العلوم الحياتية وأهميتها
B i o l o g i c a l S c i e n c e s a n d t h e i r I m p o r t a n c e
العلوم الحياتية Biological Sciences
ما العلوم الحياتيةُ Biological Sciences ؟
- تُعَدُّ فرعا منْ فروعِ العلومِ الطبيعيةِ.
- تهتمُّ بدراسةِ الكائناتِ الحيَّةِ، من ناحية خصائصها، وتصنيفها، وتركيبها، وعملياتها الحيوية،
وبيئاتها، والعلاقات التي تربطُ بعضَها ببعضٍ، وتتبُّعِ مراحلِ تطوُّرِها على مَرِّ العصورِ.
- تمثل مجالًا واسعًا منَ العلمِ، يُعْنى بجميعِ مناحي الحياةِ بالبحثِ والدراسةِ.
أتحقَّقُ: ما المقصودُ بالعلومِ الحياتيةِ؟
واحدًا منْ فروعِ العلومِ الطبيعيةِ التي تهتمُّ بدراسةِ الكائناتِ الحيَّةِ، بما في ذلكَ خصائصُها،
وتصنيفُها، وتركيبُها، وعملياتُها الحيويةُ، وبيئاتُها، والعلاقاتُ التي تربطُ بعضَها ببعضٍ.
فروع العلوم الحياتية Branches of Biological Sciences
تتفرع العلوم الحياتية إلى مجالات عديدة، وفي هذا الجدول بعضُ فروعِ العلومِ الحياتيةِ ومجالاتُها.
| علم البيئة |
دراسةُ العلاقاتِ التي تربطُ الكائناتِ الحيَّةَ بعضَها ببعضٍ، وبيئاتها. |
|
| علم الأحياء الدقيقة | دراسةُ الكائناتِ الحيَّةِ الدقيقةِ، والجُسَيْماتِ المُمْرِضةِ مثل الفيروساتِ وأشباهِها | |
| علم الخلية | دراسةُ تركيبِ الخليةِ الحيَّةِ ووظائفِها | |
| علم الحيوان |
دراسةُ الحيواناتِ، مثلَ: سلوكِها، وتركيبِ أجسامِها، وتصنيفِها |
|
| علم النبات | دراسةُ النباتاتِ، مثلَ: تركيبِها، وخصائصِها، وأمراضِها | |
| علم وظائف الأعضاء |
دراسةُ وظائفِ الأعضاءِ وأجهزةِ الجسمِ الحيويةِ. |
|
| علم الوراثة | دراسةُ المادةِ الوراثيةِ وتوارثِ الصفاتِ في الكائناتِ الحيَّةِ | |
| البيولوجيا الجزيئية |
دراسةُ تراكيبِ الجزيئاتِ الخلويةِ ووظائفِها، مثلِ: البروتيناتِ، والدهونِ. |
|
| علم التكنولوجيا الحيوية |
معالجةُ الكائناتِ الحيَّةِ أوِ الخلايا جينيًّا لإنتاجِ بعضِ الموادِّ، مثلِ: الهرموناتِ، والأطعمةِ المُعدَّلةِ جينيًّا. |
|
| علم الأنسجة | دراسةُ تركيبِ أنسجةِ الكائناتِ الحيَّةِ ووظائفِها، ودراسةُ الأنسجةِ المَرَضيةِ. | |
| علم الأحياء البحرية |
دراسةُ الكائناتِ الحيَّةِ التي تعيشُ في البيئةِ البحريةِ والمُسطَّحاتِ المائيةِ الأُخرى. |
| تعتمد التكنولوجيا الحيوية على التعديل الوراثي أو التعديل الجيني؛ معالجةُ الكائناتِ الحيَّةِ أوِ الخلايا جينيًّا بقطع جين محدد من كائن حي وإدخاله في المادة الوراثية لكائن حي آخر بحيث يتم التعبير عن خصائص الجين لإنتاجِ بعضِ الموادِّ، مثلِ: الهرموناتِ، والأطعمةِ المُعدَّلةِ جينيًّا |
أفكر كيفَ يُمكِنُ الربطُ بينَ علمِ التكنولوجيا الحيويةِ وعلمِ الوراثةِ؟ |
أهمية العلوم الحياتية Importance of Biological Sciences
تؤدّي العلومُ الحياتيةُ دورًا مهما في مختلفِ مناحي الحياةِ ومجالاتِها؛ إذْ تساعدُنا دراسةُ العلومِ الحياتيةِ على فهمِ بيئتِنا، والعالَمِ الحيِّ الذي يحيطُ بنا، والطرائقِ التي تعملُ بها أجسامُ معظمِ
الكائناتِ الحيَّةِ ، ومنها:
المجال الصحي: قدَّمَتْ بحوثُ العلماءِ معلوماتٍ مُهِمَّةً عنِ الأمراضِ وطرائقِ علاجِها والوقايةِ منْها وأسهمَتِ في تطويرِ الأجهزةِ الطبيةِ التشخيصيةِ والعلاجيةِ
المجال البيئي: البحوثُ البيئيةُ فقدَّمَتْ معلوماتٍ مُهِمَّةً أفضَتْ إلى اتِّخاذِ إجراءاتٍ مناسبةٍ لحمايةِ الأنظمةِ البيئيةِ والمحافظةِ على استقرارِها
المجال الزراعي: ساعدَتْ نتائجُ البحوثِ على تحسينِ الإنتاجِ النباتيِّ والإنتاجِ الحيوانيِّ، وزيادةِ إنتاجِ الغذاءِ.
كما أن العلومُ الحياتيةُ تشترك معَ العلومِ الأُخرى (مثلِ: الكيمياءِ، والفيزياءِ، والحاسوبِ) في تقدم المعرفة.
|
أبحث تُسهِمُ العلومُ الحياتيةُ في تحسينِ مستوى الحياةِ على سطحِ الأرضِ، وتُقدِّمُ حلولًا لمشكلاتٍ كثيرةٍ تُواجِهُ العالَمَ. أبحثُ في دورِ العلومِ الحياتيةِ في تقدُّمِ مختلفِ مجالاتِ الحياةِ، بما في ذلكَ الصحيةُ، والبيئيةُ، والزراعيةُ، والصناعيةُ، ثمَّ أكتبُ تقريرًا عنْ ذلكَ، ثمَّ أقرأُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفّ |
يُكتب تقرير ( لكل طالب طريقة) عن دورِ العلومِ الحياتيةِ في تقدُّمِ مختلفِ مجالاتِ الحياةِ، ويتضمن أهم الإنجازات التي قام بها العلماء في المجالُ الصحيُّ، والبيئيُّ والزراعيُّ، والصناعيُّ والتي من خلالها قدمت العلوم الحياتية خدمات مهمة للبشرية |
مراحل تطور العلوم الحياتية Stages of Biological Sciences Development
العلوم الحياتية كباقي العلوم جرى عليها التطوير والتحديث على مر العصور، انظر الصورة أدناه.
أتحقَّقُ أُوضِّحُ دورَ العربِ والمسلمينَ في تطوُّرِ العلومِ الحياتيةِ.
برعَ العلماءُ العربُ والمسلمونَ في العلومِ الحياتيةِ، وتُرجِمَت معظم مؤلفاتهم في هذا المجال إلى اللاتينيةِ، واستفادَ منْها الأوروبيونَ في عصرِ النهضةِ، وأسهمَتْ في تطوُّرِ العلومِ الحياتيةِ في أوروبا، ومن هذه المؤلفات: موسوعةُ (القانونُ في الطبِّ والعقاقيرِ) لابنِ سينا، وكتابُ ( الحيوانُ ) للجاحظِ.
|
أفكر أنا عالِمٌ مُتخصِّصٌ في العلومِ الحياتيةِ. ما الإنجازُ الذي أطمحُ إلى تحقيقِهِ؟ |
إجابات محتملة عالم بيئة: أهتم بحماية التنوع الحيوي وأضع حلولًا للمشاكل التي يتعرض لها حفاظًا على سلامةِ البيئةِ وصحةِ الإنسانِ. عالم في الأحياء الدقيقة: أهتم بتطوير لقاحات ضد الأمراض المعدية المستعصية مثل: الإيدز. عالم في البيولوجيا الجزيئيةُ: أقوم بتقديم دراسات وأبحاث تخص تركيب الجينات والتي يمكن استخدامها لاستهداف الأدوية الجديدة بكفاءة وتشخيص الأمراض وفهم بنية الجزيئات الخلوية بشكل أفضل. عالم تكنولوجيا حيوية: أهتم بتطوير سلالات من النباتات ذات إنتاجية عالية ومقاومة للأمراض. |
|
أبحث عنْ إنجازاتٍ أُخرى للعلماءِ أسهمَتْ في تطوُّرِ العلومِ الحياتيةِ في كلِّ عصرٍ أوْ حضارةٍ، ثمَّ أُعِدُّ فلمًا عنْ ذلكَ باستخدامِ برمجيةِ Movie Maker ، ثمَّ أعرضُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ. |
| إعداد الفلم يعتمد على مهارة الطالب نفسه. |
أدوات العلوم الحياتية Biological Sciences Tools
للأدوات المستخدمة في العلوم دور بارز في تطورها وذلك يعتمد على حداثة الأدوات المستخدمة في البحثِ والاستقصاءِ وهذهِ أبرزُ أدواتِ العلومِ الحياتيةِ التي يستخدمُها العلماءُ:
المجاهر الضوئية Light Microscopes
مراحل تطور المجاهر
- اختُرِعَ أوَّلُ مِجهَرٍ في بدايةِ القرنِ السابعَ عشرَ الميلاديِّ، المِجهَرُ البسيطُ الذي يحوي عدسةً واحدةً.
- ثم تطور إلى المِجهَرُ المُركَّبُ الذي يحوي عددًا منَ العدساتِ الشيئيةِ التي يُمكِنُ التبديلُ بينَها وعدسةً عينيةً واحدةً أوِ اثنتينِ،
- ثم المِجهَرُ التشريحيُّ الذي يختلف عن النوعين السابقين.
ملاحظات الاستخدام
يُراعى في العيِّنةِ المرادِ دراستُها باستخدامِ المِجهَرِ الضوئيِّ المُركَّبِ أنْ تكونَ قليلةَ السُّمْكِ، وشفّافةً بحيث يتخلَّلُها الضوءُ، خلافًا لِما يحدثُ في المِجهَرِ التشريحيِّ؛ إذْ تنعكسُ الأشعةُ الضوئيةُ عنْ سطحِ العيِّنةِ؛ ما يعني عدمَ الالتزامِ بأنْ تكونَ شفّافةً.
يعمل الضوءِ في المجاهرِ الضوئيةِ على تكوينِ صورٍ مُكبَّرةٍ للعيِّنةِ المرادِ دراستُها.
قوة التكبير Magnification
عددِ مَرّاتِ تكبيرِ المِجهَرِ لصورةِ العيِّنةِ
كيفية حساب قوة التكبير:
- يتعيَّنُ تعرُّفُ قوَّةِ تكبيرِ كلٍّ منَ العدسةِ العينيةِ، والعدسةِ الشيئيةِ المُستخدَمةِ.
- قوَّةُ التكبيرِ الكليةُ للمِجهَرِ الضوئيِّ المُركَّبِ= قوَّةَ تكبيرِ العدسةِ العينيةِ X قوَّةِ تكبيرِ العدسةِ الشيئيةِ.
توجدُ طريقةٌ أُخرى لحسابِ قوَّةِ التكبيرِ، تتمثَّلُ في تدريجِ Scale في المِجهَرِ، الذي يُمكِنُ بهِ قياسُ طولِ العيِّنةِ المُشاهدَةِ، أوْ حجمِها.
قوة التمييز Resolution
القدرةُ على التمييزِ بينَ نقطتينِ، إحداهما قريبةٌ منَ الأُخرى، بحيثُ يُمكِنُ رؤيتُهُما نقطتينِ مُنفصِلتينِ وهذا يعطي رؤيةِ تفاصيلَ أدقَّ للصورةِ المُتكوِّنةِ؛ فالمجاهرُ الضوئيةُ لها قوَّةُ تمييزٍ تتراوحُ بينَ(200 nm) وَ(250 nm)
|
تُستخدَمُ المعادلةُ الآتيةُ لحسابِ قوَّةِ التكبيرِ
|
مثالٌ: إذا كانَ طولُ صورةِ الخليةِ 50 mm ، وكانَ طولُ الخليةِ الحقيقيُّ 0.1 mm ، فإنَّ مقدارَ التكبيرِ هوَ (500 X)، حيثُ X عددُ المَرّاتِ، وأقصى تكبيرٍ واضحٍ لمِجهَرٍ ضوئيٍّ مُركَّبٍ هوَ (1500x). |
| أ- مجهر ضوئي مركب ............. ب- مجهر تشريحي | عدسات شيئية | عدسات عينية |
أتحقَّقُ: ما أجزاءُ المِجهَرِ الضوئيِّ المُركَّبِ؟
العدسات العينية، العدسات الشيئية، الضابط الكبير، الضابط الصغير، المنضدة، ضوابط المنضدة، الذراع، القاعدة، مصدر الضوء، الحجاب الحدقي، مثبت الشريحة.
أتحقَّقُ: أُوضِّحُ المقصودَ بكلٍّ منْ قوَّةِ التكبيرِ، وقوَّةِ التمييزِ.
قوة التكبير: عدد مرات تكبير المجهر لصورة العيّنة.
قوة التمييز: أقصر مسافة بين نقطتين، قريبتين من بعضهما البعض، بحيث يمكن رؤيتهما نقطتين منفصلتين.
المجاهر الإلكترونية Electron Microscopes
صُنِعَ أوَّلُ مِجهَرٍ إلكترونيٍّ عام 1931م، وقدِ استمرَّ التطوُّرُ في صناعتها خلالَ القرنِ العشرينَ الميلاديَّ.
مبدأ العمل:
تُستخدَمُ الإلكتروناتُ بدلًا منَ الضوءِ لتكوينِ صورةٍ مُكبَّرةٍ لعيِّنةِ الدراسةِ، تُظهِرُ تفاصيلَ أكثرَ دقَّةً مقارنةً بالمجاهرِ الضوئيةِ، تمتازُ الإلكتروناتُ بطولِها الموجيِّ الأقصرِ كثيرًا منَ الطولِ الموجيِّ
للضوءِ؛ لذا تتكوَّنُ في المجاهرِ الإلكترونيةِ صورًا ذاتَ تفاصيلَ أكثرَ دقَّةً منْ تلكَ التي تتكوَّنُ في المجاهرِ الضوئيةِ. فمثلًا، قوَّةُ تمييزِ المِجهَرِ الإلكترونيِّ منْ نوعِ SEM تُقدَّرُ بنحوِ 1 nm، وقوَّةُ تمييزِ
المِجهَرِ الإلكترونيِّ منْ نوعِ TEM تبلغُ 0.5 nm تقريبًا، في حينِ تصلُ قوَّةُ التكبيرِ في المِجهَرِ الإلكترونيِّ إلى أكثرَ منْ500000x)). يُطلَقُ على الصورِ المُتكوِّنةِ بوساطةِ المِجهَرِ الإلكترونيِّ اسمُ
الصورِ المِجهَريةِ الإلكترونيةِ.
تُصنَّيفُ المجاهرُ الإلكترونيةُ
|
المِجهَرُ الإلكترونيُّ النافذُ Transmission Electron Microscope (TEM) |
المِجهَرُ الإلكترونيُّ الماسحُ Scanning Electron Microscope (SEM) |
| الذي تتخلَّلُ فيهِ الإلكتروناتُ العيِّنةَ لتكوينِ صورةٍ مُكبَّرةٍ لها. | الذي يعتمدُ مبدأُ عملِهِ على انعكاسِ الإلكتروناتِ عنْ سطحِ العيِّنةِ لتكوينِ صورةٍ ثلاثيةِ الأبعادِ. |
عيوب المجاهر الإلكترونية
- لا يُمكِنُها إظهارُ الألوانِ في الصورِ؛ لأنَّها تتكوَّنُ بفعلِ الإلكتروناتِ لا الضوءِ،
- لا يُمكِنُ استخدامُها لدراسةِ الأنسجةِ الحيَّةِ أوِ الكائناتِ الحيَّةِ.
أتحقَّقُ: ما أنواعُ المجاهرِ الإلكترونيةِ؟
المجهر الإلكتروني النافذ والمجهر الإلكتروني الماسح.
|
أفكر أيُّ العيِّنتينِ دُرِسَتْ بالمِجهَرِ الإلكترونيِّ؟ أُبرِّرُ إجابتي. |
العينة غير الملونة التي في الأسفل؛ لأنها غير ملونة وتحوي تفاصيل أكثر عن تركيب البلاستيدة. |
|
أبحث ابحث في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ مراحلِ تطوُّرِ المجاهرِ واستخداماتِها، ثمَّ أُنظِّمُ زيارةً إلى إحدى الجامعاتِ الأردنيةِ لتعرُّفِ أنواعِ المجاهرِ الإلكترونيةِ المُستخدَمةِ فيها. |
|
إضاءات لمساعدة الطالب على البحث:
|
الحاسوب Computer
يُعَدُّ الحاسوبُ إحدى الأدواتِ المُهِمَّةِ للعلومِ الحياتيةِ؛ إذْ تُستخدَمُ برامجُهُ في عديدٍ منَ البحوثِ والأنشطةِ العلميةِ، مثلُ:
*- استخدامِ برنامجِ معالجةِ النصوصِ في كتابةِ التقاريرِ العلميةِ.
*- استخدامِ برنامجِ جداولِ البياناتِ في معالجةِ البياناتِ وتحليلِها وتحويلِها إلى مُخطَّطاتٍ ورسومٍ بيانيةٍ.
*- ربطُ بعضِ الأدواتِ والأجهزةِ بجهازِ الحاسوبِ؛ لجمعِ البياناتِ وتحليلِها، مثلِ:
أ) المِجَسّاتِ التي تُستخدَمُ في قياسِ درجةِ الحرارةِ لأجسامِ بعضِ الكائناتِ الحيَّةِ في أوقاتٍ مختلفةٍ.
ب) المِجَسّاتِ التي تُستخدَمُ في قياسِ الرقمِ الهيدروجينيِّ في البيئاتِ التي تعيشُ فيها بعضُ الكائناتِ الحيَّةِ.
توصَلُ تلك المجسات بآلات تصوير لمراقبةِ سلوكِ هذهِ الكائناتِ؛ ما يساعدُ على الرصدِ الدقيقِ للبياناتِ (القراءاتُ)، ويسمحُ بسرعةِ تحليلِها وعقدِ مقارناتٍ بينَها.
*- تستطيع أجهزةِ الحاسوبِ نمذجة عديدٍ منْ أجهزةِ الجسمِ في الكائناتِ الحيَّةِ؛ ما يُسهِّل دراستَها، واختبارَ عواملَ مختلفةٍ، مثلِ تأثيرِ الأدويةِ ومُسبِّباتِ الأمراضِ وغيرِها في أجهزةِ الجسمِ وأنشطتِها الحيويةِ، وتتمثَّلُ أهميةُ النماذجِ الحاسوبيةِ أيضًا في استخدامِها بدلًا منْ إجراءِ التجاربِ غيرِ الآمنةِ بصورةٍ مباشرةٍ.
*- استخدامُ البرامجِ الحاسوبيةِ في تحديدِ كيفيةِ انتشارِ مُسبِّباتِ الأمراضِ، والتنبُّؤِ بسرعةِ انتشارِها.
أتحقَّقُ: أُوضِّحُ أهميةَ البرامجِ الحاسوبيةِ في البحثِ العلميِّ.
استخدام البرامج الحاسوبية في العديد من البحوث والأنشطة العلمية، مثل استخدام برنامج معالجة النصوص في كتابة التقارير العلمية، واستخدام برنامج جداول البيانات في معالجة البيانات وتحليلِها وتحويلها إلى مخططات ورسوم بيانية، واستخدام البرمجيات في النمذجة وربط المجسات وقراءة البيانات.
|
أبحث ابحث في مصادرِ المعرفةِ المناسبةِ عنْ مشروعاتٍ علميةٍ كبرى أسهمَتْ في تطوُّرِ العلومِ الحياتيةِ، ثمَّ أُعِدُّ عرضًا تقديميًّا عنْها، ثمَّ أعرضُهُ أمامَ زملائي/ زميلاتي في الصفِّ. |
مشروع الجينوم البشري. مشاريع التكنولوجيا الرقمية. |
|
1) تقديم كل مظاهر الاحترام. 2) احترام أسرار المريض حتى بعد وفاته. 3) احترام الحياة البشرية. 4) عدم استعمال المعلومات الطبية ضد الإنسانية. 5) المعاملة بالمساواة. 6) احترام حرية المريض في الاختيار |
أبحث تُستخدَمُ بعضُ أدواتِ العلومِ الحياتيةِ في المجالِ الطبيِّ، مثلُ الأجهزةِ الخاصةِ بتحديدِ تركيبِ المادةِ الوراثيةِ في الأشخاصِ المُعرَّضينَ للإصابةِ بالأورامِ، والأشخاصِ ذوي الإعاقةِ. أبحثُ في أبرزِ الالتزاماتِ الأخلاقيةِ التي يتعيَّنُ مراعاتُها بهذا الخصوصِ، ثمَّ أُناقِشُ زملائي/ زميلاتي في نتائجِ بحثي. |
|
الربط بالتكنولوجيا أسهمَ التقدُّمُ التكنولوجيُّ في تطويرِ أدواتِ العلومِ الحياتيةِ. ومنْ ذلكَ استخدامُ الكاميرا الرقميةِ في تحسينِ أداءِ المِجهَرِ الضوئيِّ؛ إذْ يُمكِنُ بها مشاهدةُ صورةِ العيِّنةِ المُكبَّرةِ على شاشةِ الحاسوبِ، وإظهارُها بدقَّةٍ كبيرةٍ؛ ما يتيحُ لأكثرَ منْ طبيبٍ دراسةَ العيِّنةِ، ومناقشةَ تفاصيلِها؟ يُطلَقُ على المجاهرِ التي تُستخدَمُ فيها الكاميرا الرقميةُ اسمُ المجاهرِ الرقميةِ، وقدْ أصبحَ مُمكِنًا اليومَ وصلُها لاسلكيًّا بأجهزةِ الهواتفِ المحمولةِ باستخدامِ تقنيةِ الاتصالِ اللاسلكيِّ (Wi-Fi)؛ ما سهَّلَ على العلماءِ والباحثينَ التواصلَ في ما بينَهُمْ لتبادلِ الآراءِ والأفكارِ ووجهاتِ النظرِ في أثناءِ دراسةِ العيِّناتِ المِجهَريةِ. |