجديده الناشئه للرنا .

مُعظم العملِ في علم الأحياء الجزيئي كمي ، تم انجاز الكثير من العمل المشترك في البيولوجيا الجزيئيه وعلوم الحاسوب والمعلوماتية الحيوية وعلم الأحياء الحسابي . اعتبارا من مطلع العشرين ، ودراسه بنية الجينات وعلم الوراثه الجزيئية كان الحقلِ الثانويِ الأبرزِ لعلم الأحياء الجزيئي.

تركز على نحو متزايد العديد من الحقلِ الأخرى لعلمِ الأحياء على الجزيئات ، إما دراسة مباشرة لتفاعلاتهم في أماكن تواجدهم مثل في علم الأحياء الخلوي وعلمِ الأحياء التطوريِ ، أَو بشكل غير مباشر ، حيث تقنيات علمِ الأحياء الجزيئيِ تستعمل لإستنتاج الخواص التأريخية من السكان أَو النوع، كما في مجالات علم الأحياء المتطورة مثل علمِ وراثة السكان و علم الوراثة العرقي phylogenetics . وهناك ايضا تقاليد عريقه دراسه الجزيئات البيولوجية "من الصفر" في الفيزياء الحيوية .

تقنيات الأحياء الجزئية


منذ أواخر خمسينات وأوائل الستّينات ، تعلم علماء الاحياء الجزيئي كيفية تمييز وعزل ومعالجة المكونات الجزيئية للخلايا والكائنات الحية. تتضمّن هذه المكوّنات الدنا (DNA) مستودع المعلومات الوراثية ؛ الرنا (RNA) الشبيه بالدي إن أي (DNA) . الذي تَتراوحُ وظائفَها مِنْ العَمَل كالنسخة العاملة المؤقتة ل (DNA) دنا إلى هيكلية فعلية ومهام انزيمية كذلك الوظيفيه والهيكليه من أجهزة النقل. والبروتين هو الهيكل الرئيسي والنوع الانزيمي للجزيئات في الخليه.

علم الأحياء الخلوي

علم الأحياء الخلوي أو البيولوجيا الخلوية (Cell biology أو cellular biology أحيانا cytology ) علم يقوم بدراسة الخلايا الحية : خواصها و بنيتها و مكوناتها ، و العضيات الموجودة فيها و تفاعلاتها مع البيئة المحيطة . إضافة لذلك دورة حياتها cell cycle ، انقسامها ، و اخيرا موتها. تتم هذه الدراسة على نطاق مجهري أو جزيئي . البيولوجيا الخلوية تبحث في مجالات تمتد من تنوعات الأحياء وحيدة الخلية إلى الحياء متعددة الخلايا بخلاياها المتمايزة جدا مثل الإنسان.

معرفة تركيب الخلايا و كيفية عملها أساسي لجميع العلوم الحيوية . فتقدير مدى التشابه و اللاختلاف بين النماط الخلوية يعتبر أمرا مهما و أساسيا لجميع العلوم الحيوية الجزيئية و الخلوية . لأن هذه التشابهات تشكل إطارا عاما موحدا يسمح بتعميم المباديء و نتائج الأبحاث في علوم مترابطة مثل علم الوراثة ، الكيمياء الحيوية ، علم الأحياء الجزيئي و أخيرا علم الأحياء التنموي .

الخلايا من حيث مكوناتها الجزئية

عمليات خلوية

انقسام خلوي Cell division - كيفية تولد الخلايا الجديدة

هناك نوعين من الانقسام الخلوي وهما الانقسام غير المباشر (الذي يحدث في الخلايا الجسدية في الكائنات الحية) و الانقسام الاختزالي (و الذي يحدث في الخلايا التناسلية للكائنات الحية).


شكل يوضح المراحل المختلفه لأنواع الانقسام

الانقسام غير المباشر:

وتكمن أهمية الانقسام غير المباشر في إنه يساهم في نمو الكائنات الحية وتعويض أنسجتها التالفة، كما يساهم في نقل الجينات الموجودة على الكروموسومات من الخلية الأصلية إلى الخليتين الجديدتين.

وبالطبع فإن الانقسام الغير المباشر يختلف في الخلية النباتية عنه في الخلية الحيوانية، فالخلية النباتية لا تحتوي على جسم مركزي (حيث يلعب الجسم المركزي دوراً في انقسام الخلية الحيوانية،حيث ينقسم إلى قسمين، و يهاجر كل قسم إلى أحد قطبي الخلية. و يبدأ في هذا الدور تكثف خيوط سيتوبلازمية بين الجسمين المركزين و تبدو هذه الخيوط بالمغزل)، كما أنه لا يحدث اختناق في الخلية النباتية إنما تشكل انتفاخات غشائية من جهاز جولجي على الخط الاستوائي للخلية و تمتد هذه الانتفاخات حتى تشكل حاجزاً يسمى بالصفيحة الوسطى والتي تقسم الخلية إلى خليتين.


أدوار الانقسام غير المباشر:
الدور التمهيدي: تتميز الكروموسومات في هذا الدور ، و تكون على شكل خيوط طويلة و رفيعة، و يظهر كل كروموسوم مكونا من جزءين، و يدعى كل جزء كروماتيدة و يرتبط الكروماتيدان مع بعضهما في نقطة تسمى بالسنترومير، و يلتفان حول بعضهما البعض.

الدور الاستوائي: يكتمل في هذا الدور تشكل المغزل. و تتميز الكروموسومات في هذا الدور و يصبح من السهل عدها و تحديدها.

الدور الانفصالي: ينقسم السنترومير في هذا الدور، و يبتعد الكروماتيدان في كل كروموسوم عن بعضهما، ويتجه كل كروماتيد نحو القطبين. و بذلك يصبح عند كل قطب من قطبي الخلية مجموعتان متشابهتان من الكروموتيدات، والتي يمكن تسميتها الآن بالكروموسومات.

الدور النهائي: تبدو مجموعة الكروموسومات في كل قطب طويلة و رفيعة، و تظهر النوية و الغشاء لنووي

الانقسام الاختزالي:

يحدث الانقسام الاختزالي في الخلايا التناسلية الحية و التي تعرف أيضاً بالجاميتات (gamets)و يختلف هذه النوع من الانقسام بأنه خلاله يختزل عدد الكرموسومات إلى النصف. و تكمن أهمية الانقسام الاختزالي بأنه ضرورياً للحفاظ على الكائنات الحية التي تتكاثر جنسياً، كما انه بواسطة الاختزال يحافظ على ثبات عدد الكروموسومات ، و يساعد في تنوع صفات الكائنات الحية لنفس السلالة.

في الحيوان يحدث الانقسام الاختزالي في الخصية للذكر لتكوين الحيوانات منوية، و في الاناث في المبيض لتكوين البويضات . أما في النبات فيحدث في المتك لتكوين حبوب اللقاح، و المبيض لتكوين البويضات.


تأشير الخلايا - تنظيم سلوك الخلية عن طريق إشارات خارجية.

نقل فعال Active transport و نقل منفعل Passive transport - انتقالات الجزيئات من الخلايا و إلى الخلايا.

التصاق الخلايا Cell adhesion - جمع الخلايا مع بعضها البعض.

نسخ وراثي و mRNA splicing - التعبير الجيني.
حركة الخلية : كيموتاكسيس Chemotaxis ، التقلص Muscle contraction ، هدب (خلية) و سوط الخية
إصلاح الدنا و موت الخلية
استقلاب: تحلل غليكوزي Glycolysis ، تنفس خلوي, تركيب ضوئي : اصطناع ضوئي أو تمثيل ضوئي

تقنيات

Microscopy and Immunostaining
Gene knockdown and Transfection
مستعمرة خلوية Cell culture و متعقب مشع Radioactive tracers
بي سي آر and تهجين في الموقع In situ hybridization
DNA microarray مرشحات للتعبير الجيني

تنقية الخلايا و أجزائها
يتم التوصل إلى تنقية الخلايا و أجزائها باستخدام الطرق التالية :

Flow cytometry
تجزئة الخلية Cell fractionation
تحرير العضيات الخلوية بوساطة disruption of cells.
فصل العضيات المختلفة ضمن الخليفة بوساطة تثفيل centrifugation.
استخلاص البروتينات من الأغشية الخلوية عن طريق المنظفات detergents و املاح او غيرها من الكيماويات.
Immunoprecipitation

علم الأحياء التنموي





Views of a Foetus in the Womb", Leonardo da Vinci, ca. 1510-1512. Fetal development is a major subject of developmental biology


علم الأحياء التنموي Developmental biology هي دراسة العملية التي ينمو و يتشكل و يتطور بها العضويات في مراحل نموها . علم الحياء التنموي الحديث يدرس التحكم الجيني بنمو الخلايا ، التمايز الخلوي ، و "التخلق" morphogenesis ، و هو العملية التي تنشأ عنها النسج و الأعضاء و كامل بنية جسم العضوية (تشريح) . علم الجنين Embryology يشكل أحد فروع هذا العلم حيث يدرس العضويات بين مرحلة الخلية الوحيدة (زيغوت) و نهاية المرحلة الجنينية ، و هي لست بالضرورة بداية الحياة الطبيعية الحرة . علم الجنين كان بداية علما وصفيا حتى القرن العشرين . يرتبط بهذا العلم تخصص آخر يدعى علم الأحياء التنموي التطوري evolutionary developmental biology تشكل في التسعينات من القرن العشرين و هو تركيب من الحقائق التي تنتج عن علم الأحياء التنموي الجزيئي و علم الأحياء التطوري الذي يدرس تنوع و اختلاف الأشكال الحيوية للكائنات من وجهة نظر تطورية.

النتائج التي يجدها علم الأحياء التنموي يمكن أن تساعد في فهم الاختلالات التنموية developmental malfunctions مثل chromosomal aberration ، مثلا متلازمة داون . كما ان فهم تخصصات الخلايا خلال مرحلة التطور الجنيني يمكن أن تؤمن معلوماتا حول كيفية تخصص الخلايا الجذعية لتشكيل نسج نوعية و اعضاء ، 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 و الأساس الجزيئي للعمليات الخلوية .

مصطلحات في علم الأحياء التنموي


سقاء allantois ، سلى amnion ، كيسة أريمية blastocyst ، قسيم أرومي blastomere ، أريمة blastula ، تشكل الأريمة blastulation ، مشيماء chorion ، خادرة chrysalis ، انشطار cleavage ، جنين embryo ، تخلق جنيني embryogenesis ، تخلق المضغة embryogeny ، علم الجنين embryology ، extra-غشاء جنيني, معيدة gastrula ، gastrulation, germ layer, بلاسما إنتاشية germ plasm ، إنتاش germination ، تحريض, مراهقة, يرقة larva ، تأثير أمومي maternal effect ، استحالة metamorphosis ، جينوم genome ، تخلق morphogenesis ، تويتة morula ، استدامة المرحلة اليرقية neoteny, نمو عصبي neural development ، حوراء nymph ، تنشؤ الفرد ontogeny ، بيضة ملقحة oosperm ، ovism, تخلق القدم paedogenesis ، شمولية التخلقpangenesis ، علم تطور السلالات phylogeny ، منشم primordium ، خادرة pupa ، رديم rudiment ، بذرة seed ، تنظيم ذاتي self-organization ، مسخيات teratology ، لاقحة zygote

عضويات نموجية في دراسة النمو و التطور الجنيني


متعضيات نموذجية :

حبليات
Lancelet Branchiostoma lanceolatum
Zebrafish Danio rerio
Medakafish Oryzias latipes
Fugu Takifugu rubripes
Frogs Xenopus laevis
Chicken Gallus gallus
Mouse Mus musculus (Mammalian embryogenesis)
لافقاريات
Sea urchin
Round worm Caenorhabditis elegans
Fruit fly Drosophila melanogaster (Drosophila embryogenesis)
نباتات (تخلق جنيني نباتي)
Arabidopsis thaliana
Maize
Snapdragon
علم الوراثة

علم الوراثة Genetics هو علم دراسة المورثات (الجينات ) gene ، و الصفات الوراثية التي تنتقل من الآباء للأبناء عن طريق المورثات ، كما يدرس تباين الأنواع و اختلاف صفاتهم نتيجة اختلاف المادة الوراثية (الصبغيات Chromosomes )

بدأ علم الوراثة على يد العالم المشهور مندل بدراسة انتقال الصفات الوراثية من الآباء للأبناء و نسب توزعها بين افراد الجيال المختلفة . يعرف هذه الدراسات الان بعلم الوراثة الكلاسيكي . لكن التقنيات الحديثة سمحت لعلماء الوراثة حاليا باستقصاء آلية عمل الجينات و معرفة التسلسل الدقيق للحموض الأمينية ضمن دنا (DNA) و رنا (RNA) المادة الوراثية ليقوموا بعد ذلك بربط هذا التسلسل بالمورثات ، و قد سمح هذا بإتمام واحد من أضخم مشاريع القرن العشرين : و هو مشروع الجينوم البشري .

المعلومات الوراثية بشكل عام تكون محمولة ضمن الصبغيات chromosome الموجودة في نواة الخلايا و تحوي ضمنها الدنا الحامل الأساسي للمورثات genes .

تقوم الجينات بتشفير encode المعلومات الضرورية لاصطناع سلاسل الأحماض الأمينية amino-acid sequences التي ستدخل في تركيب البروتينات المختلفة ، هذه البروتينات ستلعب بدورها دورا كبيرا في تحديد النمط الظاهري phenotype النهائي للمتعضية organism . عادة في الأحياء ثنائية الصيغة Diploid أحد النسخ الجينية (اليل) Allele المسيطرة سوف تطغى بصفاتها على صفات الجينة المتقهقرة (الضعيفة) recessive .

انتشر في الوراثيات الكلاسيكية مبدأ يقول ( لكل مورثة واحدة ، بروتين واحد ) بمعنى ان كل مورثة تحمل معلومات لبناء بروتين و أحد فقط ، لكن هذه العبارة يشكك بها كثيرا هذه الأيام و تعتبر احدى الاخطاء التبسيطية التي وقع بهاعلم الوراثة الكلاسيكي .

من المؤكد الان أنه يمكن لنفس المورثة أن تنتج عدة بروتينات و يتحكم بهذا الأمر طريقة ترجمة (تحويل) tran******ion الشفرة الوراثية و تنظيم هذه العملية المعقدة .

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

حقول علم الوراثة
علم الوراثة الكلاسيكي

: علم الوراثة الكلاسيكي, وراثة مندلية
يتألف علم الوراثة الكلاسيكي من نقتيات و مناهج لدراسة المورثات مقتبسة من علم الاحياء الجزيئي ، لكن بعد اكتشاف الشفرة الجينية و أدوات الاستنساخ مثل أنزيمات الحصر restriction enzyme ، فتحت مجالات واسعة امام علماء الأحياء و أصبح الكثير من أفكار الوراثة الكلاسيكية قديمة و غير دقيقة ، لكن بعض الأفكار و التقنيات مثل قوانين مندل و انماط الوراثة تبقى ادوات مفيدة لطرح مباديء علم الوراثة و لدراسة انتشار الأمراض الوراثية .



علم الوراثة السلوكي

علم الوراثة السريري

علم الوراثة الجزيئي

تم تأسيس علم الوراثة الجزيئي بناء على علم الوراثة الكلاسيكي لكنه يركز أكثر على بنية و و وظيفة المورثات على المستوى الجزيئي .

يضم علم الأحياء الخلوي و الجزيئي العديد من فروع علم الأحياء التي ترتبط بدراسة العمليات الحيوية على مستوى الخلية و على المستوى الجزيئي ضمن الخلية و خارجها . يضم التقانة الحيوية Biotechnology ، علم الوراثة ، علم الأحياء التنموي Developmental Biology و أخيرا علم الأحياء الدقيقة Microbiology . علم الأحياء الخلوي يدرس الخلايا الحية من حيث فيزيولوجيتها و بنيتها و بنية عضياتها إضافة لدورة حياتها ، الانقسام الخلوي و أيضا موت الخلية . أما علم الأحياء الجزيئي فيدرس العمليات الحيوية على المستوى الجزيئي مما يجعله متداخلا مع الكيمياء الحيوية و علم الوراثة .


علم الوراثة الجمعي ، الكمي و البيئي 

علم الأحياء الدقيقة



صحن آغار مليء بمستعمرات جرثومية


علم الأحياء الدقيقة أو الميكروبيولوجيا هو العلم الذى يختص بدراسة الأحياء الدقيقة بما فيها بعض حقيقيات النوى مثل الفطريات و الأوليات إضافة إلى بدائيات النوى مثل البكتيريا و بعض الطحالب . أما الفيروسات فيتم دراستها في علم مستقل ، حيث لا تصنف ضمن الكائنات الحية بشكل صريح [1]. رغم التطورات في هذا العلم فإن التقديرات تقول انه لم يتم دراسة إلا 0.03% من الميكروبات الموجودة في البيئة الأرضية فالبرغم من ان الميكروبات اكتشفت منذ 300 عام إلا ان علم الأحياء الدقيقة ما زال يعتبر في بداياته مقارنة بعلم الحيوان و علم النبات و علم الحشرات

أصل الحياة

البحث في أصل الحياة origin of life أحد فروع علم الأحياء لكنه يندرج أيضا ضمن اهتمامات العديد من البشر لعلاقته بموضوع شائك هو الحياة بكل ارتباطات مفهومها مع الدين و مع الفلسفة و كافة المعتقدات . و هذا ما يجعل البحث في هذه المنطقة شائكا و عرضة دوما للتشكيك بأنه موجه بعقائد الباحث و إيديولوجيته . ناهيك عن التصادم الذي يحدث أحيانا مع مفاهيم أخلاقية و قيمية عامة في المجتمع .

يهتم هذا العلم فعليا بدراسة الشروط الضرورية لنشأة الحياة ، و الآليات التي يمكن بها تحول ما ليس بحي إلى حي لكن هذه الاليات ما زالت مبهمة و غير واضحة .

تاريخ الأفكار حول أصل الحياة



منذ أيام أرسطو في القرن الرابع قبل الميلاد ، كان الاعتقاد السائد و الشائع في أوروبا أن الحياة تنشأ فجأة و تلقائيا من ضمن مادة غير حية بألية دعوها : التخلق اللاحيوي abiogenesis . إلا أن تجارب لويس باستور في القرن الثامن عشر وضعت شكوكا قوية حول هذه النظرة فقد أثبت باستور ان الوسط العقيم لا يمكن إلا أن يبقى عقيما أي أنه لن تظهر به أي شكل من أشكال الحياة ما لم تدخله إحدى المكونات الحية . كانت نظريته تقول أيضا أن الكائنات الحية المعقدة لا تأتي إلا من أشكال معقدة للحياة و بالتالي كانت أفكاره أساسا للتخلق الحيوي Biogenesis الذي يشكل أساس مقولة "كل الحياة تأتي من البيضة" omne vivum ex ovo .

لاحقا سيضع داروين نظريته في التطور و التي ستحدد آليات يمكن بها نشوء حياة معقدة بدءا من كائنات حية أبسط ، لكن داروين يسكت تماما عن الشرارة الأولى للحياة على الأرض

نظريات علمية اهتمت بأصل الحياة

كان التصور الأول لأصل الحياة يتخذ شكل الخرافة أو الأسطورة أو النظريات التى لا دليل عليها. بمرور الوقت ـ وخاصة بعد تجربة القارورة لباستيور ـ إستطاع الإنسان أن يفكر تفكيرا علميا حرا في المسألة. يتلخص بحث الإنسان لأصل الحياة في نظريتين:

أ ـ نظرية الأصل الكونى للحياة: وتفترض النظرية أنه عندما تحسنت الظروف على الأرض بعد انفصالها من الشمس جاءت الحياة إلى الأرض في صورة جراثيم أو بذور انتقلت إليها من جسم سماوى بعيد أو كوكب آخر. ولا يعتبر هذا التفسير حلا للمشكلة؛ إذ أنه ينقل المشكلة إلى مكان آخر مجهول (لأن نفس المشكلة ستقابلنا لتفسير نشأة الحياة على هذا الجرم السماوى البعيد)..

ب ـ نظرية الأصل الأرضى للحياة: تفترض هذه النظرية أن منشأ المادة الحية لأول مرة كان نتيجة لتفاعل بين بعض الموادالأرضية، وفي مياه البحار، وتحت ظروف خاصة جدا،.. أدى ذلك إلى تكوين البروتين (المكون الأساسى للمادة الحية البروتوبلازم protoplasm . نشأت الحياة في الماء أولا، ثم انتقلت إلى اليابسة

تجربة يورى وميلر





يورى و ميلر عالمان أمكنهما إجراء تجرية عام 1953 لتحضير أحماض أمينية بسيطة باستخدام المكونات التى يعتقد أنها كانت تكون القشرة الأرضية قديماوهى: (الماء، الميثان، الأمونيا، الهيدروجين).. الأحماض الأمينية المتكونة كانت تشبه تلك الأحماض التى تكون سلاسل بروتين البروتوبلازم إلا أنها كانت أبسط كثيرا. الشيء الأهم أنه طبعا كانت خالية من الحياة أو النشاط البيولوجى، ولم يعط العالمان أو غيرهما تفسيرا مقنعا لأحداث النشاط البيولوجى لأول مرة..! تعد التجربة دليلا على النشأة الأرضية للحياة.. ولكنها ـ كباقى التجارب ـ لا تشرح آلية ذلك

الدين وأصل الحياة

يعتقد كل مسلم أن الإنسان خلق من تراب.. وأن الماء هو أصل كل شيء حى، لقول الله تعالى: "وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ أَفَلَا يُؤْمِنُونَ" (إبراهيم: 30) ولذلك فإن للأحياءأصلا أرضيا (يوافق ذلك نظرية الأصل الأرضى ).

غير أن الاختلاف يكون في أصل الروح التى تعطى البروتوبلازم حيويته وقدرته على القيام بسائر الأنشطة البيولوجية إذ هى في عقيدة المسلمين من أسرار الله، فالخلق من صفات الله. قال تعالى "يَا أَيُّهَا النَّاسُ ضُرِبَ مَثَلٌ فَاسْتَمِعُوا لَهُ إِنَّ الَّذِينَ تَدْعُونَ مِنْ دُونِ اللَّهِ لَنْ يَخْلُقُوا ذُبَابًا وَلَوِ اجْتَمَعُوا لَهُ وَإِنْ يَسْلُبْهُمُ الذُّبَابُ شَيْئًا لَا يَسْتَنْقِذُوهُ مِنْهُ ضَعُفَ الطَّالِبُ وَالْمَطْلُوبُ" (الحج: 73)

وتتفق الشرائع السماوية الثلاثة: في ذات المعنى.. لذا فقد اعتًبر التفسير المادى المجرد في أصل الخلق داعيا إلى الإلحاد


فيزيولوجيا


الفيزيولوجيا (أو علم الوظائف، أو منافع الأعضاء على اصطلاح القدماء) هو دراسة الوظائف الحيوية للكائنات الحية سواء كانت طبيعتها كيميائية حيوية أو فيزيائية أو ميكانيكية .

تقسم الفيزيولوجيا إلى فيزيولوجيا النبات و فيزيولوجيا الحيوان لكن مبادىء الفيزيولوجيا واحدة في القسمين بغض النظر عن العضوية التي تدرس فيها. فما يمكن تعلمه من دراسة خلايا خميرة yeast يمكن تطبيقه تقريبا بشكل كامل على خلايا الإنسان الحيوية.


من الفروع العلمية في علم الأحياء التي طوّرت عن الفيزيولوجيا: الكيمياء الحيوية، الفيزياء الحيوية، الميكانيك الحيوية، و علم الأدوية.

مجالات الفيزيولوجيا
الحيوان و الإنسان
فيزيولوجيا عضلية Myophysiology
فيزيولوجيا عصبية Neurophysiology
فيزيولوجيا خلوية Cell physiology
فيزيولوجيا غشائية Membrane physiology
فيزيزلوجيا التنفس
فيزيولوجيا الدوران
فيزيولوجيا الكلية Renal physiology
فيزيولوجيا الغدد الصم Endocrinology
فيزيولوجيا الغدد الصم العصبية Neuroendocrinology
فيزيولوجيا التكاثر

فيزيولوجيا النبات



فيزيولوجيا النقل
اصطناع ضوئي



علم أحياء الأنظمة

علم أحياء الأنظمة أو بيولوجيا الأنظمة Systems biology مصطلحيستعمل بشكل واسع في العلوم الحيوية biosciences ، بشكل خاص بدءا من عام 2000 ضمن سياقات مختلفة.



علم التصنيف


علم التصنيف Taxonomy كلمة يونانية من شقين : tassein تعني تصنيف ، nomos قانون ، علم مثل اشتقاق كلمة economy ) ، ويهتم العلم بتصنيف الكائنات الحية في تصنيفات أخرى متعددة بشكل مترابط. يرتبط بشكل وثيق بما يسمى التصنيف العلمي للأحياء .

غالبا ما تكون التصنيفات الحيوية متسلسلة هرميا ترسم بشكل أشجار ، أو تمثل أحيانا بشكل مخططات علاقاتية بدلا من مخططات هرمية ، قتمثل ببنى شبكية. بعض التصنيفات قد تحوي طفل وحيد لعدة أسلاف فمثلا السيارة في مخطط علاقاتي قد تظهر تحت مركبة و آليات فولاذية. كما يمكن ان يكون ذو تنظيم بسيط يرتب الأغراض في مجموعات بسيطة ، أو حتى حسب الترتيب الأبجدي

علم الحيوان


علم الحيوان Zoology (باليونانية zoo'n = حيوان و logos = كلمة أو دراسة) هو العلم الذي يتناول دراسة الحيوان من حيث كل من:التركيب، الوظيفة، طرق التعايش، وانتقال المادة الوراثية على مدى الأجيال. وهو أحد فرعى علم الأحياء Biology (الفرع الآخر هو علم النبات Botany

فروعه


يشتمل علم الحيوان على الفروع الآتية:

1 ـ علم البنيات Morphology : وهو "علم الشكل الظاهرى". يختص بدراسة شكل وتركيب الحيوان.

2 ـ علم الانسجة Histology : وهو "علم دراسة الأنسجة". يختص بدراسة التراكيب الميكروسكوبية للأنسجة الحيوانية.

3 ـ علم الخلية Cytology: وهو "علم الخلية" . يختص بدراسة التركيب والوظيفة للخلية (تأثر هذا العلم كثيرا باختراه الميكروسكوب الإليكترونى.

4 ـ علم الوظائف Physiology: وهو "علم الوظائف". كل دراساته تهدف إلى معرفة الكيفية والألية التى يقوم من خلالها الحيوان بوظائفه. هذه الوظائف إما خضرية (من أجل النمو أو استمرار الحياة) أو تكاثرية ( من أجل الإبقاء على النوع).

5 ـ علم الاجنة Embryology: وهو "علم الأجنة". يختص بدراسة تلك الكيفية التى يتم بها نمو الأجنة أو تطورها.

6 ـ علم البيئة Ecology: وهو "علم تفاعل الحياة مع البيئة" وبعبارة أخرى: يدرس العلاقة بين الكائنات الحية، وبين البيئة المحيطة بهم، كيف يوثر كل منهما في لآخر.

7 ـ علوم التصنيف Taxonomy: وهو الفرع المختص بترتيب الأنواع المختلفة من الحيوانات تحت نظام معين، ووفقا لقاعدة معينة. عادة يعتمد التصنيف على أساس: التطور والرقى.

8 ـ علم الحفريات Palaentology: وهو يدرس الكائنات المنقرضة من خلال حفرياتها الباقية حتى اليوم

تصنيف : معلوماتية حيوية