علم الاحياء

ايهاب محمد زايد-مصر

تم تكريم علم الاحياء باعتبار عام ٢٠٢٠ عام علم الاحياء بناءا علي الآتي.

في حين أن دراسة فيروس كورونا كانت الأولوية الأكثر إلحاحًا ، فقد تعلم علماء الأحياء أيضًا المزيد حول كيفية معالجة العقول للمعلومات ، وكيفية تحديد الفردية ، ولماذا يقتل الحرمان من النوم.

عندما يتعلق الأمر باختيار أكبر قصة لهذا العام في علوم الحياة ، فلا توجد منافسة حقًا. سيُذكر هذا دائمًا باعتباره العام الذي تفشى فيه جائحة كورونا. مع وجود حوالي 78 مليون حالة مؤكدة في جميع أنحاء العالم ، تسبب فيروس كورونا الجديد ، كورونا ، في وفاة أكثر من 1.7 مليون شخص ، وألحق الضرر بالاقتصاد العالمي ، وألغى جميع التجمعات العامة والأحداث الاجتماعية ، وأجبر على إحداث تحول في كيفية تعلم الناس وعملهم. ، وبطريقة ما جعل ارتداء قناع الوجه عملًا سياسيًا. أصبحت المفاهيم الوبائية مثل “مناعة القطيع” و “انتقال الهباء الجوي” الآن علفًا للمحادثات العرضية.
ومع ذلك ، فبقدر ما كانت الأحداث قاتمة ، فقد استمر العلم الرائع. كان الكثير منها عبارة عن أبحاث حول كورونا والفيروسات الأخرى ، أو حول الاستجابات المناعية للجسم للغزو من قبل مسببات الأمراض. لم يُعرف سوى القليل نسبيًا عن كورونا في وقت مبكر من الوباء – وكان الكثير مما اعتقدناه بشأنه يعتمد على الخبرة مع فيروسات كورونا الأخرى ، غالبًا في الحيوانات ، وكذلك مع فيروس نقص المناعة البشرية وفيروس الإيبولا.
لكن الدراسات حول فيروس كورونا تراكمت بسرعة ، وركز الكثير منها على البروتين “السنبلة” الموجود على سطح الفيروس كهدف محتمل للقاحات. إن السرعة المذهلة التي تم بها تطوير لقاحات جديدة ضد فيروس كورونا تدين بالكثير لهذا العمل المتدفق.
تم إحراز تقدم على الجبهات العلمية الأخرى أيضًا ، والعديد منها له أهمية خاصة لقراء كوانتا. أثبتت الشبكات العصبية الاصطناعية “التعلم العميق” أنها مفيدة لفهم كيفية معالجة الدماغ للمعلومات (على الرغم من أن التعقيد الحسابي للدماغ قد يكون أيضًا أكبر بكثير مما يعتقده العلماء). اندهش علماء البيئة الميكروبية للعثور على خلايا داخل البازلت بعيدًا تحت قاع المحيط والتي نجت ربما لأكثر من 100 مليون سنة. وإذا كنت تفقد النوم بسبب الأحداث الأخيرة في الأخبار ، حسنًا ، فقد تعلم العلم أخيرًا سبب كون هذا الأمر سيئًا للغاية بالنسبة لك أيضًا.
مع انتشار كورونا في جميع أنحاء العالم ، كان السياسيون ومسؤولو الصحة العامة ووسائل الإعلام غاضبين من الأسئلة حول مدى الضرر الذي قد يصيبه وما يجب على المجتمعات والأفراد فعله لاحتواء انتشاره. في وقت مبكر من الوباء ، توصل بعض الناس إلى استنتاجات مفرطة في الأمل حول أن بعض السكان أكثر مقاومة لفيروس كورونا ، أو حول قدرة مناعة القطيع على وقف الانتشار دون لقاح. لكن العزلة القديمة (بما في ذلك التباعد الاجتماعي) والبحث عن اللقاحات ضد السارس – CoV-2 تبين أنه لا يمكن الاستغناء عنها.
حتى أن بعض الباحثين يتكهنون بأن لقاحات الحياة البرية قد تكون أفضل أمل لنا للحد من الأوبئة في المستقبل. وعلى الرغم من عدم مواساة الخسائر الفادحة للوباء ، إلا أن الأبحاث التي تركز على كورونا قد أسفرت عن رؤى أكثر عمومية حول المكونات الجينية لشدة المرض والجوانب التي تم التغاضي عنها في دفاعاتنا المناعية.
فهم قوة الحوسبة في الدماغ
غالبًا ما يوصف الدماغ بأنه كمبيوتر عضوي ، لكن هذه المقارنة تنهار في تفاصيلها. تستخدم أجهزة الكمبيوتر الرقمية قوة مئات الملايين إن لم يكن المليارات من الترانزستورات التي تعد في الأساس مفتاح تشغيل وإيقاف بسيط.
في دماغ الإنسان ، المكونات المماثلة هي 100 مليار خلية عصبية متفاعلة ، وهي ليست بسيطة ، كما تظهر الأبحاث الجارية. توصل الباحثون إلى فهم أنه حتى الأذرع التغصنية للخلايا العصبية تبدو قادرة على معالجة المعلومات ، مما يعني أن كل خلية عصبية قد تكون أشبه بجهاز كمبيوتر صغير بمفردها.
لكن التشبيه بأجهزة الكمبيوتر له استخداماته ؛ عندما تعالج الشبكات العصبية الاصطناعية القادرة على “التعلم العميق” مشاكل الإدراك ، فإن تلك التي تعمل بشكل أفضل لها هياكل تنظيمية تشبه بشكل ملحوظ تلك الموجودة في الدماغ الحي. يبدو أن كلا النوعين من الأنظمة يتقاربان على نفس الحلول الحسابية ، مما قد يعني أن الشبكات العميقة يمكن أن تكون أدوات مفيدة بشكل متزايد لفك تشفير أسرار الدماغ.
لماذا النوم أمر حيوي؟!!
قال ماكبث: “النوم … يربط بين خذلان الرعاية” ، لكن هذا الوصف يدور حول الأهمية الحقيقية للنوم: إذا حرمنا منه ، نموت نحن والحيوانات الأخرى. أكثر من قرن من التدقيق فشل في تفسير سبب قلة النوم. هذا العام ، تم العثور أخيرًا على إجابة – ليس داخل الدماغ ، كما هو متوقع ، ولكن داخل القناة الهضمية. اكتشف العلماء الذين قاموا بتجربة ذباب الفاكهة أن الأرق يؤدي إلى تكوين الجذور الحرة في الأمعاء ، والتي قد تؤدي إلى سلسلة من المشاكل الأخرى في الجسم. ومن المثير للاهتمام أن مضادات الأكسدة ساعدت في منع الضرر وحررت الذباب من الحاجة إلى النوم ، على الرغم من أنه سيكون من السابق لأوانه بشكل خطير أن يحاول أي إنسان أن يحاول ذلك كعلاج لأرقه.
أصول ومخارج الجينات
يمكن للطفرات العشوائية ومضاعفات الحمض النووي أن تخلق اختلافات جديدة في الجينات القديمة ، ولكن لعقود عديدة لم يكن لدى علماء الأحياء سوى أكثر الفهم غموضًا لكيفية تطور الجينات الجديدة حقًا واكتساب وظائف. كان العديد من العلماء متشككين في أن هذا لا يزال ممكنًا ، نظرًا للتعقيد الجيني للحياة المتقدمة. ومع ذلك ، فإن الاكتشافات الحديثة تقدم حالة قوية للغاية مفادها أن الجينات الجديدة تتطور بشكل روتيني في امتدادات الجينوم غالبًا ما يتم الاستهزاء بها على أنها “DNA غير مرغوب فيه”.
علاوة على ذلك ، يبدو أن هذه الجينات الجديدة ضرورية لتطور الكائنات الحية وبقائها مثل الجينات القديمة ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الصراعات بين الأنواع وداخل الكائنات الحية تهدد باستمرار بجعل الحلول الجينية الأقدم عفا عليها الزمن. ومن الغريب أن الجينات الإضافية لا تجعل الكائنات الحية أكثر تعقيدًا بالضرورة: فقد وجدت الدراسات ، في الواقع ، أنه في العديد من سلالات الأنواع ، أصبحت الكائنات أكثر تعقيدًا أثناء التخلص من الجينات.
الفردية والتكافل البيولوجي
الفردية مفهوم زلق في علم الأحياء لأن العديد من الكائنات الحية تعتمد بشكل كبير على بعضها البعض. هل مستعمرة النمل ، على سبيل المثال ، مفهومة بشكل أفضل على أنها مجتمع من الحشرات الفردية أم كمجموعة بيولوجية لها هويتها الخاصة؟.
ومع ذلك ، في عام 2020 ، أحرز العلماء تقدمًا مهمًا في فهم هذا التوازن بين الاعتماد المتبادل والفردية في علم الأحياء. مسلحين بنظرية المعلومات ، وجد بعض الباحثين معايير موضوعية لتحديد درجات الفردية في الكائنات الحية. لقد جمع علماء الأحياء التطورية معًا كيف نشأت شراكة تكافلية أساسية بين النمل الحفار والبكتيريا التي تعيش في أحشائها قبل 51 مليون سنة.
على الجانب الآخر ، اكتشف باحثون آخرون كيف تعيش بعض الحيوانات دون أي ميكروبات دائمة في أحشائها على الإطلاق. وأظهر العلماء الذين يدرسون الأميبات من قوالب الوحل أن “المنعزلين” الذين يبدو أنهم غير منسجمين مع زملائهم يمكن أن يخدموا غرضًا سريًا للمجموعة.
جزء مما يجعل الأفراد فريدًا هو مجموعات الجينات والتأثيرات البيئية التي تشكلهم – الطبيعة والتنشئة. لكن علماء الأحياء أصبحوا يدركون بشكل متزايد أن التباين الإحصائي العشوائي ، أو “الضجيج” ، هو أيضًا عامل مهم. يبدو أن التطور قد شكل برامج تنموية للاستفادة من الضوضاء كمولد طبيعي للتنوع.
مجال عميق للحياة عند الحدود
تم العثور على الحياة الميكروبية مزدهرة بعيدًا تحت الأرض ، في غليان الينابيع الساخنة وداخل الرواسب في قاع البحر – وهي النتائج التي جعلت العديد من العلماء يأملون في احتمالات الحياة على الكواكب والأقمار الأخرى في نظامنا الشمسي. هذا العام ، تم العثور على خلايا حية في بيئة أخرى من أقل البيئات مضيافًا على الأرض ، مما يدل على مدى صعوبة الحياة.
استخرج علماء الأحياء الخلايا الحية من داخل الصخور البازلتية التي كانت معزولة عن أشعة الشمس والمغذيات ربما لمئات الملايين من السنين. تعيش الخلايا بوتيرة بطيئة لدرجة أنها قد تنقسم مرة واحدة فقط كل 1000 عام. أظهر المزيد من العمل أن بعض هذه الخلايا في حالة تعليق الحركة بشكل شديد لدرجة أنها تستهلك الحد الأدنى المطلق من الطاقة للبقاء على قيد الحياة. ربما يكون هذا هو الدرس الأكثر إلهامًا في علم الأحياء لعام 2020: الحياة تدوم.