الحياة هي خاصية تميز الكيانات المادية ذات العمليات البيولوجية، مثل عمليات الإشارة والاستدامة الذاتية، عن تلك التي لا تفعل ذلك، إما لأن هذه الوظائف توقفت، أو لأنها لم تكن لديها مثل هذه الوظائف مطلقًا وتم تصنيفها على أنها جماد.
في جوهرها، يتم تعريف الحياة من خلال مجموعة من المعايير، بما في ذلك القدرة على النمو، والتكاثر، والحفاظ على التوازن، والاستجابة للمحفزات، والتكيف مع البيئة مع مرور الوقت من خلال التغييرات التي تنتقل أثناء التكاثر. يغطي علم الأحياء ، وهو دراسة الحياة، نطاقًا واسعًا من الكائنات الحية بدءًا من البكتيريا البسيطة أحادية الخلية وحتى الكائنات المعقدة متعددة الخلايا مثل البشر.
تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا، مما يجعلها اللبنات الأساسية للحياة. يمكن للخلية أن تعمل بشكل مستقل أو كجزء من كائن متعدد الخلايا. تقوم الخلايا بالعمليات الكيميائية اللازمة للبقاء على قيد الحياة، بما في ذلك تحويل الغذاء إلى طاقة وصنع البروتينات.
هناك نوعان من الخلايا: بدائية النواة وحقيقية النواة . الخلايا بدائية النواة أبسط ولا تحتوي على نواة، مثل البكتيريا. تحتوي الخلايا حقيقية النواة الموجودة في النباتات والحيوانات على نواة وهياكل متخصصة أخرى تسمى العضيات.
علم الوراثة هو دراسة الوراثة والتنوع في الكائنات الحية. تحمل المادة الوراثية، DNA، تعليمات لتطور جميع الكائنات الحية وعملها ونموها وتكاثرها. تم اكتشاف بنية الحمض النووي، وهي حلزون مزدوج، من قبل جيمس واتسون وفرانسيس كريك، وكشفوا عن كيفية انتقال المعلومات الوراثية من الآباء إلى الأبناء.
يتضاعف الحمض النووي من خلال عملية تسمى الانقسام الفتيلي للنمو والإصلاح، والانقسام الاختزالي لإنتاج الأمشاج في التكاثر الجنسي. تتكون الشفرة الوراثية داخل الحمض النووي من أربعة نيوكليوتيدات (A، T، C، G)، والتي تحدد الخصائص والصفات الفيزيائية للكائن الحي.
التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي هو العملية التي تتغير من خلالها الكائنات الحية مع مرور الوقت نتيجة للتغيرات في السمات الجسدية أو السلوكية الموروثة. اقترح تشارلز داروين وألفريد راسل والاس أن تلك الكائنات الحية الأكثر ملاءمة لبيئتها هي أكثر عرضة للبقاء والتكاثر.
مثال: تطورت مناقير طيور الحسون في جزر غالاباغوس على مر الأجيال لتناسب نوع الطعام المتاح لها بشكل أفضل.
جميع الكائنات الحية تحتاج إلى طاقة للقيام بعمليات الحياة. الطاقة في النظم البيولوجية تأتي في المقام الأول من الشمس ويتم التقاطها بواسطة النباتات من خلال عملية تسمى التمثيل الضوئي . يمكن تمثيل معادلة عملية التمثيل الضوئي على النحو التالي: \(6CO_2 + 6H_2O + light \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2\)
تحصل الحيوانات على الطاقة عن طريق استهلاك النباتات أو الحيوانات الأخرى، وتكسير الطعام في عملية تسمى التنفس الخلوي ، والتي يمكن تلخيصها بعكس معادلة التمثيل الضوئي.
التوازن هو قدرة الكائن الحي على الحفاظ على ظروف داخلية ثابتة على الرغم من التغيرات الخارجية. وهذا يشمل تنظيم درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والترطيب، وأكثر من ذلك. على سبيل المثال، يتعرق البشر ليبردوا في الظروف الحارة، وهي استجابة مباشرة للحفاظ على التوازن.
يتكون النظام البيئي من جميع الكائنات الحية في منطقة معينة، بالإضافة إلى بيئتها المادية. ويشمل النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة والمياه والصخور والتربة. تتميز النظم البيئية بتدفق الطاقة عبر السلاسل والشبكات الغذائية، ودورة العناصر الغذائية.
تتفاعل الكائنات الحية مع بعضها البعض ومع بيئتها بطرق معقدة. تعد العلاقات بين المفترس والفريسة ، والتكافل (التبادلية، والتعايش، والتطفل)، والمنافسة أمثلة على هذه التفاعلات التي تلعب أدوارًا حاسمة في التوازن البيئي.
يشير التنوع البيولوجي إلى تنوع وتنوع الحياة على الأرض. ويحدث هذا التنوع على مستويات مختلفة، بما في ذلك تنوع الأنواع والتنوع الجيني والنظام البيئي. يعد التنوع البيولوجي العالي أمرًا بالغ الأهمية لأنه يساعد النظم البيئية على البقاء قادرة على الصمود، وتوفير الخدمات الأساسية للبشر مثل المياه النظيفة، والتلقيح، ومكافحة الأمراض.
تركز بيولوجيا الحفظ على حماية التنوع البيولوجي والحفاظ عليه من خلال إدارة النظم البيئية والحياة البرية. وتشمل الاستراتيجيات إنشاء مناطق محمية، واستعادة الموائل، وبذل الجهود لمكافحة التلوث وتغير المناخ.
تتضمن دراسة علم الأحياء البشري فهم تعقيدات الجسم البشري وأنظمته وكيفية تفاعلها لإبقائنا على قيد الحياة. وتشمل الأجهزة الهامة الجهاز الدوري، الذي ينقل الدم في جميع أنحاء الجسم؛ والجهاز التنفسي، الذي يمتص الأكسجين ويطرد ثاني أكسيد الكربون؛ الجهاز الهضمي، الذي يقسم الطعام إلى مواد مغذية؛ والجهاز العصبي الذي ينسق الأفعال والمعلومات الحسية.
تشكل صحة الإنسان والمرض أيضًا جزءًا أساسيًا من الدراسات البيولوجية، واستكشاف كيفية الحفاظ على الصحة من خلال النظام الغذائي وممارسة الرياضة والوقاية من الأمراض. تؤدي الأبحاث في علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية إلى تقدم في الطب، وتحسين تشخيص الأمراض وعلاجها.
مع تقدم التكنولوجيا، يتطور أيضًا فهمنا للحياة. تُحدث التكنولوجيا الحيوية، وهي استخدام الأنظمة والكائنات الحية لتطوير أو تصنيع المنتجات، ثورة في مجالات مثل الزراعة والطب والحفاظ على البيئة. توفر الهندسة الوراثية، بما في ذلك تحرير الجينات بتقنية كريسبر-كاس9، إمكانيات لعلاج الأمراض الوراثية وتحسين غلات المحاصيل.
علاوة على ذلك، تعمل البيولوجيا التخليقية، وهي فرع متعدد التخصصات من العلوم يجمع بين البيولوجيا والهندسة، على خلق أشكال جديدة من الحياة من خلال تصميم وبناء أجزاء وأنظمة بيولوجية جديدة أو إعادة تصميم الأجزاء والأنظمة القائمة لأغراض مفيدة. وقد يؤدي هذا إلى اختراقات في إنتاج الطاقة المتجددة، والمواد البلاستيكية القابلة للتحلل، وحتى إعادة تأهيل الكواكب الأخرى لجعلها صالحة للحياة البشرية.
وفي الختام، فإن استكشاف الحياة من المستوى المجهري للخلايا والجينات إلى التفاعلات المعقدة داخل النظم البيئية يكشف عن جمال وتعقيد العالم البيولوجي. ومن خلال دراسة علم الأحياء، نكتسب رؤى ليس فقط حول طبيعة وجودنا ولكن أيضًا حول الآليات التي تدعم الحياة على الأرض. وبينما نواصل كشف أسرار الحياة، نواجه اعتبارات أخلاقية ومسؤولية استخدام معرفتنا لصالح جميع الكائنات الحية والحفاظ على البيئة.
