ביולוגיה

אטימולוגיה

המילה ביולוגיה היא הלחם בין המילים היווניות "ביוס" (βίος) שמשמעותה חיים, ו-"לוגיה" (λογία) שמשמעותה "תורה". המילה ביולוגיה במובנה המודרני הוצגה כמושג עצמאי לראשונה בתחילת המאה ה-19 על ידי גוטפריד ריינהולד טרוויראנוס ועל ידי ז'אן-בטיסט דה לאמארק. המילה עצמה נטבעה ב-1800 על ידי קארל פרידריך בורדאך, אך היא מופיעה גם מספר שנים קודם לכן בספרו של קארולוס ליניאוס "Bibliotheca botanica" משנת 1736 ובכותרת הכרך השלישי של "Philosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologia" מאת מייקל כריסטוף חנוב, שפורסם ב-1766.

עקרונות הביולוגיה

ביולוגיה היא ענף מדע המבוסס על עקרונות השיטה המדעית. כשאר ענפי המדע, מבוססת הביולוגיה על תצפיות וניסויים, שבעזרתם מתפתחות תאוריות מורכבות ותחזיות לתופעות שלא נצפו עדיין. לצורך ניתוח של מערכות ביולוגיות יש להשתמש במקרים מסוימים בשיטות סטטיסטיות ובשיטות מתמטיות אחרות, אך לעומת תחומי מדע אחרים כמו פיזיקה, רווחים בביולוגיה גם תיאורים לא-מתמטיים למצבים שונים.
מדעי הביולוגיה מאופיינים על ידי מספר עקרונות ותפיסות-על:

מגוון

חרף האחידות הרבה שהוצגה כאן, המגוון הביולוגי הנצפה הוא עצום. המגוון מתבטא בשוני הרב בין יצורים שונים, החל בצורתם ובמבנם (מורפולוגיה), וכלה בתפקודם ובפעילותם (פיזיולוגיה). התהליך שהוביל למגוון זה הוא כאמור תהליך האבולוציה. ישנם מינים שהשוני ביניהם קטן יותר מהשוני בין כל אחד מהם למין אחר. הדמיון הזה מתפרש כקרבה אבולוציונית בין השניים, הגדולה מקרבתם למין השלישי. עיקרון זה הוא הבסיס לשיטות מיון עולם הטבע, אשר מסווגות וממיינות את היצורים החיים על פי תכונותיהם, בניסיון להתחקות אחר עברם האבולוציוני, או הפילוגנזה שלהם.
יחידת הארגון הבסיסית של מיון עולם הטבע היא המין. כל אורגניזם משתייך למין מסוים, הנבדל ממינים אחרים ביכולתו להתרבות עם בני מינו שלו ולהביא צאצאים פוריים. בדרך כלל קיימים גם הבדלים נוספים, הקשורים במבנה ובפעילות של כל מין. המינים מסווגים לקבוצות שונות (טקסונים שונים) על פי רמת קרבתם האבולוציונית, בסדר קרבה יורד: סוג, משפחה, סדרה, מחלקה, מערכה, וממלכה. כיום מחולקים כל המינים ברמת ההתייחסות הגבוהה ביותר לשלוש על-ממלכות: חיידקים קדומים, חיידקים אמיתיים ואיקריוטיים.
נוסף על אלו, מתקיימים בעולם מספר גופים מיקרוסקופיים שאינם נחשבים חיים, המקיימים קשר הדוק עם יצורים חיים ולעיתים נתפסים כטפילים. אלו הם הנגיפים, הווירואידים, והפריונים.

המשכיות

עד המאה ה-19 שררה האמונה כי צורות חיים יכולות להופיע באופן ספונטני תחת תנאים מסוימים (בריאה ספונטנית). ויליאם הארווי קרא תיגר על תפיסה זו בהכריזו כי "כל החי בא מביצה", מושג יסודי בביולוגיה המודרנית. פירוש הדבר הוא שיש המשכיות בלתי נפסקת של חיים מתחילתם ועד ימינו אלה, בכך שמקורו של כל אורגניזם ביצור שקדם לו.
מקובל להניח שכל היצורים החיים על פני כדור הארץ הם צאצאים של אב קדמון משותף (האב הקדמון הכולל) או מאגר גנים משותף. כיום מאמינים כי האב הקדמון המשותף העולמי של כל היצורים החיים הופיע לפני כ-3.5 מיליארד שנים. בדרך כלל רואים הביולוגים באוניברסליות של הקוד הגנטי ראייה חזקה לתאוריה של מוצא משותף עולמי (UDC) של כל היצורים בממלכות-העל (ראו מוצא החיים).

יחסי גומלין

כאמור, כל אורגניזם מגיב לסביבתו באופן מבוקר. יחסי הגומלין עם הסביבה מתבטאים כבר בפעולות החיים הבסיסיות, כגון צריכת מזון, רבייה והימנעות מסכנות אפשריות. כמו כן, האורגניזם מקיים יחסי גומלין הן עם סביבתו הדוממת (האָבִּיוֹטית) והן עם היצורים החיים הסובבים אותו (הסביבה הביוטית). עובדות אלו ממקמות כל אורגניזם ברשת מורכבת של יחסי גומלין עם סביבתו הביוטית והאביוטית. מורכבותה של רשת זו, שבה כל אורגניזם מקיים קשרים עם מרכיבים רבים במערכת האקולוגית, מקשה מאוד על חקר מערכות טבעיות. ליחסי הגומלין משמעות גדולה לגבי האורגניזם, שהרי הישרדותו והתרבותו תלויות בהם. כך, יחסי גומלין עם הסביבה, ומתוכם רמת התאמתו של מין לסביבה נתונה, יוצרים דגמי תפוצה שונים של אורגניזמים בעולם, מהווים חלק מרכזי במנגנון הברירה הטבעית והאבולוציה, ולמעשה מעצבים את המערכת האקולוגית בכללותה.

העת העתיקה

הביולוגיה התמסדה כדיסציפלינה מדעית רק במאה ה-19, אך שורשיה נעוצים במסורת ארוכה של חקר הרפואה והטבע, המגיעה עוד מיוון העתיקה ואף קודם לכן. אף כי לבני העולם העתיק היה ידע אנקדוטלי על בעלי חיים וצמחים, ובמקומות שונים (ביניהם מצרים והודו) נתגלו תיאורים של אנטומיה ופיזיולוגיה של יצורים חיים, הרי שתאוריה מסודרת של חקר החי התפתחה רק ביוון העתיקה, כשפילוסופים וחוקרים כמו היפוקרטס, אריסטו וגלנוס, ניסחו את חוקי הביולוגיה הראשונים. רובם של חוקים אלה התגלו במהלך ההיסטוריה כשגויים, אך הם עדיין מהווים את הסימן הראשון למחקר עולם החי. גלנוס שיכלל את תאוריית ארבע הליחות שהציע היפוקרטס והציג אותה כבסיס לידע הביולוגי על טיפוסים שונים של בני אדם. אריסטו, הגם שלא ביצע ניסויים מדעיים, ערך אלפי תצפיות בבעלי חיים בסביבתם הטבעית וקטלג למעלה מ-540 מינים של בעלי חיים. בתקופה זו כבר החלו להתגבש תפיסות ביולוגיות דוגמת תאוריית הרבייה הספונטנית שהייתה מקובלת עד המאה ה-17.

העידן האמפירי

בימי הביניים היה רוב העיסוק בביולוגיה לא יותר מפרשנות לכתבי אריסטו, אולם העניין המחודש באמפיריציזם בתקופת הרנסאנס וגילוי בעלי חיים וצמחים חדשים במסעי התגליות הובילו להתפתחויות חשובות בחקר החיים. במקביל חידשו אמני הרנסאנס, בהם לאונרדו דה וינצ'י, את המחקר באנטומיית האדם למטרות ייצוגו באמנות.
בתחילת המאה ה-17, בעקבות פיתוח המיקרוסקופ, רוברט הוק ואנטוני ואן לוונהוק היו הראשונים לתאר (גם באיורי בעלי מקצוע) תאים חיים, בעקבות תצפיות שערך בתאי שעם. מאוחר יותר נצפו דרך המיקרוסקופ יצורים חד-תאיים - כגון חיידקים וספרמטוזואה - וכן תאי דם אדומים. במאה ה-18 החלו חוקרי טבע (ביניהם ליניאוס ובופון) לבנות מערכת מושגית שתאפשר מיון מדעי של המגוון הביולוגי ופענוח מסודר של מאובנים.
רק במאה ה-19 החלה להתערער החלוקה שהייתה נהוגה עד אז בין 'חקר הטבע' (Natural History), העוסק במיון ובסיווג בעלי החיים וסביבותיהם, ובין הרפואה, העוסקת בחייו ובמחלותיו של האדם. מתוך המגע בין התחומים נוצרו תחומים חדשים שהיוו בסיס לביולוגיה המודרנית - ציטולוגיה, בקטריולוגיה, חקר האבולוציה ועוד. בתחילתה של מאה זו פיתח לאמארק את התאוריה הראשונה שדחתה את תזת אי-ההשתנות של המינים, והניחה את היסוד לאבולוציה. בעקבות תורתו של לאמארק הועלו תאוריות אבולוציוניות נוספות, בהן תורת הברירה הטבעית של צ'ארלס דרווין המהווה את הבסיס למדע האבולוציה כיום. במקביל התקדם הידע האנושי בפיזיולוגיה של בעלי החיים והאדם, התפתחה התאוריה של התא, שקבעה את התא כבסיס החיים, והחיידקים זוהו כגורם למחלות.

תורשה וגנטיקה

לקראת סוף המאה ה-19 נפגשו המחשבה האבולוציונית וחקר התא במסגרת העיסוק בתורשה. בשנת 1900 נתגלו מחדש ממצאיו של הנזיר האוסטרי גרגור מנדל, שערך כבר ב-1866 סדרת ניסויים חשובים על תורשה בצמחים. ניסוייו של מנדל והכללים שניסח הפכו לבסיס של דיסציפלינה ביולוגית חדשה - גנטיקה. דיסציפלינה זו התפתחה במהירות בארצות הברית בסדרת ניסויים שביצעו תומאס האנט מורגן ותלמידיו, ובשנות ה-30 נוצרה מתוך הגנטיקה של אוכלוסיות וחקר הברירה הטבעית תורה חדשה של התפתחות אבולוציונית, המכונה הסינתזה האבולוציונית המודרנית.
במקביל הונח הבסיס לביוכימיה במחקרים שגילו בין השאר את תפקידם של הוויטמינים ואת הדרכים שבהם פועלת המערכת המטבולית בבעלי חיים ובאדם. המחקר הביוכימי אפשר עיסוק בגנטיקה גם ברמה המולקולרית, והוביל לריכוז מאמצים רבים בזיהוי ביוכימי של היחידה הבסיסית של התורשה, הגן. מאמצים אלה נשאו פרי ב-1953, כאשר ווטסון וקריק גילו את מבנה ה-DNA, המולקולה הנושאת את הקוד הגנטי. התגלית הובילה לעיסוק נרחב במולקולה זו ובתהליכים הקשורים אליה, עיסוק שהגיע לשיאו בין השאר בפרויקט גנום האדם. יישומים אלו ואחרים הביאו לראשונה להתפתחותו של מדע יישומי מתוך הביולוגיה - ביוטכנולוגיה - ויצרו את האפשרות להנדסה גנטית.
בראשית המאה ה-20 התפתח 'חקר הטבע' מעיסוק המבוסס על תצפיות בלבד לדיסציפלינה מדעית המשתמשת גם בניסויים מבוקרים ובשיטות מדידה כמותיות, ומושתתת על בסיס תאורטי. במחצית הראשונה של המאה התפתחו מושגים כגון שרשרת מזון ומערכת אקולוגית, והונח הבסיס לאקולוגיה כדיסציפלינה עצמאית, העוסקת ביחסי הגומלין בין בעלי חיים לסביבתם. לקראת סוף המאה ה-20 התגלעה תהום בין ביולוגיה של אורגניזמים - תחומים כגון אקולוגיה, ביולוגיה התפתחותית, חקר האבולוציה, פלאואנתרופולוגיה ודיסציפלינות אחרות העוסקות באורגניזם כולו או בקבוצות של אורגניזמים - לבין ביולוגיה מולקולרית - תחום כגון ביולוגיה תאית, ביוכימיה, ביופיזיקה ועוד. עם זאת, לקראת תחילת המאה ה-21 מתחילה הפרדה זו להתפורר, כאשר ביולוגים של אורגניזמים פונים יותר ויותר לשיטות מולקולריות ואילו ביולוגים מולקולריים מתמקדים יותר ויותר ביחסי הגומלין בין גנים לסביבה ובמגוון הגנטי של אוכלוסיות בעלי-חיים. עיסוק זה מתבטא בין השאר בחקר מנגנונים נוספים של תורשה מעבר לתורשה הגנטית, תחום המכונה אפיגנטיקה.

חזית המחקר ומבט לעתיד

מספר תחומים בביולוגיה נחשבים כנחקרים ביותר כיום, וכפורצי דרך בעתיד הקרוב. נסקור כאן בקצרה את העיקריים שבהם.

ביולוגיה בישראל

את המחקרים הביולוגיים הראשונים שנערכו בארץ ישראל ביצעו חוקרי טבע זרים במאה ה-19, שתיעדו את החי והצומח באזור. בתחילת המאה ה-20 החל עיסוק לא מאורגן במחקר ביולוגי שימושי בתחומי הרפואה והחקלאות על מנת לסייע ליישוב היהודי המתגבש; ביניהם ניתן למנות את אהרון אהרונסון ואת יצחק אלעזרי-וולקני (על שמו מכון וולקני). מחקר של ממש בביולוגיה החל בארץ ישראל רק ב-1922, עם הקמת 'המכון לחקלאות ומדע-טבע' בתל אביב, שבראשו עמדו וולקני ואוטו ורבורג. ב-1925, עם הקמת האוניברסיטה העברית, היה בה מכון למיקרוביולוגיה, ובשנים הבאות הוקם בה 'מכון לחקירת טבע א"י', שהתבסס על יחידת חקר הטבע (בראשות ורבורג) מתוך 'המכון לחקלאות וחקר הטבע' בתל אביב (מכון זה פוצל בראשית שנות ה-30 למחלקות לבוטניקה וזואולוגיה). במקביל הוקם ב-1934 ברחובות מכון זיו (לימים מכון ויצמן למדע), ובו מחלקה לביוכימיה; מחקר בביולוגיה ממש החל במכון זה רק עם ההרחבה שעבר ב-1948, אז נפתחה בו מחלקה לגנטיקה של צמחים.
כיום עוסקים בישראל במחקר בתחום הביולוגיה בכל האוניברסיטאות וכן במספר מכוני מחקר, ביניהם מכון ויצמן למדע, המכון הביולוגי בנס ציונה, ומכון וולקני למחקר חקלאי. לימודי ביולוגיה לתואר ראשון מתקיימים בכל האוניברסיטאות וכן במספר מכללות, וניתן גם להשלים תואר בביוטכנולוגיה, ביופיזיקה, מדעי המוח, ביואינפורמטיקה ובתחומים נוספים.

השלכות תרבותיות ומוסריות

בהיותה מקושרת לסוגיות כגון מוצא החיים, מותר האדם ובריאות הציבור, נודעת לביולוגיה חשיבות רבה יותר בתחומי המוסר והחברה מאשר לרוב מדעי הטבע. להלן מספר תחומים שבהם מתמקדים יחסי גומלין אלה.

תורשה וחברה

מאז שנחקר לראשונה היה מנגנון התורשה וההתפתחות האבולוציונית מוקד לסערה חברתית. מצד אחד התנגדה הכנסייה הנוצרית בקביעות לתאוריית הברירה הטבעית, אשר שללה את מקומו של האל במעשה הבריאה, וניסתה להציג לה חלופות. עם התבססות הנאודרוויניזם כקונצנזוס מדעי, התמקד הוויכוח בשאלת לימוד האבולוציה בבתי הספר, לאחר שזה נאסר ממניעים דתיים, ומאוחר יותר בדרישה ללמד במקביל גם את הגישה הדוגלת בבריאה אלוהית כמקור לחיים ולאדם (בריאתנות). ויכוח זה ניטש גם היום.
בעוד שחוגי הדת דחו את האבולוציה, אימצו אותה בחום מספר הוגים חברתיים בשלהי המאה ה-19, שפיתחו תאוריות שונות של אבולוציה חברתית ותרבותית. כמה מהם השליכו את מסקנות תורת האבולוציה על המאבק בין גזעי האדם - גישה חסרת ביסוס מדעי שנקראה דרוויניזם חברתי ושימשה מאוחר יותר כאחד המקורות של תורת הגזע הנאצית. בסיס מדעי מעט רחב יותר היה לאאוגניקה, תנועה שתמכה בהשבחת הדורות הבאים באמצעות סוגים שונים של התערבות ברבייה ובתורשה, ביניהם עידוד רבייה של בעלי תכונות רצויות ועיקור בכפייה של 'בעלי תכונות שליליות' (ראו ברירה מלאכותית). תוכניות אאוגניות יושמו בארצות הברית, בשוודיה ובמדינות נוספות, אך הגישה ננטשה לאחר מלחמת העולם השנייה.
השפעה הפוכה - של החברה על הביולוגיה - ניתן לראות בעבודתו של הגנטיקאי הסובייטי ליסנקו בתחום הגנטיקה החקלאית. התאוריות של ליסנקו היו שילוב מבולבל בין דרוויניזם ולמרקיזם, אך מכיוון שעלו בקנה אחד עם הפרדיגמה המרקסיסטית ששלטה בברית המועצות באותה תקופה, הן הועלו על נס והוצגו כהישגים מדעיים מרשימים.
מפגש נוסף בין האבולוציה והפוליטיקה התרחש בשנות ה-70 של המאה ה-20, על רקע הסוציוביולוגיה, תאוריה של אדוארד או. וילסון המציגה חלק ניכר מההתנהגויות החברתיות האנושיות כתולדה ישירה של אבולוציה ברמה הגנטית. עמדה זו שומטת את הקרקע מתחת לגישות מרקסיסטיות ופמיניסיטיות הגורסות כי הבדלים התנהגותיים בין בני אדם בכלל (ובין גברים ונשים בפרט) הם השלכה של המבנה החברתי הדכאני ושלו בלבד. המתנגדים לסוציוביולוגיה (ולפסיכולוגיה האבולוציונית שהתפתחה ממנה) רואים בהן השלכה של תאוריות חברתיות ליברליות וקפיטליסטיות על העולם המדעי.