الحياة

خصائص الكائنات الحية


التكاثر


النمو


الأيض


الحركة


الاستجابة


التكيف


الكائنات الحية و بيئاتها


البيئة الطبيعية


البيئة الأحيائية


بنية الكائنات الحية


الخلايا


الأنسجة و الأعضاء و الأجهزة


الأساس الكيميائي للحياة


الكربوهيدرات


الدهنيات


البروتينات


الأحماض النووية


أصل الحياة


شروح دينية


قصة الخلق في الإسلام


نظرية التولد التلقائي


النظريات الحديثة


البحث عن الحياة على كواكب أخرى


أسئلة


________________________________________


الأميبا


الصبَّار


فرس النبي


الفيل
<>
الحيـاة. يواجه معظم الناس بعض الصعوبات، في التمييز بين الكائنات الحية والجماد. فمثلاً، من السهولة بمكان التعرف على الفراشة والحصان والشجرة بوصفها كائنات حية. وكذلك من السهولة التعرف على الدراجة، والمنزل والحجر بوصفها جمادات. ويَعُدُّ الناس الأشياء كائنات حية إذا كان لديها القدرة على القيام ببعض الأنشطة مثل النمو والتكاثر.
ومن ناحية أخرى، يجد علماء الأحياء أيضًا صعوبات شديدة في تعريف الحياة، على الرغم من معرفتهم الواسعة بالأحياء. وتكمن هذه الصعوبة في تحديد الخط الفاصل بين الكائنات الحية والجماد. فالفيروس على سبيل المثال، يُعدُّ جُسَيْمًا بدون حياة وهو خارج الخلية الحية، ولكنه يكون أكثر نشاطاً ويتكاثر بسرعة داخل الخلية الحية. وبدلاً من إيجاد التعريف الدقيق للحياة، ركَّز علماء الأحياء بعمق على فهم الحياة عن طريق دراسة الكائنات الحية نفسها. ويُطلق على العِلم الذي يهتم بدراسة الحياة اسم علم الأحياء، وهو ينقسم إلى عدة فروع تخصصية. فالكيمياء الحيوية مثلاً، تختص بالعمليات الكيميائية في الكائنات الحية. ويقوم علم الهندسة الوراثية بدراسة انتقال الخصائص الوراثية من الكائن الحي إلى نسله. وتزخر الحياة بعدة أنواع من الأحياء أو الكائنات الحية، تربو على مليوني نوع، وتتفاوت في أحجامها بداية من البكتيريا، التي تُرى بالمجهر إلى حيتان العنبر الزرقاء العملاقة. وبإمكان الكائنات الحية أن تعيش في مختلف الأجواء. فبعض الكائنات، تعيش في شمس الصحاري الحارقة، ويعيش بعضها الآخر في الغابات المشبعة بالرطوبة، وهناك كائنات أخرى، بإمكانها العيش في المياه القطبية المتجمدة. كما تختلف الكائنات الحية كثيرًا من حيث السلوك أو احتياجها للغذاء. وعلى الرغم من هذا التباين الشديد، إلا أن كل الكائنات الحية تتكون من نفس الفصائل الكيميائية، وتقوم كذلك بنفس أنواع التفاعلات الكيميائية.
لقد فكر العلماء طويلاً ومنذ أمد بعيد في الوصول إلى إجابات محددة عن سؤالين رئيسيين هما:1- كيف بدأت الحياة على سطح الأرض؟ 2- هل توجد كائنات حية في مكان آخر في العالم؟
ولازالت الأبحاث مستمرة على مختلف الكائنات الحية على الأرض. وقد تساعد هذه البحوث جموع المختصين في تكوين نظريات علمية، يكون بالإمكان إثباتها عن طريق التجارب العلمية.
خصائص الكائنات الحية
تشترك كل الكائنات الحية تقريبًا في بعض الخصائص الأساسية. وتشتمل هذه الخصائص على: 1- التكاثر 2- النمو 3- الأيض (التغيرات الكيميائية في الخلايا). 4- الحركة 5- الاستجابة 6- التكيف.
ولا يُظهر كل كائن حي كل هذه الخصائص. وقد يتمتع بعض الجمادات ببعض هذه الخصائص. وتُعدُّ الخصائص الست السابقة أساساً طبيعياً لكل الكائنات الحية.
التكاثر. هو الوسيلة التي تزداد بها أعداد الكائنات الحية. وهناك نوعان من التكاثر هما: 1- التكاثر الجنسي، 2- التكاثر اللاجنسي. ويُقصد بالتكاثر اللاجنسي خلق كائن جديد من كائن آخر موجود أساسًا. وهناك بعض أنواع الحيوانات والنباتات تتكاثر عن طريق التكاثر اللاجنسي. أما في حالة التكاثر الجنسي فيُخلق كائن جديد من اتصال نوعين من الخلايا الجنسية التي تأتي في معظم الحالات من والدين، أحدهما ذكر والآخر أنثى. ويتكاثر كلٌ من الإنسان، ومعظم الحيوانات والنباتات الراقية، عن طريق التكاثر الجنسي. انظر: التكاثر .
النمو. زيادة منتظمة تحدث في حجم الكائنات الحية، وهي في طريقها إلى النضج. فتنمو النباتات الخضراء عن طريق تناول الجزيئات البسيطة من ثاني أكسيد الكربون والماء، ثم تحويلها كيميائيًا إلى مواد معقدة، بينما تنمو الحيوانات عن طريق تناول الأطعمة المختلفة، ثم تحويل هذه الأطعمة إلى أنسجة حيوانية. وهذا النمو الحيوي يختلف عن التنامي. ففي هذه العملية يزداد حجم الجماد عن طريق تجمع طبقات جديدة على سطحه الخارجي. فمثلاً، بلورة الملح يزداد حجمها، ويكبر عن طريق تجمع طبقات جديدة من الملح على سطحها الخارجي. انظر: النمو.
الأيض. وهو يشمل كل العمليات الكيمياحيوية التي يتمكن الكائن الحي عن طريقها من تحويل الجزيئات والطاقة إلى أشكال بسيطة يمكن استعمالها. ويمد الأيض الكائن الحي بجزيئات البناء التي يحتاجها في نموه ونمو أنسجته الجديدة واستبدال الأنسجة البالية.
وتأتي جزيئات البناء نتيجة هضم المواد الغذائية داخل الكائن الحي. ويأخذ النبات طاقته عن طريق التركيب الضوئي، حيث تقوم النباتات بتخزين هذه الطاقة أثناء عملية التركيب الضوئي وتحويلها إلى مُركبات كيميائية. وتعتمد كل الأنشطة الحيوية الأخرى في كل من النباتات والحيوانات على تحويل هذه الطاقة إلى مركبات مفيدة. ويتم معظم هذا التحويل في الكائنات الحية عن طريق اتحاد المواد الغذائية مع الأكسجين. وتُعرف هذه العملية بالأكسدة، وعن طريقها ينتج كل من الماء، وثاني أكسيد الكربون، وجزيئات أخرى كثيرة من مُركبات الطاقة التي تسمى ثالث فوسفات الأدينوزين، والتي تخزن الطاقة في شكلها الحيوي، بحيث يمكن للكائن الحي الاستفادة منها وإطلاقها عند الحاجة. انظر: الأيض .


طائر البطريق تكيّف بشكل خاص على الحياة في المياه الثلجية. وتعمل طبقات سميكة من الشحم على تدفئته، كما تحولت أجنحة البطريق إلى زعانف مما يساعده على السباحة وليس الطيران.
الحركة. تتحرك كل الكائنات الحية بطريقة أو بأخرى. فالنباتات لها حركة داخلية تتمثل في انسياب العصارة في الأنسجة. ويمكن للنبات أن يميل في اتجاه الضوء، كما تُغلق أزهاره عندما يأتي المساء. أما الحركة في الحيوان فهي واضحة، وتختلف عن الحركة في النبات، لأن الحيوان يبحث بنفسه عن الطعام. وهناك بعض الحيوانات تتحرك داخليًا فقط. فالإسفنج مثلاً، يُحَرِك الماء المحمَّل بجزيئات الطعام في شكل دائري داخل جسمه الثابت.
الاستجابة. بإمكان الكائنات الحية أن تشعر وتستجيب للمتغيرات من حولها. وتسمى المتغيرات التي تصدر استجابة في الكائنات الحية المنبهات. فبعض المتغيرات كالضوء والحرارة قد تكون منبهات يستجيب لها الكائن الحي. وقد تأخذ هذه الاستجابة أشكالاً مختلفة، وإن كان معظمها يشتمل على نوع من أنواع الحركة. فالسلحفاة مثلاً، بإمكانها أن تنكمش داخل غطائها الدرقي، والنبات بإمكانه الاتجاه صوب ضوء الشمس، وبإمكان البكتيريا أن تسبح بعيدًا عن المواد الضارة.


أبسطُ الكائنات مثل البكتيريا (في الرسم أعلاه) تتألف من خلية واحدة ولا تشتمل على نواة مميزة.
التكيف. وهذه الخاصية تُمكن الكائن الحي من أن يعيش ويتكاثر بطريقة مُثلى داخل البيئة المحيطة به. ويشتمل هذا التكيّف على تغيُّر مورثات الكائن الحي (وحدات الوراثة) التي تنتقل من جيل إلى جيل. والكائنات الحية لكي تعيش وتتكاثر، لابد لها من التكيف مع المتغيرات طويلة الأمد في البيئة المحيطة. فمثلاً جعلت هذه الخاصية بعض أنواع الحشرات تقاوم المبيدات الحشرية. انظر: الانتخاب الطبيعي. وللكائنات الحية أيضًا قابلية للتكيف مع المتغيرات قصيرة الأمد في البيئة المحيطة. فمثلاً عندما يسافر شخص ما إلى قُطر غير قطره، يتكيف جسمه مع المتغيرات البيئية المحيطة به. انظر: التكيف.
الكائنات الحية وبيئاتها



الوحدات التركيبية للكائنات العليا
تعتمد الحيوانات والنباتات على البيئة المحيطة بها اعتمادًا كبيرًا، كما تعتمد أيضًا على الكائنات الأخرى الموجودة بالبيئة نفسها. وعلى البيئة أن توفر للكائن الحي بعض ضروريات حياته. فمثلاً كل الكائنات الحية ـ تقريبًا ـ تحتاج إلى الماء وبعض العناصر الكيميائية الأخرى التي يجب أن توفرها البيئة، إضافة إلى أن الحياة توجد فقط في مدى مُعيَّن من الحرارة. وتوجد كل الظروف الملائمة للكائن الحي على سطح الأرض أو بالقرب منه في جزء ضيق يُعرف بالغلاف (المحيط) الحيوي.
والعلم الذي يقوم بدراسة العلاقة بين الكائنات الحية والبيئة المحيطة يُعرف بعلم البيئة. والظواهر الطبيعية، كالتكوينات الجيولوجية والمناخ، والتربة تكوِّن ما يعرف بالبيئة الطبيعية للكائن الحي. وتكوِّن الكائنات الحية في المنطقة نفسها ما يُعرف بالبيئة الأحيائية للكائن الحي. انظر: البيئة، علم.
البيئة الطبيعية. تُحدِّد البيئة الطبيعية نوع النبات أو الحيوان الذي بإمكانه العيش في هذه المنطقة أو البيئة. فالمناطق ذات الأجواء الدافئة الكثيرة المياه تعيش بها أنواع مختلفة من الكائنات الحية. وهناك أنواع بعينها بإمكانها التأقلم والعيش في البيئات المعزولة. فمثلاً طائر البطريق الذي يعيش في أنتاركتيكا يشاركه عدد قليل جدًا من الكائنات الحية في العيش في بيئته الباردة. وهناك عدد قليل أيضًا من الطحالب والبكتيريا بإمكانه العيش في الينابيع الساخنة التي تصل درجة حرارتها إلى 85°م.
البيئة الأحيائية. تشكل الكائنات الحية التي تعيش في بيئة بعينها جماعات وعشائر. فكل الحيوانات والنباتات التي تعيش في مجموعات في منطقة معينة تكوِّن ما يُعرف بمجتمع الجماعات أو العشائر. وترتبط هذه الجماعات والعشائر بروابط قوية ومختلفة. وتقوم هذه الروابط والعلاقات بين الكائنات الحية ـ أساسًا ـ على طريقة الحصول على الطاقة والغذاء.
فبعض أنواع الحيوانات تتغذى بالنباتات، بينما يتغذى بعضها الآخر بالحيوانات. وتحصل بعض الكائنات الحية على غذائها من بقايا الفضلات المتحللة والمتعفنة في الكائنات الأخرى. وهناك علاقات أخرى تربط بين الكائنات الحية من أهـمها: 1- التنافـس 2- التطفل 3- تبادل المنفعة.
التنافس يحدث عادة عند وجود اثنين أو أكثر من الكائنات الحية، التي تتنافس على نفس المصدر كالطعام أو المأوى. وقد يقع هذا التنافس بين أعضاء من جماعات مختلفة أو بين أعضاء من الجماعة نفسها.
التطفل ينشأ عندما يعيش كائن ما داخل كائن آخر، أو على كائن آخر. ويُسمى الكائن الثاني العائل؛ حيث يقوم الكائن الطفيلي بأخذ طعامه من أنسجة العائل أو جهازه الهضمي. فالدودة الشريطية مثلاً، تقوم بامتصاص الغذاء المهضوم من أمعاء عائلها وتتغذى به.
تبادل المنفعة هو ارتباط كائنين من جماعات مختلفة. فمثلاً تجمع بين الطحالب والفطريات روابط قوية، فتعيش معًا وتكون ما يُعرف بالأُشْنة. وتصنع الطحالب الغذاء، بينما تقوم الفطريات بامتصاص المياه والأملاح المعدنية الذائبة التي تعجز الطحالب عن امتصاصها.
بنية الكائنات الحية
تتكون كل الكائنات الحية من خلايا. وأبسط الكائنات الحية تكون أحادية الخلية. ولكن الكائنات المعقدة التركيب كالكلب والإنسان تتكون من بلايين الخلايا.
تعيش أبسط الكائنات الحية ـ والتي تشتمل على البكتيريا وأنواع كثيرة من الطحالب والأوليات ـ حياتها كلها منفردة. ولكن بعض الأنواع الأخرى من الطحالب والأوليات تحيا في مستعمرات. وتتكون هذه الكائنات من مجموعات ذات ترتيب بسيط من الخلايا المتماثلة، بينما تتكون معظم فصائل الحيوانات والنباتات من كائنات متعددة الخلايا، ولكلِّ نوع منها وظيفته الخاصة.
ومن أبسط الحيوانات متعددة الخلية الإسفنج والسمك الهلامي. وللإسفنج خلايا متخصصة، ولكنه يشبه الكائنات التي تحيا فى مستعمرات. وإذا فصلت خلايا الإسفنج فإنها تستطيع أن تتحد مرة أخرى لتكون كائناً جديداً. أما السمك الهلامي فله تكوين أكثر تنظيماً، يحتوي على أنسجة متخصصة. وتحتوي الحيوانات الراقية على أعضاء وأجهزة.
الخلايا. تغطى كل خلية بغطاء رقيق يسمى الغشاء الخلوي، يحيط بها ويفصلها عما حولها. وكل الخلايا ـ باستثناء البكتيريا ـ تحتوي على جزءين رئيسيين، وهما النواة والسايتوبلازم. ويحيط بالنواة غشاء نووي يفصلها عن السايتوبلازم. وتحتوي النواة على الصبغيات (الكروموزومات) وهي المادة الوراثية التي تحمل كافة الأوامر المتعلقة بأنشطة الخلية تقريبًا. ويحتوي السايتوبلازم على أنواع كثيرة من المكونات المتخصصة تسمى عضيات. ولكل نوع من هذه العضيات وظيفة محددة، مثل تصنيع البروتينات أوتحويل طاقة المواد الغذائية إلى صور قابلة للاستخدام.
ولا تحتوي البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقَّة على عضيات ولا على نواة بالصورة المعروفة. هذه الخلايا يطلق عليها اسم خلايا بدائية النواة. ويسمي علماء الأحياء الأنواع الأخرى من الخلايا حقيقية النواة لأنها تحتوي على نواة حقيقية.
الأنسجة والأعضاء والأجهزة. تحتوي الكائنات الحية الراقية على خلايا خاصة، تتجمع بعضها مع بعض، لتكون بناء أكبر وأكثر تعقيدًا. ويتكون النسيج من مجموعة الخلايا ذات التصميم والوظيفة المتماثلة. وتشتمل الأنسجة الحيوانية على الأنسجة العضلية والأنسجة العصبية، كما تحتوي النباتات على أنواع متعددة من الأنسجة. فمثلاً يحمل النسيج المسمى بالخشب، الماء والمعادن من الجذور إلى بقية أجزاء النبات.و تكون الأعضاء وحدة البناء والوظيفة في الكائنات الراقية. ويتكون العضو من أنواع مختلفة من الأنسجة. فقلب الإنسان مثلاً يتكون من نسيج عضلي، ونسيج عصبي و نسيج ضام. والأعضاء الحيوانية الأخرى تشمل الدماغ والكبد والكلى. أما الأعضاء الأساسية في النباتات المزهرة فهي الجذور والسيقان والأوراق والأزهار.
وفي الحيوانات الراقية، نجد أن كل وظيفة مهمة من وظائف الحياة تقوم بها مجموعة من الأعضاء التي تعمل معًا. وهذه المجموعة تُسمى الأجهزة. وأهم الأجهزة الجهاز الدوري، والجهاز الهضمي، والجهاز التناسلي.
الأساس الكيميائي للحياة


أهمية الكربون للحياة إن مقدرة ذرات الكربون على تكوين سلاسل ذات أطوال وأشكال مختلفة أمر مهم لكيمياء الحياة. فالأنواع الأربعة الرئيسية للجزيئات البيولوجية، وهي الكربوهيدرات، والدهنيات، والبروتينات، والأحماض النووية، تتكون من جزيئات أصغر تحتوي على الكربون، مثل التي في الشكل (أدناه) وتوجد السكريات في الكربوهيدرات، والأحماض الدهنية في الدهنيات، والأحماض الأمينية في البروتينات والقواعد النيتروجينية في الأحماض النووية.
توجد جميع العناصر الكيميائية التي تتكون منها الكائنات الحية في المواد غير الحية. وأكثر العناصر وجودًا في الكائنات الحية هي الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت.كما تحتوي الكائنات الحية على كميات أقل من عناصر أخرى تشمل الكالسيوم والحديد والمغنسيوم والبوتاسيوم والصوديوم.
ويعتبر الماء أبسط مركب كيميائي ذا أهمية بالنسبة للكائنات الحية، حيث يكوِّن مابين50 و95% من معظم الكائنات. وللماء خصائص كثيرة تجعله أساسيًا للعمليات الحيوية، حيث يتميز بالقدرة على إذابة عدد كبير ومتنوع من المواد، لأن معظم التفاعلات الكيميائية داخل الكائن الحي لا تتم إلا من خلال محلول مائي. كما يقوم الماء بنقل المواد الغذائية داخل الكائن الحي.
تحتوي كل المركبات الأساسية التي يتكون منها الكائن الحي على عنصر الكربون باستثناء الماء. وتستطيع كل ذرة كربون ان تُكوِّن أربع روابط كيميائية ذات ثبات شديد مع الذرات الأخرى. كما تستطيع ذرات الكربون أن ترتبط مع مثيلاتها لتكون سلاسل ذات أطوال وأشكال مختلفة. وتعد هذه الخصائص فريدة لعنصر الكربون، ولذلك يصعب أن نتخيل أن تقوم الحياة كما نعرفها على شيء آخر غير الكربون.
ويستطيع الكربون أن يكوِّن آلاف الأنواع من الجزيئات الصـغيرة، ولكن معـظـم المـادة الحـية تتـكـون من حوالي50 نوعًا من الجزيئات الكربونية، ومن الجزيئات الكبرية (الجزيئات الكبيرة المعقدة) التي تتكون من الجزيئات الصغيرة. وتوجد أربعة أنواع رئيسية من هذه الجزيئات الكبرية هي: 1- الكربوهيــدرات 2- الدهـــون 3- البروتيـنـات 4- الأحماض النووية.
الكربوهيدرات. وهي تتكون من الكربون والهيدروجين والأكسجين. تحتوي الكربوهيدرات على هذه العناصر بنسبة ذرة من الكربون وذرة من الأكسجين، لكل ذرتين من الهيدروجين تقريبًا. والمركبات الكربوهيدراتية الأساسية هى السكَّريات البسيطة التي تُسمى أحاديات السكريد. وتقدم السكريات الطاقة اللازمة للعمليات الخلوية.
تقوم الكائنات الحية بتجميع السكريات البسيطة في سلاسل طويلة تسمى عديدات السكريد. وبعض عديدات السكريد هذه تُستخدم في تخزين الغذاء. والنشويات هى المادة الأساسية لتخزين المواد الكربوهيدراتية في النبات، ويقوم الجليكوجين (النشاء الحيواني) بنفس الوظيفة في الحيوانات. وبعض السكريات المعقدة الأخرى توفر دعامات البناء. وعديد السكريد المسمى بالسليلوز، هو الدعامة الأساسية في النباتات الخضراء. وعلى سبيل المثال، يتكون الخشب بكامله ـ تقريبًا ـ من السليلوز. انظر: الكربوهيدرات.
الدهنيات. تتكون الدهنيات أساسًا من الكربون والهيدروجين، لكنها تحتوي أيضًا على نسبة صغيرة من الأكسجين. وتحتوي بعض الدهنيات أيضًا على النيتروجين والفوسفور. والدهنيات المعروفة هي الشحوم الحيوانية والزيوت النباتية، وهـي مصادر غنية بالطاقة. وكثير من الكائنات الحية تختزن الغذاء في صورة دهنيات.
ولبعض الدهنيات المهمة الأخرى مثل الدهنيات الفوسفورية والأستيرويد تركيب أكثر تعقيدًا من الشحوم والزيوت. وتحتوي الدهنيات الفوسفورية على الفوسفور، وبعضها يحتوي على النيتروجين. وتكوِّن طبقات الدهنيات الفوسفورية البنية الأساسية لغشاء الخلية.وتشمل الأستيرويد الهورمونات الجنسية والهورمونات الكظرية، والكولسترول. انظر: الدهنيات.
البروتينات. وهي مركبات أكثر تعقيدًا من الكربوهيدرات والدهنيات. يتكون البروتين من واحدة أو أكثر من السلاسل الطويلة التي تسمى عديد الببتيد. ويتكون عديد الببتيد بدوره من جزيئات صغيرة تُسمى الأحماض الأمينية. وتحتوي كل الأحماض الأمينية على الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. ويحتوي بعضها ـ أيضًا ـ على الكبريت. وهناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية في البروتينات. وكل جزيء من البروتين قد يحتوي على ما يقرب من 50 إلى ما يزيد على1,000حمض أميني.
والبروتينات أكثر المركبات الكبيرة في الخلايا الحية. والأنواع الكثيرة من الأحماض الأمينية، وعددها الكبير في كل جزيء بروتيني، تجعل من السهولة وجود بروتينات متنوعة.
وكل ترتيب من الأحماض الأمينية له خصائص كيميائية مختلفة، ووظائف مختلفة، وبذلك تستطيع البروتينات أن تؤدي أوسع مجال من الوظائف. وبعض البروتينات، مثل الكرتين (المادة القرنية) في الشعر، والميوسين (بروتين العضلات) في العضلات، تكوِّن مادة البناء الرئيسية في الكائنات الحية. والبروتينات الأخرى لها وظـائف كيميائية، ومعظم هذه البروتينات تكون الإنزيمات التي تزيد من التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا. وتتحكم الإنزيمات في النشاط الخلوي، عن طريق تحديد أي التفاعلات الكيميائية سوف تتم في الخلية. انظر: البروتين ؛ الإنزيم.
الأحماض النووية. وهي تخزن وتنقل المعلومات اللازمة لإنتاج البروتينات. وتتكون الأحماض النووية من سلاسل طويلة من مركبات أصغر تُسمى النوويدات (النيوكلوتيدات). وتتكون النوويد من الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور. وهناك أنواع متعددة من النيوكلوتيدات، وهي تكوِّن معًا نوعًا من الشفرة للتعبير عن الصفات الوراثية. وهذه الصفات تتحكم كليًا في تكوين الخلية ونشاطها عن طريق تحديد أية بروتينات سوف يتم إنتاجها.
وهناك نوعان من الأحماض النووية، د.ن.أ الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين و ر.ن.أ الحمض النووي الريبي. ود ن أ هو المادة الوراثية في الصبغيات، ويحمل المعلومات الوراثية التي ينقلها الكائن إلى نسله، كما يحدد أيضًا أنواع البروتينات التي تنتجها الخلية. وينقل ر ن أ تعليمات د ن أ إلى السايتوبلازم، حيث يُستخدم بوصفه نموذجاً لبناء البروتينات. ولمزيد من التفصيل. انظر: الحمض النووي.
أصل الحياة
شروح دينية. كل الديانات تقريبًا تحتوي على قصص الخلق لشرح نشأة الحياة. وهذه القصص تحكي كيف خُلق العالم، وكيف خلقت الكائنات الحية. فمثلاً سكان نيوزيلندا الأصليون الماووريون كان لديهم قصة تزعم أن الحياة في العالم بدأت ـ فقط ـ بعد أن تم انفصال رانجي (السماء) وبابا (الأرض) عن بعضهما. وفي العالم الغربي، تأتي قصة الخلق المشهورة من سفر التكوين في التوراة. وهي تحكي كيف خلق الله الأرض وكل الكائنات الحية.
ويتناول المفكرون الغربيون المحدثون قصة الخلق بطرق متنوعة. ومعظمهم يعتقد أن الخلق حدث ـ تمامًا ـ كما يقوله سفر التكوين، وبعضهم الآخر يعتقد أن القصة هي رمز لسر إلهي لن يُفهم أبدًا.
قصة الخلق في الإسلام. وقد وردت في القرآن الكريم على مرحلتين: الأولى تبين كيف خلق الله الكون ﴿ أولم ير الذين كفروا أن السموات والأرض كانتا رتقًا ففتقناهما وجعلنا من الماء كل شيء حيٍّ أفلا يؤمنون ﴾ الأنبياء:30 .
وهذه الآية تشير إلى أن السموات والأرض كانتا جزءًا واحدًا ففُصلتا وخلقهما الله ابتداء في ستة أيام؛ ﴿ إن ربكم الله الذي خلق السموات والأرض في ستة أيام ﴾ الأعراف: 54 . وقال بعض المفسرين إن الخلق لم يتم في ستة أيام كأيامنا هذه بل تم على مراحل طويلة وهذا يوافقه تمامًا ما وصل إليه العلم الحديث من أن الأرض أخذت شكلها الحالي بعد ملايين السنين.
يقول تعالى: ﴿ قل أئنكم لتكفرون بالذي خلق الأرض في يومين وتجعلون له أندادًا ذلك رب العالمين ¦وجعل فيها رواسي من فوقها وبارك فيها وقدر فيها أقواتها في أربعة أيام سواء للسائلين¦ ثم استوى إلى السماء وهي دخان فقال لها وللأرض أئتيا طوعًا أو كرهًا قالتا أتينا طائعين¦ فقضاهن سبع سموات في يومين وأوحى في كل سماء أمرها وزينا السماء الدنيا بمصابيح وحفظًا ذلك تقدير العزيز العليم ﴾ فصلت: 9-12.
وقد توصَّل علماء الطبيعة أيضًا إلى أن حالة الخلق الأولى كانت حالة غازية وهي نفسها الحالة التي أشار إليها القرآن العظيم بالدخان. ومشهد آخر من مشاهد الخلق تصوره هذه الآيات: ﴿ ءأنتم أشد خلقًا أم السماء بناها¦رفع سمكها فسواها¦ وأغطش ليلها وأخرج ضحاها¦والأرض بعد ذلك دحاها¦ أخرج منها ماءها ومرعاها¦والجبال أرساها ﴾ النازعات: 27-32 فالله خلق السموات ومافيها والأرضين وما فيهما وخلق أيضًا ما بين السموات والأرض من شيء، قال تعالى: ﴿ له ما في السموات وما في الأرض وما بينهما وما تحت الثرى ﴾ طه: 6 . أما المرحلة الثانية من الخلق فهي خلق الإنسان قال تعالى: ﴿ الذي أحسن كل شيء خلقه وبدأ خلق الإنسان من طين¦ ثم جعل نسله من سلالة من ماء مهين¦ ثم سواه ونفخ فيه من روحه وجعل لكم السمع والأبصار والأفئدة قليلاً ما تشكرون ﴾ السجدة: 7-9 .
نظرية التولد التلقائي. ظهرت هذه النظرية في الأزمنة القديمة وبقيت اعتقادًا سائدًا لآلاف السنين. وتزعم هذه النظرية أن الأشكال الدنيا من الحياة تستطيع أن تخرج من المواد غير الحية. فمثلاً اعتقد بعض الناس أن الذباب ينشأ من اللحم المتحلل، وأن الفئران تتكون من أكوام الملابس الرثة.
وفي منتصف القرن السابع عشر، قام عالم إيطالي يُدعى فرانسيسكو ريدي بتجارب أظهرت أن اللحم الذي تم حمايته من الذباب لا يكون يرقات. ولكن تجارب ريدي لم تنه الجدال حول التولد التلقائي. وساد اعتقاد أن أشكال الحياة المجهرية بإمكانها أن تظهر فجأة، واستمر الجدال نحو 200سنة.
وقام الكيميائي الفرنسي لويس باستير بحسم الخلاف في منتصف القرن التاسع عشر. فقد أوضح أن الكائنات الحية، بما في ذلك الكائنات الدقيقة مثل البكتيريا، لا يمكن أن تظهر فجأة، ولكنها دائمًا تنمو من كائنات أخرى. وبعد تجارب باستير، اقتنع معظم علماء الأحياء بفكرة أن الحياة تنبع من حياة كائنة. انظر: التولد التلقائي.


البرق والبراكين أديا دورًا في أصل الحياة على الأرض. وطبقًا لإحدى النظريات فقد ولدت الطاقة المستمدة من هذين المصدرين، تفاعلات بين غازات جو الأرض عند نشأتها الأولى. وتقترح النظرية أن مثل هذه التفاعلات أنتجت الجزيئات البيولوجية الأولى في شكل سكريات وأحماض أمينية.
النظريات الحديثة. خلال القرن العشرين، كوَّن علماء الأحياء نظريات علمية عن أصل الحياة. ويعتقد بعض العلماء أن الحياة قد ظهرت على الأرض منذ أكثر من ثلاثة بلايين ونصف بليون سنة ومن ثم لا يستطيعون تأسيس فهمهم لهذا الحدث على الملاحظة المباشرة، ولذا يكون فهمهم لكيفية بدء الحياة أقل بكثير عن معرفتهم بأشياء أخرى، مثل تصميم الخلية، والكيمياء الحيوية. ويقوم العلماء بتصميم تفاسير لأصل الحياة. وهم يبنون هذه التفاسير على معرفتهم بالكائنات الحية، وفهمهم للظروف الطبيعية المبكرة على الأرض.
اقترح العلمـاء نظريتـين أساسيتين لأصل الحيـاة هما: 1- نظرية التولد الأحيائي 2- نظرية التطور (النشوء والارتقاء) الكيميائي.
نظرية التولد الأحيائي. وهي تنص على أن أنواعًا من منطقة أخرى من الكون هبطت على الأرض وبدأت في النمو. ولكن بعض العلماء يَشُكُّون في مقدرة هذه الأنواع على الحياة خلال رحلة في الفضاء الخارجي محاطة بأصعب الظروف. وحتى وإن كانت هذه النظرية صحيحة، فهي تشرح فقط أصل الحياة على الأرض، وليس كيفية ظهور الحياة في الكون.
نظريات التطور الكيميائي. تكونت هذه النظرية خلال العشرينيات من القرن العشرين بصورة مستقلة عن طريق عالم الكيمياء الحيوية الروسي ألكسندر أوبرين، وعالم الأحياء البريطاني ج.ب.س هولدين. وهذه النظرية مقبولة عند بعض علماء الأحياء المعاصرين. تعتقد هذه النظرية أن الحياة تكونت من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية الفجائية في الغلاف الجوي والمحيطات، في وقت مبكر من تاريخ الأرض. وقد أوضح باستير أن الحياة لا تستطيع أن تظهر فجأة في الظـروف الكيميائية والطبيعية السائدة على الأرض في الوقت الحالي. ولكن قبل بلايين السنين كانت الظروف الكيميائية والطبيعية على الأرض مختلفة اختلافاً كبيرًا عما هي عليه الآن.
وأكدت الدراسات العلمية أن الغلاف الجوي للأرض في البداية، كان لا يحتوي إلا على قليل من الأكسجين الحر غير المتحد. وقد لا يكون هناك أكسجين على الإطلاق. ولأن الهيدروجين أكثر العناصر وجودًا في الكون، فإن كثيرًا من العلماء يعتقدون أن الغلاف الجوي للأرض في البداية، كان يحتوي على كميات كبيرة من الهيدروجين. وفي هذه الظروف، فإن المركبات التي تحتوي على الهيدروجين، وهي النشادر والميثان والماء، من المحتمل أيضًا وجودها بوفرة. وتنص نظرية التطور الكيميائي على أن الطاقة الصادرة من بعض المصادر الطبيعية كضوء الشمس والبرق والبراكين، مهدت التفاعل بين هذه المركبات لتكون جزيئات بيولوجية بسيطة. وهذه الجزيئات، مثل السكَّريات والأحماض الأمينية اتحدت بعد ذلك وكونت جزيئات أكثر تعقيدًا. وفي النهاية، تزعم هذه النظرية أن هذه الجزيئات انتظمت لتكوين أولى الكائنات الحية.
قام كيميائيان أمريكيان هما ستانلي ميلر، وهارولد يوري، بتوفير أول إثبات علمي لنظرية التطور الكيميائي عام 1953م. فقد قاما بتعريض خليط من النشادر والميثان والماء للطاقة الصادرة من شرارات ذات ضغط كهربائي عالٍ لمدة أسبوع. وبعد هذا الوقت، تكونت أحماض أمينية ومركبات حيوية كيميائية بسيطة. وقد كرر العلماء هذه التجربة تحت ظروف شتى.
وافترض بعض الباحثين أن الغلاف الجوي يحتوي على قليل من الهيدروجين وكميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. وقاموا باستبدال الخليط الغني بالهيدروجين في تجربة ميلر ـ يوري في أجواء متعددة قليلة الهيدروجين. وقد أنتجت هذه الخلائط المحتوية على قليل من الهيدروجين ـ أيضًا ـ مركبات كيميائية حيوية عند تعرضها لشرارات ذات ضغط كهربائي عال. وقد أثبتت هذه التجارب أن التفاعل العشوائي من الممكن أن يُكوِّن معظم الجزيئات الكيميائية الحيوية الأساسية. وفي تجارب أخرى كثيرة تم دمج الجزيئات الحيوية البسيطة لتكوين جزيئات أكثر تعقيدًا.
وأورد بحث علمي آخر أن الحياة قد نبعت من خلال التطور الكيميائي. وذهب إلى أن سطح الأرض يتعرض لسريان مستمر من الطاقة، لأنه يستقبل الضوء من الشمس ويشعه إلى الفضاء الخارجي. وقد أثبت البحث الفيزيائي أن هذا السريان للطاقة يزيد من الترتيب الجزيئي. ومن ثم فإن التطور الكيميائي للجزيئات الكيميائية الحيوية المعقدة من الممكن أن ينظر إليه كجزء من هذا التفاعل الطبيعي. وقد أظهرت دراسات أخرى أن التركيب الأساسي للأغشية الحيوية يتم تكوينها تلقائيًا، في خليط من الدهنيات والماء. ووجود النوع الملائم من الجزيئات ـ فقط ـ يُعتقد أنه يضمن تكوين الأغشية الحيوية.
وبالرغم من أن للعلماء أدلة معملية تدعم أجزاء من نظرية التطور الكيميائي إلا أنه يتبقى كثير من الأسئلة. فمثلاً ما زال علماء الأحياء يبحثون عن تفسير كيفية تنظيم المركبات الكيميائية الحيوية في صورة كائنات شبه خلوية. كما يحاولون ـ أيضًا ـ اكتشاف تكوين العلاقة بين الأحماض النووية والبروتينات بحيث تحدد الأحماض النووية أنواع البروتينات التي تنتجها الخلية. ولا بد من نظرية كاملة لنشأة الحياة تُفسر هذه العلاقة التي هي خاصية أساسية للحياة كما نعرفها.
البحث عن الحياة على كواكب أخرى
تقترح نظرية التطور الكيميائي أن الحياة قد ظهرت طبيعيًا في ظل ظروف طبيعية وكيميائية معينة. ويعتقد علماء الفلك أن هذه الظروف ربما وُجدت في مناطق كثيرة من الكون. ومن ثم يستنبط علماء كثيرون أن الحياة قد نبعت في كواكب أخرى كثيرة. ويكوّن البحث عن دراسة الحياة في مناطق أخرى من الكون ما يعرف بـعلم الحياة الخارجية انظر: الحياة الخارجية، علم.
ويعتقد علماء هذا المجال أن كيمياء الحياة في أي مكان من الكون تتشابه ـ أساسًا ـ مع الحياة على الأرض. ولكن تطور الكائنات الحية على كوكب آخر سيكون نتيجة للبيئة الخاصة بذلك الكوكب. ومن ثم فإن أشكال الحياة ستختلف كثيرًا في البناء عن شكلها على الأرض.
وقد أعطى تطور رحلات الفضاء خلال الستينيات من القرن العشرين الفرصة للبحث عن الحياة في الكواكب المجاورة في مجموعتنا الشمسية. وفي هذا الوقت، اعتقد العلماء احتمال وجود الحياة على كوكبين هما الزهرة والمريخ. فالبيئة الصعبة على الكواكب الأخرى في مجموعتنا الشمسية تجعل احتمال وجود الحياة على أي منهما أمرًا مستبعدًا.
وخلال الستينيات من القرن العشرين، أرسلت الولايات المتحدة والاتحاد السوفييتي بعثات إلى كوكب الزهرة. وأظهرت هذه البعثات أن الظروف البيئية على سطح كوكب الزهرة لاتعضد الحياة كما نعرفها. ولكن العلماء يعتقدون أن كائنات حية قد توجد في السُّحُب التي تحيط بالزهرة.
وفي عام 1976م هبط مجسان فضائيان أمريكيان هما: فايكنج 1 وفايكنج 2 على المريخ، وأجريا العديد من التجارب لاختبار الحياة. وأكدت هذه التجارب وجود نشاط كيميائي في تربة المريخ. ولكن، فَشل كاشفٌ كيميائيٌ حساس في اكتشاف أية مركبات عضوية. ومن ثم عزى هؤلاء العلماء نتائج هذه التجارب إلى المواد الكيميائية العالية الطاقة في التربة. ولكن ما زال بعض الباحثين يعتقدون بوجود كائنات حية، وأوصوا بإرسال بعثات أخرى.
وفي عام 1996م، ادعى بعض العلماء أنهم حصلوا على دليل وجود للحياة على سطح كوكب المريخ من شهاب اكتشفوه في أنتاركتيكا. فقد احتوى الشهاب الذي قدر عمره بنحو 6,3 بليون سنة على مواد شبيهة بأحافير البكتيريا، كما احتوى على مركبات تنتجها الكائنات الحية على الأرض.
ويعتقد علماء الحياة الخارجية أن نجومًا كثيرة أبعد من نظامنا الشمسي، قد تتبعها كواكب توجد بها حياة. ولكن مسافات شاسعة تفصل الأرض عن هذه النجوم. وإمكاناتنا العلمية الحالية ضئيلة، ولذا يصعب اكتشاف الكواكب الأخرى، وأصعب من ذلك البحث عن الحياة عليها. ومن ثم لا نستطيع أن نعلم شيئًا عن الحياة على الكواكب البعيدة، إلا إذا كانت مسكونة بكائنات ذكية تستطيع الاتصال عبر الفضاء الشاسع. وقد بدأ بعض العلماء باستخدام التلسكوبات الراديوية وصد إشارات يمكن أن تصل من كواكب أخرى.