تويت
البيولوجيا هو العلم الذي يهتم بدراسة الأشياء و الكائنات الحية. يعد هذا التعريف بسيطًا للغاية، إلا أنه يفتح الباب لأسئلة أكثر صعوبة وتشويقًا: ما الحياة؟ وماذا يعني أن تكون حيًا؟
أنت حي وأنا كذلك، الكلب الذي أسمع نباحه حي، والشجرة التي أراها من نافذتي كذلك، لكن الثلج المتساقط من الغيوم ليس حيًا، وجهاز الكومبيوتر الذي تستخدمه لقراءة هذه المقالة ليس حيًا، والكرسي الذي تجلس عليه كذلك، لقد كانت أجزاء الكرسي المصنوع من الخشب حيةً سابقًا، وإذا أردت إحراق الخشب فالنار ليست حيةً أيضًا.
ما الذي يُعرِّف الحياة؟ ومتى يمكننا القول إن هذا كائن حي وهذا غير حي؟
يمتلك معظم الناس فهمًا بديهيًا لمعنى أن يكون الشيء على قيد الحياة، ومع ذلك من الصعب التوصل إلى تعريف دقيق للحياة، لهذا السبب، تعد العديد من تعريفاتنا للحياة تعريفات عملية، أي أنها تسمح لنا بفصل الكائنات الحية عن غير الحية، لكنها لا تحدد ماهية الحياة. ولتحديد هذا الفصل، علينا إنشاء قائمة من الخصائص المميزة والفريدة التي تقتصر على الكائنات الحية فقط.
خصائص الحياة
حدد علماء الأحياء العديد من السمات المتنوعة الشائعة لجميع الكائنات الحية التي نعرفها، رغم أن بعض الأجسام غير الحية قد تملك بعض هذه الصفات، فإنها لا تملكها مجتمعة.
1- التنظيم
تنتظم الأشياء الحية انتظامًا كبيرًا، ما يعني أنها تمتلك أجزاءً منسقةً ومتخصصة. تتكون جميع الكائنات الحية من خلية واحدة أو أكثر، إذ تعد الخلية وحدة الحياة الأساسية.
يمتد التعقيد ليطال الكائنات وحيدة الخلية! فداخل كل خلية تُكوِّن الذرات الجزيئات، التي تشكل بدورها العضيات وبنى الخلية. وفي الكائنات متعددة الخلية، تُكوِّن الخلايا المشابهة الأنسجة، وتتعاون الأنسجة بدورها لتكوين الأعضاء، ثم تعمل الأعضاء معًا لتكوين أجهزة الجسم.
تتكون الكائنات متعددة الخلايا من خلايا عديدة، إذ تتخصص الخلايا لإنجاز وظائف مختلفة، وتُنظَّم في أنسجة، مثل الأنسجة الضامة والأنسجة الظهارية والعضلات والأنسجة العصبية، ثم تُكَون الأنسجة الأعضاء، مثل القلب والرئتين، لإنجاز وظائف محددة يحتاج إليها الكائن الحي.
2- التمثيل الغذائي
تعتمد الحياة على عدد هائل من التفاعلات الكيميائية المتشابكة، إذ تستطيع الكائنات الحية القيام بعملها بهذه التفاعلات، مثل الحركة واصطياد الفريسة بالإضافة إلى النمو والتكاثر والمحافظة على بنية أجسامها. يجب على الكائنات الحية استخدام الطاقة واستهلاك العناصر الغذائية لتنفيذ التفاعلات الكيميائية التي تحافظ على الحياة. يُطلق على المجموع الكلي للتفاعلات البيوكيميائية (الكيميائية الحيوية) الحاصلة في الكائن الحي؛ التمثيل الغذائي.
يقسم التمثيل الغذائي إلى قسمين، الهدم والبناء. في عملية البناء، تُكوّن الكائنات الحية جزيئات معقدةً من جزيئات بسيطة، أما في عملية الهدم، فيحدث العكس. تستهلك عمليات البناء الطاقة عادةً، أما عمليات الهدم فأنها تؤدي إلى تخزين الطاقة.
3- الاستتباب
تنظم الكائنات الحية بيئتها الداخلية لتحافظ على نطاق ضيق نسبيًا من الظروف المطلوبة لعمل الخلية، على سبيل المثال، يجب على جسمك المحافظة على درجة حرارة تقارب 37 درجة مئوية. تعرف عملية الحفاظ على استقرار البيئة الداخلية في مواجهة تغيرات البيئة الخارجية بالاستتباب.
4- النمو
تخضع الكائنات الحية لعملية نموٍ منتظمة، إذ يزداد حجم الخلايا الفردية، وتنقسم الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا مكونةً خلايا عديدة من طريق عملية الانقسام الخلوي. لقد كنت سابقًا خليةً واحدةً، لكنك الآن تتكون من عشرات التريليونات من الخلايا! يعتمد النمو على عمليات البناء التي تُكوِّن جزيئات كبيرةً ومعقدةً مثل البروتينات والحمض النووي الصبغي والمادة والوراثية.
5- التكاثر
تستطيع الكائنات الحية التكاثر لخلق كائنات جديدة، قد يكون التكاثر لا جنسيًا، فينتج كائنًا حيًا من والد واحد، أو يكون جنسيًا يتطلب والدين. تستطيع الكائنات أحادية الخلية التكاثر من طريق الانقسام إلى قسمين مثل البكتيريا.
الصورة على اليمين: التخصيب – الصورة على اليسار: انقسام البكتيريا
في التكاثر الجنسي، يُنتج الوالدان خلايا النطاف والبويضة، إذ تحتوي كل منها على نصف المعلومات الوراثية، وتندمج هذه الخلايا لتشكل فردًا جديدًا بمجموعة وراثية كاملة. تعرف هذه العملية بالتخصيب.
6- الاستجابة
تُظهر الكائنات الحية علامات استجابة، ما يعني أنها تستجيب للمنبهات والتغيرات في بيئتها. على سبيل المثال، يسحب الناس أيديهم من النار بسرعة، وتتجه العديد من النباتات نحو الشمس، وتهاجر الكائنات وحيدة الخلايا نحو مصدر الطعام أو بعيدًا عن المواد الكيميائية الضارة.
7- التطور
قد تخضع مجموعات الكائنات الحية لعملية التطور، ما يعني تغير التركيبة الجينية لمجموعة معينة بمرور الوقت. في بعض الحالات، يتضمن التطور الانتخاب الطبيعي، إذ تمنح صفة موروثة معينة، مثل لون الفرو الغامق أو المنقار المدبب، فرص النجاة لكائنات معينة وتؤمن لها تكاثرًا أفضل في بيئة معينة. بمرور الأجيال، قد يزداد انتشار الصفة الوراثية التي توفر ميزة الصلاحية بين المجموعات، ما يجعل المجموعات أكثر ملاءمة لبيئتها، يطلق على هذه العملية التكيف.
هل تعد هذه القائمة حاسمة؟
تملك الكائنات الحية العديد من الخصائص المختلفة المتعلقة بحياتها، وقد يصعب التحديد الدقيق للصفات التي تعطي التعريف الأفضل الحياة، لهذا السبب طور المفكرون المختلفون قوائم مختلفة لخصائص الحياة، فمثلًا، تعد الحركة في بعض القوائم إحدى الصفات المحددة للحياة، وتقول قوائم أخرى أن الكائنات الحية تحمل معلوماتها الوراثية بهيئة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأوكسجين DNA، ويؤكد البعض الآخر أن الحياة تعتمد على الكربون.
إن القائمة المذكورة معرضة للخطأ. على سبيل المثال، هناك كائن حي من نسل أنثى الحصان وذكر الحمار يسمى البغل، وهو غير قادر على التكاثر، لكن يعده الناس ومعظم علماء الأحياء كائنًا حيًا.
مع ذلك توفر القائمة المذكورة آنفًا مجموعة معقولة من الخصائص لمساعدتنا على التمييز بين الأشياء الحية وغير الحية.
الفصل بين الأشياء الحية وغير الحية
إلى أي مدى تسمح لنا الخصائص المذكورة آنفًا تحديد هل هذا الشيء حي أم لا؟ دعونا نعيد النظر في الأشياء الحية وغير الحية التي ذكرناها في المقدمة مثالًا، إن الأشياء الحية المذكورة، التي شملت البشر والكلاب والأشجار، تحقق بسهولة الخصائص السبعة التي ذكرناها، إذ يتكون البشر والكلاب والأشجار من الخلايا، ولدى كل منهم تمثيل غذائي واستتباب ونمو واستجابة للعوامل المحيطة، ويستطيع كل منهم التكاثر، ويخضعون أيضًا لعملية التطور البيولوجي.
قد تُظهر الأشياء غير الحية بعض خصائص الحياة. على سبيل المثال، تعد بلورات الثلج منتظمة، مع أنها لا تحتوي على خلايا، وقد يزداد حجمها ولكنها لا تمتلك خصائص الحياة الأخرى. بصورة مشابهة، تستطيع النار النمو والتكاثر من طريق تكوين نيران جديدة وتستجيب لمحفزات معينة ونستطيع القول إنها تقوم بعملية الأيض، إلا أن النار ليست منتظمة ولا تحافظ على الاستتباب وتفتقر إلى المعلومات الوراثية المطلوبة لعملية التطور.
قد تحافظ الكائنات الحية على بعض خصائص الحياة عندما تصبح غير حية. على سبيل المثال، إذا نظرت إلى الكرسي المصنوع من الخشب تحت المجهر، فقد ترى آثار الخلايا المكونة للشجرة الحية، مع ذلك، لم يعد الخشب على قيد الحياة بعد تحويله إلى كرسي، ولم يعد بإمكانه النمو، أو الحفاظ على الاستتباب، أو الاستجابة أو التكاثر.
ما يزال اعتبار الشيء حيًا موضع جدال
يبقى السؤال عن معنى الحياة من دون إجابة. على سبيل المثال، تمتلك الفيروسات العديد من خصائص الحياة وهي مكونة من أجسام تحتوي على بروتينات صغيرة وهياكل أحماض نووية لا تستطيع التكاثر إلا داخل خلية مضيفة، لكنها لا تمتلك هيكلًا خلويًا ولا تستطيع التكاثر من دون مضيف. بصورة مشابهة، من غير الواضح حفاظها على استتباب ما ولا قيامها بتمثيلها الغذائي.
لهذه الأسباب، لا تعد الفيروسات كائنات حية، ومع ذلك لا يتفق الجميع مع هذا الاستنتاج، فهم يظنون أن الحياة ما تزال موضوعًا للنقاش. إذ تمتلك بعض الجزئيات الأبسط بعض خصائص الحياة، مثل البروتينات ذاتية التكاثر كالبريونات المسببة لمرض جنون البقر، وإنزيمات الحمض النووي الريبوزي ذاتية التكاثر.
فضلًا عن ذلك، تقتصر كل خصائص الحياة التي ناقشناها على الحياة في كوكب الأرض، فإذا وجدت حياة خارج كوكب الأرض فإنها قد تشترك أو لا تشترك في الخصائص نفسها.
تعرّف وكالة ناسا الحياة عمليًا بأنها «نظام قائم بذاته قادر على التطور الدارويني»، ما يفتح الباب للعديد من الاحتمالات التي تتجاوز المعايير المحددة المتقدم ذكرها، لكن بناءً على ذلك التعريف لا يمكننا أن نحكم بسرعة هل يعد الكائن حيًا أم لا؟
مع اكتشاف المزيد من الكيانات البيولوجية على الأرض أو خارجها، قد يُطلب منا إعادة التفكير في معنى أن يكون الشيء حيًا، فقد تتطلب الاكتشافات المستقبلية مراجعةً وتمديدًا لتعريف الحياة.
أنت حي وأنا كذلك، الكلب الذي أسمع نباحه حي، والشجرة التي أراها من نافذتي كذلك، لكن الثلج المتساقط من الغيوم ليس حيًا، وجهاز الكومبيوتر الذي تستخدمه لقراءة هذه المقالة ليس حيًا، والكرسي الذي تجلس عليه كذلك، لقد كانت أجزاء الكرسي المصنوع من الخشب حيةً سابقًا، وإذا أردت إحراق الخشب فالنار ليست حيةً أيضًا.
ما الذي يُعرِّف الحياة؟ ومتى يمكننا القول إن هذا كائن حي وهذا غير حي؟
يمتلك معظم الناس فهمًا بديهيًا لمعنى أن يكون الشيء على قيد الحياة، ومع ذلك من الصعب التوصل إلى تعريف دقيق للحياة، لهذا السبب، تعد العديد من تعريفاتنا للحياة تعريفات عملية، أي أنها تسمح لنا بفصل الكائنات الحية عن غير الحية، لكنها لا تحدد ماهية الحياة. ولتحديد هذا الفصل، علينا إنشاء قائمة من الخصائص المميزة والفريدة التي تقتصر على الكائنات الحية فقط.
خصائص الحياة
حدد علماء الأحياء العديد من السمات المتنوعة الشائعة لجميع الكائنات الحية التي نعرفها، رغم أن بعض الأجسام غير الحية قد تملك بعض هذه الصفات، فإنها لا تملكها مجتمعة.
1- التنظيم
تنتظم الأشياء الحية انتظامًا كبيرًا، ما يعني أنها تمتلك أجزاءً منسقةً ومتخصصة. تتكون جميع الكائنات الحية من خلية واحدة أو أكثر، إذ تعد الخلية وحدة الحياة الأساسية.
يمتد التعقيد ليطال الكائنات وحيدة الخلية! فداخل كل خلية تُكوِّن الذرات الجزيئات، التي تشكل بدورها العضيات وبنى الخلية. وفي الكائنات متعددة الخلية، تُكوِّن الخلايا المشابهة الأنسجة، وتتعاون الأنسجة بدورها لتكوين الأعضاء، ثم تعمل الأعضاء معًا لتكوين أجهزة الجسم.
تتكون الكائنات متعددة الخلايا من خلايا عديدة، إذ تتخصص الخلايا لإنجاز وظائف مختلفة، وتُنظَّم في أنسجة، مثل الأنسجة الضامة والأنسجة الظهارية والعضلات والأنسجة العصبية، ثم تُكَون الأنسجة الأعضاء، مثل القلب والرئتين، لإنجاز وظائف محددة يحتاج إليها الكائن الحي.
2- التمثيل الغذائي
تعتمد الحياة على عدد هائل من التفاعلات الكيميائية المتشابكة، إذ تستطيع الكائنات الحية القيام بعملها بهذه التفاعلات، مثل الحركة واصطياد الفريسة بالإضافة إلى النمو والتكاثر والمحافظة على بنية أجسامها. يجب على الكائنات الحية استخدام الطاقة واستهلاك العناصر الغذائية لتنفيذ التفاعلات الكيميائية التي تحافظ على الحياة. يُطلق على المجموع الكلي للتفاعلات البيوكيميائية (الكيميائية الحيوية) الحاصلة في الكائن الحي؛ التمثيل الغذائي.
يقسم التمثيل الغذائي إلى قسمين، الهدم والبناء. في عملية البناء، تُكوّن الكائنات الحية جزيئات معقدةً من جزيئات بسيطة، أما في عملية الهدم، فيحدث العكس. تستهلك عمليات البناء الطاقة عادةً، أما عمليات الهدم فأنها تؤدي إلى تخزين الطاقة.
3- الاستتباب
تنظم الكائنات الحية بيئتها الداخلية لتحافظ على نطاق ضيق نسبيًا من الظروف المطلوبة لعمل الخلية، على سبيل المثال، يجب على جسمك المحافظة على درجة حرارة تقارب 37 درجة مئوية. تعرف عملية الحفاظ على استقرار البيئة الداخلية في مواجهة تغيرات البيئة الخارجية بالاستتباب.
4- النمو
تخضع الكائنات الحية لعملية نموٍ منتظمة، إذ يزداد حجم الخلايا الفردية، وتنقسم الخلايا في الكائنات متعددة الخلايا مكونةً خلايا عديدة من طريق عملية الانقسام الخلوي. لقد كنت سابقًا خليةً واحدةً، لكنك الآن تتكون من عشرات التريليونات من الخلايا! يعتمد النمو على عمليات البناء التي تُكوِّن جزيئات كبيرةً ومعقدةً مثل البروتينات والحمض النووي الصبغي والمادة والوراثية.
5- التكاثر
تستطيع الكائنات الحية التكاثر لخلق كائنات جديدة، قد يكون التكاثر لا جنسيًا، فينتج كائنًا حيًا من والد واحد، أو يكون جنسيًا يتطلب والدين. تستطيع الكائنات أحادية الخلية التكاثر من طريق الانقسام إلى قسمين مثل البكتيريا.
الصورة على اليمين: التخصيب – الصورة على اليسار: انقسام البكتيريا
في التكاثر الجنسي، يُنتج الوالدان خلايا النطاف والبويضة، إذ تحتوي كل منها على نصف المعلومات الوراثية، وتندمج هذه الخلايا لتشكل فردًا جديدًا بمجموعة وراثية كاملة. تعرف هذه العملية بالتخصيب.
6- الاستجابة
تُظهر الكائنات الحية علامات استجابة، ما يعني أنها تستجيب للمنبهات والتغيرات في بيئتها. على سبيل المثال، يسحب الناس أيديهم من النار بسرعة، وتتجه العديد من النباتات نحو الشمس، وتهاجر الكائنات وحيدة الخلايا نحو مصدر الطعام أو بعيدًا عن المواد الكيميائية الضارة.
7- التطور
قد تخضع مجموعات الكائنات الحية لعملية التطور، ما يعني تغير التركيبة الجينية لمجموعة معينة بمرور الوقت. في بعض الحالات، يتضمن التطور الانتخاب الطبيعي، إذ تمنح صفة موروثة معينة، مثل لون الفرو الغامق أو المنقار المدبب، فرص النجاة لكائنات معينة وتؤمن لها تكاثرًا أفضل في بيئة معينة. بمرور الأجيال، قد يزداد انتشار الصفة الوراثية التي توفر ميزة الصلاحية بين المجموعات، ما يجعل المجموعات أكثر ملاءمة لبيئتها، يطلق على هذه العملية التكيف.
هل تعد هذه القائمة حاسمة؟
تملك الكائنات الحية العديد من الخصائص المختلفة المتعلقة بحياتها، وقد يصعب التحديد الدقيق للصفات التي تعطي التعريف الأفضل الحياة، لهذا السبب طور المفكرون المختلفون قوائم مختلفة لخصائص الحياة، فمثلًا، تعد الحركة في بعض القوائم إحدى الصفات المحددة للحياة، وتقول قوائم أخرى أن الكائنات الحية تحمل معلوماتها الوراثية بهيئة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأوكسجين DNA، ويؤكد البعض الآخر أن الحياة تعتمد على الكربون.
إن القائمة المذكورة معرضة للخطأ. على سبيل المثال، هناك كائن حي من نسل أنثى الحصان وذكر الحمار يسمى البغل، وهو غير قادر على التكاثر، لكن يعده الناس ومعظم علماء الأحياء كائنًا حيًا.
مع ذلك توفر القائمة المذكورة آنفًا مجموعة معقولة من الخصائص لمساعدتنا على التمييز بين الأشياء الحية وغير الحية.
الفصل بين الأشياء الحية وغير الحية
إلى أي مدى تسمح لنا الخصائص المذكورة آنفًا تحديد هل هذا الشيء حي أم لا؟ دعونا نعيد النظر في الأشياء الحية وغير الحية التي ذكرناها في المقدمة مثالًا، إن الأشياء الحية المذكورة، التي شملت البشر والكلاب والأشجار، تحقق بسهولة الخصائص السبعة التي ذكرناها، إذ يتكون البشر والكلاب والأشجار من الخلايا، ولدى كل منهم تمثيل غذائي واستتباب ونمو واستجابة للعوامل المحيطة، ويستطيع كل منهم التكاثر، ويخضعون أيضًا لعملية التطور البيولوجي.
قد تُظهر الأشياء غير الحية بعض خصائص الحياة. على سبيل المثال، تعد بلورات الثلج منتظمة، مع أنها لا تحتوي على خلايا، وقد يزداد حجمها ولكنها لا تمتلك خصائص الحياة الأخرى. بصورة مشابهة، تستطيع النار النمو والتكاثر من طريق تكوين نيران جديدة وتستجيب لمحفزات معينة ونستطيع القول إنها تقوم بعملية الأيض، إلا أن النار ليست منتظمة ولا تحافظ على الاستتباب وتفتقر إلى المعلومات الوراثية المطلوبة لعملية التطور.
قد تحافظ الكائنات الحية على بعض خصائص الحياة عندما تصبح غير حية. على سبيل المثال، إذا نظرت إلى الكرسي المصنوع من الخشب تحت المجهر، فقد ترى آثار الخلايا المكونة للشجرة الحية، مع ذلك، لم يعد الخشب على قيد الحياة بعد تحويله إلى كرسي، ولم يعد بإمكانه النمو، أو الحفاظ على الاستتباب، أو الاستجابة أو التكاثر.
ما يزال اعتبار الشيء حيًا موضع جدال
يبقى السؤال عن معنى الحياة من دون إجابة. على سبيل المثال، تمتلك الفيروسات العديد من خصائص الحياة وهي مكونة من أجسام تحتوي على بروتينات صغيرة وهياكل أحماض نووية لا تستطيع التكاثر إلا داخل خلية مضيفة، لكنها لا تمتلك هيكلًا خلويًا ولا تستطيع التكاثر من دون مضيف. بصورة مشابهة، من غير الواضح حفاظها على استتباب ما ولا قيامها بتمثيلها الغذائي.
لهذه الأسباب، لا تعد الفيروسات كائنات حية، ومع ذلك لا يتفق الجميع مع هذا الاستنتاج، فهم يظنون أن الحياة ما تزال موضوعًا للنقاش. إذ تمتلك بعض الجزئيات الأبسط بعض خصائص الحياة، مثل البروتينات ذاتية التكاثر كالبريونات المسببة لمرض جنون البقر، وإنزيمات الحمض النووي الريبوزي ذاتية التكاثر.
فضلًا عن ذلك، تقتصر كل خصائص الحياة التي ناقشناها على الحياة في كوكب الأرض، فإذا وجدت حياة خارج كوكب الأرض فإنها قد تشترك أو لا تشترك في الخصائص نفسها.
تعرّف وكالة ناسا الحياة عمليًا بأنها «نظام قائم بذاته قادر على التطور الدارويني»، ما يفتح الباب للعديد من الاحتمالات التي تتجاوز المعايير المحددة المتقدم ذكرها، لكن بناءً على ذلك التعريف لا يمكننا أن نحكم بسرعة هل يعد الكائن حيًا أم لا؟
مع اكتشاف المزيد من الكيانات البيولوجية على الأرض أو خارجها، قد يُطلب منا إعادة التفكير في معنى أن يكون الشيء حيًا، فقد تتطلب الاكتشافات المستقبلية مراجعةً وتمديدًا لتعريف الحياة.