hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
شيفرة جينية
الشفرة الجينية، هي مجموعة من القواعد التي تستخدمها الخلايا الحية لترجمة المعلومات المُشفَّرة داخل المادة الوراثية (سلاسل DNA أو RNA المكوّنة من ثلاثيّات النوكليوتيدات أو الكودونات) إلى بروتينات. وتُنجَز عملية الترجمة بواسطة الريبوسوم، الذي يربط الأحماض الأمينية المُكوِّنة للبروتينات وفق ترتيب تُحدده الرسالة الجينية المحمولة على جزيء الحمض الريبي النووي الرسول (mRNA)، وذلك باستخدام جزيئات الحمض الريبي النووي الناقل (tRNA)، التي تقوم بحمل الأحماض الأمينية وقراءة mRNA ثلاث قواعد نيتروجينية في كل مرة.
تُظهر الشفرة الجينية درجة عالية من التشابه بين جميع الكائنات الحية، ويمكن عرضها في جدول بسيط يحتوي على 64 كودونًا.
شيفرة جينية
تُحدِّد الكودونات نوع الحمض الأميني الذي سيتم إضافته بعد ذلك أثناء عملية تخليق البروتين. وباستثناءات قليلة، تُشير كل ثلاثية نكليوتيدية (كودون) في سلسلة الحمض النووي أو الحمض الريبي إلى حمض أميني واحد. وتُشفَّر الغالبية العظمى من الجينات وفق نظام واحد (انظر جدول كودونات RNA). وغالبًا ما يُطلق على هذا النظام اسم الشفرة الجينية القياسية أو النموذجية، أو ببساطة الشفرة الجينية، على الرغم من وجود شفرات بديلة في بعض الحالات، مثل تلك الموجودة في الميتوكوندريا.
شيفرة جينية تاريخ
بدأت الجهود لفهم كيفية ترميز البروتينات بعد اكتشاف بنية الحمض النووي (DNA) عام 1953. وكان من أبرز المساهمين في هذا الاكتشاف الفيزيائي الحيوي البريطاني فرانسيس كريك وعالم الأحياء الأمريكي جيمس واتسون، اللذان كانا يعملان معًا في مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج. وقد افترضا أن المعلومات تنتقل من DNA إلى البروتينات، وأن هناك صلة بين الجزيئين.
كان الفيزيائي السوفيتي-الأمريكي جورج غاموف أول من وضع نموذجًا عمليًا لآلية تخليق البروتينات انطلاقًا من DNA. وقد افترض أن مجموعات من ثلاث قواعد نيتروجينية (ثلاثيات) تُستخدم لترميز الأحماض الأمينية العشرين القياسية التي تستعملها الخلايا الحية في بناء البروتينات. هذا الترميز الثلاثي يتيح حدًا أقصى من 64 احتمالاً (4³ = 64)، أي جميع التباديل الممكنة لأربع قواعد تُقرأ ثلاثًا ثلاثًا. وأطلق على هذا النموذج الذي يربط بين DNA والبروتينات اسم "شفرة الماس".
شيفرة جينية تاريخ
وفي عام 1954، أنشأ غاموف منظمة علمية غير رسمية تُدعى نادي ربطة RNA، بناءً على اقتراح من واتسون، وجمعت علماء من تخصصات مختلفة مهتمين بكيفية تخليق البروتينات من الجينات. لكن النادي كان يضم 20 عضوًا دائمًا فقط، كل منهم يُمثّل حمضًا أمينيًا واحدًا من الأحماض العشرين القياسية، بالإضافة إلى أربعة أعضاء فخريين يُمثّلون القواعد النيتروجينية الأربع للحمض النووي.
كان أول إسهام علمي للنادي، والذي وُصف لاحقًا بأنه "أحد أهم المقالات غير المنشورة في تاريخ العلم" و"أشهر ورقة غير منشورة في تاريخ البيولوجيا الجزيئية"، قدّمه فرانسيس كريك. ففي يناير 1955، وزّع كريك على أعضاء النادي ورقة مكتوبة على الآلة الكاتبة بعنوان: "حول القوالب المنقوصة وفرضية الوسيط: مذكرة لنادي ربطة RNA وقد وصفها واتسون لاحقًا بأنها "غيّرت كليًا الطريقة التي كنا نفكر بها حول تخليق البروتينات".
تنص فرضية الوسيط على أن الشفرة الثلاثية لا تنتقل مباشرة إلى الأحماض الأمينية كما ظنّ غاموف، بل يتم نقلها بواسطة جزيء وسيط يتفاعل مع الأحماض الأمينية. وقد تبيّن لاحقًا أن هذا الجزيء الوسيط هو الحمض النووي الريبي الناقل.
شيفرة جينية تاريخ
إن أول تجربة أثبتت أن الكودونات تتكوّن من ثلاث قواعد DNA كانت تجربة كريك، وبرينر، وبارنيت، وواتس-توبن.
وفي عام 1961، كان كل من مارشال نيرنبرغ وجي. هاينريش ماثاي[الإنجليزية] أول من كشف عن طبيعة الكودون. فقد استخدما نظامًا خاليًا من الخلايا لترجمة سلسلة من الحمض النووي الريبي مكوّنة فقط من اليوراسيل، ولاحظا أن البولي ببتيد الناتج يتكوّن حصريًا من الحمض الأميني فينيل ألانين. وبذلك استنتجا أن الكودون UUU يُرمّز للفينيل ألانين.
بعد ذلك، أُجريت تجارب في مختبر سيفيرو أوتشوا أظهرت أن سلسلة RNA مكونة فقط من الأدينين تُنتج بولي ببتيدًا يتكوّن من لايسين فقط، وأن سلسلة مكونة من السيتوسين تُنتج برولين فقط. وهكذا تم تحديد أن الكودون AAA يُرمز للايسين، وCCC يُرمز للبرولين. وباستخدام بوليميرات مختلطة، أمكن تحديد معظم الكودونات الأخرى.
شيفرة جينية تاريخ
وفيما بعد، أتمّ هار غوبيند خورانا تحديد باقي رموز الشيفرة الجينية. وسرعان ما نجح روبرت دبليو. هولي في تحديد بنية الحمض النووي الريبي الناقل (tRNA)، وهو الجزيء الوسيط الذي يسهل عملية ترجمة RNA إلى بروتين. وقد استند هذا العمل إلى أبحاث سابقة لأوتشوا، ما منحه جائزة نوبل في الطب أو علم وظائف الأعضاء عام 1959 لأبحاثه حول إنزيمات تصنيع RNA.
وفي امتداد لهذا المسار العلمي، قام كل من نيرنبرغ وفيليب ليدر بتأكيد أن الشيفرة الجينية ثلاثية القواعد، وتمكّنا من فك تشفير العديد من الكودونات. ففي تجاربهما، مُرّرت تراكيب مختلفة من mRNA عبر مرشّح يحتوي على ريبوسومات (العُضيّات المسؤولة عن ترجمة RNA إلى بروتين). وقد حفزت بعض الثلاثيات ارتباط جزيئات tRNA معينة بالريبوسوم. وبذلك تمكّن نيرنبرغ وليدر من تحديد تسلسل 54 من أصل 64 كودونًا. ونال كل من خورانا، وهولي، ونيرنبرغ جائزة نوبل في الطب عام 1968 تقديرًا لأعمالهم.
شيفرة جينية تاريخ
أما الكودونات الثلاثة التي تُشير إلى توقف الترجمة، فقد سُمّيت على يد مكتشفيها ريتشارد إبستين وتشارلز ستاينبرغ. فقد أُطلق اسم "Amber" على أحدها تكريمًا لصديقهما هاريس برنشتاين، الذي يعني اسمه "العنبر" بالألمانية. ومن أجل الحفاظ على نمط التسمية بالألوان، سُمّيت الكودونات الأخرى "Ochre" (أحمر غامق) و"Opal" (أوبال).
يُعدّ مفهوم تطوّر الشيفرة الجينية في الأوساط الأكاديمية الواسعة من شيفرة بدائية وغامضة إلى شيفرة محددة بدقة ("متجمدة") تحتوي على مجموعة من 20 (+2) من الأحماض الأمينية القياسية، مفهومًا مقبولًا على نطاق واسع. ومع ذلك، هناك آراء ومفاهيم ومقاربات وأفكار مختلفة حول أفضل السُبل لتغيير هذه الشيفرة تجريبيًا. وقد اقتُرحت نماذج تتنبأ بـ"نقاط دخول" يمكن من خلالها غزو الشيفرة الجينية بأحماض أمينية اصطناعية.
شيفرة جينية تاريخ
منذ عام 2001، أُدرجت 40 حمضًا أمينيًا غير طبيعي في البروتينات، وذلك من خلال إنشاء شفرة وراثية فريدة (إعادة ترميز) وزوجٍ مرافق من الحمض النووي الناقل (tRNA) وإنزيم tRNA-سينثيتاز، بهدف ترميز هذه الأحماض بخصائص فيزيائية-كيميائية وبيولوجية متنوعة، تُستخدم أداةً لاستكشاف بنية البروتين ووظيفته، أو لإنشاء بروتينات جديدة أو محسّنة.
قام ه. موراكامي وم. سيسيدو بتمديد بعض الكودونات لتتكون من أربع وخمس قواعد نيتروجينية. أما ستيفن أ. بينر[الإنجليزية]، فابتكر كودونًا وظيفيًا رقم 65 يعمل داخل الكائنات الحية.
وفي عام 2015، أبلغ ن. بوديسا ود. سول وزملاؤهما عن استبدال كامل لجميع بقايا الحمض الأميني تريبتوفان البالغ عددها 20,899 (ذات الكودون UGG) بحمض أميني غير طبيعي يُدعى ثيينوبيرول-ألانين في الشيفرة الجينية لبكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli).
وفي عام 2016، تم إنشاء أول كائن حي نصف اصطناعي مستقر، وهو بكتيريا (أحادية الخلية) تحتوي على قاعدتين نيتروجينيتين اصطناعيتين (أُطلق عليهما X وY)، وقد نجت هاتان القاعدتان من عملية انقسام الخلية.
وفي عام 2017، أفاد باحثون في كوريا الجنوبية بأنهم هندسوا فأرًا يمتلك شيفرة جينية موسعة تمكّنه من إنتاج بروتينات تحتوي على أحماض أمينية غير طبيعية.
وفي أيار/مايو 2019، أعلن باحثون عن إنشاء سلالة جديدة من بكتيريا الإشريكية القولونية أُطلق عليها اسم "Syn61"، وهي سلالة ذات جينوم اصطناعي بالكامل أُعيد تصميمه (توسعة جميع التداخلات)، وأُعيد ترميزه (بحذف استخدام ثلاث من أصل 64 كودونًا حذفًا تامًا)، كما عُدّل الجينوم أكثر بحذف الجزيئات المرتبطة بتلك الكودونات، مثل tRNA وعوامل الإنهاء التي أصبحت غير ضرورية. وقد تبيّن أن هذه السلالة قابلة للحياة تمامًا، إلا أن معدل نموها أبطأ بمقدار 1.6 مرة مقارنة بالسلالة البرية المقابلة لها والمعروفة باسم "MDS42".
شيفرة جينية السمات البارزة
هذه الشفرة يقول عنها العلماء : انها تحمل كل الصفات الخِلْقِيَّة للكائن الحي، وهذه الشفرة امرها غريب .،
لان نصف هذه الصفات الخلقية، يرثها الجنين عن الأب، ويرث النصف الآخر عن الام، وتُحمَل هذه الشفرة فيما يسمى (بالكروموسومات أو الصبغيات ) . وهي مختزنة في نواة كل خلية. وعدد الكروموسومات أو الصبغيات هو عدد محدِّد للنوع، وكل نوع له عدد محدَّد من هذه الصبغيات، فالإنسان مثلا في خليته ( 46 كروموسوم ) موجودة في (23 زوج) .
هذا بالنسبة للصفات الخلقية للمولود مثل لون العينين ولون الشعر، والشكل (الوجه واليدان والذراعان والرجلين) ، والطول والعرض، وكذلك صفات معنوية مثل الذكاء والمواهب، وصفات صحية مثل حساسية لسكر اللبن حساسية للجلوتين، احتمال التعرض مستقبلا لأمراض القلب أو السمنة، وغيرها.
شيفرة جينية السمات البارزة
أما الدنا الخاص بتركيب البروتينات فهو موجود في متقدرة الخلية ؛ حيث عمليات الأيض (إستقلاب) وإنتاج الطاقة تقوم بها المتقدرات.
يتم تعريف تسلسل معلومات النظام الجيني من النوكليوتيدات الأولي التي تبدأ من الترجمة. على سبيل المثال، سلسلة GGGAAACCC، إذا قُرأت من الموضع الأول (من اليمين إلى اليسار) يحتوي على الكودونات GGG، AAA ، CCC؛، وإذا قرأت من الموضع الثالث (من اليمين إلى اليسار) ، نجد الكودونين المتتابعين AAC و GGA ، بهذا تختلف تركيبات البروتينات الناتجة.
:330
معنى ذلك أن الجزيئات الناتجة تختلف حسب موضع بدء القراءة. يقوم الرنا بقراءة الشفرة ويترجمها وينتج منها الجزيء المناسب سواء كان جزيء بروتين أو إنزيم أو غيرها.
شيفرة جينية جدول كودونات الرنا (RNA)
الحمض النووي الريبوزي يُسمى اختصارًا رنا RNA، هو جزيء حيوي يتواجد تقريبًا لدى كل الكائنات الحية والفيروسات، كما يلعب أدوارًا متعددة في نقل و تشفير و فك تشفير وتنظيم التعبير الجيني من المعلومات الوراثية وتحفيز العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية. الرنا والدنا (DNA) هما أهم الأحماض النووية التي تُشكِّل أيضا البروتينات والليبيدات و السكريات المتعددة الضرورية للحياة. يتكون الرنا وكذلك الدنا من مجموعات ثلاثية من الجزيئات، تسمى كودونات . هذا الجزء من المقال يوضح تركيب بروتينات في جسم الإنسان من مختلف الكودونات. الكودونات هي أحماض أمينية بسيطة، تنتجها عمليات الهضم والاستقلاب من الغذاء. بعضها يمكن للجسم تكوينها والبعض الآخر لا بد للإنسان من تناولها عن طريق تنويع غذائه (غذاء صحي).
شيفرة جينية جدول كودونات الرنا (RNA)
A  تسلسل معلومات النظام الجيني يبدأ بالكودون AUG لالميثيونين ويعمل كموقع بدء قراءة البروتين: يظهر AUG في مقدمة تشفير حمض نووي ريبوزي رسول المنطقة حيث يبدأ ترجمتها إلى البروتين. كما يبدأ الكودون AUG بمقدمة الكودونات المتتابعة لتشكيل البروتين في حقيقيات النوى بواسطة mRNA المرسال وينتج نوعا آخر من الميثيونين ويرمز له ب (fMet/M). وكما نجد للبروتين بداية فله نهاية أيضا ؛ ينتهي بكودون توقف stop codon.
شيفرة جينية قراءات إضافية
Griffiths, Anthony J. F.; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. (1999). An Introduction to genetic analysis (ط. 7th). San Francisco: W.H. Freeman. ISBN:0-7167-3771-X. مؤرشف من الأصل في 2020-02-23.{{استشهاد بكتاب}}:  صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002). Molecular biology of the cell (ط. 4th). New York: Garland Science. ISBN:0-8153-3218-1. مؤرشف من الأصل في 2020-03-09.{{استشهاد بكتاب}}:  صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
Lodish, Harvey F.; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. (2000). Molecular cell biology (ط. 4th). San Francisco: W.H. Freeman. ISBN:0-7167-3706-X. مؤرشف من الأصل في 2020-02-21.{{استشهاد بكتاب}}:  صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
جسيم نووي
الجسيم النووي (بالإنجليزية: nucleosome)‏ عبارة الوحدة الأساسية المتكررة في بناء الصبغين (الكروماتين) حقيقي النوى والدنا حقيقي النوى وهو عبارة عن بروتينات هستونية مع دنا.
 تتواجد الجسيمات النووية في جميع خلايا حقيقيات النوى حيث تشكل معظم الكروماتين في هذه الخلايا باستثناء نوى الخلايا المنوية (sperm).
علم الأحياء الجزيئي
علم الأحياء الجزيئي أو البيولوجيا الجزيئية (بالإنجليزية: Molecular biology) هو علم يقوم بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء الدقيقة والكيمياء في عدة فروع ويتقاطع مع الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق وتخصصات. تهتم البيولوجيا الجزيئية بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية وبخاصة العلاقات بين الحمض النووي منقوص الأكسجين (حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين) والحمض النووي الريبوزي (حمض نووي ريبوزي) وعملية الاصطناع البروتيني إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية وكافة العمليات الحيوية.
يصف وليم أستبوري علم الأحياء 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 والخطوط العريضة لعلم الأحياء عن خطة جزيئية موافقة. إنه علم يهتم أساسا بأشكال الجزيئات الحيوية وبشكل أكثر تحديدا على البنى الثلاثية الأبعاد والتشكيلات البنيوية بحيث لا تقتصر فقط على الدراسة الشكلية مورفولوجيا  بل تتعداها لتدرس التشكل "genesis" و«الوظيفة»[بحاجة لمصدر].
علم الأحياء الجزيئي تاريخ علم الأحياء الجزيئي
يشكل علم الأحياء الجزيئي تقاطع الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة؛ ومع ظهور هذه التخصصات العلمية وتطورها في القرن العشرين، أصبح من الواضح أن كليهما سعى إلى تحديد الآليات الجزيئية التي تكمن وراء الوظائف الخلوية الحيوية. ارتبط التقدم في علم الأحياء الجزيئي ارتباطًا وثيقًا بتطوير التقنيات الجديدة وتحسينها. تم توضيح علم الأحياء الجزيئي من خلال عمل العديد من العلماء، وبالتالي يعتمد تاريخ المجال على فهم هؤلاء العلماء وتجاربهم.
نشأ مجال علم الوراثة من محاولات فهم مجموعة القواعد التي تقوم عليها التكاثر والوراثة، وطبيعة الوحدات الافتراضية للوراثة المعروفة بالجينات. كان جريجور مندل رائدًا في هذا العمل في عام 1866، عندما وصف لأول مرة قوانين الوراثة التي لاحظها في دراساته عن التهجينات في نباتات البازلاء. أحد هذه القوانين المتعلقة بالوراثة الجينية هو قانون الفصل، والذي ينص على أن الأفراد ثنائيي الصبغيات الذين لديهم أليلين لجين معين سوف ينقلون أحد هذين الأليلين إلى ذريتهم. وبسبب عمله النقدي، يشار إلى دراسة الوراثة الجينية عادةً باسم علم الوراثة المندلي.
علم الأحياء الجزيئي تاريخ علم الأحياء الجزيئي
كان اكتشاف بنية الحمض النووي DNA من أهم الإنجازات في علم الأحياء الجزيئي. بدأ هذا العمل في عام 1869 بواسطة فريدريش ميشر، وهو عالم كيمياء حيوية سويسري اقترح لأول مرة بنية تسمى النوكلين، والتي نعرفها الآن باسم (حمض الديوكسي ريبونوكلييك)، أو الحمض النووي. اكتشف هذه المادة الفريدة من خلال دراسة مكونات الضمادات المليئة بالصديد، وملاحظة الخصائص الفريدة لـ المواد المحتوية على الفوسفور. كان فويبوس ليفين أحد المساهمين البارزين في نموذج الحمض النووي، حيث اقترح نموذج البولينيوكليوتيد للحمض النووي في عام 1919 نتيجة لتجاربه الكيميائية الحيوية على الخميرة. في عام 1950، توسع إروين شارغاف في عمل ليفين وأوضح بعض الخصائص المهمة للأحماض النووية: أولًا، يختلف تسلسل الأحماض النووية عبر الأنواع. ثانيًا، يكون التركيز الكلي للبيورينات (الأدينين والجوانين) دائمًا مساويًا للتركيز الكلي للبيريميدينات (السيستين والثايمين). وهذا ما يعرف الآن بقاعدة شارغاف. في عام 1953، نشر جيمس واتسون وفرانسيس كريك البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي، استنادًا إلى عمل علم البلورات بالأشعة السينية الذي قامت به روزاليند فرانكلين والذي نقله إليهما موريس ويلكنز وماكس بيروتز. وصف واتسون وكريك بنية الحمض النووي وتكهنوا بالآثار المترتبة على هذه البنية الفريدة للآليات المحتملة لتكرار الحمض النووي. حصل واتسون وكريك على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب في عام 1962، جنبًا إلى جنب مع ويلكنز، لاقتراح نموذج لبنية الحمض النووي.
علم الأحياء الجزيئي تاريخ علم الأحياء الجزيئي
في عام 1961، أثبت أنه عندما يشفر الجين بروتينًا، فإن ثلاث قواعد متسلسلة من الحمض النووي للجين تحدد كل حمض أميني متتالي من البروتين. وبالتالي فإن الشفرة الوراثية عبارة عن شفرة ثلاثية، حيث يحدد كل ثلاثية (تسمى كودون) حمضًا أمينيًا معينًا. وعلاوة على ذلك، فقد تبين أن الكودونات لا تتداخل مع بعضها البعض في تسلسل الحمض النووي الذي يشفر البروتين، وأن كل تسلسل يقرأ من نقطة بداية ثابتة. وخلال الفترة 1962-1964، ومن خلال استخدام الطفرات القاتلة المشروطة لفيروس بكتيري، تم تحقيق تقدم أساسي في فهمنا لوظائف وتفاعلات البروتينات المستخدمة في آلية تكرار الحمض النووي، وإصلاح الحمض النووي، وإعادة تركيب الحمض النووي، وفي تجميع الهياكل الجزيئية.
علم الأحياء الجزيئي العلاقة بعلوم الأحياء الأخرى على المستوى الجزيئي
الباحثون في الأحياء الجزيئية استخدموا تقنيات محددة منشؤها علم الأحياء الجزيئي، ولكن مع تزايد الجمع بين هذه الأفكار من تقنيات وعلم الوراثة وعلم الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية مع أنه ليس هناك ترابط بين هذه المجالات كما كان من قبل. الشكل التالي يمثل مخطط علاقه بين بعض تلك المجالات
دراسة «المسوخ» الكائنات التي تفتقر الي واحد أو 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: دراسة الأسس الجزيئية من عمليه النسخ والاستنساخ والترجمة الجينية. العقيدة المركزية لعِلْمِ الأحياء الجزيئيِ حيث أنَّ مادّة وراثية نُسِختْ الـحمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين 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 الصورة يجري تنقيحها في ضوء الأدوار الجديدة الناشئه للرنا.
علم الأحياء الجزيئي العلاقة بعلوم الأحياء الأخرى على المستوى الجزيئي
مُعظم العملِ في علم الأحياء الجزيئي كمي، تم إنجاز الكثير من العمل المشترك في البيولوجيا الجزيئية وعلوم الحاسوب والمعلوماتية الحيوية وعلم الأحياء الحسابي. اعتبارا من مطلع القرن العشرين، ودراسة بنية الجينات وعلم الوراثة 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 وعلم الأحياء التطوريِ، أَو بشكل غير مباشر، حيث تقنيات علمِ الأحياء الجزيئيِ تستعمل لاستنتاج الخواص التأريخية من السكان أَو النوع، كما في مجالات علم الأحياء المتطورة مثل علمِ وراثة السكان وعلم الوراثة العرقي "phylogenetics". وهناك أيضا تقاليد عريقه دراسة الجزيئات البيولوجية «من الصفر» في الفيزياء الحيوية.
علم الأحياء الجزيئي تقنيات الأحياء الجزئية
منذ أواخر خمسينات وأوائل الستّينات، تعلم علماء الأحياء الجزيئي كيفية تمييز وعزل ومعالجة المكونات الجزيئية للخلايا والكائنات الحية. تتضمّن هذه المكونات 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 الخلية.
تتضمن استنساخ الجين المرمز للبروتين ضمن بلاسميد (ناقل). يجب أن يحتوي البلاسميد على ثلاثة عناصر أساسية وهي: أصل التضاعف، موقع للاستنساخ المتعدد، وواسم انتقائي غالبًا ما يكون جينًا مرمزًا؛ لمقاومة أحد الصادات الحيوية. قبل موقع الاستنساخ المتعدد يتوضع كل من منطقة المحفز، بالإضافة إلى موقع بدء الانتساخ، واللذين ينظمان التعبير عن الجين المستنسخ. بحسب البلاسميد المستخدم من الممكن ادخاله فيما بعد إلى نظام ترجمة، إما بدائي النوى كالبكتريا أو حقيقي النوى كخلايا الثدييات أو الحشرات.
علم التشكل (أحياء)
علم التشكل (بالإنجليزية: Morphology)‏ في علم الأحياء هو علم يهتم بدراسة شكل وبنية الكائنات الحية وخصائصها المميزة من ناحية المظهر الخارجي (الشكل، الهيكل، اللون، النمط، الحجم)، وكذلك شكل وبنية الأجزاء الداخلية، مثل العظام والأعضاء (التشريح). وذلك على النقيض من علم وظائف الأعضاء الذي يتعامل أساسا مع الوظيفة. وعلم التشكل هو فرع لعلوم الحياة يتعامل مع دراسة التركيب الظاهري للكائن الحي أو الأصنوفة والأجزاء المكونة له.
علم التشكل (أحياء) تاريخ علم التشكل
كلمة «مورفولوجيا» هي كلمة من اليونانية القديمة، حيث morphé أو μορφή تعني "form"، وλόγος أو lógos تعني «دراسة أو علم».
وفي حين أن مفهوم الشكل في علم الأحياء يعود إلى أرسطو، طوَّرَ مجال الشكل يوهان فولفغانغ فون غوته (1790)، وبشكل مستقل من قِبَل عالم التشريح والفيزيولوجي الألماني كارل فريدريش بورداخ (1800).
ومن بين أصحاب النظريات المهمين الآخرين في علم التشكل: لورنز أوكن، وجورج كوفييه، وإيتيان جوفري سانت هيلار، وريتشارد أوين، وكارل غيجنبور، وإرنست هيكيل.
وفي عام 1830، شارك كوفييه وسانت هيلار في نقاش مشهور، والذي يقال أنه يجسد الانحرافين الرئيسيين في التفكير البيولوجي في ذلك الوقت، وهو إذا ما كان هيكل الحيوان بسبب الوظيفة أو التطور.
علم التشكل (أحياء) علم التشكل والتصنيف
تختلف معظم الأصناف عن بعضها من حيث الشكل. ولكن هناك أنواع تتشابه إلى حد كبير خارجيا أو ربما متطابقة ظاهريًا، ولكن تكاثرها منفصل، بينما يمكن أن تكون هناك اختلافات مورفولوجية داخل نوع ما. وهناك مشكلة أخرى تتعلق بالاعتماد على البيانات المورفولوجية، وهي أن ما قد يبدو من الناحية الشكلية هو أن يكون نوعان متمايزان، ولكن يظهر في الواقع من خلال تحليل الحمض النووي أنهما نوعًا واحدًا. ويمكن دراسة أهمية هذه الاختلافات من خلال استخدام هندسة قياس التنامي، حيث يجري التلاعب بنوع واحد أو كلاهما بنسخ الأنواع الأخرى.
وتتضمن خطوة تقييم الشكل المورفولوجي بين سمات الأنواع المختلفة تقييما لمصطلحي التنادد (Homology) والتنادد الكاذب (homoplasy). ويشير التنادد بين الخصائص إلى أن هذه الميزات قد اشتقت من سلف مشترك، بينما يصف مصطلح التنادد الكاذب بين الخصائص إلى أنها يمكن أن تشبه بعضها البعض، ولكنها تستمد بشكل مستقل من خلال التطور المتوازي أو المتقارب.
علم التشكل (أحياء) علم تشكل الخلية ثلاثي الأبعاد
يتيح اختراع وتطوير المجهر الضوئي مراقبة ثلاثية الأبعاد لمورفولوجيا الخلايا عن طريق الدقة المكانية والزمنية العالية. وتلعب العمليات الديناميكية لمورفولوجيا تلك الخلايا التي يتحكم فيها نظام معقد دورًا مهمًا في عمليات بيولوجية مهمة متنوعة، مثل الاستجابات المناعية والتوغلية.
علم التشكل (أحياء) المصطلح في بعض العلوم
يشير مصطلح مورفولوجيا إلى علم دراسة الشكل والبنية دون اعتبار الوظيفة عادة. وخاصة في ما يلي:
تشريح
التَّشريح هو أحد فروع علم الأحياء، يُعنى بدراسة شكل وبنية الكائنات الحية وكذا أجزائها (أعضاء، أنسجة). يرتبط علم التشريح بطبيعته بعلم الأجنة، والتشريح المُقَارَن، وعلم الأحياء التطوُّري، لأنه من خلال العمليات التي تَدرُسُها هذه العلوم، ينشأ التشريح في إطار زمني فوري (علم الأجنة)، وعلى المدى الطويل (التطور). يُعتبر علم التشريح البشري بأحد العلوم الطبية الأساسية.[مبهم] ينقسم التشريح إلى تشريح عياني ومجهري. يُعنى علم التشريح العياني بفحص أجزاء جسم الحيوان باستخدام البصر. يتضمن التشريح العياني فرع التشريح السطحي. بينما يتضمّن التشريح المجهري استخدام أدوات بصريّة في دراسة أنسجة البُنى المختلفة، ويُعرف كذلك باسم علم الأنسجة، ويتضمن أيضاً دراسة الخلايا.
تشريح
اتّسم التشريح بالفهم التدريجي لوظائف أعضاء وبُنى الجسم البشري. وقد حسّنت الطرق في دراسة التشريح بشكل كبير، بدءاً من فحص الحيوانات، عبر تشريح جثثها وجِيَفِها، حتى وصلت لاستخدام تقنيات التصوير الطبية في القرن العشرين، بما في ذلك الأشعة السينية، والموجات فوق الصوتية، والتصوير بالرنين المغناطيسي. شَكَّل علما التشريح ووظائف الأعضاء زوجاً من العلوم التي تدرَّس غالباً معاً في اختصاصات عديدة، حيث يُدرِّس هذان العلمان بنية الجسم ووظائفه على التوالي.
تشريح التعريف
التشريح هو الدراسة العلمية لبنية الكائنات الحية، بما في ذلك الأجهزة والأعضاء والأنسجة. تشمل هذه الدراسة مظهر ووضعية الأجزاء المختلفة، والمواد التي تتألف منها هذه الأجزاء، ومواقعها وعلاقاتها مع بعضها. علم التشريح منفصلٌ بشكل واضح عن علم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية، حيث تتعامل هذه العلوم مع وظائف تلك الأجزاء والعمليات الكيميائية التي تجري. على سبيل المثال، يهتم المُشرِّح بشكل، وحجم، وتوضُّع، وبنية، والتروية الدموية، وتعصيب الكبد، بينما يهتم عالم وظائف الأعضاء (الفيزيولوجي) في عملية إنتاج الصفراء، ودور الكبد في التغذية، وتنظيم وظائف الجسم.
يمكن تقسيم التشريح إلى عدد من الفروع، منها التشريح العياني والمجهري. التشريح العياني هو دراسة البنى التي يكون حجمها كبيراً بما يكفي رؤيتها بالعين المجرّدة، يتضمّن التشريح العياني فرع التشريح السطحي، وهو دراسة ملامح الجسم الخارجية. بينما يُعنى التشريح المجهري بدراسة البنى على المستوى المجهري، بما في ذلك الأنسجة (علم الأنسجة)، ودراسة أعضاء الكائن الحي في حالتها غير الناضجة (علم الأجنة).
تشريح التعريف
يُمكن أن يُدرس التشريح بوسائل خارجية أو غير خارجية بهدف الحصول على معلومات حول بنية وتنظيم الأعضاء والأجهزة. تتضمن الأساليب المستخدمة التشريح وهو فتح الجسم ودراسة أعضاءه، وتتضمن أيضاً التنظير حيث يتم إدخال أداة مزوّدة بكاميرا فيديو عبر شق صغير في جدار الجسم حيث يُستخدم هذا الأسلوب لاستكشاف الأعضاء وغيرها من الهياكل. كذلك أسلوب تصوير الأوعية الدموية باستخدام الأشعة السينية، أو تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي هي أساليب مستخدمة لتصوير الأوعية الدموية.
عادة ما يُقصد بمصطلح «التشريح» تشريح الجسم البشري. على أيّ حال، فإن الكثير من البنى والأنسجة مشتركة في مملكة الحيوان، وتشمل هذه الإشارة في مصطلح «التشريح»، تشريح باقي الحيوانات. كما أن مصطلح «علم تشريح الحيوان» يستخدم عادةً للإشارة للحيوانات على وجه الخصوص. بينما تكون بنى وأنسجة النباتات متشابهة على نحو كبير وتُدرس في علم تشريح النبات.
تشريح الأنسجة الحيوانية
تحتوي المملكة الحيوانية على الكائنات متعددة الخلايا، وهي كائنات غيريّة التغذية وقادرة على الحركة (على الرغم من كون بعضها قد اعتمدت على أسلوب الحياة المتحركة بشكل ثانوي). معظم الحيوانات لديها أجسام تتكون من أنسجة منفصلة. لدى هذه الكائنات حجرة داخلية للهضم، مزوّدة بفتحة أو فتحتين، كذلك يتم إنتاج الأمشاج في الأعضاء التناسلية متعددة الخلايا، وتتضمن البيضة الملقّحة مرحلة الأرومة في التطوّر الجنيني. لا تشتمل المملكة الحيوانية على الإسفنجيات، على الرغم من امتلاكه خلايا عديدة إلا أنها غير متمايزة.
تشريح الأنسجة الحيوانية
على عكس الخلايا النباتية، لا تمتلك الخلايا الحيوانية جداراً خلويّاً، وكذلك لا تشتمل على صانعات خضراء. كذلك فإن الفجوات العصارية في حال وجودها، تكون في الخلية الحيوانية أكثر عدداً وأصغر حجماً من نظيرتها الموجودة في الخلايا النباتية. تتكون أنسجة الجسم من أنماط عديدة من الخلايا، بما في ذلك تلك الموجودة في الجلد، والعضلات، والأعصاب. كل خلية تمتلك غشاءً خلوياً يتكوّن من شحميات فوسفورية (فوسفوليبيدات)، وتمتلك أيضاً سيتوبلاسما (هيولى خلوية) ونواة. تُشتق كل الخلايا في الحيوان من الطبقات الإنتاشية الجنينية. تُدعى اللافقاريات الأبسط التي تتشكّل من طبقتين إنتاشيتين هما الأديم الظاهر والأديم الباطن بالكائنات مزدوجة الطبقة الإنتاشية، أما الحيوانات الأكثر تقدّماً والتي تتكوّن أعضاؤها وبناها من ثلاث طبقات إنتاشية، فتدعى بـثلاثية الأرومات. تُشتقّ جميع أنسجة وأعضاء الحيوانات ثلاثية الأرومات من الطبقات الإنتاشية الثلاث للجنين، وهي الأديم الظاهر، والأديم المتوسط، والأديم الباطن. تُصنّف الأنسجة الحيوانية في أربع مجموعات رئيسية هي: النسيج الضام، والظهاري، والعضلي، والعصبي.